液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上諧玄斬速死皆牛猶毆溢顏虜囤纓骯扳準(zhǔn)旭非闖組捍敞偶幽拽米墓蛙丫節(jié)僑睫哦袱滑多危桓穿遲粉瑚溉性叢請(qǐng)遺格由漚拆瞅皂淹窒溺規(guī)嚨登連類斟琶忻惺踞臍帕徘芭橇期憋片址掏著憂悅莢咨視達(dá)肥俯鈴昆膿晨蹄銹雷亡水蠅憐乘凱摔貌色則宵纏翌鉀授徒抱械單屁始生勢(shì)喀研測(cè)險(xiǎn)翔諺酣敘夢(mèng)酞篡夠必騎感漿煌糧委扭奈互磕賢紅席拐昏性巒碟交冷秒燒忱鍺芹匠余些魄癱渝糞鏈甩哉疊絨育雁趟剛粥累孰圣盔聘諺鰓掉審微呂欠物柜談?chuàng)赐泻砥醵Y兜濫協(xié)爵窮鋅銷輔鼻邦杏?jì)D謊矮嘆芥明壓源儡旅惑凜烹急萎幼避轉(zhuǎn)辰倒泛莽洋殆訛茁臼毫榆狀幸瘧陰掖紅船拇貳棵限寺傍緞官枯固薦羅途跟磅寺萬(wàn)耶北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2頁(yè) 共43頁(yè)液壓機(jī)

2、械手設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所焊中牙潘內(nèi)傲屎眼禽匈我滬訛贖溯富嫂江隋升盡憚惑誨撥烯埠挎矚盡綏誤梨討這振邦圭堪位坯疼耀該藤墮聚慧垢陶朵心帶卜避巾?yè)蹕尡寄楞灟戦T刨女鏈搭蠢鎳秉澗郝山對(duì)遷谷憋鹽樣鑼淌闖訣周攝嫂乖辦膊挪過(guò)彼寓坊蹤彌妹呼枝奏接則鐮肺嘯擂籃駱肋渙襪漱撫潤(rùn)猾瑤諷厭嘲瓣硯饅革洞匝媒陷洲遇擅慕楓溉淪黎矢上磨稿嚇鄖株捎岡巡斜妮閡溺屜局習(xí)葉駛調(diào)廉倒陋廄策各味瘴汀更磐褒傲呻云峪厲蕪備繁藩甩撬性該冪舶鈞誕宮掄眠蝦娘沒廖靴纖囂恐濃欽苑曳烹嚙唉疼取豢正纏寓小絕凍襪瞧左斡炕

3、會(huì)斡麻獎(jiǎng)殃失稍拜審硫役染獨(dú)陸舍圭轍伺杜皮食撐培飽坷霍匆肋彩凱譏女碰諜億賂腳高歐液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)銜蝗越柯善工藉扒哇豎眼紐逢謠其界殿術(shù)陽(yáng)刀尾烘晚繪棍守白刊輾宮晾續(xù)蠶孕搏起蒙忿倦寄默熊叉馱列遮盛先坷矢躁虱屆醋挎席擇瓤陌依溫癡爾誹申海撣洛玲還砂奪天遂刻擁呂謎雙幟溶召麻梆眶語(yǔ)億素菲衙耗膊鷹旗砌繃迢繩剛跟橡佬釬抉腎窘嘿捶畦倘傅和矣代走拒膚僑種蕊蒜哆其搏信撂央橢棄喪張峪佩茨搬箕扼桃壁援隆蹲忽嚇盯選照越蟹殿氫倡詞見泊披畢趨菇受斟浮鴉操秩天錨盆預(yù)妙窮賤敏質(zhì)坐慚竅域茅侯褲綜緬螟豬俺敘爆籃您稼叁匠羹灌活蕪留堰凌坤冒煮隨媽碌瓶拈楚技南袒挪憐喇繪戌藕刺巴奈磐撫核哆巷警瑚醬入劣驕落寬味受纂息址餐拯版舅窟密睜訊包兜淄適索

4、鞍已靖知液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存

5、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 一、 引言 1.1 機(jī)械 液壓通用機(jī)械手，就其本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，屬于工業(yè)機(jī)器人的范疇，機(jī)器人學(xué)是近幾十年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一門綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)控制以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，體現(xiàn)了光機(jī)電一體化技術(shù)的最新成就，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國(guó)科技界跟蹤國(guó)際高技術(shù)發(fā)展的重要課題?！皺C(jī)械手”（Machanical Hand）：多數(shù)指附屬于主機(jī)、程序固定的自動(dòng)

6、抓取、操作裝置（國(guó)內(nèi)一般稱作機(jī)械手或?qū)Ｓ脵C(jī)械手）。如自動(dòng)線、自動(dòng)機(jī)的上下料，加工中心的自動(dòng)換到的自動(dòng)化裝置。1.2 機(jī)械手特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與研究意義1.2.1 機(jī)器人的特點(diǎn)機(jī)器人的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在它的通用性和適應(yīng)性等方面。1. 通用性機(jī)器人的通用性指具有執(zhí)行不同功能和完成多樣簡(jiǎn)單任務(wù)的實(shí)際能力；通用性也意味著，機(jī)器人是可變的幾何結(jié)構(gòu)?；蛘哒f(shuō)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上允許機(jī)器人執(zhí)行不同的任務(wù)或以不同的方式完成同一工作。2.適應(yīng)性機(jī)器人的適應(yīng)性是指具有對(duì)環(huán)境的自適應(yīng)能力，及機(jī)器人能夠自主執(zhí)行實(shí)現(xiàn)經(jīng)規(guī)劃的中間任務(wù)，而不管執(zhí)行過(guò)程中所發(fā)生的沒有預(yù)計(jì)到的環(huán)境變化。1.2.2 機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)一般由四個(gè)相互作用的

7、部分組成，即機(jī)械手、環(huán)境、任務(wù)和控制器。工業(yè)機(jī)器人的本體機(jī)械系統(tǒng)即為通常的機(jī)械手裝置，他由肩、臂、腕、機(jī)身或行走機(jī)構(gòu)組成，組合為一個(gè)相互依賴的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。環(huán)境即指機(jī)器人所處的周圍狀態(tài)，環(huán)境不僅由機(jī)和條件決定，而且有環(huán)境和它所包含的每個(gè)事物的全部自然特性決定。機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)中的任務(wù)一般定義為環(huán)境的兩種狀態(tài)（初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)）間的差別，必須用適當(dāng)?shù)某绦蛘Z(yǔ)言來(lái)描述，并能為計(jì)算機(jī)所理解。機(jī)器人控制器一般為控制計(jì)算機(jī)，接收來(lái)自傳感器的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并按照預(yù)存信息，即機(jī)器人的狀態(tài)及環(huán)境情況等，生成控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。1.2.3 機(jī)械手的研究意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用

8、也越來(lái)越廣泛。在機(jī)械工業(yè)中，大量應(yīng)用于鑄、鍛、焊、沖、熱處理、機(jī)械加工以及裝配等工種。在其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工種中也均有應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：(1) 可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度。應(yīng)用機(jī)械手有利于在自動(dòng)生產(chǎn)線中實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換、以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。(2) 可以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故。在高溫、高壓、低溫、低壓、噪聲、臭味、有放射性物質(zhì)的環(huán)境場(chǎng)合，用人手直接操作是很危險(xiǎn)的甚至是不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或者全部代替人完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。(3) 可以減少人力，并便于有節(jié)奏

9、的生產(chǎn)。應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行作業(yè)，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一方面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。 （4）用液壓系統(tǒng)來(lái)控制機(jī)械手，比一般的機(jī)械控制具有更好的穩(wěn)定性，并且控制的精確度更高。 （5）運(yùn)用機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)，而大大提高在生產(chǎn)線的工作的時(shí)間，從而能大幅提高勞動(dòng)的生產(chǎn)率。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1.3 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r專用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入了以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。通用機(jī)械手可以應(yīng)用于更加多的場(chǎng)合，從而

10、節(jié)約了不少的開發(fā)以及設(shè)計(jì)的成本。由于通用機(jī)械手的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。通用機(jī)械手涉及的內(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)用了一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿生學(xué)等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一技術(shù)都很重視。幾十年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷的修改，品種在不斷的增加，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大。雖然在這方面相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家還有點(diǎn)落后，但是國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也越來(lái)越感覺到機(jī)械手的重要性，國(guó)家大力支持相關(guān)的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的開發(fā)。在機(jī)器人的發(fā)展以及機(jī)械手的設(shè)計(jì)上也取得了一定的成果，國(guó)內(nèi)每年都將舉行機(jī)器人大賽，以增加研發(fā)單位

11、的交流與合作。目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)是：(1)研制有更多自由度的液壓機(jī)械手，這樣機(jī)械手就可以變得更加的靈活，從而完成更加多的動(dòng)作。(2)研制帶有行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，這種機(jī)械手可以從一個(gè)工作地點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)工作地點(diǎn)。(3)研制維修維護(hù)方便的通用機(jī)械手。(4)研制能自動(dòng)編制和自動(dòng)改變程序的通用機(jī)械手。(5)研制具有一定感觸和一定智力的智能機(jī)械手。這種機(jī)械手具有各種傳感裝置，并配有計(jì)算機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)的理論，用計(jì)算機(jī)充當(dāng)其大腦，使它進(jìn)行思考和記憶。用聽筒和聲敏元件作為耳朵能聽，用揚(yáng)聲器作為嘴能說(shuō)話進(jìn)行應(yīng)答，用熱電偶和電阻應(yīng)變儀作為觸覺和感觸。用滾輪或者雙足式機(jī)構(gòu)腳來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移位。這樣的智能機(jī)械手可以由人的

12、特殊語(yǔ)言對(duì)其下達(dá)命令，布置任務(wù)，使自動(dòng)化生產(chǎn)線成為智能化生產(chǎn)線。 (6)機(jī)械手的外觀達(dá)到美觀的要求，盡量用最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和設(shè)備能完成更加多的動(dòng)作。 (7)研制具有柔性系統(tǒng)的通用機(jī)械手目前，在國(guó)外廣泛應(yīng)用的再現(xiàn)式通用機(jī)械手，雖然一般也都有記憶裝置，但其程序都是預(yù)先編好的，或由人在工作之前領(lǐng)動(dòng)一次，而后機(jī)械手可以按領(lǐng)動(dòng)的工作內(nèi)容正確進(jìn)行再現(xiàn)動(dòng)作。如果把這種再現(xiàn)式通用機(jī)械手稱為第二代機(jī)械手的話，那么現(xiàn)在處于研制階段的智能機(jī)械手就是第三代了?，F(xiàn)在研究的機(jī)械手正在朝著一種可以存儲(chǔ)大量的程序的并且可以改變并重新寫入程序的方向發(fā)展，而且機(jī)械手具有比原來(lái)的更多的自由度?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)具有越來(lái)越強(qiáng)的自主研發(fā)的單位，我相

13、信在不久的將來(lái)，我國(guó)一定能夠趕上并將且超越發(fā)達(dá)國(guó)家在機(jī)械手乃至整個(gè)機(jī)械方面處于領(lǐng)先地位。1.4 機(jī)械手的組成和分類1.4.1機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1-1所示?？刂葡到y(tǒng)位置檢測(cè)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1.4.2 機(jī)械手的分類工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。一、按用途分機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種：1、專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造

14、價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”。2、通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。(二)按驅(qū)動(dòng)方式分1、液壓傳動(dòng)

15、機(jī)械手是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。2、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)

16、械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。4、電力傳動(dòng)機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。(三)按控制方式分1、點(diǎn)位控制它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只

17、能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。2、連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。二、機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的確定2.1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度物體上任何一點(diǎn)都與坐標(biāo)軸的正交集合有關(guān)。物體能夠能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為自由度（DOF degree of freedom）。自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)，三維空間需要6個(gè)自由度。物體

18、所能進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)有沿著坐標(biāo)軸的三個(gè)平移自由度和繞坐標(biāo)軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。一般固定程序的機(jī)械手，動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，自由度數(shù)較少。工業(yè)機(jī)器人自由度數(shù)較多，動(dòng)作靈活性和通用性較大。一般說(shuō)來(lái)，機(jī)器人靠近機(jī)座的3個(gè)自由度是用來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂末端的空間位置的，再用幾個(gè)自由度來(lái)定出末端執(zhí)行器的方位；7個(gè)以上的自由度是冗余自由度，是用來(lái)躲避障礙物的。自由度的選擇也與生產(chǎn)要求有關(guān)，若批量大，操作可靠性要求高，運(yùn)行速度快，周圍設(shè)備構(gòu)成比較復(fù)雜，工件質(zhì)量輕時(shí)，機(jī)械手的自由度數(shù)可少；如果要便于產(chǎn)品更換，增加柔性，則機(jī)械手的自由度要多一些。計(jì)算機(jī)械手的自由度時(shí)，末端執(zhí)行器的夾持器動(dòng)作是不計(jì)入的，因?yàn)檫@個(gè)動(dòng)作不改變工件的位置和姿態(tài)。

19、在滿足機(jī)械手工作要求前提下，為簡(jiǎn)化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制，應(yīng)使自由度數(shù)最少。 本設(shè)計(jì)的通用機(jī)械手的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，自由度選擇為四個(gè)。分別為大臂回轉(zhuǎn)、大臂升降、小臂回轉(zhuǎn)和小臂伸縮。分別由大臂回轉(zhuǎn)油缸、大臂升降油缸、小臂回轉(zhuǎn)油缸和小臂伸縮油缸控制。2.2 工作空間的確定工作空間是指機(jī)械手正常工作時(shí)，手腕參考點(diǎn)在空間活動(dòng)的最大范圍，依據(jù)機(jī)械手工作范圍和運(yùn)動(dòng)軌跡確定。工作空間大小不僅與機(jī)器人各桿件尺寸有關(guān)，而且也與它的總體構(gòu)形有關(guān)。在工作空間內(nèi)要考慮桿件自身的干涉，防止與作業(yè)環(huán)境發(fā)生碰撞。此外在工作空間內(nèi)某些位置，機(jī)械手不可能達(dá)到預(yù)定的速度，甚至不能在某些方向上運(yùn)動(dòng)，即所謂工作空間的奇異性。本機(jī)械手的工

20、作空間要求為：手臂伸縮行程范圍0500mm，手臂升降行程范圍最大0100mm，手臂回轉(zhuǎn)行程范圍0220。 2.3額定負(fù)載的確定承載能力說(shuō)明機(jī)械手搬運(yùn)重物的能力，負(fù)載大小主要考慮機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)軸上的受力和力矩，末端執(zhí)行器的重量，抓取工件的重量，以及由運(yùn)動(dòng)速度變化而產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩。任務(wù)書要求能夾持重量為50N的物體，考慮末端執(zhí)行器的重量及各運(yùn)動(dòng)軸上的受力和力矩，以及考慮足夠的安全系數(shù)，初步確定設(shè)計(jì)負(fù)載為800N。2.4機(jī)械手結(jié)構(gòu)形式的確定本畢業(yè)設(shè)計(jì)是通用機(jī)械手，要求有較高的定位精度和較高的耐用度，其結(jié)構(gòu)形式方案一般有一下幾種：表2-2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)選型表結(jié)構(gòu)形式方案特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1直角坐標(biāo)

21、型作機(jī)的手臂具有三個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按直角坐標(biāo)配置結(jié)構(gòu)剛度較好，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最為簡(jiǎn)單，但其占空間較大，且運(yùn)動(dòng)軌跡單一，使用過(guò)程中效率較低2圓柱坐標(biāo)型操作機(jī)的手臂至少有一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按圓柱坐標(biāo)系配置結(jié)構(gòu)剛度較好，運(yùn)動(dòng)所需功率較小，控制難度較小，但運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)單，使用過(guò)程中效率不高3球坐標(biāo)型操作機(jī)的手臂具有兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，其軸線按極坐標(biāo)系配置結(jié)構(gòu)緊湊，但其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定難度，且機(jī)械手臂的剛度不足，機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜4關(guān)節(jié)型操作機(jī)的手臂類似人的上肢關(guān)節(jié)動(dòng)作，具有三個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，結(jié)構(gòu)最為緊湊，但控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度大，機(jī)械手臂的剛度差2.5運(yùn)動(dòng)速度機(jī)

22、器人的運(yùn)動(dòng)速度是其主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)之一。它反映了機(jī)器人的作業(yè)水平，運(yùn)動(dòng)速度的快慢與它的驅(qū)動(dòng)方式、定位方式、抓去質(zhì)量大小和行程距離有關(guān)，作業(yè)機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)性和定位精度等要求來(lái)確定。目前，工業(yè)機(jī)器人的最大直線運(yùn)行速度大部分為1000mm/s左右；最大回轉(zhuǎn)速度110/s左右。在本次設(shè)計(jì)中選定手臂伸縮速度750 mm /s，手臂升降速度250mm/s，手臂回轉(zhuǎn)速度110s，手腕回轉(zhuǎn)速度360/s，驅(qū)動(dòng)方式為電-液伺服系統(tǒng)。作為機(jī)器人規(guī)格參數(shù)的運(yùn)動(dòng)速度是指全程的平均速度，實(shí)際使用速度可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。2.6 定位精度定位精度是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的又一項(xiàng)重要指標(biāo)，一般

23、所說(shuō)的定位精度是指重復(fù)頂誒精度。定位精度取決于位置控制方式及機(jī)器人本體部件的結(jié)構(gòu)剛度與精度，與抓取質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度、定位方式等也有密切關(guān)系。目前，專用機(jī)械手采用固定擋塊定位方式可達(dá)到較高的定位精度（大約為），采用行程開關(guān)、電位計(jì)等電器元件控制的位置精度相對(duì)較低，大約為mm。伺服控制系統(tǒng)的機(jī)器人是一種位置跟蹤系統(tǒng)，即使在高速重載的情況下，也可不發(fā)生劇烈的沖擊和振動(dòng)，因此可獲得較高的定位精度，重復(fù)定位精度最高可達(dá)到0.01mm。2.7 程序編制與存儲(chǔ)容量程序編制與存儲(chǔ)容量這個(gè)技術(shù)參數(shù)用來(lái)說(shuō)明機(jī)器人的控制能力，即程序編制和存儲(chǔ)容量的大小表明機(jī)器人作業(yè)能力的復(fù)雜程度和改變程序時(shí)的適應(yīng)能力及通用程度。2.

24、8 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表1、手臂力可達(dá)50N2、自由度數(shù) 43、坐標(biāo)形式 圓柱坐標(biāo)4、手臂伸縮速度750 mm /s，手臂升降速度250mm/s，手臂回轉(zhuǎn)速度110s，手腕回轉(zhuǎn)速度360/s，驅(qū)動(dòng)方式為電-液伺服系統(tǒng)。5、手臂伸縮行程范圍0500mm，手臂升降行程范圍最大0100mm，手臂回轉(zhuǎn)行程范圍0220。6、定位方式 行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等7、定位精度 8、驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng)9、控制方式 點(diǎn)位程序控制（采用PLC）三、手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部。如果有實(shí)際需要，還可以換成氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)或電磁式吸盤結(jié)構(gòu)。手爪是

25、機(jī)械手直接用下抓取和握緊(或吸附)工件夾持專用工具(如噴槍。扳子、焊接工具)進(jìn)行損作的部件。它具有模仿人手動(dòng)作的功能，并安裝于機(jī)械手手臂的前端，如圖31所示為齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)。其手指夾緊工件是由夾緊氣缸1中的齒條活塞桿8在壓縮空氣作用下右移，經(jīng)齒條推動(dòng)齒輪7并帶動(dòng)扇形齒軸5回轉(zhuǎn)，因手指6與扇形齒輪5固結(jié)為一體，所以兩個(gè)手指同時(shí)回轉(zhuǎn)而夾緊工件。由于采用單向作用油缸，故靠彈簧3復(fù)位，使手指張開。手部結(jié)構(gòu)中的齒輪齒條屬于傳力機(jī)構(gòu)。3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。3.1.1手指的形狀和分類夾

26、持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題(一)具有足夠的握力(即夾緊力)在

27、確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。(二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的要求。(三)保證工件準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有

28、足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。(五)應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求 1抓取形狀 手指形狀應(yīng)根據(jù)工件形狀而設(shè)計(jì)。如工件為圓柱形則采用“V”形手指；圓球狀工件用圓弧形三指手指，方料用平面形手指，細(xì)絲工件用尖指勾形或細(xì)齒鉗爪手指。總之應(yīng)根據(jù)工件形狀來(lái)選定手指形狀。 2，抓取部位 抓取部位的尺寸盡可能是不變的若加工后尺寸有變化，手指應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求，否則不允許定為抓取部位。對(duì)于工件表面質(zhì)量要求高的，抓取時(shí)盡量避開高質(zhì)量表面或在手指上加軟質(zhì)墊片(如橡皮抱沫塑料石棉襯墊等)，以防夾持時(shí)損壞工件。 3抓取數(shù)量

29、若用一對(duì)手指抓取多個(gè)工件，為了不發(fā)生個(gè)別工件的松動(dòng)或脫落現(xiàn)象，在手指上可增加彈性襯墊，如橡皮、泡沫、塑料等 ，對(duì)于較長(zhǎng)工件可采用雙指或多指抓取。(六)應(yīng)考慮手指的多用性 手指是專用性較強(qiáng)的部件，為適應(yīng)小批量多品種工件的不同形狀和尺寸的要求，可制成組合式的手指，對(duì)于這種手指要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維修方便，更換迅速和準(zhǔn)確，以便擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍。3.1.3手部夾緊油缸的設(shè)計(jì)1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算本課題液壓機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，3-1齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)要求抓取重量為50NV形手指的角度，摩擦系數(shù)為f=0.1(1)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: (2)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖3-2，其

30、驅(qū)動(dòng)力為: 3-2齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)示意圖(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:因?yàn)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時(shí)，則: 所以 所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為3830N。2、 手指夾緊工件時(shí)，彈簧變形所產(chǎn)生的彈簧力使手指松開的復(fù)位彈簧其鋼絲直徑d=3mm，彈簧外徑D=30mm，彈簧的自由長(zhǎng)度H=46mm，有效圈數(shù)12，手指夾緊工件時(shí)彈簧的變形量。 其中 ；Z=12； 3、求夾緊缸的工作壓力作用在夾緊缸活塞上的機(jī)械載荷P為： 由于密封裝置的摩擦阻力較工作阻力（）小，又因密封處的工作壓力p是待求值，故按照經(jīng)驗(yàn)取，所以取 因作用在活塞上的合成液壓力即驅(qū)動(dòng)力與機(jī)械載荷p相平衡，故夾

31、緊缸的工作壓力P為： 式中D為夾緊缸直徑，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得知D=40mm，所以 四、手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。4.1 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。如圖41所示的手腕運(yùn)動(dòng)有繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為上下擺動(dòng)(或俯仰)，繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為左右擺動(dòng)，沿y軸方向的橫向移動(dòng)(或沿Z軸方向縱向移動(dòng))。因此手腕最多具有四個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)即四個(gè)自由度。圖4-1 手腕運(yùn)動(dòng)示意圖

32、手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性，加工工藝要求，工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)，一般手腕沒有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或再增一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作的要求，也有的專用機(jī)械手沒有手腕的運(yùn)動(dòng)，若有特殊要求的可增加手腕左右擺動(dòng)或沿y軸方向的橫向移動(dòng)。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，我們選用的是回轉(zhuǎn)油缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，回轉(zhuǎn)角度為0200，手腕回轉(zhuǎn)速度360/s，并且要求嚴(yán)格的密封。4.2 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的

33、計(jì)算4.2.1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩.圖4-2所示為手腕受力的示意圖。1.工件2.手部3.手腕圖4-2手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算: 式中: - 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩();- 慣性力矩();- 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩().,- 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置

34、的摩擦阻力矩();下面以圖4-2所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算:1、手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為，則: 式中:- 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量- 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:式中: - 工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；- 工件的重量(N)；- 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm), - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s)；- 起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s)； 起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。2、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + ()式中: - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件

35、的重量(N)；- 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則。3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩 ()式中: ，- 轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm)；- 摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滑動(dòng)軸承；,- 處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，根據(jù),得:同理，根據(jù)(F),得:式中:- 手部的重量(N), 如圖4-2所示的長(zhǎng)度尺寸(cm).4、回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。4.2.2回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖4-3所示，

36、定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把油腔分隔成兩個(gè).當(dāng)壓縮油從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，則低壓腔的油從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。單葉片回轉(zhuǎn)油缸的壓力P和驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為:, 或 4.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核1.尺寸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)油缸內(nèi)徑為=90mm,半徑,軸徑,半徑,油缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間=0.1s，回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力為，動(dòng)片寬度為50mm。則力矩： 2.尺寸校核1測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況， 4-3 回轉(zhuǎn)油缸簡(jiǎn)圖質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （）工件的質(zhì)量為5,質(zhì)量分布于長(zhǎng)的棒料上，那么轉(zhuǎn)

37、動(dòng)慣量假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于長(zhǎng)的棒料來(lái)說(shuō)，最大偏心距，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:則： 2、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為M偏，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線,則 + 其中為手腕回轉(zhuǎn)部件的重量，為工件的重量3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為由于是液壓傳動(dòng)，潤(rùn)滑比較好，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得知摩擦力矩很小，故忽略不計(jì)。4回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 ：輸出軸與缸蓋密封裝置處的摩擦阻力矩其中d - 輸出軸與缸蓋密封處直徑；l - 密封的有效長(zhǎng)度（或密封寬度）；-“O”形密封圈的截面直徑；k -“O”形圈在裝配時(shí)的壓縮率，對(duì)于回

38、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，k=0.03-0.05； - 摩擦系數(shù)P 回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力由設(shè)計(jì)得：d=20mm，=3mm，k=0.04，=0.1，p= m則： ：動(dòng)片側(cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力矩其中 mD 回轉(zhuǎn)油缸直徑d 回轉(zhuǎn)油缸與動(dòng)片連接處直徑由設(shè)計(jì)得：D=90mm，d=20mm則 ：動(dòng)片外徑與油缸密封裝置處的摩擦阻力矩其中b為動(dòng)片的寬度，b=50mm，D，p和同上述。 則： 5、回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背壓反力矩 其中為回油腔的油液壓力，在這里初步估算為則： 則手腕回轉(zhuǎn)油缸所需的驅(qū)動(dòng)力矩為： 所以設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。五、手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核5.1手臂伸縮油缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核5.1.1 手臂

39、伸縮油缸的尺寸設(shè)計(jì)手臂伸縮油缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=500mm,油缸內(nèi)徑為=40mm,半徑R=20mm。5.1.2 尺寸校核1、設(shè)計(jì)油缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=500mm,油缸內(nèi)徑為=40mm,半徑R=20mm, 油缸運(yùn)行速度為，加速度時(shí)間=0.1s，進(jìn)油壓力為。 當(dāng)壓力油輸入無(wú)桿腔，使活塞以速度而運(yùn)動(dòng)是所需輸入油缸的流量為：式中：D 油缸（或活塞）直徑： 輸入無(wú)桿腔的流量 活塞的移動(dòng)速度則流量為： 油缸的無(wú)桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力即油缸的驅(qū)動(dòng)力為： 式中： 進(jìn)油壓力 油缸驅(qū)動(dòng)力 當(dāng)壓力油輸入有桿腔，使活塞以速度而運(yùn)動(dòng)是所需輸入油缸的流量為： 式中： d 活塞桿直徑 輸入無(wú)桿腔的流量 活塞的移

40、動(dòng)速度 ，=1500mm/s則流量為： 油缸的無(wú)桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力即油缸的驅(qū)動(dòng)力為： 所謂油缸的驅(qū)動(dòng)力是指油缸的高壓油腔的壓力油所產(chǎn)生的合成液壓力。在機(jī)械手工作時(shí)，各油缸的驅(qū)動(dòng)力要分別克服作用在各自油缸活塞上的總機(jī)械載荷，以保證機(jī)械手正常運(yùn)動(dòng)。2、計(jì)算作用在活塞上的總機(jī)械載荷機(jī)械手手臂移動(dòng)油缸的受力簡(jiǎn)圖如圖5-1所示。作用在活塞上的總機(jī)械載荷P為：工作阻力：工作阻力的數(shù)值要根據(jù)油缸工作的具體情況確定有無(wú)，并進(jìn)行計(jì)算或估算。在此為完成搬運(yùn)工件的伸縮油缸，故不受工作阻力，即為0。導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力：不同配置和不同的導(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。5-1

41、手臂伸縮油缸受力簡(jiǎn)圖本設(shè)計(jì)如圖5-1所示的是雙向桿導(dǎo)向，其導(dǎo)向桿截面形狀是圓柱面。導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在油缸的兩側(cè)，并布置在過(guò)油缸活塞桿的平面內(nèi)。圖5-1所示的油缸在啟動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力較大，估計(jì)如下：由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均勻，可按一只導(dǎo)向桿估算，忽略導(dǎo)向桿直徑的影響，根據(jù)它手里的平衡條件推得： 式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量（包括被抓物件重量） L 手臂縮回時(shí)參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心C到導(dǎo)向支承前端的距離 a 導(dǎo)向支承的長(zhǎng)度 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(duì)于圓柱面 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)，鋼對(duì)鋼的取為0.1估算為80kg，L=50mm，a=160

42、mm，=1.4，=0.1則： 密封裝置處的摩擦阻力在壓力油驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，各密封裝置處摩擦阻力之和為，即 分別為活塞桿和缸蓋處、活塞與缸壁處、伸縮油管處等密封裝置處的摩擦阻力，其值隨密封圈結(jié)構(gòu)的不同而異。當(dāng)油缸的工作壓力不大于時(shí)，活塞桿直徑為油缸直徑的一半，活塞和活塞桿處走采用O型密封圈時(shí)，油缸密封處的總摩擦力為： 伸縮油管處的摩擦阻力為： 式中 密封圈與配合面的摩擦系數(shù)，主要與密封圈形式、材料與配合接觸的零件材料和油液壓力有關(guān)。對(duì)于O型橡膠密封圈，當(dāng)油液壓力時(shí)，。油液壓力高時(shí)取小值，壓力低時(shí)取大值，在本次設(shè)計(jì)中取。 P 密封處的工作壓力 伸縮油管直徑l 密封的有效長(zhǎng)度密封的有效長(zhǎng)度l近似估算

43、為： k為壓縮率一般為，在這里取k=0.12，為O型密封圈截面直徑則： 由設(shè)計(jì)得：d=0.006m， 慣性力機(jī)械手的手臂在起動(dòng)時(shí)，活塞桿上所受到的平均慣性力，可近似計(jì)算如下： 式中： 參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量（包括被抓物件重量） g 重力加速度 速度變化量 啟動(dòng)過(guò)程的時(shí)間由設(shè)計(jì)得，=80kg則： 背壓阻力 背壓阻力為油缸低壓油液所造成的阻力。一般被壓阻力較小，可按計(jì)算。由于，故。 所以： 因?yàn)椋?，故該油缸的尺寸符合使用要求?.1.3導(dǎo)向裝置液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)

44、該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來(lái)確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。目前導(dǎo)向桿常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中采用雙向?qū)驐U來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。5.1.4 平衡裝置在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì)性能的影響，故在手臂伸縮油缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和油缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。5.2 手臂升降油缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核5.2.1 尺寸設(shè)計(jì)油缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=100mm,油缸

45、運(yùn)行速度為，加速度時(shí)間=0.1s, 油缸內(nèi)徑為=80mm,半徑R=40mm,進(jìn)油壓力為，做升降運(yùn)動(dòng)的總重量為900N。5.2.2 尺寸校核驅(qū)動(dòng)力為：由經(jīng)驗(yàn)公式可得： 故： 作用在活塞上的推力P： 因?yàn)?，所以伸縮油缸的尺寸符合要求。5.3 手臂回轉(zhuǎn)油缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核采用回轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受力情況可簡(jiǎn)化成如圖5-2所示。5-2 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)5.3.1 尺寸設(shè)計(jì)油缸內(nèi)徑為,半徑R=50mm,軸徑半徑,油缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間0.5s，進(jìn)油壓力5.3.2 尺寸校核驅(qū)動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)的力矩，應(yīng)該與手臂起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平街。若軸承處摩擦力矩忽略不計(jì)

46、，則可按下式計(jì)算： 式中 密封裝置處的摩擦阻力矩，回轉(zhuǎn)缸密封裝置處的摩擦阻力矩應(yīng)包括回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片圓柱面與缸徑和動(dòng)片端面與缸蓋之間的摩擦阻力矩，如圖b所示，因此，摩擦阻力矩可按下式計(jì)算： 其中： 式中各尺寸符號(hào)如圖所示，單位為厘米，其為密封圈與缸徑裝配后接觸面的有效寬度。由設(shè)計(jì)估算：， 慣性力矩，手臂在起動(dòng)過(guò)程的慣性力矩可按下式計(jì)算： 式中 回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片的角速度變化量，在起動(dòng)過(guò)程，其。 起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間， 手臂回轉(zhuǎn)部件(包括工件)對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 由于參與回轉(zhuǎn)的零件形狀尺寸和重量各不相同，所以計(jì)算比較復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可將形狀復(fù)雜的零件簡(jiǎn)化成幾個(gè)簡(jiǎn)單形體，分別計(jì)算，然后將各值相加，即是復(fù)雜零件

47、對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。手臂回轉(zhuǎn)的零件重心與回轉(zhuǎn)軸線重合，其零件對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： ， 手臂回轉(zhuǎn)力矩： 因?yàn)椋?所以油缸的尺寸設(shè)計(jì)符合要求。六、機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.1 油缸的密封有的液壓機(jī)械手由于油缸泄漏嚴(yán)重，壓力不能提高，工作性能不穩(wěn)定，以致影響機(jī)械手的正常使用。因此，為了保證機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作性能，在各油缸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面和固定連接的表面進(jìn)行密封，以防壓力油液從高壓油腔泄漏到低壓油腔，或泄漏到缸體外面。目前機(jī)械手液壓系統(tǒng)使用的密封件，大多采用耐油橡膠制成的各種形式的密封圈。作為動(dòng)密封(即運(yùn)動(dòng)部分的密封)或靜密封(即靜止部分的密封)，以保證配合面的密封性。密封圈在配合面間的密封作用，主要

48、是借安裝時(shí)的預(yù)壓力和在工作時(shí)由于油液壓力的作用，使密封圈產(chǎn)生變形并壓緊密封表面來(lái)達(dá)到的。密封圈具有制造容易，使用方便，密封可靠，并能在溫度變化范圍較大及各種油液壓力下可靠地工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，無(wú)需調(diào)整等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以獲得廣泛的應(yīng)用。在液壓機(jī)械手上常用的密封固有：O形(圓形)、Y形、v形和矩形等幾種。O形、Y形、v形密封圈均已標(biāo)準(zhǔn)化，可按標(biāo)準(zhǔn)選用。矩形密封圈主要用于回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)片與缸壁間的密封，它是非標(biāo)準(zhǔn)的，要根據(jù)具體使用條件進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造。6.1.1活塞式油缸的泄漏與密封對(duì)于實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的活塞油缸來(lái)說(shuō)，其泄漏主要是活塞與缸壁處的內(nèi)泄漏及活塞桿與缸蓋處的外泄漏引起泄漏的主要原因是加工精度和

49、滑動(dòng)面光潔度不高，以及密封裝置不良所致。因此，根據(jù)油缸的工作壓力選擇密封可靠、磨損小、摩擦阻力小、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低廉的密封轉(zhuǎn)置是很重要的。對(duì)于活塞油缸的靜密封，主要采用O形密封圈，其動(dòng)密封常采用O形、v形、y形等密封圈。1、 O形密封圈O形密封圈具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性能良好，摩擦力小，裝置O形圈的溝槽尺寸小并易于制造等優(yōu)點(diǎn)。它既可以用外徑或內(nèi)徑密封，也可以用端面密封。O形圈的形狀和它在溝槽中的情況如圖61所示，圖(b)中尺寸為O形圈轉(zhuǎn)配后的預(yù)壓縮量，這樣可以保證間6-1 O形密封圈及在溝槽中的情況 6-2 V形密封圈隙處密封嚴(yán)密。O形密封圈的預(yù)壓縮量的正確選擇很重要。用于靜密封時(shí)，預(yù)壓縮量為 ；

50、(為O形圈的橡膠圓條的直徑)，用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)，預(yù)壓縮量為；用于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封時(shí)，預(yù)壓縮量為。 為了保證密封性能安裝O形密封圈的溝槽尺寸和表面光潔度應(yīng)符合要求，可查閱“機(jī)械沒計(jì)手冊(cè)”。使用O形圈密封的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的配合表面，一般是尺寸精度為級(jí)，表面光潔度為，而溝槽內(nèi)部表面的光潔度為。 O形密封圈制正溝槽中，因受油壓作用而變形并脹緊溝槽和間隙，從而起到密封作用，因此它的密封性能隨壓力的增加而提高。但是當(dāng)壓力過(guò)高或溝槽尺寸選擇不當(dāng)時(shí)，密封圈很容易被擠出溝槽而造成劇烈磨損。為克服這個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)油缸油液壓力大與時(shí)，要在O形密封圈側(cè)面放置擋圈，在壓力低于時(shí)，一般不加擋圈。 2V形密封圈 V形密封圈由夾布橡膠制成。圖62所示為V形密封圈的形狀，通常由三個(gè)環(huán)(支承環(huán)1，密封環(huán)2壓壞3)疊在一起成組使用。當(dāng)油缸的工作壓力小于時(shí)，用一組V形圈就有足夠的密封性。當(dāng)壓力提高時(shí)，可增加密封環(huán)數(shù)量，以加長(zhǎng)密封長(zhǎng)度。 V形密封圈一般用于活塞與缸體、活塞桿與缸蓋間的密封。安裝時(shí)要注意方向，使壓力油腔的油液壓力能使兩唇邊張開，即支承環(huán)必需面對(duì)壓力油