玻璃杯抓取機(jī)械臂設(shè)計(jì)-12100字

寧波工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄TOC\o"1-3"\h\u256671緒論 4146111.1機(jī)械手概述 4181211.2課題研究背景及其意義 543931.3機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 6204081.4設(shè)計(jì)內(nèi)容 647172機(jī)械手的設(shè)計(jì) 722602.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度 7319912.1.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式 786302.1.2機(jī)械手的自由度 8231542.2機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 8180222.3機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 1022323機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1173603.1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1139513.1.1設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 11265573.1.2手爪夾持裝置的機(jī)構(gòu)選型 11224533.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 13162133.2手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17151813.2.1手腕的自由度 17252283.2.2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 18164653.3手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22321693.3.1手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分 2236083.3.2手臂升降氣缸的設(shè)計(jì) 23240863.3.4手臂回轉(zhuǎn)缸體的設(shè)計(jì) 266698結(jié)論 274596致謝 2822006參考文獻(xiàn) 291緒論1.1機(jī)械手概述在當(dāng)前的機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中，對(duì)機(jī)器的智能化生產(chǎn)提出了越來(lái)越高的要求?，F(xiàn)階段，在生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)基本全面實(shí)現(xiàn)了智能化制造，可是在組裝環(huán)節(jié)卻沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的突破。專用設(shè)備通常存在著非常高的加工效率，它可以大批量的生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，而且這種智能化設(shè)備可以高效地解決多品種、小批量的生產(chǎn)困境。然而在搬運(yùn)、組裝、裝卸等層面，還是需要借助智能化的機(jī)器人來(lái)全面實(shí)現(xiàn)智能化。因而，智能化的機(jī)器人在當(dāng)前的機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)，繼而給智能化裝配打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！白詣?dòng)機(jī)械手”：具體說(shuō)的是能夠根據(jù)人們的控制指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一系列錯(cuò)綜繁蕪的動(dòng)作，比如抓取物品、轉(zhuǎn)移物品的裝備。通常把可以完成一種及以上動(dòng)作，同時(shí)是借助程序操控的機(jī)械裝備叫作機(jī)器人。相較于其他的機(jī)械裝備而言，機(jī)器人的內(nèi)部架構(gòu)并不復(fù)雜，而且開發(fā)成本不高，同時(shí)后期維護(hù)也是非常方便，唯一的不足之處在于功能過(guò)于單一，難以滿足各種復(fù)雜環(huán)境。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)通常將具有這些優(yōu)點(diǎn)的機(jī)械裝備稱作機(jī)器人?？偠灾瑱C(jī)器人的終極預(yù)期在于解放大家的雙手，通過(guò)機(jī)器把物品由某個(gè)位置轉(zhuǎn)移到其他位置，或者實(shí)現(xiàn)其他相應(yīng)的動(dòng)作。設(shè)計(jì)自動(dòng)化機(jī)器人，應(yīng)當(dāng)具備以下幾點(diǎn)：抓獲同時(shí)移動(dòng)手臂的執(zhí)行裝置，跟肌肉基本類同的驅(qū)動(dòng)臂用于傳輸；可以完成管控和指揮的運(yùn)算中樞。這些模塊跟機(jī)器人的使用功能存在著緊密的聯(lián)系。一般而言，機(jī)器人的構(gòu)成單元主要包含著控制、執(zhí)行、驅(qū)動(dòng)—傳動(dòng)這三大模塊，具體參照?qǐng)D1。圖1結(jié)構(gòu)組成表1.2課題研究背景及其意義當(dāng)初是美國(guó)人最早開始研發(fā)機(jī)器人，美國(guó)聯(lián)控集團(tuán)推出了世界范圍內(nèi)的首個(gè)機(jī)器人。它的構(gòu)架如下：機(jī)械手是回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，底端配備了工件抓取裝置，而控制模塊純粹是用來(lái)開展相應(yīng)的演示。在全球領(lǐng)域中，日本非常側(cè)重于國(guó)內(nèi)的工業(yè)化水平?，F(xiàn)階段，它們國(guó)內(nèi)普遍存有著許許多多前沿的機(jī)器人，它們?cè)跈C(jī)器人領(lǐng)域中可謂是一枝獨(dú)秀。然而美國(guó)也不甘落后，在成功從日本購(gòu)置了兩種非常具有典范性的工業(yè)機(jī)器人以后，也逐漸投身于智能化機(jī)器人的科研領(lǐng)域。當(dāng)前，許許多多制造公司中廣泛運(yùn)用的機(jī)器人依舊是非常落伍的第一代產(chǎn)品，它們中的絕大多數(shù)還得依靠人工去完成相應(yīng)的動(dòng)作。而我們探討的機(jī)器人基本是通過(guò)改良方向、縮減成本，提高精度等方面進(jìn)行研究。第二代機(jī)器人目前正處于研發(fā)階段。它的內(nèi)部安裝有中央處理器，也就是大家常說(shuō)的CPU，這種處理器的運(yùn)行模式跟我們大腦的思考模式是相當(dāng)接近。當(dāng)前，人們對(duì)機(jī)器人提出了更高的要求，比如，要求機(jī)器人具有聽覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)的功能，因而傳感器的大量應(yīng)用就顯得刻不容緩。探討各種各樣的傳感技術(shù)，把傳感器安裝在機(jī)器人上面，繼而讓機(jī)器人把需要的數(shù)據(jù)經(jīng)由傳感器傳輸至控制器，這樣就能夠讓機(jī)器人具有一定的感官功能。第三代機(jī)器人是非常前沿的，無(wú)需工人或計(jì)算機(jī)操控，能夠自主完成需要的動(dòng)作。通常情況下，這種機(jī)器人跟計(jì)算機(jī)交互連通起來(lái)，而且慢慢發(fā)展成了柔性生成體系FMS和柔性生產(chǎn)基元FMC的一項(xiàng)核心構(gòu)成單元。伴同著工業(yè)機(jī)器人的普遍運(yùn)用，歐美等地區(qū)通過(guò)舉辦各種各樣的商展，來(lái)推動(dòng)相互間的溝通和交流，繼而積累了非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，最終提高了它們?cè)跈C(jī)器人領(lǐng)域中的科研水平。同時(shí)，ISIR每年皆會(huì)邀請(qǐng)全球領(lǐng)域中制造機(jī)器人的知名公司來(lái)參加年中大會(huì)，通過(guò)大家彼此間的溝通和交流，探討在開發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，繼而指出行之有效的解決方案?，F(xiàn)階段，海外前沿的制造公司里，都普遍運(yùn)用了工業(yè)機(jī)器人，而且呈現(xiàn)出越來(lái)越多的趨勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人早已普遍運(yùn)用在機(jī)床、焊接、鍛造等行業(yè)中，在全球領(lǐng)域中，日本非常側(cè)重于國(guó)內(nèi)的工業(yè)化水平。當(dāng)前它們國(guó)內(nèi)普遍存有著許許多多前沿的機(jī)器人，它們?cè)跈C(jī)器人領(lǐng)域中可謂是一枝獨(dú)秀。1.3機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)伴同著科技水平的不斷提高，工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)水平和制造水平取得了顯著的提高。工業(yè)機(jī)器人的制造和柔性生產(chǎn)也逐漸搭配了起來(lái)。這項(xiàng)技術(shù)讓機(jī)械制造過(guò)程中的人工操控出現(xiàn)了一定的轉(zhuǎn)變，繼而大幅度提高了制造效率，同時(shí)也讓機(jī)器操作者的人身安全得到一定的保障。1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)要完成的是一臺(tái)玻璃杯抓取機(jī)械手，讓它能夠輕松完成手部的四自由度運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的抓取和搬運(yùn)。其設(shè)計(jì)預(yù)期如下：1.成本適中，需要時(shí)降低一定的定位精度；2.機(jī)械架構(gòu)簡(jiǎn)潔且完整；3.性能良好；4.各部分結(jié)構(gòu)最好方便拆卸，以便于維修保養(yǎng)。2機(jī)械手的設(shè)計(jì)可以精準(zhǔn)快速地取放和處置物體是氣動(dòng)機(jī)械手的前提條件，因此就需要它具備精度高、響應(yīng)快、承受力強(qiáng)、工作空間大、靈敏度高，時(shí)時(shí)處處皆可自由定位的特征。氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)原理是，通過(guò)全方位剖析工作對(duì)象（工件）的操作技術(shù)條件，擬定出最科學(xué)的工藝與操作步驟，來(lái)達(dá)成系統(tǒng)功能需求與環(huán)境要求；根據(jù)工件結(jié)構(gòu)、材料特點(diǎn)以及精準(zhǔn)定位，著力操作尺寸、性能與品質(zhì)參數(shù)，繼而深入定位機(jī)器人操作所要的構(gòu)造與操作；定型試用規(guī)范組件，簡(jiǎn)練設(shè)計(jì)與制造流程，思量到一般性和特殊性，并且可以實(shí)現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)換和編程控制。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是一臺(tái)玻璃杯抓取機(jī)械手，規(guī)定設(shè)計(jì)出的機(jī)械手性能優(yōu)良、成本不高、構(gòu)造簡(jiǎn)單等，還可降低精度標(biāo)準(zhǔn)；2.1機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度2.1.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式機(jī)械手的坐標(biāo)結(jié)構(gòu)形式常見有這四種類型：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型以及關(guān)節(jié)型。不同結(jié)構(gòu)類型與其特征、優(yōu)缺點(diǎn)，詳情見表2-1：表2-1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)型操作機(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)最簡(jiǎn)易，卻占據(jù)很大空間，而且活動(dòng)路徑單調(diào)，效率不高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)械手的剛度差在本設(shè)計(jì)中初步選取圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手，由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)械臂是機(jī)電一體化產(chǎn)品，所以在實(shí)施機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況下勢(shì)必要考慮到控制層面的需求。直角坐標(biāo)型機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單，但占據(jù)較大空間，同時(shí)其活動(dòng)路徑最單一，且使用效率并不高；而球坐標(biāo)型機(jī)械臂即使構(gòu)造緊湊，然而對(duì)于控制體系的設(shè)計(jì)尚存在一些困難，另外此類型的機(jī)械臂的剛度欠缺；關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，對(duì)于控制體系的設(shè)計(jì)同樣困難，同時(shí)其剛度也較差。整體對(duì)比，圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)剛度適當(dāng)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度不大，比較符合此次設(shè)計(jì)所需的類型。2.1.2機(jī)械手的自由度一般恒定程序的機(jī)械手，動(dòng)作相對(duì)單一，自由度數(shù)很少。而工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作靈敏，通用性較大，其自由度數(shù)較多。通常而言，機(jī)器人接近機(jī)座的三個(gè)自由度是為達(dá)成手臂末尾的空間方位的，再通過(guò)幾個(gè)自由度來(lái)確立未尾執(zhí)行器的位置，七個(gè)以上的自由度是冗余自由度，是用以規(guī)避障礙物的。自由度的選取和生產(chǎn)要求密切相關(guān)，假設(shè)是大批量生產(chǎn)，操作安全性要求高，運(yùn)行速度快，周邊裝置組成相對(duì)繁雜，工件較輕的情況下，選擇的機(jī)械手的自由度數(shù)不多；假設(shè)是為了方便調(diào)換產(chǎn)品，擴(kuò)展柔性，那么選擇的自由度則需多些。運(yùn)算機(jī)械手的自由度時(shí)，末尾執(zhí)行器的夾持器動(dòng)作不予計(jì)算，由于該動(dòng)作對(duì)工件的方位與姿態(tài)沒(méi)有影響。在符合機(jī)械手作業(yè)所需條件下，為簡(jiǎn)化機(jī)械手的構(gòu)造與控制，需要最少的自由度數(shù)目。該設(shè)計(jì)中的機(jī)械手力爭(zhēng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本最低，因此選擇了四個(gè)自由度。圖2-12.2機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)1.手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)手指(手爪)和傳力機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了夾持式手部結(jié)構(gòu)。其傳力結(jié)構(gòu)種類較多，譬如齒輪齒條式、凸輪式、螺旋式和繩輪式等等。夾持是非常普遍的方式，通常情況下都是V型手指的方式。基于握持工件的情況能夠劃分成存儲(chǔ)卡（或向上型）和外部夾緊型的零件2，手指的動(dòng)作跟人們的雙手非常相似，通常包含著一、二支點(diǎn)和回遷的過(guò)渡類型，其中兩個(gè)支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型的基本類型。當(dāng)所述第二樞轉(zhuǎn)回到轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)兩個(gè)手指向下到無(wú)窮小時(shí)之間的距離，就變成了點(diǎn)過(guò)渡的回手指，同樣，在兩個(gè)支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的長(zhǎng)度趨于無(wú)窮大時(shí)，它就具有了可移植的。旋轉(zhuǎn)手指開合角度小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，這讓它得到了普遍的運(yùn)用，通常情況下，它可以容納不同直徑的工件。經(jīng)過(guò)進(jìn)行整體考量，本文擇取經(jīng)常用到的外卡式兩指鉗爪，運(yùn)用齒輪齒條的結(jié)構(gòu)形式。夾緊設(shè)備擇取常開式夾緊設(shè)備，通過(guò)壓縮彈簧使爪牙分開，迫于壓力使手指合攏。2.手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)腕，手和臂連接構(gòu)件，它具有一個(gè)獨(dú)立的自由度，實(shí)現(xiàn)本機(jī)械腕旋轉(zhuǎn)所需的，具有一定程度的自由度，可以用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滾筒旋轉(zhuǎn)臂。3.手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器人手臂具有三個(gè)自由度，即伸縮臂的要求，抓住工件，回身電梯（或?yàn)r青）的運(yùn)動(dòng)。打開和臂的向下運(yùn)動(dòng)是通過(guò)該柱來(lái)實(shí)現(xiàn)，該列是手臂的橫向移動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)通常都是通過(guò)相應(yīng)的缸體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。4.驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)在常見的機(jī)械運(yùn)動(dòng)里面，驅(qū)動(dòng)方式有氣壓傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電機(jī)傳動(dòng)等。不同驅(qū)動(dòng)方式的特征如表2-2所示：表2-2常用的驅(qū)動(dòng)方式內(nèi)容驅(qū)動(dòng)方式液壓驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出功率很大大較大控制性能利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速高精度的連續(xù)軌跡控制控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜響應(yīng)速度很高較高很高結(jié)構(gòu)性能結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化，模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化，模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪音低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置安全性防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn)防爆性能好，高于1000KPa（10個(gè)大氣壓）時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性設(shè)備自身無(wú)爆炸或火災(zāi)的危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差表2-2對(duì)環(huán)境的影響液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染排氣時(shí)有噪聲無(wú)在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用的范圍適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手和托運(yùn)機(jī)械手適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手，如沖壓機(jī)械手本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)械手氣動(dòng)夾具適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)械手，如AC伺服噴涂機(jī)械手，點(diǎn)焊機(jī)械手，弧焊機(jī)械手，裝配機(jī)械手等成本維修及使用液壓元件成本較高方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定的要求成本低方便成本高較復(fù)雜綜合考慮，本次設(shè)計(jì)選擇氣壓驅(qū)動(dòng)這種驅(qū)動(dòng)方式。2.3機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表設(shè)計(jì)基本參數(shù):定位精度：±0.3mm自由度數(shù)：4個(gè)自由度座標(biāo)型式：圓柱型座標(biāo)手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程、升降行程、伸縮速度、升降速度、回轉(zhuǎn)范圍、回轉(zhuǎn)速度依次是500mm、300mm、500mm/s、300mm/s、0-180°、90°/s抓重：5公斤緩沖模式：液壓緩沖器傳動(dòng)模式：氣壓傳動(dòng)控制模式：點(diǎn)位程序控制3機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題(一)具備足夠的夾緊力在手指抓取工件的過(guò)程中，不但要考量到工件的自重，同時(shí)也要綜合考量到操縱和搬運(yùn)的時(shí)候形成的慣性和振動(dòng)，來(lái)全面確保工件的可靠抓緊。(二)手指間具備需要的開閉角在手指張開和閉合的兩個(gè)極端位置而構(gòu)成的夾角就稱作機(jī)器人的開閉角。這種角度一定要確保能夠成功的抓取和釋放工。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)各種直徑工件的抓取工作，就要綜合考量工件的最大直徑。(三)確保工件的定位精度在手指抓取工件的過(guò)程中，一定要確保符合實(shí)際需求的定位精度，基于工件的形狀，擇取科學(xué)合理的手指形狀。比如，通過(guò)“V”字型手指來(lái)抓取圓柱狀表面，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)定心。(四)擁有充分的強(qiáng)度和剛性要想牢靠地完成抓取工作，就一定要求綜合考量以下情況：外部的反作用力、振動(dòng)、慣性，這就要求設(shè)計(jì)的機(jī)器人擁有充分的強(qiáng)度和剛性。這樣，在機(jī)器人架構(gòu)盡量簡(jiǎn)潔且可靠的基礎(chǔ)上，來(lái)減輕它的自重，本設(shè)計(jì)的機(jī)器人通過(guò)手腕上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，來(lái)實(shí)現(xiàn)最小的抓取力矩。(五)綜合考量抓取目標(biāo)的特征根據(jù)抓取目標(biāo)的特征，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手架構(gòu)最終選用了V型二指樞軸回轉(zhuǎn)型，它的整體架構(gòu)見圖3-1中呈現(xiàn)的內(nèi)容。3.1.2手爪夾持裝置的機(jī)構(gòu)選型手爪夾持裝置就是用來(lái)抓取和握持工件的執(zhí)行模塊，最終完成工件的搬運(yùn)或轉(zhuǎn)移工作。夾持器通常包含著手爪式、非手爪式兩種類型。其中前者通過(guò)手指夾持工件，而后者通過(guò)其他模式來(lái)夾持工件，這些模式有許許多多，比如真空吸附式、靜電懸浮式、鏟挖式、粘著式等夾持模式。夾持裝置的基本架構(gòu)主要就是以下五種類型，詳見表3-1中呈現(xiàn)的信息。表中l(wèi)連桿式手爪機(jī)構(gòu)的定位精度不可靠，而且工作效率也不高，因而難以完成精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；表中2凸輪式手爪機(jī)構(gòu)的凸輪在工作過(guò)程會(huì)不斷的磨損，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的抓取工作；表中4螺旋式手爪機(jī)構(gòu)是移動(dòng)型的，而本設(shè)計(jì)采用的是二指回轉(zhuǎn)型手爪機(jī)構(gòu)，因而這種機(jī)構(gòu)也無(wú)法滿足本機(jī)械手；表中5繩輪式手爪機(jī)構(gòu)通常皆是借助電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，把電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為手爪的開合運(yùn)動(dòng)，很明顯，這種機(jī)構(gòu)不存在過(guò)載保護(hù)，要想具備過(guò)載保護(hù)就需要在手爪上加裝受力傳感器，繼而把受力情況轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)娇刂颇K，來(lái)即時(shí)調(diào)控電機(jī)的回轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于這種機(jī)構(gòu)需要加裝傳感器，因而會(huì)讓控制模塊變得復(fù)雜，同時(shí)由于電機(jī)的存在，讓夾持部位的自重存在了一定程度的增加，繼而讓機(jī)械臂的末端運(yùn)動(dòng)模塊剛性變差，顯然不可能會(huì)采用這種機(jī)構(gòu)。而齒輪齒條式手爪機(jī)構(gòu)存在著一系列的鮮明特征，比如工作時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行平穩(wěn)，可靠性良好等。因而本設(shè)計(jì)選擇齒輪齒條式手爪機(jī)構(gòu)當(dāng)作夾持裝置。表3-1手爪夾持機(jī)構(gòu)選型表夾持機(jī)構(gòu)類型主要特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.連桿式手爪機(jī)構(gòu)由簡(jiǎn)單桿件構(gòu)成，可把活塞的直線運(yùn)動(dòng)變成手指的夾持動(dòng)作，夾持器工作時(shí)，卡爪作平行開合，而指端運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓弧。2.凸輪式手爪機(jī)構(gòu)當(dāng)活塞左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)凸輪和連桿的組合，實(shí)現(xiàn)卡爪的圓弧開合，但平行運(yùn)動(dòng)中摩擦阻力較大。3.齒輪-齒條式手爪機(jī)構(gòu)當(dāng)活塞桿左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞桿末端的齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)齒輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手指齒條的平行運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)手指的開合運(yùn)動(dòng)。4.螺旋式手爪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單頭或雙頭螺桿，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成手爪的開合運(yùn)動(dòng)。5.繩輪式手爪機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)通過(guò)牽引繩索實(shí)現(xiàn)手爪的開合，若將繩輪作成非圓輪或采用鏈傳動(dòng)，則機(jī)構(gòu)作非均勻牽引運(yùn)動(dòng)。3.1.3手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)1.手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算本機(jī)械手的手部架構(gòu)詳見圖3-1中呈現(xiàn)的內(nèi)容，它抓取工件的重量G=50N，“V”型手指的夾角2θ=1200，b=120mm，R=24mm，夾持力基本上源自于工件和手爪二者間的摩擦，為提高二者間的摩擦力，同時(shí)不損壞玻璃杯，選用摩擦系數(shù)較大并且?guī)Ь彌_作用的橡膠當(dāng)作二者間接觸部位的材質(zhì)。而本設(shè)計(jì)的工件是玻璃杯，查閱資料能夠得出橡膠和玻璃二者間的摩擦系數(shù)。圖3-1齒輪齒條式手部（1）夾緊力是設(shè)計(jì)手部的核心內(nèi)容。一定要對(duì)夾緊力的大小、方向、作用點(diǎn)實(shí)施相應(yīng)的剖析和運(yùn)算。通常情況下，夾緊力一定要高于工件的自重和因工件運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的負(fù)荷(比如慣性力等)，最終確保工件始終保持在穩(wěn)定的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件夾緊力的運(yùn)算式：式中——安全系數(shù)，通常取，這里取1.5；——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦浪闫渲小\(yùn)載物件時(shí)重力方向的最大上升加速度；——重力加速度，；=——運(yùn)載物件時(shí)重力方向的最大上升速度；——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?！轿幌禂?shù)，按照手指和工件的外形來(lái)合理的選取，同時(shí)也要綜合考量手指和工件的具體位置，就本設(shè)計(jì)中的水平V型手指夾持垂直放置的圓柱形工件（圖3-2）而言，，為摩擦系數(shù)，為V形手指半角；2.5——被抓取物件所受重力()。圖3-2水平手指抓取垂直圓柱工件圖所以：=(2)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為:==1230N(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，取η=0.94。所以：因而在夾持工件過(guò)程中，夾緊氣缸的作用力不能夠小于1308N。2．氣缸的直徑本氣缸是單向運(yùn)行氣缸?；诹ζ胶饫碚摚@種氣缸活塞桿上的輸出推力一定要高于彈簧的反作用力和運(yùn)行時(shí)的總阻力，其公式為:其中F1、Ft、Fz依次表示的是活塞桿上的推力、彈簧反作用力、運(yùn)行時(shí)的總阻力，它們的單位都是N；而P表示的是氣缸工作壓力，它的單位是Pa。而Ft的運(yùn)算式如下：其中l(wèi)、S、d1、D1、D2依次表示的是彈簧預(yù)壓縮量、活塞行程、彈簧鋼絲直徑、彈簧平均直徑、彈簧外徑，它們的單位都是m；而n表示的是彈簧有效圈數(shù)，是無(wú)量綱單位；Cf表示的是彈簧剛性，單位是N/m；G表示的是彈簧材質(zhì)剪切模量，通常情況下取G=79.4109Pa。Fz的影響因子許許多多，比如運(yùn)動(dòng)組件的慣性力，背壓阻力，密封摩擦等一系列因子，包括在我們可以保證負(fù)載氣缸的速率在工作??特性，如果缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高，高頻率，氣載荷率一般取；高速取小值，以較高者為準(zhǔn)低速。如果一般需缸動(dòng)態(tài)參數(shù)，以及低工作頻率，基本勻速運(yùn)動(dòng)，其載荷率可取。根據(jù)要求本次設(shè)計(jì)中，取，則：由以上分析得單向作用氣缸的直徑:代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得所以：查表3-2，得氣缸直徑D=80mm由d/D=0.2—0.3，可得d=(0.2-0.3)D=16-24mm，查表3-3，取活塞桿直徑d=18mm表3-2缸筒內(nèi)徑系列（mm）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630注：無(wú)括號(hào)的數(shù)值為優(yōu)先選用者表3-3活塞桿直徑系列（mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400校核，按公式=20Mpa，=3947N則：d≥(4×3947/π×20)=15.8mm≤18mm，能夠符合相應(yīng)的要求3、缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒徑直擔(dān)負(fù)著壓縮空氣的壓力，因而一定要具有適當(dāng)?shù)暮穸取ＭǔＧ闆r下，缸筒壁厚跟內(nèi)徑的比值不超過(guò)0.1，它的壁厚δ按照薄壁筒的公式確定：其中D表示的是缸筒內(nèi)徑；Pρ表示的是實(shí)驗(yàn)壓力，此處Pρ的值取1.5MPa；材料選用HT200，[σ]=30Mpa。代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:=80×0.75×/（2×30×106）=1㎜通常計(jì)算出的壁厚都是非常薄的，綜合考量到制造加工的可行性和兩端要安裝缸蓋等基本情況，往往會(huì)將缸體壁厚作加厚一些，同時(shí)盡量擇取標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚?？梢园凑障卤碇械臄?shù)據(jù)進(jìn)行選取。表3-4氣缸筒壁厚（mm）材料氣缸直徑鑄鐵HT1505080100125160200250320壁厚78101012141616鋼Q235、45、20號(hào)無(wú)縫管5677881010鋁合金ZL38--1212--1414--17用的是HT200材料，所以壁厚選擇8mm。則缸筒外徑：D=80+8×2=96mm。3.2手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到機(jī)器人的通用性，而且由于工件是水平的抓取，從而手腕必須提供能滿足工作的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的要求。因此，設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在腕機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手腕擺動(dòng)的結(jié)構(gòu)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)圓筒。3.2.1手腕的自由度手的手腕和臂連接構(gòu)件，這是調(diào)整工件的定向，所以，它有一個(gè)自由的獨(dú)立程度，以適應(yīng)復(fù)雜的，以使機(jī)器人移動(dòng)請(qǐng)求。許多因素手腕的選擇，并且所述機(jī)器人，加工要求的通用性的自由，放置工件定向和定位精度等?？紤]到一般情況下，并因此設(shè)置，以滿足工作要求對(duì)軸x手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。目前實(shí)現(xiàn)的腕機(jī)構(gòu)中，最廣泛使用的滾筒的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以我們使用的旋轉(zhuǎn)滾筒。它的架構(gòu)相對(duì)緊湊，而且回轉(zhuǎn)角度小于360°。3.2.2手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算（一）手腕回轉(zhuǎn)時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)力矩手腕的旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)都是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕旋轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩一定要克服這四個(gè)力矩，：轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心跟轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合而形成的偏重力矩；手腕起動(dòng)時(shí)的慣性力矩；轉(zhuǎn)動(dòng)軸跟支承孔部位的摩擦力矩；動(dòng)片跟缸體、定片、端蓋等部位密封件的摩擦力矩。詳見圖3-3中呈現(xiàn)的信息。手腕回轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩M驅(qū)的運(yùn)算式如下:M驅(qū)=M慣+M偏+M摩+M封㎏㎝其中M慣表示的是慣性力矩；M封表達(dá)的是動(dòng)片、定片、缸體、端蓋等密封件之間的摩擦力矩；M偏表示的是轉(zhuǎn)動(dòng)件的自重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線帶來(lái)的偏重力矩；M摩則表示的是轉(zhuǎn)動(dòng)軸跟支承孔部位之間摩擦力矩，它們的單位都是㎏cm。圖3-3手碗回轉(zhuǎn)示意圖接著通過(guò)圖3-3中的手腕受力情況來(lái)全面剖析這些阻力矩的確定:1、慣性力矩M慣假定手腕起動(dòng)的過(guò)程是等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是ω，起動(dòng)需要的時(shí)間是△t，則:若手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為ω，起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為△φ，則:式中：J——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(N㎝s2)；J1——工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(N㎝s2)。若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1(N·㎝·s2)為:其中G1、e1、ω、△t依次表示的是工件的自重、工件重心至轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距、回轉(zhuǎn)角速度、起動(dòng)需要的時(shí)間，它們的單位依次是N、cm、rad/s、s；而△φ表示的是起動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)過(guò)的弧度。2、偏重力矩M偏其中G3、e3依次表示的是轉(zhuǎn)動(dòng)件的自重、轉(zhuǎn)動(dòng)件重心至轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距，二者單位依次是N、㎝。而在工件重心跟轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合的情況下，G1e1=0。3、轉(zhuǎn)動(dòng)軸的摩擦力矩M摩其中d1、d2表示的是轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸徑，單位是cm；RA、RB表示的是軸頸支撐部位的反作用力，單位是N；而f表示的是軸承摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承f的值取0.01，滑動(dòng)軸承f的值取0.1。4．缸體的動(dòng)片跟缸徑、定片、端蓋等部位密封件的摩擦力矩M封，這種阻力矩通常跟密封件的類型存在著緊密聯(lián)系，因而按照具體情況開展相應(yīng)的剖析。

本設(shè)計(jì)機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)模塊選擇的是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，其運(yùn)作機(jī)理詳見理如圖3-4中呈現(xiàn)的信息，定片1跟缸體2固連，動(dòng)片3跟回轉(zhuǎn)軸5固連，而動(dòng)片封圈4將氣腔劃分成兩大空腔。在壓縮空氣由孔a流入的情況下時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，而低壓腔的空氣由b孔溢出。相反的，輸出軸作順時(shí)針回轉(zhuǎn)。單葉J氣缸的工作壓力p跟驅(qū)動(dòng)力矩M的運(yùn)算式如下:圖3-4回轉(zhuǎn)氣缸簡(jiǎn)圖其中R、r、b依次表示的是缸體內(nèi)壁半徑、輸出軸半徑、動(dòng)片寬度，三者的單位都是cm)。以上的運(yùn)算式是有條件的，就是低壓腔背壓是零。如果低壓腔存在著有背壓，則運(yùn)算式中的P表示的是工作壓力P1跟背壓P2的差值。（二）缸體尺寸的確定和校核（1）尺寸確定缸體的長(zhǎng)度b=100mm，外徑，半徑R=48mm，軸徑，半徑R=13mm，氣缸運(yùn)行角速度，加速度時(shí)間，壓強(qiáng)P=0.4Mpa、則力矩=32.6（）（2）尺寸校核1.測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量，通過(guò)剖析各組件的重量分布情況能夠得出它們的質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑r=50mm的圓盤上，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=0.0125（）如果質(zhì)量分布在l=500mm的棒料上，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=0.0084（）假定工件中心跟轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于l=500mm的棒料而言，最大偏心距=250mm，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=0.0084+10=0.0334（）=（0.0125+0.0334）=26.3（）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，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，=0，夾持工件一端是工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線=250mm，則==5（）3.手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力為，對(duì)于滾動(dòng)軸承f=0.01，對(duì)于滑動(dòng)軸承f=0.1，，為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑，=30mm，=20mm，，為軸頸處的支承反力，粗略估計(jì)=300N，=150N。===0.05（）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，與選用的密封裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。在此估計(jì)為的3倍。=3=30.05=0.15（）=+++=26.3+5+0.05+0.15=31.5（）<M所以設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。3.3手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人手臂具有三個(gè)自由度，即伸縮臂的要求，回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。打開和臂的向下運(yùn)動(dòng)被橫向移動(dòng)通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)該列的滑動(dòng)臂。3.3.1手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分(一)手臂伸縮部分原理手臂通過(guò)雙作用式氣缸6、導(dǎo)向桿5等一些模塊共同構(gòu)成。其中前者的缸體是固定不動(dòng)的，在壓縮空氣依次由進(jìn)、出氣孔注入它的兩腔時(shí)，活塞桿4驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)缸1和手部實(shí)現(xiàn)來(lái)回的直線移動(dòng)。同時(shí)在缸體6的上面安裝有導(dǎo)向桿5，來(lái)有效規(guī)避活塞桿4在伸縮過(guò)程中出現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，繼而確保手指能夠精準(zhǔn)的移動(dòng)。為確保手臂伸縮的高速移動(dòng)。缸體6的兩個(gè)接氣管口出分別串聯(lián)了快速排氣閥.手腕回轉(zhuǎn)是由回轉(zhuǎn)氣缸1實(shí)現(xiàn)。3-5手臂伸縮結(jié)構(gòu)圖（二）導(dǎo)向裝置的氣動(dòng)伸縮式機(jī)器人臂承載（或提升）運(yùn)動(dòng)，來(lái)有效規(guī)避繞軸臂出現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，來(lái)確保手指的精準(zhǔn)定位，因而需要提高伸展臂的剛性，同時(shí)實(shí)施適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，同時(shí)在架構(gòu)設(shè)計(jì)層面應(yīng)當(dāng)在最大程度上縮減轉(zhuǎn)動(dòng)組件的重量，以降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?，F(xiàn)階段在機(jī)械領(lǐng)域中普遍運(yùn)用的導(dǎo)向裝置有許許多多，比如：?jiǎn)螌?dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等，而本機(jī)械手選擇單導(dǎo)向桿來(lái)提高伸縮臂的剛性，同時(shí)給予一定的引導(dǎo)。（三）手臂伸縮氣缸的設(shè)計(jì)（1）活塞桿上輸出力和缸徑的確定活塞桿拉力就是用來(lái)克服伸縮臂的自重（250N）和抓舉工件的重量（50N），因而當(dāng)推力做功時(shí)在運(yùn)用上式計(jì)算的情況下，活塞桿d能夠參照缸體拉力初步設(shè)定，其能夠根據(jù)計(jì)算（必要時(shí)也可?。┤魧⒋肷鲜降?1.05=41.2mm通過(guò)計(jì)算得出得缸體內(nèi)徑D應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。通過(guò)查表3-2取D=50mm根據(jù)，參考表3-3可估算得（2）缸體壁厚的確定缸筒徑直擔(dān)負(fù)著壓力，因而它應(yīng)當(dāng)具有合適的壁厚，通常情況下，缸體壁厚跟內(nèi)徑比值：，而且往往基于薄壁筒公式來(lái)確定缸體壁厚。缸筒的常用材質(zhì)無(wú)非就是HT150、HT200等灰鑄鐵，其=30MPa；Q235A鋼管、20鋼管，其=60Mpa；鋁合金ZL3，其=3Mpa；45鋼，其=100Mpa。本氣缸選用HT200，其=30Mpa。所以通常計(jì)算出的壁厚都是非常薄的，綜合考量到制造加工的可行性和兩端要安裝缸蓋等基本情況，往往會(huì)將缸體壁厚作加厚一些，同時(shí)盡量擇取標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚。可以按照表3-4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行選取。本設(shè)計(jì)選取。3.3.2手臂升降氣缸的設(shè)計(jì)1．驅(qū)動(dòng)力確定驅(qū)動(dòng)力F的運(yùn)算式如下:其中，由于手臂運(yùn)動(dòng)從靜止開始，所以△v=v。重量m的確定:它通常包含立柱、伸縮缸體、回轉(zhuǎn)缸體、夾緊缸體、手爪、固定組件的全部重量。升降缸體是單作用氣缸，在缸體上升的情況下，手指不會(huì)夾緊物件，通過(guò)測(cè)量設(shè)計(jì)的相關(guān)尺寸，最終得出m的值大概是35kg。則:=3510=350（N）=350+35×600×10-3/0.05=770(N)本機(jī)械手的安全系數(shù)K值取1.2則:F=770×1.2=924(N)2．氣缸的直徑按照雙作用缸體的計(jì)算公式:其中F、D、P依次表示的是活塞桿伸出時(shí)的推力、缸體內(nèi)徑、缸體運(yùn)行壓力，它們的單位依次是N、㎜、Pa。將相應(yīng)的數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式能夠得出：=[4×924/(π×5×105×0.4)]=72.4(mm)圓整后，取D=80mm3、活塞桿直徑的計(jì)算d=（0.2-0.3）D=16-24mm，本設(shè)計(jì)采用d=20mm，接著對(duì)活塞桿實(shí)施相應(yīng)的校核。在缸體內(nèi)部的縱向最大推力達(dá)到Fk以后，活塞桿會(huì)出現(xiàn)彎曲情況。因而一定要讓活塞桿的推力(缸體的正常運(yùn)行負(fù)荷跟總阻力的加和)小于Fk。而Fk通常跟缸體的組裝方式、活塞桿直徑和行程存在著緊密的聯(lián)系。有關(guān)公式為:這里面L、A1、K依次表示的是活塞桿的有效長(zhǎng)度、橫截面積、橫截面回轉(zhuǎn)半徑，它們的單位依次是m、m、㎡。其中而f、a表示的是材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值、計(jì)算系數(shù)，對(duì)鋼材而言，二者依次取2.1×107Pa、1/5000。則:=6594(N)推力負(fù)載為:代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：Ft+Fz=π/4×0.4×106(80×10-3)2=2009(N)Ft+Fz<Fk所以，安全。設(shè)計(jì)符合要求。4缸筒壁厚計(jì)算根據(jù)公式：式中PP為實(shí)驗(yàn)壓力，取Pp=1.5P=0.6×106Pa，材料為HT200，則[σ]=30MPa則0.8mm通常計(jì)算出的壁厚都是非常薄的，綜合考量到制造加工的可行性和兩端要安裝缸蓋等基本情況，往往會(huì)將缸體壁厚作加厚一些，同時(shí)盡量擇取標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚。可以按照表3-4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行選取。這里選取=8mm。3.3.4手臂回轉(zhuǎn)缸體的設(shè)計(jì)（1）尺寸確定缸體長(zhǎng)度為b=120mm，氣缸內(nèi)徑為=112mm，半徑R=56mm，軸頸=10mm，r=5mm，氣缸運(yùn)行角度，加速度時(shí)間s，壓強(qiáng)P=0.4Mpa，則力矩==74.664（N）（2）尺寸校核1.測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量，分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑r=50mm的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=0.05625（）=0.05625=50.625（）2.考慮軸與軸承之間的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)k=0.2=k=0.250.625=10.125（）=+=50.625+10.125=60.75（）<M總而言之，設(shè)計(jì)的尺寸皆能夠滿足相應(yīng)的要求，這就意味著本設(shè)計(jì)是可行的。結(jié)論本文重點(diǎn)是設(shè)計(jì)一臺(tái)玻璃杯抓取機(jī)械手，完成手部的四自由度運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)通過(guò)對(duì)手臂、手腕的回轉(zhuǎn)以及手臂的伸縮與升降，繼而正確無(wú)誤地夾持玻璃杯送至指定區(qū)域。經(jīng)過(guò)本設(shè)計(jì)，主要解決了下述幾方面的工作：1、結(jié)合課題背景，通過(guò)類比機(jī)械手設(shè)計(jì)的整個(gè)方案進(jìn)行抉擇，設(shè)計(jì)出的機(jī)械手性能優(yōu)良、成本不高、構(gòu)造簡(jiǎn)單等，還可降低精度標(biāo)準(zhǔn)；2、根據(jù)機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)機(jī)械