圓柱坐標式機械手設(shè)計

洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）圓 柱 坐 標 式 機 械 手摘 要本畢業(yè)設(shè)計設(shè)計了圓柱坐標式機械手，該機構(gòu)可實現(xiàn)兩個直線方向和一個旋轉(zhuǎn)方向的運動。在控制器的作用下，它可以完成將工件從一條流水線拿到另一條流水線這一簡單的動作。在設(shè)計過程中，機械手部選用了移動式齒輪齒條手部來實現(xiàn)對工件的夾??；兩個直線運動均采用液壓驅(qū)動，包括橫梁液壓缸水平方向的移動和升降液壓缸垂直運動；旋轉(zhuǎn)運動采用齒輪齒條的結(jié)構(gòu)形式，通過對齒條的驅(qū)動實現(xiàn)立柱的回轉(zhuǎn)運動。通過上述三種機構(gòu)的運動可以精確定位工件位置，然后機械手進行夾取，最后可以根據(jù)要求進行工件的轉(zhuǎn)移。該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)簡單,且整體結(jié)構(gòu)緊湊，可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。關(guān)鍵詞： 圓柱坐標，工業(yè)機器人，機械手 CYLINDRICAL COORDINATE ROBOTABSTRACTThis graduation design design the cylinder sit mark type machine hand, should organization can realization two straight line direction and 1 revolve direction of sport.Under the function of the controller, it can the completion get hold of a work piece another flowing water line this action that is simple from a flowing water line.In the design process, the machine hand chose to use to move the type wheel gear Chi a hand to clip work piece to take to the realization;Two straight line sport all adoption the liquid press to drive and include a horizontal beam liquid to press an urn of level direction of move and ascend and descend the liquid press an urn perpendicular sport; Revolve sport adoption wheel gear Chi the structure form of, pass to drive Chi realization to sign turn round of pillar sport. Pass three above-mentioned kinds of organization of sport can precision fixed position work piece position, then the machine hand carry on clipping to take, end can according to request carry on a transfer of work piece.Should structure realization simple, and whole structure tightly packed, can replace hand of heavy labor, show Zhao to ease a worker of labor strength, improvement labor condition, exaltation labor rate of production and automation level.KEY WORDS: Cylindrical coordinate, Industrial robot, Manipulator10目錄前言1第1章 總體設(shè)計方案91.1總體設(shè)計的思路91.2總體方案的確定101.3機械手的組成101.4機械手的坐標形式121.5機械手的主要參數(shù)13第2章 機械手相關(guān)的設(shè)計與計算152.1手指的相關(guān)設(shè)計與計算152.1.1手指夾緊力的計算152.1.2手部液壓缸的選取172.1.3水平伸縮缸尺寸計算192.1.4升降液壓缸主要參數(shù)的確定202.2立柱與底座的設(shè)計23第3章 相關(guān)的校核243.1手爪扇形齒輪與齒條強度校核24結(jié)論25謝 辭26參考文獻27外文資料翻譯28前言機器人技術(shù)的發(fā)展，可以說是科學技術(shù)發(fā)展共同的一個綜合性的結(jié)果，同時，也是為社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了重大影響的一門科學技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強了經(jīng)濟的投入，就加強了本國的經(jīng)濟的發(fā)展。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，人類的發(fā)展隨著人們逐漸的這種社會發(fā)展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認識自然過程中,需求能夠解放人的一種工具。那么這種工具就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫碗s和繁重的體力勞動，實現(xiàn)人們對不可達世界的認識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個客觀需要。另一方面，人們有各種各樣的好的想法，它也歸功于電子技術(shù)，計算機技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了提供了強大的技術(shù)保證。畢業(yè)設(shè)計是對大學三年所學的知識的總結(jié)和運用。它是基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的統(tǒng)一，是理論和實踐相結(jié)合，這加深了我們對所學知識的理解和靈活運用。通過查閱大量的資料，學到了很多在課堂上學不到的知識和掌握了一部分新的理念，為我們走向工作崗位奠定了一定的知識基礎(chǔ)。同時，也是檢驗我們掌握所學知識的深度和力度本說明書是根據(jù)設(shè)計課題要求，有本人編寫的簡明工具文本，全書共一冊內(nèi)容互相銜接，配合設(shè)計圖紙一起使用。本說明書內(nèi)容包括緒論、機構(gòu)簡圖、設(shè)計計算說明，配合設(shè)計圖紙、機械手的使用方法和技術(shù)，為用戶在使用過程中維護和改進本產(chǎn)品提供原始數(shù)據(jù)。1.機器人概述在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。機器人的出現(xiàn)并得到應用，為這些作業(yè)的機械化奠定了良好的基礎(chǔ)?！肮I(yè)機器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機器人或通用機器人）。機器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應性較差。目前我國常把具有上述特點的機器人稱為專用機器人，而把工業(yè)機械人稱為通用機器人。簡而言之，機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進行加工。機器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機器人，也即本文所研究的對象。它是一種獨立的、不附屬于某一主機的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定操作。它是除具備普通機械的物理性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機（Manipulator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機器人來進行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機器人，主要附屬于自動機床或自動生產(chǎn)線上，用以解決機床上下料和工件傳送。這種機器人在國外通常被稱之為“Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機驅(qū)動。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。機器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對工作空間最大，甚至能繞過基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點，成為機器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機器人的本體部分都采用這種機構(gòu)形式的機器人。要機器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運動的驅(qū)動傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機器人的性能。一般而言，機器人通常就是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1 所示。圖1 機器人的一般組成 機器人的機械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動傳動系統(tǒng)組成。執(zhí)行機構(gòu)是機器人賴以完成工作任務(wù)的實體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動傳動系統(tǒng)主要包括驅(qū)動機構(gòu)和傳動系統(tǒng)。驅(qū)動機構(gòu)提供機器人各關(guān)節(jié)所需要的動力，傳動系統(tǒng)則將驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為滿足機器人各關(guān)節(jié)力矩和運動所要求的驅(qū)動力或力矩。有的文獻則把機器人分為機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機械系統(tǒng)又叫操作機(Manipulator)，相當于本文中的執(zhí)行機構(gòu)部分。2.國內(nèi)發(fā)展狀況及趨勢（1）國內(nèi)現(xiàn)狀：我國汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。 我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品。（2）發(fā)展趨勢：國內(nèi)各行各業(yè)對機器人的需求將越來越多，國內(nèi)市場將穩(wěn)步增長，根據(jù)目前的現(xiàn)狀，我國機器人近幾年發(fā)展的形式將會怎樣呢？根據(jù)我們的分析將會呈現(xiàn)如下幾個特點：1）從國際市場來看，機器人工業(yè)是一種高投入低贏利的產(chǎn)業(yè)，市場競爭極為激烈，機器人工業(yè)必須上一定規(guī)模才有利潤可言，才有必需的開發(fā)投入，才能走上良性循環(huán)的發(fā)展道路。世界上機器人產(chǎn)量最大的三家公司年產(chǎn)機器人數(shù)均超千臺以上，其中ABB公司達到9000臺，安川電機公司近2500臺，KUKA公司近2000臺，從國內(nèi)現(xiàn)狀來看，大公司、大企業(yè)通過與外國機器人公司合資合作，引進技術(shù)和資金，逐步規(guī)?；a(chǎn)機器人，把國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)推向一個新的階段，其中有代表性的，如首鋼集團公司與安川電機公司合資的首鋼莫托曼公司、唐山電子設(shè)備廠與松下電器公司合資的唐山松下產(chǎn)業(yè)機器有限公司、東風汽車公司與德國KUKA公司合作、濟南二機床公司與美國ISI機器人公司合作等等。這些合資合作的開展，將會有效地推動中國機器人工業(yè)的進步，全面促進中國機器人工業(yè)水平的提高，但是它也會和其他外國機器人公司一樣，沖擊中國機器人市場，影響具有自主開發(fā)能力的中國機器人產(chǎn)業(yè)的形成，也會使國內(nèi)其他的機器人生產(chǎn)廠家面臨一種嚴峻的挑戰(zhàn)。2）由注重機器人單機開發(fā)過渡到成套開發(fā)機器人應用系統(tǒng)生產(chǎn)機器人多的大型公司，可以憑借規(guī)模優(yōu)勢，占據(jù)較大的市場份額，形成規(guī)模效益，而一些中小公司要想在激烈的市場競爭中求得生存，必須具有自己的特色。國外許多中小公司把自己的市場定位在機器人系統(tǒng)集成或某些有特長領(lǐng)域，從而形成自己的局部優(yōu)勢，在市場中求得生存和發(fā)展，如奧地利IGM公司以向用戶提供大型機器人焊接系統(tǒng)著稱，機器人在系統(tǒng)中只占售價的1/3左右，賣單臺機器人贏利甚微，而賣機器人系統(tǒng)卻贏利可觀。意大利COMAU公司以承接壓機生產(chǎn)線見長，在這里，機器人系統(tǒng)是促銷售的關(guān)鍵。我國國內(nèi)機器人生產(chǎn)廠家規(guī)模大都較小，甚至談不上規(guī)模，而國內(nèi)一般企業(yè)又沒有能力將機器人有效地集成到生產(chǎn)系統(tǒng)中去，因此，那些進行系統(tǒng)集成并向用戶提供一條龍服務(wù)的公司，在機器人市場中將有較強的競爭力。國內(nèi)機器人生產(chǎn)廠家中北京機械工業(yè)自動化研究所，以承接涂裝自動化生產(chǎn)線見長，累計產(chǎn)值近2000萬元，中國科學院沈陽自動化研究所承接焊接生產(chǎn)線，累計產(chǎn)值近5000萬元，哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所的機器人碼垛生產(chǎn)線正在產(chǎn)業(yè)化，累計產(chǎn)值超千萬元。3）機器人開發(fā)走開放型科研之路國內(nèi)通過“七五”機器人技術(shù)攻關(guān)，已具備了生產(chǎn)國產(chǎn)機器人的基礎(chǔ)，但國產(chǎn)機器人無論在技術(shù)上，還是可靠性上，都與國外機器人差相當一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開放型的自主科研道路。a.多方籌措開發(fā)資金，通過政府部門投資、用戶單位投資、自我積累、外商投資、銀行貸款等形式，籌措國產(chǎn)機器人的開發(fā)資金。b.消化和利用國外機器人技術(shù)、資料、樣機和關(guān)鍵元器件，為我所用。c.選擇引進國外質(zhì)量可靠的機器人零部件和元器件。d.大力開展國內(nèi)合作，利用國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢，開發(fā)具有中國技術(shù)特色的國產(chǎn)機器人產(chǎn)品。e.注意機器人產(chǎn)品的高可靠性，使國產(chǎn)機器人的可靠性與國外機器人具有可比性，同時要做到低成本、易操作。 第1章 總體設(shè)計方案在確定機器人總體設(shè)計方案前，我們還要擬定本設(shè)計的基本步驟及其要遵循的一些基本原則，從而使設(shè)計方案更合理。1.1總體設(shè)計的思路設(shè)計機器人大體上可分為兩個階段：1、系統(tǒng)分析階段（1） 根據(jù)系統(tǒng)的目標，明確所采用機器人的目的和任務(wù)。（2） 分析機器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境。（3） 根據(jù)機器人的工作要求，確定機器人的基本功能和方案。如機器人的自由度、動作精度的要求、所能抓取的重量、容許的運動范圍等。2、技術(shù)設(shè)計階段（1） 根據(jù)系統(tǒng)的要求確定機器人的自由度和允許的空間工作范圍，選擇機器人的坐標形式；（2） 擬訂機器人的運動路線和空間作業(yè)圖；（3）確定驅(qū)動系統(tǒng)的類型；（4）選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進行機器人總裝圖的設(shè)計；（5） 繪制機器人的零件圖，并確定尺寸。下面結(jié)合本演示系統(tǒng)的基本要求和設(shè)計的基本原則確定本系統(tǒng)的方案。1.2總體方案的確定提到總體方案的確定，讓我們重復一下本課題的要求：設(shè)計一種圓柱坐標式機械手，要求該裝置具有三個獨立的運動（兩個直線運動和一個旋轉(zhuǎn)運動）。該機構(gòu)中立柱可相對于機座旋轉(zhuǎn)180度，回轉(zhuǎn)速度15r/min，橫梁采用液壓驅(qū)動，可水平伸縮距離400mm，移動速度約0.2m/s，機械手可上下垂直運動，其垂直升降量1000mm，移動速度約0.15m/s，機械手最大夾持重量10kg，所夾持工件為圓柱形，直徑范圍：30mm120mm。1.3機械手的組成工業(yè)機械手是能夠模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。機械收主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成，各部分之間的相互關(guān)系如圖1-1所示：工 件執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)控制系統(tǒng)位置檢測裝置圖1-1 各部分的相互關(guān)系1.執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。（1）手部（或稱抓取機構(gòu)） 是與物體接觸的部分，主要其抓取和放置物件的作用。（2）手腕 是連接手部和手臂的部分，可以調(diào)整和改變工件方位。（3）手臂 是支撐手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。（4）立柱 是支撐手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切關(guān)系。（5）機座 是機械手的基礎(chǔ)部分。執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，起支撐作和連接作用。有時為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設(shè)滾輪行走機構(gòu)。2.驅(qū)動系統(tǒng)機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動運動的動力裝置，常用的有液壓、氣壓、電力和機械式驅(qū)動四種形式。3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是機械手動作的指揮系統(tǒng)，用來控制動作的順序（程序）、位置和時間、速度和加速度等。4.位置檢測裝置位置檢測裝置控制執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，可隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置。 1.4機械手的坐標形式工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標結(jié)構(gòu)，圓柱坐標結(jié)構(gòu)，球坐標結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應的特點，分別介紹如下。1直角坐標式 直角坐標機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的，如圖1-2(a)所示。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標機械手有可能達到很高的位置精度（m級）。但是，這種直角坐標機械手的運動空間相對機械手的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標機械手的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機械手的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。2圓柱坐標式圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，如圖1-2(b)。這種機械手構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。3球坐標式球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的，如圖1-2(c)。這種機械手結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。主要應用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個類球形的空間。4關(guān)節(jié)坐標式關(guān)節(jié)型機械手的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，如圖1-2(d)。關(guān)節(jié)型機械手動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對機械手本體尺寸，其工作空間比較大。此種機械手在工業(yè)中應用十分廣泛。(a)直角坐標型 （b）圓柱坐標型 （c）球坐標型 （d）關(guān)節(jié)型圖 1-2 機械手的坐標形式本設(shè)計采用圓柱坐標型機械手。1.5機械手的主要參數(shù)機械手的主要參數(shù)是說明機械手的規(guī)格和性能的具體指標，一般包括一下幾項：1.抓取重量（又稱臂力）是指機械手所能抓取或搬運物件的最大重量，它對其他參數(shù)如行程范圍、運動速度、坐標形式和緩沖裝置的設(shè)計均有影響，是機械手最基本的參數(shù)。2.運動速度運動速度反映了機械手的生產(chǎn)水平，影響機械手的運動周期和工作效率，很多機械手由于速度低而限制了它的使用范圍。影響機械手動作快慢的兩個主要運動是手臂的伸縮和回轉(zhuǎn)運動。速度大小與機械手的驅(qū)動方式、定位方式、抓重大小和行程距離有關(guān)系。3.行程范圍機械手的手臂運動行程對使用性能有較大的影響。一般來說，通用機械手的手臂回轉(zhuǎn)應盡可能大些，回轉(zhuǎn)行程范圍應大于180°，使機械手具有一定的通用性；手臂伸縮行程及工作半徑要適宜，太大會增加手臂懸伸量，相應的偏重力矩和轉(zhuǎn)動慣量也增加，且剛性降低，對于定位精度也難以保證。4.定位精度定位精度是衡量機械手工作質(zhì)量的又一重要指標，是指機械手的運動部件從某一起始位置運動到預期的另一位置時所到達的實際位置的準確程度。定位精度的高低取決于位置控制方式以及機械手運動部件本身的精度和剛度，并和抓取重量、運動速度等因素也有密切關(guān)系。定位精度包括位置設(shè)定精度和重復定位精度兩種，一般所說的定位精度是指重復定位精度。第2章 機械手相關(guān)的設(shè)計與計算2.1手指的相關(guān)設(shè)計與計算2.1.1手指夾緊力的計算1.手部手部是機械手直接抓取和握緊（或吸附）物件或夾持專用工具執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的部件，因此手部的結(jié)構(gòu)和尺寸應依據(jù)作業(yè)任務(wù)要求來設(shè)計，從而形成了多種的結(jié)構(gòu)型式。它安裝在手臂的前端，可以模仿人手動作。設(shè)計手部時除了要滿足抓取要求外，還應滿足以下幾點要求：（1）手指握力的大小要適宜確定手指的握力（即夾緊力）時，應考慮工件的重量以及傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落，但握力太大又會造成浪費并可能損壞工件。（2）應保證工件能順利地進入或脫開手指開合式手指應具有足夠大的張開角度來適應較大的直徑范圍，保證有足夠的夾緊距離以方便抓取和松開工件。移動式鉗爪要有足夠大的移動范圍。（3）應具有足夠的強度和剛度，并且自身重量輕因受到被夾工件的反作用力和運動過程中的慣性力、振動等的影響，要求機械手具有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但結(jié)構(gòu)要簡單緊湊、自重輕，并使手部的重心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小。（4）動作迅速、靈活、準確，通用機械手還要求更換手部方便根據(jù)用途手部可分為夾持式手部、吸附式手部和專用工具（噴槍、扳手、焊接工具）三類。 經(jīng)過分析和比較此設(shè)計采用夾持式手部。夾持式手部對抓取工件的形狀具有較大的適應性，故應用較廣。它的動作與鋼絲鉗或虎鉗相似。2.結(jié)構(gòu)夾持式手部是有驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)和手指（或手爪）等組成。驅(qū)動裝置多半用活塞缸。傳動機構(gòu)常用連桿機構(gòu)、滑槽機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)等。手指常用兩指，也有多指等形式。指端是手指上直接與被夾工件接觸的部位，它的結(jié)構(gòu)形狀取決于工件的形狀。手部結(jié)構(gòu)按模仿人手手指的動作，可分為回轉(zhuǎn)型、移動型等形式。經(jīng)分析和比較此設(shè)計選擇移動式的齒輪齒條手部。根據(jù)所夾取的零件半徑（30120的圓柱形棒料）經(jīng)分析取扇型齒輪的齒頂圓半徑R=47，模數(shù)m=4，=23。齒條齒數(shù)取=23。手指夾緊力的計算：公式： (2-1)式中:為抓取的工件重量，最大為10Kg ，為安全系數(shù)取1.22,暫取1.5，為工作情況系數(shù)，可按=1.12.5此取=2，為方位系數(shù)，即為當爪子處在不同位置夾取工件不同放置位置是的系數(shù)，根據(jù)查取的公式： =0.5tan，粗略計算約等于0.91.1，此處取1。根據(jù)公式（2-1） 計算得： 1.521109.8N = 294N因為此設(shè)計采用移動型齒輪齒條手部結(jié)構(gòu)，查資料知其夾緊力為驅(qū)動力的一半，=0.5所以，=588N，此處考慮其他因素取600N。3.手腕手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變手部的方位。一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)運動或再增加一個上下擺動即可滿足要求，若有特殊要求可增加手腕左右擺動或橫向移動。機械手的手腕結(jié)構(gòu)相對比較復雜。因此設(shè)計時要注意下面幾個問題：（1）可以有手臂完成的動作，盡量不設(shè)置手腕。（2）手腕結(jié)構(gòu)盡可能簡單化，對不需要三維自由度的手腕，可采用兩個或一個回轉(zhuǎn)運動。此設(shè)計可以不要手腕，動作可以由手臂完成。機械手手部如圖2-1。圖2-1 機械手手部2.1.2手部液壓缸的選取 1.初算活塞桿直徑經(jīng)分析液壓缸的最大工作力為由于手爪是靠推力夾緊的，所以驅(qū)動液壓缸的活塞桿選用材料HT200 查表得:，由取得:又得:2.壓桿穩(wěn)定性校核歐拉公式: 由于此活塞桿是一端固定，一端鉸接，所以 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取 查表得 HT-15的彈性模量取 又 為了更安全，取 得:而得:根據(jù)GB/T-2348-1993圓整得：3.液壓缸參數(shù)確定由d = (0.61) D得缸體內(nèi)徑D = 35/0.6 = 58.33根據(jù)GB/T-2348-1993圓整得D = 65查參考文獻16選用T5160-1型夾緊油缸液壓缸行程：S =（282-162）= 120mm根據(jù)表GB/T-2348-1993 圓整得：S = 125 4.選擇調(diào)速閥查參考文獻16選擇YF型溢流閥，技術(shù)規(guī)格為表2-1。表2-1 技術(shù)規(guī)格通徑額定流量調(diào)速范圍螺紋聯(lián)結(jié)重量1020.57YF-L10B2.42.1.3水平伸縮缸尺寸計算1.選擇調(diào)速閥：選用ZFRM型調(diào)速閥，技術(shù)規(guī)格為表2-2。表2-1 技術(shù)規(guī)格通徑工作壓力調(diào)速范圍重量160.5-31.50-16011.32.液壓缸內(nèi)壁直徑計算= =0.1303取 3.考慮伸縮缸與夾緊缸配合取活塞直徑 d=704.活塞行程S=400 5.缸頭厚度計算（1）選擇材料TQ-400 =400 =250（2） F= （q值取其屈服極限） =31689+675885N=707574N（3） =0.009=9 （4）缸頭法蘭按T5016-1型夾緊缸缸頭2倍尺寸制造。2.1.4升降液壓缸主要參數(shù)的確定1. 活塞桿直徑和液壓缸缸徑（1）根據(jù)參考文獻1中液壓缸活塞桿外徑尺寸系列表37.7-2 取活塞桿直徑為25（2）根據(jù)參考文獻1表37.7-7，工程液壓缸的技術(shù)規(guī)格，液壓缸缸徑AL為40mm，速度比=1.33，推力為20.11kN，拉力15.08kN。2.液壓缸缸蓋及密封根據(jù)參考文獻2表19-13和GB3452.1-92 O型圈用（內(nèi)徑）=78.7，公差0.30，為密封截面直徑，=5.300.13氈圈密封（內(nèi)徑）=76 D（外徑）=803.缸底厚度計算根據(jù)參考文獻1公式37.3-29已知=0.04 =16 =0.01（缸底油孔直徑） =1000.0110取h=104.缸底油孔直徑的計算根據(jù)參考文獻1式37.9-1管子油口內(nèi)徑dd1130 Q為液體流量，V為流速對于壓油管V3-6/s，這里V取5m/s根據(jù)參考文獻1表37.7-5 為液壓缸輸出速度，AL活塞直徑已知=0.15 /s, =0.000753613.86根據(jù)參考文獻1表37.9-1選公稱直徑,故d取15采用卡套式直通管接頭鋼管外徑為22，管接頭連接螺紋ZM221.5采用推薦管路通過流量為1050所以公稱壓力P=16圖2-2為所述的升降液壓缸。圖2-2 升降液壓缸2.2立柱與底座的設(shè)計立柱是支承水平液壓缸和機械手的部件，立柱設(shè)計的質(zhì)量直接關(guān)乎到機械手的工作。此設(shè)計的立柱經(jīng)過分析與計算，最后采用圖2-3的立柱。立柱與托盤采用四個GB818-85-M30螺釘連接。托盤與液壓缸的連接用四個GB528-M24螺栓進行連接。立柱與底座的連接采用四個GB818-85-M30的螺釘進行連接。圖2-3為所設(shè)計的立柱與各部件的連接。圖2-3 立柱與各部件的連接19洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）第3章 相關(guān)的校核3.1手爪扇形齒輪與齒條強度校核校核1、材料：齒輪：40 滲碳淬火 硬度5862齒條：40 滲碳淬火 硬度 48552、因所受的力不大硬齒面扇形齒輪與齒條按接觸疲勞強度校核查表計算查表 查資料：安全系數(shù) 由上面的公式知：符合要求20河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 結(jié)論本設(shè)計的題目是圓柱坐標式機械手，本文所做的主要工作有：1總體方案的確定。經(jīng)綜合考慮，確定采用圓柱坐標形式，具有腰部回轉(zhuǎn)、豎直升降、水平伸縮三個自由度的運動，使整體的結(jié)構(gòu)小型化。2機械結(jié)構(gòu)設(shè)計研制。各自由度自成體系，又能協(xié)調(diào)的組織在一起，其各個部分連接處線條分明、直觀性好，其各個部分可以分別拆卸，快速更換，方便維修。通過分析以及查閱資料，最終各機構(gòu)的形式是：機械手部通過液壓缸驅(qū)動，采用齒輪齒條式機構(gòu)完成工件的夾??；通過橫梁液壓缸和升降液壓缸的驅(qū)動實現(xiàn)水平和垂直方向的運動，因此可以確切定位工件夾取位置；立柱采用立柱軸與托盤的連接形式，通過驅(qū)動立柱軸實現(xiàn)立柱的旋轉(zhuǎn)。然而這次設(shè)計中也存在著少許不足：首先，設(shè)計中的校核比較少，使整個設(shè)計中存在很多不足，希望老師多加指點；其次，由于本人設(shè)計經(jīng)驗的欠缺，設(shè)計過程中有時不知道從何處入手，該怎么做等問題。此次畢業(yè)設(shè)計，使我感到前所未有的緊張和忙碌。從最開始的資料收集，到分析計算、繪圖，使我覺得自己所掌握的知識儲備是那么的少，僅僅靠書本上的知識是很難解決許多實際生產(chǎn)中的問題的。其實，不單單是我，我相信所有的畢業(yè)生只要認真參與了這次畢業(yè)設(shè)計，肯定是收益菲淺。在畢業(yè)設(shè)計中，我才發(fā)現(xiàn)，三年中我們還有很多東西都不曾了解，有很多東西我們都還沒有熟練掌握。通過畢業(yè)設(shè)計，使我將這三年所學到的知識得到了系統(tǒng)化、貫穿成一條線。在整個過程中，我感到這是一次能力的升華，我認為，這必將對我以后的生活、學習和工作有著深遠的影響！21洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計論文謝 辭本次畢業(yè)設(shè)計工作是在葛老師的全面指導下完成的，在課題選擇、方案制定、工作實施以及設(shè)計說明書的撰寫過程中，無處不滲透著葛老師的心血。葛老師嚴謹治學的工作態(tài)度，一絲不茍的工作作風，對科學研究的忘我精神，對我的學習和生活都產(chǎn)生了深遠的影響，使我從中受益非淺。在整個設(shè)計過程中，正是由于葛老師嚴謹求實的工作態(tài)度和對學生無微不至的關(guān)懷，使我在大學里最后的一次設(shè)計中，也是最綜合的一次設(shè)計中得到了實踐性的鍛煉，為我以后步入工作崗位打下了堅實的基礎(chǔ)。為此，學生對您表示衷心的感謝和深深的敬意！同時在設(shè)計的過程中，很多的同學和老師給予了我巨大的幫助和支持。在這難忘的兩個多月中，沒有他們的支持，我的設(shè)計不可能這樣順利的完成。在此，對這些同學和老師也表示衷心的感謝！在我查找資料的過程中，得到了學校圖書館有關(guān)人員的大力支持，給我們提供了必要的資料，使我的設(shè)計工作得到了順利進行，并最終按時完成了畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。在此，也一并對他們的熱心幫助表示感謝！最后，學生向在百忙之中評閱本論文的各位老師表示衷心的感謝！32參考文獻1 【朱根龍.簡明機械零件設(shè)計手冊.2002-12-6. 2005 1-7962 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社. 2001 1-1453 王昆，何小柏.機械設(shè)計課程設(shè)計.北京：高等教育出版社. 2009 1-2104 朱冬梅，胥北瀾.畫法幾何及機械制圖.北京：高等教育出版社.2000 1-388 5 劉鴻文.材料力學.高等教育出版社. 2003 12-2006 廖念釗，古瑩庵，莫雨松等.互換性與技術(shù)測量（第四版）.中國計量出版社. 20017 唐樹忠，張素琴，韓群生.機械制圖基礎(chǔ).天津：天津大學出版社.2002 122-1278 甘永力.幾何量公差與檢測.上海：上?？茖W技術(shù)出版社. 2008 1-2509 文九巴.機械工程材料.北京：機械工業(yè)出版社. 2008 100-20010 成大先.機械設(shè)計圖冊1-6.北京：北京化學工業(yè)出版社. 200011 王守城, 段俊勇.液壓元件及選用.北京：化學工業(yè)出版社. 200712 鄭志祥, 張磊等.機械零件第二版. 北京：高等教育出版社. 200613 宋昭祥.機械制造基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社. 200614 馬永林.機械原理教程.北京：高等教育出版社. 200615 沈鴻等.機械工程手冊5、6.北京：機械工業(yè)出版社. 2007 16 周士昌等.機械設(shè)計手冊4.北京：機械工業(yè)出版社. 201017 徐嘉元, 曾家駒.機械制造工藝學.北京：機械工業(yè)出版社. 200718 張利平.液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計.化學出版社. 200519 陳于萍, 周兆元.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社. 2007 20 丁樹模, 周驥平.液壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社. 2009外文資料翻譯Machining Introduction1 LathesLathes are machine tools designed primarily to do turning, facing and boring, Very little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits several operations to be done with a single setup of the work piece. Consequently, more lathes of various types are used in manufacturing than any other machine tool.The essential components of a lathe are the bed, headstock assembly, tailstock assembly, and the leads crew and feed rod.The bed is the backbone of a lathe. It usually is made of well normalized or aged gray or nodular cast iron and provides s heavy, rigid frame on which all the other basic components are mounted. Two sets of parallel, longitudinal ways, inner and outer, are contained on the bed, usually on the upper side. Some makers use an inverted V-shape for all four ways, whereas others utilize one inverted V and one flat way in one or both sets, They are precision-machined to assure accuracy of alignment. On most modern lathes the way are surface-hardened to resist wear and abrasion, but precaution should be taken in operating a lathe to assure that the ways are not damaged. Any inaccuracy in them usually means that the accuracy of the entire lathe is destroyed.The headstock is mounted in a foxed position on the inner ways, usually at the left end of the bed. It provides a powered means of rotating the word at various speeds . Essentially, it consists of a hollow spindle, mounted in accurate bearings, and a set of transmission gears-similar to a truck transmissionthrough which the spindle can be rotated at a number of speeds. Most lathes provide from 8 to 18 speeds, usually in a geometric ratio, and on modern lathes all the speeds can be obtained merely by moving from two to four levers. An increasing trend is to provide a continuously variable speed range through electrical or mechanical drives.Because the accuracy of a lathe is greatly dependent on the spindle, it is of heavy construction and mounted in heavy bearings, usually preloaded tapered roller or ball types. The spindle has a hole extending through its length, through which long bar stock can be fed. The size of maximum size of bar stock that can be machined when the material must be fed through spindle.The tailsticd assembly consists, essentially, of three parts. A lower casting fits on the inner ways of the bed and can slide longitudinally thereon, with a means for clamping the entire assembly in any desired location, An upper casting fits on the lower one and can be moved transversely upon it, on some type of keyed ways, to permit aligning the assembly is the tailstock quill. This is a hollow steel cylinder, usually about 51 to 76mm(2to 3 inches) in diameter, that can be moved several inches longitudinally in and out of the upper casting by means of a hand wheel and screw.The size of a lathe is designated by two dimensions. The first is known as the swing. This is the maximum diameter of work that can be rotated on a lathe. It is approximately twice the distance between the line connecting the lathe centers and the nearest point on the ways, The second size dimension is the maximum distance between centers. The swing thus indicates the maximum work piece diameter that can be turned in the lathe, while the distance between centers indicates the maximum length of work piece that can be mounted between centers. Engine lathes are the type most frequently used in manufacturing. They are heavy-duty machine tools with all the components described previously and have power drive for all tool movements except on the compound rest. They commonly range in size from 305 to 610 mm(12 to 24 inches)swing and from 610 to 1219 mm(24 to 48 inches) center distances, but swings up to 1270 mm(50 inches) and center distances up to 3658mm(12 feet) are not uncommon. Most have chip pans and a built-in coolant circulating system. Smaller engine lathes-with swings usually not over 330 mm (13 inches ) also are available in bench type, designed for the bed to be mounted on a bench on a bench or cabinet.Although engine lathes are versatile and very useful, because of the time required for changing and setting tools and for making measurements on the work piece, thy are not suitable for quantity production. Often the actual chip-production tine is less than 30% of the total cycle time. In addition, a skilled machinist is required for all the operations, and such persons are costly and often in short supply. However, much of the operators time is consumed by simple, repetitious adjustments and in watching chips being made. Consequently, to reduce or eliminate the amount of skilled labor that is required, turret lathes, screw machines, and other types of semiautomatic and automatic lathes have been highly developed and are widely used in manufacturing.2 TurningThe engine lathe, one of the oldest metal removal machines, has a number of useful and highly desirable attributes. Today these lathes are used primarily in small shops where smaller quantities rather than large production runs are encountered.The engine lathe has been replaced in todays production shops by a wide variety of automatic lathes such as automatic of single-point tooling for maximum metal removal, and the use of form tools for finish on a par with the fastest processing equipment on the scene today.Tolerances for the engine lathe depend primarily on the skill of the operator. The design engineer must be careful in using tolerances of an experimental part that has been produced on the engine lathe by a skilled operator. In redesigning an experimental part for production, economical tolerances should be used.Turret Lathes Production machining equipment must be evaluated now, more than ever before, this criterion for establishing the production qualification of a specific method, the turret lathe merits a high rating. In designing for low quantities such as 100 or 200 parts, it is most economical to use the