平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),平面,關(guān)節(jié),機(jī)械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本說明書所設(shè)計(jì)的關(guān)節(jié)型機(jī)械手應(yīng)用圓柱坐標(biāo)式整體機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)夾取、安放、搬運(yùn)棒形工件等功能。這個(gè)機(jī)械手主要由手爪、手腕、手臂、腰部和機(jī)座等部分組成，主要的活動(dòng)功能體現(xiàn)在整個(gè)機(jī)械手的四個(gè)自由度以及手爪的閉合。其中四個(gè)自由度包括腰部的回轉(zhuǎn)，腰部的升降，手臂的伸縮，手腕部的回轉(zhuǎn)。這個(gè)機(jī)械手的整體規(guī)模一般，適用于小巧型工業(yè)零件的抓取和搬運(yùn)，如電子加工業(yè)等。 該機(jī)械手主要就是靠液壓缸的油壓變化來實(shí)現(xiàn)4個(gè)自由度和手爪的夾取。在油路的布置和規(guī)劃中應(yīng)用了液壓傳動(dòng)的原理以及機(jī)械制造的原理，使得油路能夠更加的符合機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的合理性和可靠性，安全性和經(jīng)濟(jì)性。充分利用好機(jī)構(gòu)的相互配合關(guān)系，合理布置零件間的空間結(jié)構(gòu)，使本設(shè)計(jì)更加的合理完善。 關(guān)鍵字：關(guān)節(jié)型機(jī)械手 圓柱坐標(biāo) 液壓缸 四自由度 Abstract This explanation is designed articulated robot application type cylindrical coordinates overall organization, to achieve gripping, put the rod work piece handling functions. The robot gripper mainly by the wrists, arms, waist and base and other components, the main event features embodied in the entire four degrees of freedom and the robot gripper closure. Four degrees of freedom, including rotation, waist lifting, telescopic arm, wrist rotation of the waist. The overall size of the robot is generally suitable for compact industrial parts crawl and handling, such as electronic processing industry. The robot is mainly by hydraulic cylinders to achieve change gripping four degrees of freedom and a gripper. In the oil circuit layout and planning of the application of the principles and the principles of hydraulic transmission machinery manufacturing, making the oil to be more in line with the mechanical design process rationality and reliability, safety and economy. Take full advantage of a good relationship with each other agencies, rational arrangement of space between the structural components, making the design more reasonable and perfect. Keywords: articulated manipulator cylindrical coordinates cylinder four degrees of freedom 目 錄 摘 要 2 目 錄 4 1.1 研究目的 5 1.2 研究意義 5 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 7 2.1 關(guān)節(jié)型機(jī)械手的組成 7 2.1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 10 2.1.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 11 2.2 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡圖 11 3 關(guān)節(jié)型機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 3.1 手部 12 3.1.1 夾緊力的計(jì)算 12 3.1.2夾緊缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 13 3.2 腕部 14 3.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 14 3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 14 3.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 3.3 臂部 17 3.3.1 手臂伸縮液壓缸 17 3.3.2手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 24 結(jié) 論 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 29 + 1 緒論 機(jī)械手這幾十年在中國已經(jīng)發(fā)展起來成為一種高新技術(shù)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點(diǎn)是可通過編程來控制各種預(yù)期的工作任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活性和適應(yīng)性。機(jī)械手工作的準(zhǔn)確性和耐各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在社會(huì)化大生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前途。 1.1 研究目的 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是關(guān)節(jié)型機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，在社會(huì)生產(chǎn)中關(guān)節(jié)型機(jī)械手的使用已經(jīng)十分廣泛，被大量的應(yīng)用于重工業(yè)、輕工業(yè)等領(lǐng)域。實(shí)際上這個(gè)課題的設(shè)計(jì)在國內(nèi)外都已有了相當(dāng)先進(jìn)的科學(xué)研究成果。國外對機(jī)械手的研究早已在上個(gè)世紀(jì)九十年代就達(dá)到了機(jī)電一體化的程度，他們現(xiàn)在更多地是在研究如何用人們的思維或人體的簡單動(dòng)作去完成去機(jī)械手的控制與操作。國內(nèi)這幾年在這些領(lǐng)域也有了快速的發(fā)展，在各大院校的研究室以及各個(gè)科研機(jī)構(gòu)的研究室都積極地開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。所以，我此次的設(shè)計(jì)是在參考閱讀了大量相關(guān)已有的技術(shù)資料，并在符合指導(dǎo)老師肖老師所提出的各類要求下對大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次應(yīng)用和升華。此次的設(shè)計(jì)過程需應(yīng)用到大學(xué)學(xué)到的許多門相關(guān)課程如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、液壓與氣壓傳動(dòng)等等。同時(shí)也要求我熟悉的使用操作CAD、Pro-E軟件以及機(jī)械制圖中的相關(guān)知識(shí)。這一切也算是對我大學(xué)畫上的最好的一個(gè)句號！ 1.2 研究意義 關(guān)節(jié)型機(jī)械手在當(dāng)今工業(yè)快速發(fā)展的中國有著舉足輕重的地位。在許多工業(yè)制造機(jī)械制造領(lǐng)域工業(yè)機(jī)械手具有許多人類無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了社會(huì)生產(chǎn)力滿足了社會(huì)化大生產(chǎn)的需要，其主要優(yōu)點(diǎn)如下： 1可以在危險(xiǎn)和有害操作代替人。只要根據(jù)工作環(huán)境的合理設(shè)計(jì)，選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)，機(jī)器人可以在一個(gè)不正常的高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，輻射效應(yīng)，以及沖壓，火災(zāi)等危險(xiǎn)環(huán)境做的工作。許多類型的事故，如沖壓，鑄造，熱處理，鍛造，繪畫和電弧焊接等作業(yè)的強(qiáng)紫外線照射，并應(yīng)促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人或機(jī)器人。 2能長時(shí)間工作，不怕疲勞，人們可以從繁重單調(diào)的勞動(dòng)被釋放，并拓展和延伸人類的能力。經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的連續(xù)工作的人總是感到疲倦或疲勞，只要注意機(jī)器人的維護(hù)，檢修，合格的努力長期單調(diào)重復(fù)。 3動(dòng)作準(zhǔn)確，這樣你就可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)避免人為錯(cuò)誤。 4機(jī)械臂尤其是常見的工業(yè)機(jī)器人的通用性，柔韌性好，能更好地適應(yīng)不斷變化的產(chǎn)品品種，滿足柔性生產(chǎn)的需要。可以顯著提高生產(chǎn)力并降低成本。 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 2.1 關(guān)節(jié)型機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自由度實(shí)現(xiàn)形式主要如下： 1）腰部的升降如圖所示 腰部升降液壓缸的工作原理如下： 液壓油從缸底蓋右下端的油管進(jìn)入油腔中，給予一定的油壓使得活塞和活塞桿以一定的速度向上運(yùn)動(dòng)從而推動(dòng)機(jī)械手的臂部、腕部和手部的整體上下運(yùn)動(dòng)?；爻踢^程時(shí)由右側(cè)缸蓋上方的油管充入一定量的液壓油使活塞和活塞桿整體下降。由圖可知，此機(jī)械手腰部的升降距離就由這個(gè)空腔的垂直高度決定。 2）腰部的回轉(zhuǎn)如圖所示 腰部回轉(zhuǎn)液壓缸的工作原理如下： 此圖中表示的腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由回轉(zhuǎn)液壓缸來實(shí)現(xiàn)的。由圖可知，標(biāo)號為3處的液壓缸動(dòng)片由鍵同回轉(zhuǎn)軸固定在一起。此時(shí)當(dāng)液壓油從5左油孔進(jìn)油時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一定的油壓，由于動(dòng)片與回轉(zhuǎn)軸是固定的，所以油缸就產(chǎn)生了相對的轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)也帶動(dòng)整個(gè)臂部旋轉(zhuǎn)。同樣的，當(dāng)油從6右油孔進(jìn)入時(shí)油壓就會(huì)使缸體及臂部向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 3）手臂的伸縮如圖所示： 工作時(shí)，液壓油從左側(cè)缸體下部的油孔進(jìn)入，回轉(zhuǎn)軸通過螺紋與緩沖套連在一起，由于兩邊緩沖套、軸肩的軸向定位以及缸筒的周向約束，活塞和活塞桿就被連在一起。當(dāng)活塞桿左端受到油壓時(shí)，活塞桿與活塞就會(huì)一起向右邊伸展運(yùn)動(dòng)。（左側(cè)的回油路可以在回程過程中起到維持液壓油流速及油壓的作用。）回程時(shí)油從左側(cè)的油孔進(jìn)入油腔。其中的緩沖節(jié)流閥可以在往返過程中控制油腔中的油量以維持活塞桿伸縮的速度。 4）手腕的回轉(zhuǎn)如圖所示 手腕部回轉(zhuǎn)液壓缸的原理與腰部的回轉(zhuǎn)相似。區(qū)別在于這里是缸體固定，動(dòng)片和回轉(zhuǎn)軸在油壓的作用下完成回轉(zhuǎn)動(dòng)作。油路的分布也有所不同。 5）手爪的抓取如圖所示 手爪的抓取閉合左側(cè)的油管進(jìn)油產(chǎn)生油壓推動(dòng)活塞漸而推動(dòng)彈簧壓縮使得楔塊向右直線運(yùn)動(dòng)，類似凸輪機(jī)構(gòu)一樣讓兩手爪閉合抓取物料。在搬運(yùn)過程中保持一定的油壓讓手爪處的彈簧處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)要卸料時(shí)就在油孔端減小油量使油壓降低讓彈簧都緩慢的恢復(fù)到初始位置完成下料動(dòng)作。 2.1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1.手爪部分 也就是機(jī)械手直接與件料接觸的部分，采用兩指式的回轉(zhuǎn)型的手爪，因其結(jié)構(gòu)簡單易懂。手爪的外形采用向內(nèi)抓取的方式，并截面為梯形的手指使棒料在機(jī)械手搬運(yùn)過程中更加平穩(wěn)牢靠。在傳力機(jī)構(gòu)方面采用液壓動(dòng)力及彈簧的伸縮來實(shí)現(xiàn)。通過控制油量漸而影響油壓來實(shí)現(xiàn)整個(gè)抓取動(dòng)作的完成 2.手腕部分 是連接手爪部分和手臂的部件，主要需要完成的就是手腕的回轉(zhuǎn)動(dòng)作。手腕部分主要由回轉(zhuǎn)液壓缸組成。在設(shè)計(jì)過程中還把手爪部分所需要的液壓傳力機(jī)構(gòu)的油路設(shè)計(jì)在回轉(zhuǎn)軸內(nèi)并設(shè)計(jì)合理的回程。設(shè)計(jì)時(shí)需要在油缸上開設(shè)有兩個(gè)油孔來實(shí)現(xiàn)液壓回轉(zhuǎn)功能 3.手臂部分 手臂是用來支持手腕及手爪各種運(yùn)動(dòng)以及具有伸縮功能的部分。本文的手臂只有一個(gè)部分和一個(gè)自由度。采用圓柱坐標(biāo)式。在伸縮過程中的傳力機(jī)構(gòu)也是液壓缸，并利用了如緩沖節(jié)流閥等機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對手臂運(yùn)動(dòng)的速度控制。 4.腰部 腰部是連接手臂和底座的部分，需要支撐起整個(gè)手臂的重量。這里我有點(diǎn)小偷懶就把腰部和手臂部焊接在一起了。腰部能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)自由度，腰部的回轉(zhuǎn)以及腰部的升降。腰部的回轉(zhuǎn)與腕部的回轉(zhuǎn)十分相似。 2.1.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 該機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要采用液壓缸驅(qū)動(dòng)模式。采用液壓缸的方式來驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力范圍跨度大，成本也較低。主要就是有升降液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸等。在合理安排液壓油路的同時(shí)也增設(shè)了緩沖節(jié)流閥等來控制液壓油速 2.2 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡圖 本設(shè)計(jì)的機(jī)械手設(shè)計(jì)成如下簡圖形式： 圖2.2 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 3 關(guān)節(jié)型機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 手部 手爪部分是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)多種多樣，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而定的。歸結(jié)起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持和吸附兩大類。 3.1.1 夾緊力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是計(jì)算手部的主要依據(jù)。必須對其大小、方向和作用力進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），以及工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按下式計(jì)算： 式中K——安全系數(shù)，通常取1.2~2.0; K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦浪? K2=1+ 其中a—運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升速度； g—重力加速度，g ≈ 9.8m/s; a= ——運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升速度； t——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間；根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選取。一般取0.03~0.5s。 K——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定。 G—被抓工件所受重力（N）。 3.1.2夾緊缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 如圖是液壓夾緊裝置。手爪殼和缸殼連成一體，當(dāng)壓力油從液壓缸右邊油管進(jìn)油時(shí)，活塞桿向左移動(dòng)，推動(dòng)手爪閉合；當(dāng)壓力油從液壓缸左邊進(jìn)油時(shí)，拉動(dòng)手爪張開。 缸的拉力（或推力）（N）為： 式中 D—活塞直徑（）; ——活塞桿直徑（）; ——驅(qū)動(dòng)壓力（）。 圖3.1 液壓缸驅(qū)動(dòng)裝置 3.2 腕部 手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是連接手爪部分以及手臂部分，關(guān)鍵是他應(yīng)具有大約260度的回轉(zhuǎn)能力。 手腕部件具有一個(gè)的自由度。一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求并且要求嚴(yán)格密封，否則就很難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此，在要求較大或轉(zhuǎn)角的情況下，應(yīng)用齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。 3.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 1、力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于臂部的最前端，它連同手部的精、動(dòng)載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 2、綜合考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局。如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，腕部各個(gè)自由度的位置檢測，管線布置，以及潤滑、維修、調(diào)整等問題。 3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力。 1、腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 一般為了簡化計(jì)算，取=0.1阻力矩 2、克服由于工件重心偏置所需的力矩 = 式中 e——工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m）。 3、克服啟動(dòng)慣性所需的力矩 啟動(dòng)過程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度ω及啟動(dòng)所用時(shí)間，按下式計(jì)算 或者根據(jù)腕部角速度 ω 及啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)過的角度φ啟按下式： 式中 J工件 ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Nm）； J ——手腕回轉(zhuǎn)部分對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Nm）； ω ——手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度（1/s）； t啟 ——啟動(dòng)過程中所需時(shí)間（s），一般取 0.05-0.3s； ——啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）。 手腕回轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)力矩相當(dāng)于上述三項(xiàng)之和。 3.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力距，為了使該機(jī)械手具有更好的通用性，以及與相應(yīng)的機(jī)構(gòu)尺寸相吻合，設(shè)回轉(zhuǎn)的基本尺寸如下： 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 D=40mm 輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑d=10mm 動(dòng)片寬度b=45mm 回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力p=3M ∴ 因?yàn)?，所以是符合要求的? 3.3 臂部 手臂部件是機(jī)械手的主要支持手腕運(yùn)動(dòng)的部分。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的：利用自身的伸縮自由度來搬運(yùn)物料并支撐物料的拿起與放下。 臂部的自由度主要由伸縮液壓缸來實(shí)現(xiàn)。從臂部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機(jī)械手的工作性能。 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)可知該臂部分兩部分：回轉(zhuǎn)缸、伸縮缸回轉(zhuǎn)缸實(shí)現(xiàn)的是手臂旋轉(zhuǎn)，伸縮缸實(shí)現(xiàn)的是手臂升降，俯仰缸實(shí)現(xiàn)的是手臂的俯仰。 3.3.1 手臂伸縮液壓缸 3.3.1.1作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 式中 ——摩擦阻力。手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，為運(yùn)動(dòng)件表面的摩擦阻力。若是導(dǎo)向裝置，則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力。 ——密封裝置處的摩擦阻力。 ——液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力。 ——啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受平均慣性力。 1）的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。 圖3.5 水平移動(dòng)液壓缸受力圖 圖3.5為雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向，其導(dǎo)向桿截面形狀為圓柱面，導(dǎo)向桿對稱配置在伸縮缸的兩側(cè)，啟動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向裝置的摩擦阻力較大，計(jì)算如下： 由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。 得 =0 得 = ∴ 式中 ——參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工作重力）（N）； L——手臂參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支承前端的距離（m）; a——導(dǎo)向支承的長度（m）； ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支承的截面形狀有關(guān)。 對于圓柱面： =（1.27~1.57） ——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時(shí)； 鋼對青銅：取=0.1~0.5 鋼對鑄鐵：取=0.18~0.3 取=0.2，設(shè)手爪、手爪驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸所受重力為G=400N，手臂伸縮液壓缸所受重力為G=150N，則=400+150+300=850N，L=50mm，a=100mm，則 =0.2×1.3×850(=442N 2）的計(jì)算 不斷密封圈其摩擦阻力不同，此處選用“Y”形密封圈。 =pπdl 式中 ——摩擦系數(shù)，=0.06~0.08 P——密封處的工作壓力（）； d——密封處的直徑（m） l——沿軸向的密封長度，相當(dāng)于唇部的寬度（m）。 根據(jù)活塞桿的直徑選“Y”形密封圈型號為B16407ACM，內(nèi)徑為16mm，唇部寬度為7mm，設(shè)密封處工作壓力為2.5，則 =pπdl=0.07×2.5×π×0.016×0.007=61.58N 3）的計(jì)算 一般背壓阻力較小，可按=0.05p,此處忽略不計(jì)。 4）的計(jì)算 0.7 式中 ——參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（包括工件重量）（N）； g——重力加速度，取9.8m/; ——由靜止加速到常速的變化量（m/s）； ——啟動(dòng)過程時(shí)間（s），一般取0.01~0.5s。 已知=0.07m/s，取=0.5s ∴ ==12.14N 手臂作水平直線運(yùn)動(dòng)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為 =12.14+442+61.58+0=515.72N 3.3.1.2 手臂作升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力 ±G 式中 ——摩擦阻力，如下圖所示。=2f，取f=0.16 G——零部件及工件所受總重力。 其他阻力的計(jì)算與上相同，省略。 注意，須按h>0.32ρ計(jì)算不自鎖的條件。 圖3.6 手臂各部件重心位置圖 3.3.1.3 伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 3.3.1.3.1 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 圖3.7雙作用液壓缸示意圖 如圖3.7所示，當(dāng)油進(jìn)入無桿腔 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔 液壓缸的有效面積： 固有 （無桿腔） （有桿腔） 式中 F——驅(qū)動(dòng)力（N）； ——液壓缸的工作壓力（）； d——活塞桿直徑（m）； D——液壓缸內(nèi)徑（m）； ——液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取=0.95。 由總體設(shè)計(jì)知，手臂在收縮是液壓油進(jìn)入的有桿腔，取=0.95，則 由于前面的手部和腕部的液壓缸內(nèi)徑都選的是40mm，為了使該機(jī)械手具有更好的通用性，這里也取D=40mm。 3.3.1.3.2液壓缸壁厚計(jì)算 初選壁厚δ=5mm，則： 因?yàn)?6>>3.2時(shí)屬于中等壁厚，所以該壁厚屬于中等壁厚，計(jì)算公式為： 式中 ——液壓缸內(nèi)工作壓力（）； ——強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí)=1）； C——讓管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值； D——液壓缸內(nèi)徑（m）。 該鋼臂為無縫鋼管，則 =0.001mm 所以選取的壁厚滿足條件。取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑為50mm，則壁厚為5mm。 3.3.1.3.3 塞桿的計(jì)算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度的要求。對于桿長l大于直徑d的15倍（即l>15d）的活塞桿還必須具有足夠的穩(wěn)定性。 ①按強(qiáng)度條件決定活塞桿直徑d 0.002m 所以d=16mm是滿足要求的。 ②活塞桿的穩(wěn)定性校核 當(dāng)活塞桿l>15d時(shí)，一般應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。因?yàn)榇颂幓钊麠U長度為200mm，直徑為16mm，200/16<15，所以這里不用進(jìn)行活塞桿的穩(wěn)定性校核。 3.3.2手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 3.3.2.1手臂回轉(zhuǎn)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 此工作原理采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。標(biāo)號為3處的液壓缸動(dòng)片由鍵同回轉(zhuǎn)軸固定在一起。此時(shí)當(dāng)液壓油從5左油孔進(jìn)油時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一定的油壓，由于動(dòng)片與回轉(zhuǎn)軸是固定的，所以油缸就產(chǎn)生了相對的轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)也帶動(dòng)整個(gè)臂部旋轉(zhuǎn)。同樣的，當(dāng)油從6右油孔進(jìn)入時(shí)油壓就會(huì)使缸體及臂部向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 手臂回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力： 1、回轉(zhuǎn)處的摩擦阻力，一般為了簡化計(jì)算，取=0.1 2、啟動(dòng)慣性所需的力矩 式中——手臂回轉(zhuǎn)部分對軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Nm） ——工件對回轉(zhuǎn)軸線處的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Nm） ——手臂回轉(zhuǎn)過程的角速度（1/s） ——啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad） 結(jié) 論 兩個(gè)多月的痛并快樂即將步入尾聲，我也快要離開這有著四年美好回憶的地方。回想起設(shè)計(jì)的過程各色各位，以后一定會(huì)讓我回味無窮的。雖然時(shí)間的緊迫和就業(yè)的壓力始終徘徊在設(shè)計(jì)的過程中，但我還是堅(jiān)持下來了，我相信堅(jiān)持就是勝利。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題內(nèi)容覆蓋面廣。涉及到機(jī)械等主干課程，通過認(rèn)真學(xué)習(xí)專研查閱大量資料，我就要完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)了。這次的設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)自己在基礎(chǔ)課和專業(yè)課上存在的缺陷，在萍姐的悉心指導(dǎo)和同組同學(xué)的幫助下，我也逐漸地彌補(bǔ)自己的缺陷，努力做到更好。 通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我了解和掌握了機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本要求、步驟、方法及應(yīng)考慮的有關(guān)問題，并鞏固和深化了大學(xué)四年中幾乎所有專業(yè)知識(shí)，為將來的工作打下基礎(chǔ)。 在本次設(shè)計(jì)中，由肖麗萍老師指導(dǎo)。肖老師工作細(xì)致，近人愛笑，在設(shè)計(jì)中給予我了極大的幫助，指導(dǎo)我完成工作。萍姐我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記。當(dāng)然還要感謝我的室友劉強(qiáng)陳明以及余高峰同學(xué)，學(xué)霸宋科輝同學(xué)。大家一起加油畢業(yè)吧。 參考文獻(xiàn) [1]李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996. [2]左健民.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].第四版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007. [3]濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第八版. 北京：高等教育出版社，2006. [4]唐增寶.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].湖北：華中理工大學(xué)出版社,1999. [5]付亞子.機(jī)械手控制系統(tǒng)[C].湖北：湖北工業(yè)大學(xué)，2006. [6]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué).高等教育出版社，2009. [7]密封技術(shù)網(wǎng)信息中心.常用橡膠密封件的類型和適用條件. 密封技術(shù)網(wǎng)，http://www.mfw365.com．2010-10-7. [8]鄭文緯.機(jī)械原理.第七版 北京：高等教育出版社，1997. [9]何銘新.機(jī)械制圖.第六版 北京：高等教育出版社，2010. 致 謝 經(jīng)過兩個(gè)多月緊張的工作，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于做完了。在這里，我首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師肖麗萍老師(萍姐)。 這期間如果不是肖老師的督促和鼓勵(lì)，我想我是很難完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的。在剛拿到“關(guān)節(jié)型機(jī)械手”這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，我感覺一片茫然，不知道從哪里做起，這時(shí)肖老師給了我很大的幫助，她指導(dǎo)我該借哪些參考資料以及怎么做。每次都是通過網(wǎng)絡(luò)將我做的進(jìn)度傳給謝老師，從開題報(bào)告到畢業(yè)設(shè)計(jì)的初稿我都是這樣傳給肖老師，然后她再根據(jù)我做的提出修改意見，盡管這樣很麻煩，但肖老師每次都盡心做好，這點(diǎn)讓我相當(dāng)敬佩。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)要用到大學(xué)里所學(xué)的各種知識(shí)，所以我不光要感謝肖老師，還要感謝大學(xué)四年里我所有的任課老師，當(dāng)讓也要感謝我親愛的室友，那兩個(gè)月是我們一起艱苦奮戰(zhàn)的大學(xué)最美好的時(shí)光，還在制圖方面給予我很大幫助。是他們讓我鞏固了機(jī)械設(shè)計(jì)的各種基礎(chǔ)知識(shí)。 最后，再次感謝謝老師、各位任課老師、劉強(qiáng)、余高峰、宋科輝同學(xué)和所有對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供幫助的人，謝謝你們！ 24 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告（理工類） 設(shè)計(jì)題目 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 一、課題的目的意義： 該課題的主要目的是開發(fā)工業(yè)裝配線上使用的平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手。 機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，是模擬人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降、平移、抓放等操作的自動(dòng)化裝置。機(jī)械手目前雖然沒有人手那么靈活，但它具有能不斷重復(fù)勞動(dòng)和工作，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人大等特點(diǎn)。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境下，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。同時(shí)，在一些動(dòng)作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手是應(yīng)用最廣泛的機(jī)械手類型之一，既可以用于實(shí)際生產(chǎn)，又可以用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究。用于實(shí)際生產(chǎn)，它能夠滿足裝配作業(yè)內(nèi)容改變頻繁的要求；用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，它能夠使人直觀地了解機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成、動(dòng)作原理等，所以開發(fā)設(shè)計(jì)和研究平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手具有最廣泛的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。 2、 資料調(diào)研分析： 在二十世紀(jì)四十年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展己出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。五十——六十年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示數(shù)再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手,如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手，即屬這種類型。 一九六八 一一 九七O年，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，即使第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。七十年代機(jī)械手可以說是處于技術(shù)發(fā)展階段。 專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今己進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通用技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國內(nèi)外發(fā)展這一新技術(shù)都很重視。幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)大。 國外自一九七O年以來，己召開過數(shù)次國際機(jī)械手會(huì)議(幾乎每年召開一次)。有的國家(如日本)還成立了機(jī)器人協(xié)會(huì)。 《工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)》 周伯英 機(jī)械工業(yè)出版社 1995 《機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)》 龔振幫 電子工業(yè)出版社 1995 3、 設(shè)計(jì)方案的可行性分析和預(yù)期目標(biāo)： 1、可行性分析 在大學(xué)四年里，本人已經(jīng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、機(jī)械制圖、液壓與氣壓傳動(dòng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)課程，還有相應(yīng)的金工實(shí)習(xí)，見習(xí)和暑期實(shí)習(xí)等實(shí)踐課程，將理論與實(shí)際相結(jié)合，對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的直觀認(rèn)識(shí)和了解，這些為本畢業(yè)設(shè)計(jì)選題奠定了良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。? 要完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，需要大量查閱和學(xué)習(xí)與選題有關(guān)的參考書、期刊文獻(xiàn)及資料。圖書館豐富的圖書資源和電子閱覽室方便的專業(yè)信息也給我們提供了有利的設(shè)計(jì)條件。指導(dǎo)老師在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有著豐富的教學(xué)經(jīng)歷和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可為本設(shè)計(jì)提供詳實(shí)的指導(dǎo)書，為完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)指出了明確的設(shè)計(jì)方向。? 另外，在大二下半學(xué)期有關(guān)減速器的課程設(shè)計(jì)中，本人對機(jī)械設(shè)計(jì)有了一個(gè)整體的了解，對本次畢業(yè)設(shè)計(jì)有了直接的推動(dòng)作用。 綜上所述，在老師的指導(dǎo)下，通過自己的學(xué)習(xí)和努力，綜合運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的相關(guān)知識(shí)與技能，本人一定能很好的完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)。 2、預(yù)期目標(biāo) ①?CAD圖紙一份（裝配圖一張，零件圖若干）? ②?設(shè)計(jì)說明書一份。 四、所需要的儀器設(shè)備、材料： 五、課題分階段進(jìn)度計(jì)劃： 序號 起止日期 工 作 內(nèi) 容 階段成果 1 完成英文資料的翻譯工作，查閱相關(guān)的技術(shù)文件和資料。 完成英文資料的翻譯。 2 完成機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 完成機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3 完成硬件的選型和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 完成硬件的選型和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 4 完成設(shè)備上述各系統(tǒng)零件圖的繪制。 完成設(shè)備上述各系統(tǒng)零件圖的繪制。 5 完成機(jī)床的裝配圖，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯。 完成機(jī)床的裝配圖，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫。 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 200 年 月 日 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書（理工） 學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 學(xué)生姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級 指導(dǎo)教師 職 稱 課題名稱 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì) 起止日期 一、課題來源、目的與要求： 該畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為自選課題。該課題的主要目的是開發(fā)工業(yè)裝配線上使用的平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是完成該平面機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)硬件部分的選型、設(shè)計(jì)并完成機(jī)械手機(jī)械本體、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)和裝置的設(shè)計(jì)。 要求機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，計(jì)算準(zhǔn)確，論文撰寫規(guī)范。 二、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容： 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)如下： （1） 5000字左右的英文資料的翻譯工作。 （2） 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （3） 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手硬件選型。 （4） 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手機(jī)械本體、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)和裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)的較核計(jì)算。 （5） 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫工作。 三、主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)： 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的是完成平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手的設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)過程中主要完成如下的技術(shù)指標(biāo) 四、分階段指導(dǎo)性進(jìn)度計(jì)劃： （1）2014.3.3～2014.3.20 完成英文資料的翻譯工作，查閱相關(guān)的技術(shù)文件和資料。 （2）2014.3.21～2014.4.30 完成機(jī)床設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （3）2014.5.1～2014.5.20 完成硬件的選型和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 （4）2014.5.21～2014.5.31 完成設(shè)備上述各系統(tǒng)零件圖的繪制。 （5）2014.6.1～2014.6.12 完成機(jī)床的裝配圖，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯。 五、主要參考文獻(xiàn)資料： 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，機(jī)械工業(yè)出版社 《精密與特種加工技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社，張建華主編，2003 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》編寫組，1986 《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，李洪編著，1999 指導(dǎo)教師（簽字）： 2014年3月3 日 系主任（簽字）： 20 年 月 日 注：本表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系主任審定后下發(fā)學(xué)生。