買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圓柱坐標(biāo)式三自由度機(jī)械手 摘 要 機(jī)器人不僅是一種自動化的機(jī)器。 機(jī)器人是一種可重新編程的、多功能的、機(jī)械手 ,為實(shí)現(xiàn)各種任務(wù)設(shè)計(jì)成通過可改變的程序動作來移動材料、零部件、工具或是其他專用裝置。 本設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的是一 種圓柱坐標(biāo)式 機(jī)械手 ,該裝置具有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動 (兩個(gè)直線運(yùn)動、一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 )，也就是所說 的 三個(gè)自由度。該機(jī)構(gòu)中立柱可相對于機(jī)座旋轉(zhuǎn) 180 度，回轉(zhuǎn)速度 15r/水平伸縮距離 400移動速度約 0.2 m /s，機(jī)械手可上下垂直運(yùn)動，其垂直升降量 1000移動速度約 m /s，機(jī)械手最大夾持重量 10所夾持工件為圓柱形，直徑范圍： 30120 根據(jù)課題要求經(jīng)過認(rèn)真思考和請教指導(dǎo)老師，本設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動采用擺動液壓馬達(dá)（旋轉(zhuǎn)液壓缸）驅(qū)動，水平伸縮運(yùn)動采用液壓缸驅(qū)動，垂直升降運(yùn)動仍采用液壓缸驅(qū)動 。 關(guān)鍵詞 ： 三自由度，圓柱坐標(biāo)式，工業(yè)機(jī)器人，機(jī)械手 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 F F is A is a to or of a of is a a is to of of be to 805 r / be 00.2 m/ s. to do 000m/ s. 0mm 20mm is to of , of by by of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 前 言 . 1 第 1 章 概述 . 2 業(yè)機(jī)械手的概述 . 2 業(yè)機(jī)械手的發(fā)展 . 5 業(yè)機(jī)械手在我國的發(fā)展與應(yīng)用 . 6 第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案 . 8 體設(shè)計(jì)的思路 . 8 路 . 8 體方案的確定 . 8 案 . 8 第 3 章 機(jī)械手相關(guān)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 10 指的相關(guān)設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 10 指夾緊力的計(jì)算 . 10 部液壓缸的選取 . 13 平伸縮缸尺寸計(jì)算 . 15 直升降液壓缸主要參數(shù)的確定 . 16 降手臂的設(shè)計(jì) . 17 柱與托盤的設(shè)計(jì) . 19 第 4 章 相關(guān)的校核 . 25 爪扇形齒輪與齒條強(qiáng)度校核 . 25 輪齒條強(qiáng)度 校核 . 25 第 5 章 結(jié)論 . 26 參考文獻(xiàn) . 27 致 謝 . 28 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 前 言 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，可以說是科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)，也是為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn) 生了重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，人類的發(fā)展隨著人們逐漸的這種社會發(fā)展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認(rèn)識自然過程中 ,需求能夠解放人的一種工具。那么這種工具就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動，實(shí)現(xiàn)人們對不可達(dá)世界的認(rèn)識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個(gè)客觀需要。另一方面，人們有各種各樣的好的想法，它也歸功于電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以 及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了提供了強(qiáng)大的技術(shù)保證。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對大學(xué)四年所學(xué)的知識的總結(jié)和運(yùn)用。它是基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的統(tǒng)一，是理論和實(shí)踐相結(jié)合，這加深了我們對所學(xué)知識的理解和靈活運(yùn)用。通過查閱大量的資料，學(xué)到了很多在課堂上學(xué)不到的知識和掌握了一部分新的理念，為我們走向工作崗位奠定了一定的知識基礎(chǔ)。同時(shí)，也是檢驗(yàn)我們掌握所學(xué)知識的深度和力度 本說明書是根據(jù)設(shè)計(jì)課題要求，有本人編寫的簡明工具文本，全書共一冊內(nèi)容互相銜接，配合設(shè)計(jì)圖紙一起使用。本說明書內(nèi)容包括緒論、機(jī)構(gòu)簡圖、設(shè)計(jì)計(jì)算說明，配合設(shè)計(jì)圖紙、機(jī) 械手的使用方法和技術(shù)，為用戶在使用過程中維護(hù)和改進(jìn)本產(chǎn)品提供原始數(shù)據(jù)。 本說明書由河南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)學(xué)生王振國編寫，全書有葛述卿老師主審。在編寫過程中葛老師做了大量細(xì)致的指導(dǎo)工作，同時(shí)得到很多老師的熱情支持和幫助，在此謹(jǐn)表示誠摯的感謝！ 由于編者水平有限，不足之處請予以指正。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 第 1章 概述 工業(yè)機(jī)械手的概述 工業(yè)機(jī)器手的用途十分廣泛，它對于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，提高勞動效率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，保證工人的安全都具有重要的意義，尤其對于那些有毒、高危、多粉塵、油漆、深水作業(yè)的 工作環(huán)境和有放射等惡劣環(huán)境條件下的作業(yè)，使用工業(yè)機(jī)械手和機(jī)器人更具有顯著的優(yōu)越性，在 要實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)的正常運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)坯料進(jìn)入車間到加工成成品零件的全過程，使各個(gè)環(huán)節(jié)都能進(jìn)行自動連接 ，以及機(jī)床刀具的自動調(diào)換，機(jī)械手都將起的重要的作用。隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用范圍會越來越廣。 一 、機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動作，并按設(shè)定的程序、軌跡、和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具或進(jìn)行操作的自動化裝置。在 工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的工業(yè)機(jī)械手簡稱為“機(jī)械手”。 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系 統(tǒng)、 控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成，各部分之間的相互關(guān)系如 1示。 圖 1構(gòu)相互關(guān)系圖 1、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 1)、 手部（或稱抓取機(jī)構(gòu)）是與物體接觸的部件，主要是抓取和放置控制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 工件 位置檢測裝置 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 物件的作用。 2)、 手腕 是連接手部和手臂的部件，可以調(diào)整和改變工件方位。 3)、 手臂 是支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 4)、 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)動和升降 （或俯仰）運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。 5)、 機(jī)座 是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各個(gè)部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，起支承和連接的作用。 有時(shí)為了完成遠(yuǎn)距離的操作和擴(kuò)大使用范圍，可以增設(shè)滾輪行走機(jī)構(gòu)。 2、驅(qū)動系統(tǒng) 機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力裝置，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動四種形式。 3、控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機(jī)械手動作的指揮系統(tǒng)，用來控制動作的順序（程序）、位置和時(shí)間、速度和加速度等。 4、位置檢測裝置 位置檢測裝置控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置，可隨時(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)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。 二、 機(jī)械手的運(yùn)動與分類 1、 機(jī)械手的運(yùn)動 機(jī)械手以及及其手部所夾持的工件（或工具）在空間的位置，有臂部、腕部等部件以及整機(jī)的各自獨(dú)立運(yùn)動的合成來確定。機(jī)械手的每一個(gè)動作，必須要配有一個(gè)原動件，當(dāng)各個(gè)原動件按一定的規(guī)律運(yùn)動時(shí)，機(jī)械手各運(yùn)動部件隨之作確定的運(yùn)動，從而使機(jī)械手具有運(yùn)動和位置的確定性。 2、 機(jī)械手的分類 機(jī)械手按不同的標(biāo)準(zhǔn)可有不同的分類方法，如按用途可分為通用機(jī)械手和專用機(jī)械手；按驅(qū)動方式可分為液壓驅(qū)動機(jī)械手 、氣動驅(qū)動機(jī)械手、電力驅(qū)動機(jī)械手和機(jī)械驅(qū)動機(jī)械手；按控制方式可分買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 為點(diǎn)位控制機(jī)械手和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手兩種。在實(shí)際應(yīng)用中，大多按運(yùn)動坐標(biāo)形式將機(jī)械手分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式四種。 此設(shè)計(jì)選用的是圓柱坐標(biāo)。 三 、 機(jī)械手的主要參數(shù) 機(jī)械手的主要參數(shù)是說明機(jī)械手的規(guī)格和具體指標(biāo)，一般包括以下幾項(xiàng)： 1、 抓取重量 抓取重量（又稱臂力）是機(jī)械手所能抓取或搬運(yùn)物件的最大重量，它對其他參數(shù)如行程范圍、運(yùn)動速度、坐標(biāo)形式和緩沖裝置的設(shè)計(jì)均有影響，是機(jī)械手最基本的參數(shù)。 2、 運(yùn)動速度 運(yùn)動速度反應(yīng)了機(jī) 械手的生產(chǎn)水平，影響機(jī)械手的運(yùn)動周期和工作效率，很多機(jī)械手由于速度低而限制了它的使用范圍。影響機(jī)械手動作快慢的兩個(gè)主要運(yùn)動是手臂伸縮和回轉(zhuǎn)運(yùn)動。速度大小與機(jī)械手的驅(qū)動方式、定位方式、抓取重量和行程距離有關(guān)系。 3、 行程范圍 機(jī) 械手的手臂運(yùn)動行程對使用性能有較大的影響。一般來說，通用機(jī)械手的手臂回轉(zhuǎn)應(yīng)盡量可能大些，回轉(zhuǎn)行程范圍應(yīng)大于180，使機(jī)械手具有一定的通用性；手臂伸縮行程及工作半徑要適宜，太大會增加手臂伸縮量，相應(yīng)的偏重力矩和轉(zhuǎn)動慣量也增加，且剛性降低，對于定位精度也難以保證。 4、 定位精度 定位精度是 衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的又一指標(biāo)，是機(jī)械手是運(yùn)動部件從某一起始位置運(yùn)動到預(yù)期的另一位置時(shí)所達(dá)到的實(shí)際位置的準(zhǔn)確程度。定位精度的高低取決于位置控制方式以及機(jī)械手運(yùn)動部件本身的精度和剛度，并和抓取重量、運(yùn)動速度等因素也有密切關(guān)系。定位精度包括位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度兩種，一般所說的定位精度是指重復(fù)定位精度。 四、 機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)（運(yùn)動）本體是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，各運(yùn)動部件的結(jié)構(gòu)形式取決于它的使用場合和各種不同的作業(yè)要求。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)類型特征，用它的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式有和自由度表示；機(jī)械手的空間活動范圍用它的 工作空間來表示。 1、機(jī)械手的運(yùn)動自由度 所謂機(jī)械手的運(yùn)動自由度是指確定一個(gè)機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)需要的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目，它表示機(jī)械手動作靈活程度的參數(shù)。機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)的手部、手腕、手臂和機(jī)座等的獨(dú)立運(yùn)動所合成的運(yùn)動狀態(tài)（方位），決定了手部所夾持的工件或工具在空間的位置和姿態(tài)。機(jī)械手的自由度越多，其動作的靈活性和通用性就越好，但是其結(jié)構(gòu)和控制就越復(fù)雜。在決定機(jī)械手的自由度時(shí)，不計(jì)入手部的抓取動作，因?yàn)檫@個(gè)動作并不改變工件或工具的位置與姿態(tài)。 2、手的工作空間與坐標(biāo) 所謂工作空間，是指機(jī)械手正常運(yùn)作時(shí)，手腕參考點(diǎn) 或者機(jī)械接口坐標(biāo)系原點(diǎn)能在空間活動的最大范圍，是機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)之一。機(jī)械手工作空間與其具有的自由度數(shù)目以及所選用的運(yùn)動關(guān)節(jié)的類型及配置有關(guān)。每個(gè)運(yùn)動關(guān)節(jié)所形成的變化量，如直線移動的距離、回轉(zhuǎn)角度的大小，都將影響工作空間的大小。機(jī)械手的坐標(biāo)系按右手定則決定。 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展 機(jī)器人 （機(jī)械手） 的歷史并不算長， 1959 年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才真正開始。英格伯格在大學(xué)攻讀伺服理論，這是一種研究運(yùn)動機(jī)構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號的理論。德沃爾曾于 1946 年發(fā) 明了一種系統(tǒng)，可以 “重演 ”所記錄的機(jī)器的運(yùn)動。 1954 年 , 德沃爾又獲得可編程機(jī)械手專利，這種機(jī)械手臂按程序進(jìn)行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機(jī)器人，認(rèn)為汽車工業(yè)最適于用機(jī)器人干活，因?yàn)槭怯弥匦蜋C(jī)器進(jìn)行工作，生產(chǎn)過程較為固定。 1959 年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機(jī)器人。 它成為世界上第一臺真正的實(shí)用買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 工業(yè)機(jī)器人。此后英格伯格和德沃爾成立了 “尤尼梅遜 ”公司，興辦了世界上第一家機(jī)器人制造工廠。第一批工業(yè)機(jī)器人被稱為 “尤尼梅特 ”，意 思是 “ 萬能自動 ” 。 他們因此被稱為機(jī)器人之父。 1962 年美國機(jī)械與鑄造公司也制造出工業(yè)機(jī)器人，稱為 “ 沃爾薩特蘭 ” ，意思是 “ 萬能搬動 ” 。 ” 尤尼梅特 ” 和 “ 沃爾薩特蘭 ” 就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機(jī)器人。 近百年來發(fā)展起來的機(jī)器人，大致經(jīng)歷了三個(gè)成長階段，也即三個(gè)時(shí)代。第一代為簡單個(gè)體機(jī)器人， 第二代為群體勞動機(jī)器人，第三代為類似人類的智能機(jī)器人，它的未來發(fā)展方向是有知覺、有思維、能與人對話。第一代機(jī)器人屬于示教再現(xiàn)型 , 第二代則具備了感覺能力 , 第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人 , 它不僅具有 感覺能力 , 而且還具有獨(dú)立判斷和行動的能力。 英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機(jī)器人是第一代機(jī)器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機(jī)械手，把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍，或者人用 “ 示教控制盒 ” 發(fā)出指令，讓機(jī)器人的機(jī)械手臂運(yùn)動，一步步完成它應(yīng)當(dāng)完成的各個(gè)動作 。 工業(yè)機(jī)械手在我國的發(fā)展與應(yīng)用 隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于人類社會的各個(gè)領(lǐng)域。在制造業(yè)中誕生的工業(yè)機(jī)器人是繼動力機(jī)、計(jì)算機(jī)之后而出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具。機(jī)器人的應(yīng)用是一個(gè)國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。 縱觀目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展 現(xiàn)狀，我國機(jī)器人市場增長異常迅猛；從銷售量上更是充分說明了這個(gè)不爭的事實(shí)。在中國市場上占有 35 市場份額的 004 年在中國賣出了 600 臺機(jī)器人。而該公司在過去 9 年中一共才在中國大陸市場銷售了 2000 臺機(jī)器人。專家預(yù)測，中國機(jī)器人 2005 年擁有量將增至 7600 臺，到 2010 年擁有量將達(dá)到 17300 臺，到 2015 年，市場容量將達(dá)十幾萬臺（套）。據(jù)悉，汽車制造、工程機(jī)械及電機(jī)、電子等行業(yè)的企業(yè)是中國今后對機(jī)器人需求最大的部門，其中所需機(jī)器人的品種以點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運(yùn)、沖壓等為主。 近年來我國的 機(jī)器人自動化技術(shù)也取得了長足的發(fā)展，但是與世界發(fā)達(dá)國家相比，還有一定的差距，如可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。我國目前從事機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用工程的單位相對較少，工業(yè)機(jī)器人的擁有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求量，長期大量依靠從國外引進(jìn)。 在應(yīng)用規(guī)模上，我 國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，約占全球已安裝臺數(shù)的 產(chǎn)生以上差距，有關(guān)專家認(rèn)為主要是我國沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求， “ 一客戶，一次重新設(shè)計(jì) ” ，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨 周期長、成本較多，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。 2004 年中國國際機(jī)器人展覽會于 11 月 1舉行，會后分析報(bào)告數(shù)據(jù)表明，與會的專業(yè)觀眾只占 43%，非專業(yè)觀眾占 57%；而 專業(yè)觀眾為了了解、收集產(chǎn)品信息，其余的大多沒有填寫具體參觀目的；專業(yè)觀眾中只有 21%的工業(yè)制造業(yè)人員，其余主要以科研單位為主，國內(nèi)參展單位展出的多是面向教育應(yīng)用和處于實(shí)驗(yàn)開發(fā)中的機(jī)器人，且產(chǎn)品略顯不成熟。這充分表明我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還停留在純技術(shù)層面，離市場化還有很長一段距離。 我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)要快速發(fā)展，就不能只靠幾個(gè)愛好者的激 情和科研單位的單方努力，機(jī)器人就不能只作為展覽會上的表演者。研制單位必須和需求緊密結(jié)合，讓機(jī)器人走進(jìn)工廠和家庭，實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化。把發(fā)展中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)納入政府重要產(chǎn)業(yè)政策中，引導(dǎo)和扶持企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，加速機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 第 2章 總體設(shè)計(jì)方案 總體設(shè)計(jì)的思路 思路 設(shè)計(jì)機(jī)器人大體上可分為兩個(gè)階段： 1、系統(tǒng)分析階段 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)，明確所采用機(jī)器人的目的和任務(wù)。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 分析機(jī)器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 根據(jù)機(jī)器人的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。如機(jī)器人的自由度、所能抓取的重量。 2、技術(shù)設(shè)計(jì)階段 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 確定驅(qū)動系統(tǒng)的類型； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計(jì)； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸。 總體方案的確定 方案 提到總體方案的確定，讓我們重復(fù)一下本課題的要求： 設(shè)計(jì)一種圓柱坐標(biāo)式三自由度工業(yè)機(jī)械手，要求該裝置具有三個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動（兩個(gè)直線運(yùn)動和一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動）。該機(jī)構(gòu)中立柱可相對于機(jī)座旋轉(zhuǎn)180 度，回轉(zhuǎn)速度 15r/水平伸縮距離 400移動速度約 s，機(jī)械手可上下垂直運(yùn)動，其垂直升降量 1000 移動速度約 s，機(jī)械 手最大夾持重量 10 所夾持工件為圓柱形，直徑范圍： 30 120 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 根據(jù)課題要求經(jīng)過認(rèn)真思考和請教指導(dǎo)老師，本設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動采用擺動液壓馬達(dá)（旋轉(zhuǎn)液壓缸）驅(qū)動，水平伸縮運(yùn)動采用液壓缸驅(qū)動，垂直升降運(yùn)動仍采用液壓缸驅(qū)動。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 第 3章 機(jī)械手相關(guān)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 手指的相關(guān)設(shè)計(jì)與計(jì)算 手指夾緊力的計(jì)算 手部是機(jī)械手直接抓取和握緊（或吸附）物件或夾持專用工具執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的部件，因此手部的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)依據(jù)作業(yè)任務(wù)要求來設(shè)計(jì)，從而形成了多種的結(jié)構(gòu)型式。它安裝在手臂的前端，可以模仿人手動作。 設(shè)計(jì)手部時(shí)除了要滿足抓取要求外，還應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求： （ 1） 、 手指握力的大小要適宜 確定手指的握力（即夾緊力）時(shí)，應(yīng)考慮工件的重量以及傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落，但握力太大又會造成浪費(fèi)并可能損壞工件。 （ 2） 、 應(yīng)保證工件能順利地進(jìn)入或脫開手指 開合式手指應(yīng)具有足夠大的張開角度來適應(yīng)較大的直徑范圍，保證有足夠的夾緊距離以方便抓取和松開工件。移動式鉗爪要有足夠大的移動范圍。 （ 3） 、 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并且自身重量輕 因受到被夾工件的反作用力和運(yùn)動過程中的慣性力、振動等的影響，要求機(jī)械手具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，但結(jié)構(gòu)要簡單緊湊、自重輕，并使手部的重心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小。 （ 4） 、 動作迅速、靈活、準(zhǔn)確，通用機(jī)械手還要求更換手部方便 根據(jù)用途手部可分為夾持式手部、吸附式手 部和專用工具（噴槍、扳手、焊接工具）三類。 經(jīng)過分析和比較此設(shè)計(jì)采用夾持式手部。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 一 、 夾持式手部 夾持式手部對抓取工件的形狀具有較大的適應(yīng)性，故應(yīng)用較廣。它的動作與鋼絲鉗或虎鉗相似。 二 、結(jié)構(gòu) 夾持式手部是有驅(qū)動裝置、傳動機(jī)構(gòu)和手指（或手爪）等組成。驅(qū)動裝置多半用活塞缸。傳動機(jī)構(gòu)常用連桿機(jī)構(gòu)、滑槽機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等。手指常用兩指，也有多指等形式。指端是手指上直接與被夾工件接觸的部位，它的結(jié)構(gòu)形狀取決于工件的形狀。手部結(jié)構(gòu)按模仿人手手指的動作，可分為回轉(zhuǎn)型、移動型等形式。經(jīng)分析和比較此設(shè)計(jì)選擇移動式 的齒輪齒條手部。 根據(jù)所夾取的零件半徑（ 30 120 圓柱形棒料）經(jīng)分析 取扇型齒輪的齒頂圓半徑 R=47，模數(shù) m=4， 1Z =23。齒條齒數(shù)取 2Z =23。 1 手指夾緊力的計(jì)算： 公式： N 1K 2K 3K 0G (30G 為抓取的工件重量最大為 10 1K 為安全系數(shù)取 2,暫取 5，2K 為工作情況系數(shù)，可按 2K =取 2K =2， 3K 為方位系數(shù)，即為當(dāng)爪子處在不同位置夾取工件不同放置位置是的系數(shù)，根據(jù)查取的公式： 3K =(1 f ， 粗略計(jì)算 3K 約等于 處 3K 取 1。 根據(jù)公式 （ 3計(jì)算得 : N 2 1 10 294N 因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)采用移動型齒輪齒條手部結(jié)構(gòu)，查資料知其夾緊力 驅(qū)動力 一半，即 : F (3所以， 588N，此處考慮其他因素 600N。 三 、手腕 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變手部的方位。一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動或再增加一個(gè)上下擺動即可滿足要求，若有特殊 要求可增加手腕左右擺動或橫向移動。機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。因此設(shè)計(jì)時(shí)要注意下面幾個(gè)問題： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 1） 、 可以有手臂完成的動作，盡量不設(shè)置手腕。 2） 、 手腕結(jié)構(gòu)盡可能簡單化，對不需要三維自由度的手腕，可采用兩個(gè)或一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 此設(shè)計(jì)可以不要手腕，動作可以由手臂完成。圖 3 機(jī)械手手部簡圖： 圖 3械手手部簡圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 手部液壓缸的選取 （ 1） 、 初算活塞桿直徑 經(jīng)分析液壓缸的最大工作力為 F = 1451N 由于手爪是靠推力夾緊的，所以驅(qū)動液壓 缸的活塞桿選用材料 查表得 = 650， 由 =c / (3取 = 3 得： = N/A (3得： = （ 2）、壓桿穩(wěn)定性校核 歐拉公式 (L ) (3由于此活塞桿是一端固定，一端鉸接，所以 = 據(jù)結(jié)構(gòu)要求取 L = 200 查表得 彈性模量 E = 115 160取 E = 115 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 F =E I/ (L ) (3為了更安全，取 = 6 得 (L ) F/E 而 I = dd/64 (3得 = 64(L ) F/（ = m 根據(jù) 整得： d = 35 （ 3）、液壓缸參數(shù)確定 由 d = (1) D 得缸 體內(nèi)徑 D = 35/ 根據(jù) 1圓整得 D = 65 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選用 夾緊油缸 液壓缸行程： S =（ 282=120 根據(jù)表 圓整得 S = 125 （ 4） 、 選擇調(diào)速閥 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇 溢流閥，技術(shù)規(guī)格為 通徑 額定流量 L/ 調(diào)速范圍 螺紋聯(lián)結(jié) 重量 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 10 2 7 3流閥技術(shù)規(guī)格 水平伸縮缸尺寸計(jì)算 1. 選擇調(diào)速閥：選用 調(diào)速閥，技術(shù)規(guī)格如下圖框所示 通徑 工作壓力 調(diào)速范圍 重量 16 0 3速閥技術(shù)規(guī)格 D= 434 1 6 03 . 1 4 0 . 2 6 0 1 0 0 0D =即 D=130.1 取 D=130 取活塞直徑 d=70 =500依據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 377 h= 03 ( ) (3（ 1） 、 選擇材料 =400 s=250 （ 2） 、 F= 2 2 2()44d p d H d q（ q 值取其屈服極限s） (3= 2 6 2 2 60 . 1 1 6 3 1 0 ( 0 . 1 3 0 . 1 1 6 ) 2 5 0 1 044 =31689+675885N =707574N （ 3） 、 2263 7 0 7 5 7 4 ( 0 . 1 9 0 . 1 2 2 )3 . 1 4 0 . 1 2 2 4 0 0 1 0h (3 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 =（ 4） 、 缸頭法蘭按 夾緊缸缸頭 2 倍尺寸制造。 垂直升降液壓缸主要參數(shù)的確定 1.（ 1） 、 根據(jù)參考資料 16中液壓缸活塞桿外徑尺寸系列表 活塞桿直徑為 25 （ 2） 、 根據(jù)參考資料 16表 程液壓缸的技術(shù)規(guī)格，液壓缸缸徑 40速度比 =力為 力 封 根據(jù)參考資料 11表 19 型圈用1d（內(nèi)徑）=28.7 公差 2d=氈圈密封1d（內(nèi)徑） =36 D（外徑） =40 根據(jù)參考資料 16公式 0 . 4 3 3 ( ) p y A L A L d (3已知 =16 0d=底油孔直徑） =100 1 6 0 . 0 80 . 4 3 3 0 . 0 8 ( 0 . 0 8 0 . 0 1 5 ) 1 0 0h 取 h=10 根據(jù)參考資料 16式 子油口內(nèi)徑 d d 1130 Q 為液體流量 3/V 為流速 對于壓油管 V 3s，這里 V 取 5m /s 根據(jù)參考資料 16表 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 11 24L(31 塞直徑 211 4V (3已知1V=m /s, 1 0 . 1 5 3 . 1 4 0 . 0 0 6 44Q = 0 . 0 0 0 7 511305d 根據(jù)參考資料 16表 公稱直徑 故 d 取 10采用卡套式直通管接頭 鋼管外徑為 22管接頭連接螺紋 用推薦管路通過流量為 1000 3/cm s 稱壓力 P=16 圖 3降液壓缸簡圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 升降手臂的設(shè)計(jì) 手臂是機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的重要部件，它的作用是把物料運(yùn)送到工 作范圍內(nèi)的給定位置上。手臂一般能夠完成伸縮運(yùn)動、左右回轉(zhuǎn)、升降或上下擺動（即俯仰）運(yùn)動，其運(yùn)動形式有直線運(yùn)動、回轉(zhuǎn)運(yùn)動以及二者的復(fù)合運(yùn)動。 手臂是支持手部和手腕的部件，它需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對機(jī)械手性能影響很大，因此在 設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，除了應(yīng)考慮上述因素外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1)、 應(yīng)使手臂剛度大、重量輕，保證手臂準(zhǔn)確工作并具有一定的定位精度。 2)、 應(yīng)使手臂運(yùn)動速度快、慣性小、動作靈活。應(yīng)使手臂傳動準(zhǔn)確、導(dǎo)向性好。 3)、 輸 油（氣）管道的布置合理，不妨礙機(jī)械手的運(yùn)動且使手臂外形整齊，結(jié)構(gòu)緊湊。 4)、 其他要求，如高溫作業(yè)，應(yīng)考慮熱輻射的影響 ;粉塵場合應(yīng)設(shè)有防塵裝置。 本設(shè)計(jì)的手臂是垂直直線運(yùn)動。手臂的伸縮、升降及橫向（或縱向）移動均屬于直線運(yùn)動。常用的實(shí)現(xiàn)手臂直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)有活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)以及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)等。下圖所示為采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)的手臂結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)向并使手臂移動的距離和速度有定值的增加?；钊麠U左移時(shí)，與之相連的齒輪也左移，并使運(yùn)動齒條一起移動。由于齒輪與固定齒條相嚙合，因而齒 輪在移動的同時(shí)，又迫使其在固定齒條上滾動，并將此運(yùn)動傳給運(yùn)動齒條，從而使運(yùn)動齒條又左移一距離。因手臂固結(jié)于運(yùn)動齒條上，所以手臂的行程和速度均為活塞桿行程和速度的兩倍。因手臂的移動速度約為 m /s, 所 以 活 塞 桿 的 速 度 s。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 圖 3臂簡圖 立柱與托盤的設(shè)計(jì) 立柱是支承水平液壓缸和機(jī)械手的部件，立柱設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接關(guān)乎到機(jī)械手的工作。此設(shè)計(jì)的立柱經(jīng)過分析與計(jì)算，最后采用如下圖的立柱。立柱與托盤是一體的，用鑄造生產(chǎn)。托盤與液壓缸的連接用四個(gè) 栓進(jìn)行連接。立柱與底座的連接采用四個(gè) 螺釘進(jìn)行連接。具體尺寸見下圖： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 圖 3柱與托盤簡圖 壓馬達(dá)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1、計(jì)算轉(zhuǎn)動慣量 將立柱與托盤以上的部分等效成 402000 的均勻直桿，估算出其總質(zhì)量為（包括工作時(shí)的夾持的工件） M = 50 其轉(zhuǎn)動慣量為 = 12 （ 3 = 502 12 2 /kg m s /kg m s 由于其形心距立柱有效距離為 d = 140 由平行軸定理得出橫梁相對立柱形心的轉(zhuǎn)動慣量 = + 2 （ 3 = （ 50 2 /kg m s 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 = /kg m s 將立柱與托盤視為 502000 的均勻圓柱，估算其質(zhì)量 m = 30 則其轉(zhuǎn)動慣量為 = 22 （ 3 = 302 /kg m s = /kg m s 則底座托盤以上整體的轉(zhuǎn)動慣量為 = + （ 3 =（ 2 /kg m s = /kg m s 2、起動轉(zhuǎn)矩計(jì)算 （ 1）、立柱角速度計(jì)算 若要求立柱在 內(nèi)速度由 0 增大到 15r/ = n/30 （ 3 = 15/30 = s 角速度 =/t （ 3 = 5 s (2)、起動轉(zhuǎn)矩 = = 3、馬達(dá)外徑計(jì)算 此液壓馬達(dá)是用于驅(qū)動立柱往復(fù)回轉(zhuǎn) 180的機(jī)構(gòu)，采用擺動液壓馬達(dá)。 由公式 T = b (D (m /8 （ 3 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 22 取馬達(dá)容積高 b = 50 軸徑 d = 35 工作壓力 = 3 背壓 = 1 馬達(dá)工作效率 m = D = 104.8 查表 2348 D = 125 4、葉片設(shè)計(jì) 葉片設(shè)計(jì)如下圖，帶鍵槽的通孔套在底座托盤軸徑為 100 的軸上，與之配合。葉片厚度為 10 5、緊固及連接方案 上下缸蓋與缸筒之間采用毛氈密封，并用 8 個(gè) 螺釘緊固；至于缸體與底座的連接，用 4 個(gè) 螺 栓連接，為防止兩組螺栓孔削弱缸體上端蓋的強(qiáng)度，特將兩組螺栓孔錯(cuò)開 45 圖 3壓馬達(dá)葉片簡圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 23 壓泵、電機(jī)的選擇 1、流量計(jì)算 (1)、手爪驅(qū)動缸流量計(jì)算 若要求手爪在 內(nèi)抓取并夾緊工件，則手爪運(yùn)動速度 1V = 1L /t （ 3 = .1 m /s = s 則手爪驅(qū)動缸的流量 1= 1100060 = 100060/4 = /2)、橫梁驅(qū)動缸的流量計(jì)算 2 2100060 = 100060/4 = /3)、立柱液壓缸的流量計(jì)算 3 3100060/4 = 100060/4 = /4)、底盤液壓缸流量計(jì)算 4= b (D ) /8m =