畢業(yè)論文設(shè)計(jì)(液壓機(jī)械手裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其制動(dòng)化 </p><p>　　2014 年 5月 21日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 中文摘要

2、4</b></p><p>　　2. 英文摘要 4</p><p><b>　　第一章緒 論5</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人概述5</p><p>　　1.2 機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀6</p><p>　　1.3 機(jī)器人發(fā)展趨勢8</p><p

3、>　　第二章 機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　2.1 液壓機(jī)械手介紹8</p><p>　　2.2 液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)要點(diǎn)8</p><p>　　2.3 自由度及關(guān)節(jié)9</p><p>　　2.4 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成9</p><p>　　第三章 液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù)的確定10<

4、/p><p>　　3.1 臂力的確定10</p><p>　　3.2 工作范圍的確定10</p><p>　　3.3 確定運(yùn)動(dòng)速度10</p><p>　　3.4 手臂的配置形式11</p><p>　　3.5 位置檢測裝置的選擇11</p><p>　　3.6 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇11

5、</p><p>　　第四章 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與驗(yàn)算11</p><p><b>　　4.1 概述11</b></p><p>　　4.2 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算12</p><p>　　4.3 腕部的結(jié)構(gòu)14</p><p>　　4.3.1概述14</p><p>

6、　　4.3.2 腕部的結(jié)構(gòu)形式15</p><p>　　4.3.3手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算15</p><p>　　4.3.4手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核17</p><p>　　第五章 手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與校核20</p><p><b>　　5.1概述20</b></p><p>　　5.2手臂直

7、線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)21</p><p>　　5.2.1 手臂伸縮運(yùn)動(dòng)21</p><p>　　5.2.2 手臂的升降運(yùn)動(dòng)21</p><p>　　5.2.3 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)22</p><p>　　5.2.4 手臂的橫向移動(dòng)22</p><p>　　5.3 導(dǎo)向裝置23</p><p>　　5

8、.4 臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算24</p><p>　　5.4.1臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算24</p><p>　　5.4.2臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算24</p><p>　　5.4.3臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算25</p><p>　　5.5 手臂伸縮油缸的設(shè)計(jì)與校核25</p><p>　　5.5.1尺寸校

9、核25</p><p>　　5.5.2計(jì)算作用在活塞上的總機(jī)械載荷26</p><p>　　5.6 手臂升降油缸的設(shè)計(jì)與校核26</p><p>　　5.7 手臂回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)與校核27</p><p>　　第六章液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)32</p><p>　　6.1 液壓系統(tǒng)簡介32</p><

10、;p>　　6.2 液壓系統(tǒng)的組成32</p><p>　　6.3 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路32</p><p>　　6.3.1壓力控制回路33</p><p>　　6.3.2速度控制回路33</p><p>　　6.3.2方向控制回路33</p><p>　　6.4 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)33</

11、p><p>　　6.4.1上料機(jī)械手的動(dòng)作順序33</p><p>　　6.4.2自動(dòng)上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹34</p><p>　　6.4.3上料機(jī)械手典型動(dòng)作動(dòng)作循環(huán)動(dòng)作說明35</p><p>　　第七章 其它零部件的選擇設(shè)計(jì)33</p><p>　　7.1油缸的密封36</p><

12、p>　　7.1.1活塞式油缸的泄漏與密封36</p><p>　　7.1.2回轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封38</p><p>　　7.2 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與定位精度40</p><p>　　7.2.1 油缸的緩沖裝置40</p><p>　　7.2.2 緩沖裝置的設(shè)計(jì)原則40</p><p><b>

13、;　　結(jié) 論41</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　附錄43</b></p><p><b>　　致 謝44</b></p><p>　　液壓機(jī)械手裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>&

14、lt;b>　　摘 要</b></p><p>　　在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。</

15、p><p>　　本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)四自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于給沖壓設(shè)備運(yùn)送物料。首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的底座、大臂、小臂和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，然后選擇合適的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡和伺服放大器的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、端子板電路的設(shè)計(jì)以及控制軟件的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運(yùn)行過程的安全性，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的伺服控制和制動(dòng)問題

16、、實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況、機(jī)器人的示教編程和在線修改程序、設(shè)置參考點(diǎn)和回參考點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手、示教編程、液壓、控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In the modern large-scale manufacturing industry, enterprise

17、s pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the </p><p>　　production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the </p><

18、;p>　　automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by </p><p>　　enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national lev

19、el of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength,

20、and most of these robots work in playback way.</p><p>　　In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to </p><p>　　carry material for a punch. First I will design

21、 the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I

22、will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the relia

23、bility of the</p><p>　　KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1、機(jī)器人概述</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化

24、、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　“工業(yè)機(jī)器人”（I

25、ndustrial Robot）由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。</p><p>　　機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自

26、動(dòng)化水平，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、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)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用

27、范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 </p><p>　　機(jī)器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人，也即本文所研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元

28、機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)（Manipulator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)器人來進(jìn)行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在國外通常被稱之為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。&l

29、t;/p><p>　　機(jī)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(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過基座周圍的一些障礙物</p><p>　　等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。</p><p>　　要機(jī)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、

30、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。</p><p>　　圖1-1 機(jī)器人的一般組成</p><p>　　對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言

31、識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖1-2 所示。</p><p>　　圖1-2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系</p><p>

32、　　機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)(Manipulator)，相

33、當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。</p><p>　　1.2 機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀</p><p>　　機(jī)器人首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。</p><p>　　日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力從

34、事機(jī)器人的研究。</p><p>　　目前工業(yè)機(jī)器人大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開環(huán)式，沒有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。</p><p>　　第二代機(jī)器人正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息進(jìn)行反饋，使機(jī)器人具有感覺機(jī)能。</p><p>　　

35、第三代機(jī)器人（機(jī)器人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一環(huán)。</p><p>　　隨著工業(yè)機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。國際工

36、業(yè)機(jī)器人會(huì)議ISIR決定每年召開一次會(huì)議，討論和研究機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用問題。</p><p>　　目前，工業(yè)機(jī)器人主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作的，主要是在危險(xiǎn)作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。</p><p>　　在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)

37、展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)器人本身的損壞。</p><p>　　隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，針對(duì)于上述各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對(duì)系統(tǒng)本身也提出越來越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用

38、場合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。然而，目前商品化的機(jī)器人系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器，一般采用專用計(jì)算機(jī)作為上層主控計(jì)算機(jī)，使用專用機(jī)器人語言作為離線編程工具，采用專用微處理器，并將控制算法固化在EPROM中，這種專用系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封

39、閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。解決這些問題的根本辦法是研究和使用具有開放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)。</p><p>　　美國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：</p><p>　?。?）1963-1967年為試驗(yàn)定型階段。1963-1966年， 萬能自動(dòng)化公司制造的工業(yè)機(jī)器人供用戶做工藝試驗(yàn)。1967年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人定型為1900

40、型。</p><p>　?。?）1968-1970年為實(shí)際應(yīng)用階段。這一時(shí)期，工業(yè)機(jī)器人在美國進(jìn)入應(yīng)用階段，例如，美國通用汽車公司1968年訂購了68臺(tái)工業(yè)機(jī)器人；1969年該公司又自行研制出SAM新工業(yè)機(jī)器人，并用21組成電焊小汽車車身的焊接自動(dòng)線；</p><p>　　又如，美國克萊斯勒汽車公司32條沖壓自動(dòng)線上的448臺(tái)沖床都用工業(yè)機(jī)器人傳遞工件。</p><p&

41、gt;　?。?）1970年至今一直處于推廣應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展階段。1970-1972年，工業(yè)機(jī)器人處于技術(shù)發(fā)展階段。1970年4月美國在伊利斯工學(xué)院研究所召開了第一屆全國工業(yè)機(jī)器人會(huì)議。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)，美國大約200臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，工作時(shí)間共達(dá)60萬小時(shí)以上，與此同時(shí)，出現(xiàn)了所謂了高級(jí)機(jī)器人，例如：森德斯蘭德公司（Sundstrand）發(fā)明了用小型計(jì)算機(jī)控制50臺(tái)機(jī)器人的系統(tǒng)。又如，萬能自動(dòng)公司制成了由25臺(tái)機(jī)器人組成的汽車車輪生產(chǎn)自動(dòng)線。麻省理

42、工學(xué)院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識(shí)別能力微型機(jī)器人。</p><p>　　其他國家，如日本、蘇聯(lián)、西歐，大多是從1967，1968年開始以美國的“Versatran”和“Unimate”型機(jī)器人為藍(lán)本開始進(jìn)行研制的。就日本來說，1967年，日本豐田織機(jī)公司 引進(jìn)美國的“Versatran”,川崎重工公司引進(jìn)“Unimate”，并獲得迅速發(fā)展。通過引進(jìn)技術(shù)、仿制、改造創(chuàng)新。很快研制出國產(chǎn)化機(jī)器人，技術(shù)水平很快趕上

43、美國并超過其他國家。經(jīng)過大約10年的實(shí)用化時(shí)期以后，從1980年開始進(jìn)入廣泛的普及時(shí)代。</p><p>　　我國雖然開始研制工業(yè)機(jī)器人僅比日本晚5-6年，但是由于種種原因，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前我國已開始有計(jì)劃地從國外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，通過引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)獲得快速的發(fā)展。</p><p>　　1.3機(jī)器人發(fā)展趨勢</p><p>

44、　　隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。</p><p>　　就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢：</p><p>　　a)提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度，減少重量和占用空間，加速機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機(jī)器人的各個(gè)機(jī)械模塊、控制模塊、檢測

45、模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器人；</p><p>　　b)開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動(dòng)機(jī)構(gòu)用以保證精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機(jī)器人，以適應(yīng)不同的場合；</p><p>　　c)研制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳感器等，用傳感器獲得工作對(duì)象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識(shí)別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問題求

46、解、動(dòng)作規(guī)劃，同時(shí)，越來越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　第2章 液壓機(jī)械手整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 液壓機(jī)械手介紹</p><p>　　液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮液體的壓力來驅(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)源極為方便，輸出力小，液壓動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，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

47、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)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。</p><p>　　液壓技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn): </p><p>　　1、體積小、重量輕，因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊； 2、能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速； 3、換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便

48、地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換； 4、液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制； 5、由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； 6、操縱控制簡便，自動(dòng)化程度高； 7、容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。</p><p>　　2.2 液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)要點(diǎn)</p><p>　　1.2.2 課題的設(shè)計(jì)步驟</p><p>

49、;　　本課題將要完成的主要任務(wù)如下:</p><p>　　(1)機(jī)械手為通用機(jī)械手，因此相對(duì)于專用機(jī)械手來說，它的適用面相對(duì)較廣。</p><p>　　(2)選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度。</p><p>　　(3)設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括:手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)。為了使通用性更強(qiáng)，手部設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，不僅可以應(yīng)用于夾持式手指來抓取棒料工件，在工業(yè)需要

50、的時(shí)候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤來吸取板料工件。</p><p>　　(4)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括液壓元器件的選取，液壓回路的設(shè)計(jì)，并繪出液壓原理圖。</p><p>　　(5)機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本機(jī)械手?jǐn)M采用可編程序控制器(PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選取PLC型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出PLC程序，并畫出梯形圖。</p>

51、<p>　　2.3自由度及關(guān)節(jié) </p><p>　　機(jī)器人具有四個(gè)自由度 ，即腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)，都為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；還有一個(gè)用于夾持物料的機(jī)械手。</p><p>　　2.4 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成</p><p>　　機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖如圖1-1所示。 </p><p>　　圖1-1機(jī)械手的系統(tǒng)工

52、作原理框圖</p><p>　　機(jī)械手的工作原理：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)以及位置檢測裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用液壓傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)

53、定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置.</p><p><b>　　2．4．1執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2．4．1．1 手部 手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們

54、采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳

55、力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。</p><p>　　2．4．1．2、手腕 手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)</p><p>　　2．4．1．3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)

56、手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、液壓缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、液壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2．4．1．4、立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。</p><p>　　2．4．1．5、機(jī)

57、座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。</p><p>　　2．4．2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。它由動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。</p><p>　　2．4．3控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般

58、由程序控制系統(tǒng)和電器定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。該機(jī)械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　2．4．4位置檢測裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給

59、控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。</p><p>　　第三章 液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù)的確定</p><p><b>　　3.1、臂力的確定</b></p><p>　　目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大，國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手的臂力最小為0.15N，最大為8000N。本液壓機(jī)械手的臂力為N臂

60、 =1650（N），安全系數(shù)K一般可在1.5~3，本機(jī)械手取安全系數(shù)K=2。定位精度為±3mm。</p><p>　　3.2、工作范圍的確定</p><p>　　機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。本機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下：</p>

61、<p>　　手腕回轉(zhuǎn)角度0°~180°</p><p>　　手臂伸長量400mm</p><p>　　手臂回轉(zhuǎn)角度0°~210°</p><p>　　手臂升降行程300mm</p><p>　　3.3、確定運(yùn)動(dòng)速度</p><p>　　機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程確定之后

62、，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。液壓上料機(jī)械手要完成整個(gè)上料過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。</p><p>　　機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)間應(yīng)考慮以下

63、要求：</p><p>　　1、給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時(shí)間；</p><p>　　2、伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較底的運(yùn)動(dòng)速度。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。</p><p>　　3、在工作拍節(jié)

64、短、動(dòng)作多的情況下，常使幾個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。為此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，以保證動(dòng)作的同步。</p><p>　　液壓上料機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)速度如下：</p><p>　　手腕回轉(zhuǎn)速度 V腕回 = 90°/s</p><p>　　手臂伸縮速度 V臂伸 = 300 mm/s</p><p>

65、;　　手臂回轉(zhuǎn)速度 V臂回 =90°/s</p><p>　　手臂升降速度 V臂升 = 70 mm/s</p><p>　　立柱水平運(yùn)動(dòng)速度 V柱移 = 50 mm/s</p><p>　　手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度 V夾 = 50 mm/s</p><p>

66、　　3.4、手臂的配置形式</p><p>　　機(jī)械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。運(yùn)動(dòng)要求、操作環(huán)境、工作對(duì)象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。本機(jī)械手采用機(jī)座式。機(jī)座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機(jī)器人所采用，機(jī)座上可以裝上獨(dú)立的控制裝置，便于搬運(yùn)與安放，機(jī)座底部也可以安裝行走機(jī)構(gòu)，已擴(kuò)大其活動(dòng)范圍，它分為手臂配置在機(jī)座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式，本機(jī)械手采用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。手臂配置在機(jī)座立柱上

67、的機(jī)械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作范圍較大。</p><p>　　3.5、位置檢測裝置的選擇</p><p>　　機(jī)械手常用的位置檢測方式有三種：行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機(jī)械手采用行程開關(guān)式。利用行程開關(guān)檢測位置，精度低，故一般與機(jī)械擋塊聯(lián)合應(yīng)用。在機(jī)械手中，用行程開關(guān)與機(jī)械擋塊檢測定位既精度高又簡單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。</p><p&

68、gt;　　3.6、驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇</p><p>　　機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式是根據(jù)它們的特點(diǎn)結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式。</p><p>　　控制系統(tǒng)也有不同的類型。除一些專用機(jī)械手外，大多數(shù)機(jī)械手均需進(jìn)行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)方式一般有四種：氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)

69、。</p><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手采用的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，控制方式為固定程序的PLC控制。</p><p>　　第四章 手部尺寸設(shè)計(jì)及校核</p><p><b>　　4.1、概述</b></p><p>　　手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械

70、手手臂的前端。機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、，它沒有手掌，只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。其傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式……等，這里采用滑槽杠桿式。</p>

71、<p>　　設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題</p><p>　　1、應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力）</p><p>　　在確定手指的握力時(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。</p><p>　　2、手指間應(yīng)有一定的開閉角</p><p>　　兩個(gè)手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾

72、的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進(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。</p><p>　　3、應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位</p><p>　　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。</p><p>　　4、應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度<

73、;/p><p>　　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)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。</p><p>　　5、應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求</p><p>　　應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。</p><p>　　

74、4.2、驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 </p><p>　　1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座</p><p>　　圖1 滑槽杠桿式手部受力分析</p><p>　　如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿3作用下銷軸2向上的拉力為P，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為P1、P2，其力的方向垂直于滑槽中心線OO1和OO

75、2并指向O點(diǎn)，P1和P2的延長線交O1O2于A及B，由于△O1OA和△O2OA均為直角三角形，故∠AOC=∠BOC=α。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 </p><p>　　∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0</p><p><b>　　P=2P1cosα</b></p><p>　　P1=P/2cosα<

76、/p><p>　　銷軸對(duì)手指的作用力為p1′。手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以N表示。由手指的力矩平衡條件，即∑m01(F)=0得</p><p><b>　　P1′h=Nb</b></p><p>　　因 h=a/cosα </p>&

77、lt;p>　　所以 P=2b(cosα)N/a</p><p>　　式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離（毫米）。</p><p>　　α——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間的夾角。</p><p>　　由上式可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力P一定時(shí)，α角增大則握力N也隨之增加，但α角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使

78、之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取α=30°~40°。這里取角α=30度。</p><p>　　這種手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動(dòng)作靈活，手指開閉角大等特點(diǎn)。查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》中表2-1可知，V形手指夾緊圓棒料時(shí)，握力的計(jì)算公式N=0.5G，綜合前面驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法，可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動(dòng)以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力P實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算，即：</p&

79、gt;<p>　　P實(shí)際=PK1K2/η</p><p>　　式中 η——手部的機(jī)械效率，一般取0.85~0.95；</p><p>　　K1——安全系數(shù)，一般取1.2~2</p><p>　　K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可近似按下式估計(jì)，K2=1+a/g，其中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度，g為重力加速度。</p>

80、;<p>　　本機(jī)械手的工件只做水平和垂直平移，當(dāng)它的移動(dòng)速度為308毫米/秒，移動(dòng)加速度為616毫米/秒，工件重量G為350牛頓，V型鉗口的夾角為120°,α=30°時(shí)，拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力P和P實(shí)際計(jì)算如下：</p><p>　　根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式</p><p><b>　　N=0.5G

81、</b></p><p>　　把已知條件代入得當(dāng)量夾緊力為</p><p><b>　　N=175（N）</b></p><p>　　由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式</p><p>　　P=2b(cosα)N/a 得</p><p>　　P=P計(jì)算=2*48(cos30°)

82、*175/44=286.4(N)</p><p>　　P實(shí)際=P計(jì)算K1K2/η</p><p>　　取η=0.85, K1=1.5, K2=1+616/9810≈1.1</p><p>　　則 P實(shí)際=286.4*1.5*1.1/0.85=556(N)</p><p>　　4.2.1、兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析</p&g

83、t;<p>　　圖2 帶浮動(dòng)鉗口的鉗爪</p><p>　　鉗口與鉗爪的連接點(diǎn)E為鉸鏈聯(lián)結(jié),如圖示幾何關(guān)系,若設(shè)鉗爪對(duì)稱中心O到工件中心O′的距離為x,則</p><p><b>　　x=</b></p><p>　　當(dāng)工件直徑變化時(shí),x的變化量即為定位誤差△,設(shè)工件半徑R由Rmax變化到Rmin時(shí),其最大定位誤差為</p&

84、gt;<p><b>　　=∣-∣ </b></p><p>　　其中l(wèi)=48mm ,b=6mm ,a=44mm ,2=120° ,Rmin=25mm ,Rmax=35mm</p><p><b>　　代入公式計(jì)算得</b></p><p>　　最大定位誤差△=∣47.9-47.2∣=0.7＜0.8

85、</p><p><b>　　故符合要求.</b></p><p><b>　　4.3、腕部的結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　4.3.1、 概述</b></p><p>　　腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：</p>

86、<p>　　1、結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。</p><p>　　2、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。</p><p>　　3、注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個(gè)自由度的位置檢測、管線的布置以及潤滑、維修、調(diào)整等問題 </p><p>　　4、要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。 </p><p>　　另外，通往手腕油缸的管道盡量

87、從手臂內(nèi)部通過，以便手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。</p><p>　　4.3.2、腕部的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　本機(jī)械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為0°~180°.</p><p>　　如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進(jìn)行連接和定位，動(dòng)片與手部的夾緊

88、油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也指座固連成一體。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動(dòng)，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖3 機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.3.3、手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>　　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

89、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)的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：</p><p>　　M驅(qū)=M慣+M偏+M摩 （N.m）</p><p>　　式中 M驅(qū)——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩</p><p>　　M慣——慣性力矩 （N.m） </p><p>　　

90、M偏——參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動(dòng)片）對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 （N.m） </p><p>　　M摩——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩 （N.m） </p><p>　　圖4 腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖</p><p><b>　?、?、摩擦阻力矩M摩</b></p><p>　　M摩

91、 =（N1D1+N2D2） （N.m）</p><p>　　式中 f——軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取f=0.02，滑動(dòng)軸承取f=0.1；</p><p>　　N1 、N2 ——軸承支承反力 （N）；</p><p>　　D1 、D2 ——軸承直徑（m）</p><p>　　由設(shè)計(jì)知D1=0.035m D2=0.054m N1=800N

92、 N2=200N G1=350N e=0.010時(shí)</p><p>　　M摩 =0.1*（200*0.035+800*0.054）/2</p><p>　　得 M摩 =2.50（N.m）</p><p>　?、?、工件重心偏置力矩引起的偏置力矩M偏</p><p>　　M偏 =G1 e （N.m）&l

93、t;/p><p>　　式中 G1——工件重量（N）</p><p>　　e——偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當(dāng)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時(shí)，M偏為零</p><p>　　當(dāng)e=0.010，G1=350N時(shí)</p><p>　　M偏 =3.5（N·m）</p><p>　?、?、腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性

94、阻力矩M慣 </p><p>　?、?、當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時(shí)，可用下式計(jì)算M慣</p><p>　　M慣 =（J+J工件） （N·m） </p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （0.79/s）</p><p>　　T——手腕啟動(dòng)過程中所用時(shí)

95、間（s），（假定啟動(dòng)過程中近為加速運(yùn)動(dòng)）</p><p>　　J——手腕回轉(zhuǎn)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）</p><p>　　J工件——工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （kg·m） </p><p><b>　　按已知計(jì)算得</b></p><p>　　J=2.5，J工件 =6.25，=0.79

96、/ s,t=2</p><p>　　故 M慣 = 3.46（N·m）</p><p>　?、?、當(dāng)知道啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度時(shí)，也可以用下面的公式計(jì)算M慣：</p><p>　　M慣=（J+J工件） （N·m） </p><p>　　式中 ——啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）;</p&

97、gt;<p>　　——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （0.79/s）。</p><p>　　考慮到驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失等因素，一般將M取大一些，可取</p><p>　　M =1.1∽1.2 （M慣+M偏+M摩 ） （N.m） </p><p>　　M = 1.2*（3.46+3.50+2.50） =10.75（N.m） </p><p>　

98、　4.3.4、手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核</p><p>　　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)油缸，它的原理如圖4-3所示，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)。</p><p>　　1-定片 2-缸體 3-動(dòng)片 4-動(dòng)片風(fēng)圈 5-回轉(zhuǎn)軸

99、a-進(jìn)油口 b-出油口</p><p>　　圖4-3 回轉(zhuǎn)油缸簡圖</p><p>　　4.3.4.1、尺寸設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)油缸內(nèi)徑為,半徑,軸徑,半徑,油缸運(yùn)行角速度，加速度時(shí)間，回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力為P=，動(dòng)片寬度為。</p><p>　　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:</p><p><b>　　, 或</b&g

100、t;</p><p><b>　　由公式計(jì)算力矩：</b></p><p>　　4.3.4.2、尺寸校核 </p><p>　　1．測定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，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：</p><p>　　工件的質(zhì)量為,質(zhì)量分布于長的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p&

101、gt;<p>　　假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于長的棒料來說，最大偏心距</p><p><b>　　，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:</b></p><p><b>　　則： </b></p><p>　　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

102、重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線,則</p><p>　　式中：—為手腕回轉(zhuǎn)部件的重量，</p><p><b>　　—為工件的重量，</b></p><p>　　4.3.4.3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為</p><p>　　由于是液壓傳動(dòng)，潤滑比較好，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得知摩擦力矩很小，故忽略不計(jì)。</p><p&g

103、t;　　4.3.4.4、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</p><p>　　式中—為回轉(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，</p><p>　　—為輸出軸與缸蓋密封裝置處的摩擦阻力矩，</p><p>　　式中—輸出軸與缸蓋密封處直徑，</p><p>　　—密封的有效長度（或密封寬度）</p&

104、gt;<p>　　—“O”形密封圈的截面直徑；</p><p>　　—“O”形圈在裝配時(shí)的壓縮率，對(duì)于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，,取</p><p><b>　　—摩擦系數(shù)，</b></p><p>　　—回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力,</p><p>　　則： </p><p>　　—

105、為動(dòng)片側(cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力矩，</p><p>　　—?jiǎng)悠鈴脚c油缸密封裝置處的摩擦阻力矩，</p><p>　　—?jiǎng)悠瑐?cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力矩</p><p>　　其中： </p><p><b>　　— 回轉(zhuǎn)油缸直徑</b></p><p>

106、;　　— 回轉(zhuǎn)油缸與動(dòng)片連接處直徑</p><p><b>　　由設(shè)計(jì)得：</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　：動(dòng)片外徑與油缸密封裝置處的摩擦阻力矩</p><p>　　其中為動(dòng)片的寬度，，，，和同上述。</p><p>　　則：

107、 </p><p>　　4.3.4.5、回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背壓反力矩</p><p>　　其中為回油腔的油液壓力，在這里初步估算為</p><p>　　則： </p><p>　　則手腕回轉(zhuǎn)油缸所需的驅(qū)動(dòng)力矩為：</p><p>　　所以設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。</p>

108、<p>　　第5章 手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與校核</p><p><b>　　5.1 概述</b></p><p>　　臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的。；立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫向移動(dòng)。手臂的各

109、種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大?。幢哿Γ┖投ㄎ痪鹊榷贾苯佑绊憴C(jī)械手的工作性能，所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度及其定位精度的要求來設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求：</

110、p><p>　?、?剛度要大 為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。</p><p>　?、?導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。</p><

111、;p>　?、?偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p>　?、?運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時(shí)要采取一

112、定的緩沖措施。</p><p>　　5.2手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　機(jī)械手手臂的伸縮、升降及橫向移動(dòng)均屬于直線運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)以及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　　5.2.1手臂伸縮運(yùn)動(dòng)</p><p>　　這里實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是采用液壓

113、驅(qū)動(dòng)的活塞油缸。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較多。如下圖所示為雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)。手臂和手腕是通過連接板安裝在升降油缸的上端，當(dāng)雙作用油缸1的兩腔分別通入壓力油時(shí)，則推動(dòng)活塞桿2（即手臂）作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向桿3在導(dǎo)向套4內(nèi)移動(dòng)，以防止手臂伸縮時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)（并兼做手腕回轉(zhuǎn)缸6及手部7的夾緊油缸用的輸油管道）。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，故受力簡單，傳動(dòng)平

114、穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊?？捎糜谧ブ卮?、行程較長的場合。</p><p>　　圖5 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)</p><p>　　5.2.2、手臂的升降運(yùn)動(dòng)</p><p>　　如圖7所示為手臂的升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)升降缸上下兩腔通壓力油時(shí)，活塞桿4做上下運(yùn)動(dòng)，活塞缸體2固定在旋轉(zhuǎn)軸上。由活塞桿帶動(dòng)套筒3做升降運(yùn)動(dòng)。其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵8實(shí)現(xiàn)。圖中6為位置檢測裝置。

115、</p><p>　　圖7 手臂升降和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖</p><p>　　5.2.3、手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)</p><p>　　實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。本機(jī)械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖7所示，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿7驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過缸體上的平鍵8帶動(dòng)外套一起轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。