買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 機(jī)械手與機(jī)械人是二十世紀(jì)五十年代以后 ,伴隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用 ,而迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。它綜合應(yīng)用了機(jī)械、電子、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)以及物理，生物等學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。它不僅在工業(yè)生產(chǎn)上，而且對(duì)宇宙開發(fā)，海洋開發(fā)，軍事工程和生物醫(yī)學(xué)等方面都起著推動(dòng)的作用，因而日益受到世界許多國家政府，學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)和科學(xué)技術(shù)人員的重視，毫無疑問，這門技術(shù)將具有廣闊的發(fā)展前景。 在生產(chǎn)現(xiàn)代化領(lǐng)域里，材料的搬運(yùn)，機(jī)床的上下料，整機(jī)的裝配等是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。在機(jī)械工業(yè)部門，這些工序的費(fèi) 用占全部加工費(fèi)用三分之二以上，而且絕大多數(shù)的事故發(fā)生在這些工序，自動(dòng)上下料裝置和工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而采用的。 通用機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用只有二十來年的歷史，這種裝置在國外得到相當(dāng)重視，到七十年代，其品種和數(shù)量都有很大的發(fā)展，并且研制了具有各種感覺器官的機(jī)器人。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手 液壓缸 由度 控制閥 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 is 0th 950s, by of of a It of of of to It is in of of of by in of is no In of to of is a In of of of of in to is in to of in of 0 of in to 970s, of a of of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 錄 摘要 . I . 論 . 1 1 總體方案分析 . 7 總體方案分析 . 7 方案的確定 . 7 動(dòng)作原理 . 7 工業(yè)機(jī)械手的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) . 8 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) . 8 工業(yè)機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù) . 8 2 手部的設(shè)計(jì) . 10 手部結(jié)構(gòu) . 10 手爪的計(jì)算與分析 . 10 手爪執(zhí)行液壓缸工作壓力計(jì)算 . 10 手爪的夾持誤差分析與計(jì)算 . 11 3 腕部的設(shè)計(jì) . 12 腕部結(jié)構(gòu) . 12 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 . 12 4 手臂的設(shè)計(jì) . 15 手臂伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 15 手臂作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 . 15 手臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 . 15 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 . 16 活塞桿的計(jì)算 . 17 液壓缸端蓋的聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算 . 17 手臂俯仰運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 20 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 手臂俯仰時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 . 20 缸蓋聯(lián)接螺釘計(jì)算和動(dòng)片聯(lián)接螺釘計(jì)算 . 20 5 機(jī)身設(shè)計(jì) . 22 機(jī)身結(jié)構(gòu)的計(jì)算 . 22 機(jī)身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) . 23 6 機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理 . 24 能量轉(zhuǎn)化簡圖 . 24 液壓系統(tǒng)的組成 . 24 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械手的特點(diǎn) . 24 油缸泄漏問題與密封裝置 . 25 活塞式油缸的泄漏與密封 . 25 回轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封 . 26 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定 . 26 各液壓缸的換向回路 . 26 調(diào)速方案 . 26 減速緩沖回路 . 27 系統(tǒng)安全可靠性 . 27 機(jī)械手的動(dòng)作分析 . 28 7 機(jī)械手的 制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 31 于控制機(jī)械手的 介 . 31 介 . 31 械手 選用 . 31 業(yè)用機(jī)械手的動(dòng)作順序的 程 . 32 結(jié)論 . 37 致謝 . 38 參考文獻(xiàn) . 39 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 緒 論 (1) 機(jī)械手的概述 工業(yè)機(jī)械手（以下簡稱機(jī)械手）是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，作為多學(xué)科融合的邊沿學(xué)科，它是當(dāng)今高技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 所謂工業(yè)機(jī)械手就是一種能按給定的程序或要求自動(dòng)完成物件（如材料、工件、零件或工具等）傳送或操作作業(yè)的機(jī)械裝置 ，它能部分地代替人的手工勞動(dòng)。較高級(jí)型式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動(dòng)作，完成較復(fù)雜的作業(yè)。 由于機(jī)械手科學(xué)的發(fā)展十分迅速，世界上對(duì)機(jī)械手還沒有一個(gè)明晰，統(tǒng)一的定義。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 （ 機(jī)械手做了如下定義：機(jī)械手是一種可以反復(fù)編程和多功能的用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)或是為了執(zhí)行不同任務(wù)而具有可改變和可編程的動(dòng)作的專門系統(tǒng)（ A of or of 隨著我國工業(yè)機(jī)械手技術(shù)的不斷發(fā)展，很多專家也建議建立自己的機(jī)械手定義，我國國家標(biāo)準(zhǔn) 12643將工業(yè)機(jī)械手定義為 “一種能自動(dòng)定位控制，可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。它能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用于完成各種任務(wù)作業(yè) ”。 (2) 機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成，各部關(guān)系如圖 1 所示： 圖 0業(yè)機(jī)械手組成框圖 機(jī)械手大致可分為手部、傳送機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、控制部分以及其它部分。 手部（或稱抓取機(jī)構(gòu)）包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的作用； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 傳送機(jī)構(gòu)（或稱臂部）包括手腕、手臂等，主要起改變物件方向和位置的作用； 驅(qū)動(dòng)部分它是驅(qū)動(dòng)前兩部分的動(dòng)力，因此也稱動(dòng)力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動(dòng)四種形式； 控制部分它是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng)，由它來控制動(dòng)作的順序 (程序 )、位置和時(shí)間 (甚至速度與加速度 )等 ； 其它部分 如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測(cè)裝置和傳感裝置等。 (3) 機(jī)械手的分類 機(jī)械手從使用范圍、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及臂力大小四個(gè)方面的分類分別為： 按機(jī)械手的使用范圍分類： 專用機(jī)械手 一般只有固定的程序，而無單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料機(jī)械手”、“曲拐自動(dòng)車床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手”等等。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡單的大批量生產(chǎn)的場合。 通用機(jī)械手（也稱工業(yè)機(jī)器人） 指 具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，不從屬于某種機(jī)器，而且能自動(dòng) 生成傳送物件或操作某些工具的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手按其定位和控制方式的不同，可分為簡易型和伺服型兩種。簡易型只是點(diǎn)位控制，故屬于程序控制類型，伺服型可以是點(diǎn)位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類型。這種機(jī)械手由于手指可更換 (或可調(diào)節(jié) )，程序可變，故適用于中、小批生產(chǎn)。但因其運(yùn)動(dòng)較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，技術(shù)條件要求較高，故制造成本一般也較高。 按機(jī)械手臂部的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類： 直角坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo) 軸 X、 Y、 Z 三個(gè)方向移動(dòng)，亦即臂部可以前后伸縮 (定為沿 X 方向的移動(dòng) )、左右移動(dòng) (定為沿 Y 方向的移動(dòng) )和上下升降 (定為沿 Z 方向的移動(dòng) )； 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的 X 和 Z 方向移動(dòng)，又可繞 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng) (定為繞 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng) )，亦即臂部可以前后伸縮、上下升降和左右轉(zhuǎn)動(dòng)； 球坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸 X 方向移動(dòng)，還可以繞 Y 軸和 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即手臂可以前后伸縮 (沿 X 方向移動(dòng) )、上下擺動(dòng) (定為繞 Y 軸擺動(dòng) )和左右轉(zhuǎn)動(dòng) (仍定為繞 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng) )； 多關(guān)節(jié)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連接 (肘部 )以及大臂和機(jī)體的連接 (肩部 )均為關(guān)節(jié) (鉸鏈 )式連接，亦即小臂對(duì)大臂可繞肘部上下擺動(dòng)，大臂可繞肩部擺動(dòng)多角，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。 (4) 按機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式分類： 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)； 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)； 電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)； 機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手是將主機(jī)的動(dòng)力通過凸輪 、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳給機(jī)械手的 一種驅(qū)動(dòng)方式。 按機(jī)械手的臂力大小分類： 微型機(jī)械手臂力小于 1 小型機(jī)械手臂力為 110 中型機(jī)械手臂力為 1030 大型機(jī)械手臂力大于 30 (5) 機(jī)械手發(fā)展概況 機(jī)械手是在自動(dòng)化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)，特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的 一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手是一種模仿人手部的動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的程序、軌跡和其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件和操縱工具的自動(dòng)化裝置。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量臂人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛的得到應(yīng)用。 (6) 機(jī)械手的組成 機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的。一般機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和 輔助裝置組成。 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支座組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊或是松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動(dòng)作。手腕是連接手指和手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。簡單的機(jī)械手可以沒有手腕，而只有手臂，手臂的動(dòng)作和手腕相類似，只是動(dòng)作范圍更大，可以前后伸縮，上下升降和左右擺動(dòng)等。支柱用來支撐手臂，它是固定的，也可以根據(jù)需要做成移動(dòng)的。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要有傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用的機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)分機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)等幾種形式。 控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定 的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動(dòng)作。簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)作。動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 簡單的組成和分類以及適用范圍如下： 工業(yè)機(jī)械手的組成： 執(zhí)行系統(tǒng)的組成：手部、腕部、機(jī)身、行走機(jī)構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成：各種電氣、液壓元件。 控制系統(tǒng)的組成：位置檢測(cè)器、記憶存儲(chǔ)器。 工業(yè)機(jī)械手的分類： 液壓式：操作力大，動(dòng)作平穩(wěn)，其缺點(diǎn) 是泄油會(huì)影響系統(tǒng)的工作性能，油的粘度對(duì)溫度的變化敏感。 氣動(dòng)式：氣源方便，維護(hù)簡單，易于獲得高速度，其缺點(diǎn)是操作力有限，體積大。空氣壓縮性大 ,速度控制困難 ,動(dòng)作不平穩(wěn) ,控制有滯后現(xiàn)象。 電動(dòng)式：動(dòng)力源方便，操作力度大。其缺點(diǎn)是需要設(shè)置減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 或用特殊電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 機(jī)械式：一般借助主機(jī)動(dòng)力源，通過凸輪，連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，變換程序較困難，結(jié)構(gòu)龐大。 工業(yè)機(jī)械手按適用范圍分： 專業(yè)機(jī)械手：一般指附屬于某一設(shè)備的，動(dòng)作程序固定的，沒有獨(dú)立的控制系統(tǒng)的搬運(yùn)裝置。 通 用機(jī)械手：一般指動(dòng)作程序可變的，具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的自動(dòng)化裝置。 工業(yè)機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式分： 點(diǎn)位控制：機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡是空間兩點(diǎn)間的聯(lián)線，只要求準(zhǔn)確控制部件的移動(dòng)起始位置或有限的設(shè)定點(diǎn)位置，不要求控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。 連續(xù)軌跡控制：機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡是空間連續(xù)曲線，其設(shè)定點(diǎn)是無限的能在三維空間中作任意復(fù)雜的動(dòng)作。 (7) 上下料機(jī)械手的使用必要性 在現(xiàn)代的機(jī)械加工中，消耗于上下料的時(shí)間損失是組成零件單件加工時(shí)間的一部分，它屬于輔助時(shí)間，我們知道要想提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)中的輔助 時(shí)間，將是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而要想減少輔助時(shí)間必須實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)就是為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中上下料工序而設(shè)計(jì)的一種專用機(jī)構(gòu)。 自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)中供散亂的中、小型工件毛坯，經(jīng)過定向機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)定向排列，然后順序的由上下料機(jī)構(gòu)送到機(jī)床或工作地點(diǎn)去。這在自動(dòng)化成批大量的生產(chǎn)中顯然是實(shí)用的，它不但可把操作人員從復(fù)雜而繁重的勞動(dòng)中解脫出來，而且對(duì)保證安全生產(chǎn)也是一種行之有效的方法。 工業(yè)機(jī)械手在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn)。它是在自動(dòng)上下料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置。開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和搬運(yùn)工件，完成單 機(jī)自動(dòng)化和生產(chǎn)線自動(dòng)化。隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已用來操持工具和完成一定的作業(yè)。實(shí)踐證明：使用自動(dòng)上下料的機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，還具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量臂人手大等特點(diǎn)。因此，自動(dòng)上下料機(jī)械手已得到越來越廣泛的得到應(yīng)用。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 (8) 機(jī)械手在生產(chǎn)中的作用 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。 旋轉(zhuǎn)休零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線 ， 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線 ，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的。 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 ： 各類 半自動(dòng)車床，有自動(dòng)夾進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)。 注塑機(jī)有加料、合成、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。 沖床有自動(dòng)上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。 鑄、鍛、焊、熱處理熱加工方面 ： 對(duì) 環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長時(shí)間工作對(duì)人體有害的場所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境時(shí)行合理設(shè)計(jì)，扶把適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工作事故多的工程，如沖壓、壓鑄、熱處理、鍛造、噴漆以及有有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手工機(jī)器人。 機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 人在連續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能用途長時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。 由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可避免人為的操作錯(cuò)誤。 機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性、靈活性好，能較好地適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用 。 采用機(jī)械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 1 總體方案分析 體方案分析 由設(shè)計(jì)內(nèi)容可知，本次設(shè)計(jì)所確定的機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)為球坐標(biāo)式機(jī)械手，此機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)從傳送帶到設(shè)備的上下料過程。傳送帶移動(dòng)方向與設(shè)備上所夾持的工件方向垂直。因此手臂動(dòng)作為擺動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，手爪的動(dòng)作為伸縮和松夾。由于此機(jī)械手的動(dòng)作要求放置不同的工件，所以實(shí)現(xiàn)上下料過程也要求手腕能旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。 通過以上分析，這里初選三個(gè)方案，各方案如下： 方案一：機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，大手臂的俯仰也采用 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，小手臂的伸縮用伸縮缸實(shí)現(xiàn)，手腕的回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。 方案二：機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，大手臂的俯仰也采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，小手臂的伸縮用齒輪齒條實(shí)現(xiàn)，手腕的回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。 方案三：機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，采用擺動(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，大手臂的俯仰采用擺動(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，小手臂的伸縮用伸縮缸實(shí)現(xiàn)，手腕的回轉(zhuǎn)用擺動(dòng)液壓缸。 案的確定 通過方案一，方案二和方案三的比較分析可知，方案一從功能上講可以滿足條件，但電動(dòng)機(jī)的造價(jià)太高，不太經(jīng)濟(jì)。方案二中也存在上述的問題。同時(shí)齒輪齒條的驅(qū)動(dòng)精度太低，在抓取工 件時(shí)定位精度不夠準(zhǔn)確，且結(jié)構(gòu)大而復(fù)雜。方案三中，由液壓缸來完成的部分，不僅驅(qū)動(dòng)力大且結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單，雖然擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)尺寸大但輸出轉(zhuǎn)矩大，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而得出方案三最佳，并最終確定此次的設(shè)計(jì)方案方案三，方案如下： 機(jī)身旋轉(zhuǎn)、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)，均采用擺動(dòng)缸來控制，手臂的伸縮用伸縮缸控制，手爪的松夾用夾緊缸來控制。 作原理 本次設(shè)計(jì)是液壓驅(qū)動(dòng)，電氣控制。機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作是由液壓缸來驅(qū)動(dòng)的，其動(dòng)作過程是由液壓缸的各個(gè)動(dòng)作運(yùn)動(dòng)至終點(diǎn)時(shí)壓合行程開關(guān)，將行程開關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)通過 化為電磁閥得電和失電，后由電磁閥控制 各油路的通斷，以實(shí)現(xiàn)各液壓缸的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，從而控制機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 業(yè)機(jī)械手的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 動(dòng)方案設(shè)計(jì) 按工業(yè)機(jī)械手的不同形式及其組合情況，其活動(dòng)范圍的圖形也是不同的，基本上可分為四種運(yùn)動(dòng)形式；直角坐標(biāo)式機(jī)械手、圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手、球坐標(biāo)式機(jī)械手、關(guān)節(jié)式機(jī)械手。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用球坐標(biāo)型式。 由于液壓傳動(dòng)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)壓力高，可實(shí)現(xiàn)較大的驅(qū)動(dòng)力，機(jī)構(gòu)可做的較小，緊湊。 (2) 無級(jí)變速，定位精度高，可實(shí)現(xiàn)任意中間位置的停止。系統(tǒng)固有震動(dòng)頻率小，壓力、容量調(diào)節(jié)容易。 (3) 重量小，慣性小，可做到經(jīng)?？焖偾覠o沖擊的變速和換向，容易控制，動(dòng)作平穩(wěn)，遲滯 小。 業(yè)機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)有抓重、自由度、坐標(biāo)形式、工作行程（或轉(zhuǎn)角）、工作速度和定位精度、手指夾持范圍、驅(qū)動(dòng)源等。 (1) 抓重（又稱臂力）額定抓取重量或額定負(fù)載，單位。 抓重是指機(jī)械手在正常運(yùn)行時(shí)所能抓取或搬運(yùn)工件的最大重量，本設(shè)計(jì)要求抓取工件的重量為 30慮到手臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素，通常安全系數(shù) k 在 2 3 范圍內(nèi)選用。 (2) 自由度和坐標(biāo)形式 整機(jī)、手臂和手腕等運(yùn)動(dòng)共有四個(gè)自由度， 坐標(biāo)型式為球坐標(biāo)。 機(jī)械手的四個(gè)自由度分別為機(jī)身回轉(zhuǎn)，手臂俯仰，伸縮及手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度，以滿足上下料動(dòng)作的要求。 (3) 工作行程范圍 工作行程范圍是指臂部，腕部，整個(gè)機(jī)械手直線移動(dòng)距離或回轉(zhuǎn)角度的范圍。對(duì)于通用機(jī)械手，為保證一定的通用性，一般手臂回轉(zhuǎn)行程范圍應(yīng)盡可能大一些，選擇 0 200（實(shí)際使用為 180），俯仰范圍 60。手臂伸縮行程及工件半徑要適當(dāng)，若伸縮行程大，工件半徑也較大，手臂伸縮也較長，偏重力矩，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性了較大，買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 剛性降低，易振動(dòng)，定位精度驗(yàn)難于保證，手臂伸縮行程在 500 1000 毫米范 圍內(nèi)選取，據(jù)設(shè)計(jì)要求選取上料機(jī)械手伸縮范圍 0 600 毫米，手臂升降范圍為 0 600毫米。 (4) 工作速度 工作速度是指機(jī)械手最大的運(yùn)動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)的大小與機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式、定位方式、抓重大小和行程距離有關(guān)。因此，手臂的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間的長短，生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性，定位精度的要求來確定。影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的兩個(gè)主要運(yùn)動(dòng)是：手臂的伸縮和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一般應(yīng)用的機(jī)械手移動(dòng)速度通常在 200 300 毫米 /秒，回轉(zhuǎn)角度在一圈 5S 左右。 (5) 定位精度 定位精度即位置精度，位置精度的高低與位置控制方式，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)部件的 精度和剛度、抓重、運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)。目前機(jī)械手大多采用點(diǎn)位控制，采用固定擋塊控制時(shí)，可達(dá)到較高的位置精度（ 更高）。 (6) 工件為截面 20000方形工件 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 2 手部的設(shè)計(jì) 部結(jié)構(gòu) 手部（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而設(shè)計(jì)的。歸結(jié)起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可以分成夾持和吸附兩大類 。 夾持手部按其手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式，可分為手指回轉(zhuǎn)型和手指平移型兩種。 平移型手指的張開和閉合靠手指的平行移動(dòng)，適用于夾持平板、方料。在夾持直徑不同的圓棒時(shí)，不會(huì)引起中心位置的偏移。所以選擇平移型手指。 由于工件為方料，而平移型手指適于夾持平板和方料，故本設(shè)計(jì)選用平移型手指。移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)移動(dòng)。 其驅(qū)動(dòng)力為： F=2 爪的計(jì)算與分析 爪執(zhí)行液壓缸工作壓力計(jì)算 一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），以 使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手爪對(duì)工件的夾緊力： 12 式中 安全系數(shù)，通常取 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按下式估 + 運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升加速度； g 重力加速度， ga= ； 運(yùn)載工件時(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 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 方向系數(shù)，由于手爪是水平放置夾持水平放置工件，平直指端夾方形件，由表取 G 被抓持工件的重量， G= 3094N 代 入數(shù)據(jù)，計(jì)算得： 94N=25N 驅(qū)動(dòng)力： F 計(jì)算 =2 450N 取 = 實(shí)際 = F計(jì) 算=450/30N 手爪的夾持誤差分析與計(jì)算 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手定位精度，而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。為適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，避免產(chǎn)生手指夾持的 定位誤差，必須注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而使夾持誤差控制在較小的范圍。在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超 過 1可以了。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 3 腕部的設(shè)計(jì) 腕部結(jié)構(gòu) 手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改善或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。 手腕部件具有獨(dú)立的自由度。 手腕運(yùn)動(dòng)有： 繞 X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為回轉(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)；有的甚至沿著 Y 軸（或 Z 軸）的橫向移動(dòng) 。 采用一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。 部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩用來克服腕部摩擦力矩、工件重心偏移力矩和慣性力矩。受力分析如圖所示。 圖 3腕部回轉(zhuǎn)受力分析圖 手腕回轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)力矩大小可按下式計(jì)算： M 驅(qū) =M 摩 +M 偏 +M 慣 ） （ 3 式中 考慮驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失的系數(shù)，通常 M 偏 工件重心偏執(zhí)引起的偏置力矩（ N m）； M 摩 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)支撐處的摩擦阻力距（ N m）； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 M 慣 克服啟動(dòng)慣性所需的力矩（ N m）； (1)腕部轉(zhuǎn)動(dòng)支撐處的摩擦阻力距 ： M 摩 =2f（ （ 3 式中 F 軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承 f=動(dòng)軸承 f= 2 軸承處支承反力（ N） ; 2 軸承直徑（ m）； (2) 工件重心偏執(zhí)引起的偏置力矩： M 偏 =G1 e（ 3 式中 工件重量； e 偏心距（ m）（即工件重心到腕部回轉(zhuǎn)中心線垂直距離）； 由于工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心重合，故 M 偏 =0。 (3)克服啟動(dòng)慣性所需的力矩： M 慣 =(J+J 工件 )t（ 3 式中 J 手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ J 工件 工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 腕部回轉(zhuǎn)角速度（ s）； t 啟動(dòng)過程所需的時(shí)間（ s），此處假定啟動(dòng)過程為勻加速運(yùn)動(dòng)，一般取 J=m（ a2+ 22G 94N J=30(12 .2 工件 = M 慣 =（ J+J 工件 ）t=N m= m M 偏 =0 M 摩 = M 驅(qū) =M 摩 +M 偏 +M 慣 ） = 驅(qū) +0+ M 總 =m 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 12345圖 3轉(zhuǎn)缸簡圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 4 手臂的設(shè)計(jì) 手臂伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 手臂作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等，還要克服啟動(dòng)過程中的慣性力。 其驅(qū)動(dòng) 力 F 驅(qū) 可按下式計(jì)算： F 驅(qū) = F 摩 + F 慣 (N)（ 4 式中 F 摩 各支承處的摩擦阻力； F 慣 啟動(dòng)過程中的慣性力 。 F 慣 其大小可按下式估算： F 慣 = (N) 式中 W 手臂伸縮部件的總重量（ N）； g 重力加速度（ g =s 2 ） ； a 啟動(dòng)過程中的平均加速度（ m/s 2 ）， a = (m/s 2 )； v 速度變化量。手臂從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度 V 時(shí)，則這個(gè)過程