買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 本次設(shè)計(jì)的多功能機(jī)械手 為液壓通用機(jī)械手， 主要由手爪、手腕、手臂、機(jī)身、機(jī)座等組成，具備上料、翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等多種功能，并按自動(dòng)線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動(dòng)作。本機(jī)械手機(jī)身采用機(jī)座式，自動(dòng)線圍繞機(jī)座布置，其坐標(biāo)形式為 圓柱 坐標(biāo)式，具有立柱旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、腕部轉(zhuǎn)動(dòng)和腕部 擺動(dòng) 等 4 個(gè)自由度；驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng) ， 利用油缸、齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用油缸與齒輪、齒條或鏈條實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是 壓力高、體積小，出力大，動(dòng)作平緩，并能在中間位置停止。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手能對(duì)不同物體完成多種動(dòng)作。 關(guān)鍵 詞 ： 機(jī)械手 ； 圓柱 坐標(biāo) ； 液壓 驅(qū)動(dòng) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 he of by a of as in in of so of to of or to of to a in of a of in 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘 要 . I . 錄 . 1 章 緒論 . 1 機(jī)械手的基本概念 . 1 機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 . 1 展現(xiàn)狀 . 1 用 . 3 第 2 章 方案的確定 . 7 直角坐標(biāo)型機(jī)械手 . 8 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 . 9 球坐標(biāo)式機(jī)械手 . 9 關(guān)節(jié)式機(jī)械手 . 10 第 3 章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 11 設(shè)計(jì)的原始參數(shù) . 11 夾持式手部結(jié)構(gòu) . 11 指的形狀和分類 . 11 計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題 . 12 部夾緊油缸的設(shè)計(jì) . 13 第 4 章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 17 手腕的自由度 . 17 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 . 18 腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 . 18 腕 回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 . 21 腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 . 22 第 5 章 手臂工作油缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 27 手臂伸縮油缸的設(shè)計(jì)與校核 . 27 尺寸校核 . 27 導(dǎo)向裝置 . 33 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 平衡裝置 . 33 手臂 升降油缸的設(shè)計(jì)與校核 . 33 寸設(shè)計(jì) . 33 寸校核 . 33 手臂回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)與校核 . 34 寸設(shè)計(jì) . 35 寸校核 . 35 第 6 章 其它零部件的選擇設(shè)計(jì) . 38 油缸的密封 . 38 塞式油缸的泄漏與密封 . 38 轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封 . 42 控制調(diào)節(jié)閥的選擇 . 44 輔助裝置的選擇 . 44 液壓傳動(dòng)機(jī)械手的緩沖與定位 . 45 結(jié)論 . 47 致謝 . 48 參考文獻(xiàn) . 49 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 V . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 of a . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 to . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 of . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 of . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 of . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 of . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 of of . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 of 未定義書簽。 未定義書簽。 未定義書簽。 of 未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 . 33 of . 34 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 35 of of . 38 . 38 in . 38 . 42 . 44 of . 44 . 45 . 47 . 48 . 49 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 緒論 機(jī)械手的基本概念 液壓通用機(jī)械手，就其本質(zhì)上來說，屬于工業(yè)機(jī)器人的范疇，機(jī)器人學(xué)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一門綜合學(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，也是我國科技界跟蹤國際高技術(shù)發(fā)展的重要課題。 “機(jī)械手”（ 多數(shù) 指附屬于主機(jī)、程序固定的自動(dòng)抓取、操作裝置（國內(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。 機(jī)械手的發(fā)展 現(xiàn)狀 及應(yīng)用 機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)；其一、它能部分代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工作的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。從而大大的改善工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，投入大量的人工物 力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉壓、噪音以及帶有放射性的污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視 1。 展 現(xiàn)狀 專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(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)用于更加多的場合，從而節(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 、買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 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 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)。目前國內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一技術(shù) 都 很重視。幾十年來，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)國家還有點(diǎn)落后，但是國內(nèi)現(xiàn)在也越來越感覺到機(jī)械手的重要性，國家大力支持相關(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，國內(nèi)每年都將舉行機(jī)器人大賽，以增加研發(fā)單位的交流與合作。 目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢是： 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)腳來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移位。這樣的智能機(jī)械手可以由人的特殊 語言對(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。 現(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)械手具有比原來的更多的自由度。現(xiàn)在國內(nèi)具有越來越強(qiáng)的自主研發(fā)的單位，我相信在不久的將來，我國一定能夠趕上并將且超越發(fā)達(dá)國家在機(jī)械手乃至整個(gè)機(jī)械方面處于領(lǐng)先地位。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 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)用也越來越廣泛 。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)、 國防工業(yè)等工種中也均有應(yīng)用 2。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 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。 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。 便于有節(jié)奏的生產(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)。 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。 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。 用 機(jī)械手一半分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的物理性之外，還具備使用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。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)械手來進(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。第三類是買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國外稱為“ 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 是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是搞第一類通用機(jī)械手 3。 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。 1985 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)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。 1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作存貯裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手都是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 日本式工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自 1969 年從美國 引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力從事機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)導(dǎo)， 1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位達(dá) 50 多個(gè)。 1976 年各 大 學(xué) 和 國 家 研 究 部 門 用 在 機(jī) 械 手 的 研 究 經(jīng) 費(fèi) 約 占 總 研 究 費(fèi) 用 的42%。 1979 年日本的機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 433 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá) 222 億日元，是 1978 年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比 1978 年增長 50%。智能機(jī)械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6 倍。截止 1979 年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá) 56900 臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 5060%的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到 1990 年將有 55 萬機(jī)器人在工作。 目前工業(yè)機(jī)械手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。下面就國內(nèi)機(jī)械工業(yè)、鐵路部門應(yīng)用機(jī)械手的簡況，以及國外機(jī)械工業(yè)發(fā)展和應(yīng)用機(jī)械手的簡況，分別介紹如下。 熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動(dòng)，很久以來就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了實(shí)現(xiàn)高效率和工作安全，尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。 機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)揮鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累的勞動(dòng)條件。因此，國內(nèi)首先是采用鍛造操作機(jī)，裝取料機(jī)械手來代替人工操作，減輕勞動(dòng) 強(qiáng)度。后來在精鍛機(jī)上采買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 用機(jī)械手，使精短過程自動(dòng)化，代替人工喂料。 國外對(duì)鍛造機(jī)械手的研制工作十分重視，如美國采用圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手在 1300 噸鍛壓機(jī)上鍛造齒輪毛坯；瑞典采用 機(jī)械手在壓力機(jī)上鍛造曲軸；采用 機(jī)械手生產(chǎn)大型軸承環(huán)，機(jī)械手在兩臺(tái)液壓機(jī)間傳送軸承環(huán)的坯料。 鍛壓機(jī)械手的手指部位必須采用耐熱鋼鍛造，相當(dāng)于 40時(shí)用空氣、水噴霧冷卻。機(jī)械手外部裝有防熱護(hù)罩，內(nèi)部通水冷卻。 機(jī)械手在鍛造、熔煉方面的應(yīng)用，國內(nèi)已研制成功壓鑄機(jī)上下料機(jī)械手，上下箱、合箱、 澆注機(jī)械手，以及鑄件表面清理機(jī)械手等。有些工廠還將機(jī)械手和造型機(jī)配合組成鑄造生產(chǎn)自動(dòng)線，徹底改變了鑄造生產(chǎn)的面貌。 國外對(duì)電爐煉鋼過程中采用機(jī)械手進(jìn)行了大量的研究。由于強(qiáng)大電流的干擾，影響了機(jī)械手的采用，并由于熔渣和鋼水難以區(qū)別，往往在澆注過程中容易液、渣不分，需研究帶有特殊傳感裝置的機(jī)械手，才能實(shí)現(xiàn)澆注的機(jī)械化和自動(dòng)化。 冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。最近更在加工生 產(chǎn)線、自動(dòng)線上應(yīng)用，稱為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要手段。 國內(nèi)機(jī)械工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專業(yè)上采用機(jī)械手上下料、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。如在軸類、螺栓、氣閥和螺撐帽坐等零件的加工機(jī)床上配置了機(jī)械手，代替人工上下料。在三通閥體、軸瓦、平斜鐵、柴油機(jī)搖臂加工生產(chǎn)自動(dòng)線上采用單臂、雙臂圓柱式機(jī)械手，成為聯(lián)接工序、運(yùn)送工件的重要裝備。并在連桿粗加工自動(dòng)線上采用數(shù)控機(jī)械手，這樣它不僅擔(dān)負(fù)自動(dòng)線上機(jī)床工件的裝卸、運(yùn)輸，并能發(fā)出指令指揮全線工作。 國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪對(duì)等大、中批量零部件。并和機(jī)床 設(shè)備共同組成一個(gè)綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)房中體力勞動(dòng)較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門。已采用機(jī)械手買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組裝輪對(duì)、清楚石棉等，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更是目前研制的重點(diǎn)，國外已研究采用攝像機(jī)和力的傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)聯(lián)接在一起，能確定零件的方位，達(dá)到鑲裝的目的。 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 4。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 第 2 章 方案的確定 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 5： 表 2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)簡圖 直角坐標(biāo)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)最為簡單，但其占空間較大，且運(yùn)動(dòng)軌跡單一，使用過程中效率較低 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)軌跡簡單，使用過程中效率不高 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 續(xù)表 2 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)簡圖 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 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 直角坐標(biāo)型機(jī)械手 直角 坐標(biāo)式機(jī)械手是適用于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機(jī)械手。它的手臂可作伸縮，左右和上下移動(dòng)，按直角坐標(biāo)形式 X、 Y、 Z 三個(gè)方向的直線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 結(jié)構(gòu)簡圖見表 2 其工作范圍可以使一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)；二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)或三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 如在 X、 Y、 Z 三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)方向上各具有 A、 B、 C 三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即構(gòu)成六個(gè)自由度。但在實(shí)際上式很少有的。缺點(diǎn)是這種機(jī)械手作業(yè)范圍較小。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手是應(yīng)用最多的一種形式，它適用于搬運(yùn)和測量工作。 具有直觀性好，結(jié)構(gòu)簡單，本體占用的空間小，而動(dòng)作范圍較大等優(yōu)點(diǎn)。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手由 X、 Z、三個(gè)運(yùn)動(dòng)組成。它的工作范圍可分為：一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，加一個(gè)不在直線運(yùn) 動(dòng)所在平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)加一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 結(jié)構(gòu)簡圖見表 2圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手有五個(gè)基本動(dòng)作： 1. 手臂水平回轉(zhuǎn)； 2. 手臂伸縮； 3. 手臂上下； 4. 手臂回轉(zhuǎn)動(dòng)作； 5. 手爪夾緊動(dòng)作。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的特征是在垂直導(dǎo)柱上裝有滑動(dòng)套筒、手臂裝在滑動(dòng)套筒上，手臂可作上下直線運(yùn)動(dòng) （ Z） 和在水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動(dòng) （ ） 。 據(jù)國外 140 中機(jī)械手的統(tǒng)計(jì)，圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手就有 86 種，其中 76 中式具有 X、 Z、三個(gè)運(yùn)動(dòng)，而具有六個(gè)自由度的機(jī)械手僅有六種。 本次 設(shè)計(jì)方向與該類型機(jī)械手特點(diǎn)相符。 球坐標(biāo)式機(jī)械手 球坐 標(biāo)式機(jī)械手是一種自由度較多，用途較廣的機(jī)械手。它是由 X、三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)組成。結(jié)構(gòu)簡圖見表 2球坐標(biāo)式機(jī)械手的工作范圍包括：一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；二個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；二個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 球坐標(biāo)式機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)以下八個(gè)動(dòng)作： 1 手臂上下動(dòng)作，即俯仰動(dòng)作； 2 手臂左右動(dòng)作，即回轉(zhuǎn)動(dòng)作； 3 手臂前后動(dòng)作，即伸縮動(dòng)作； 4 手腕上下彎曲； 5 手腕左右擺動(dòng)； 6 手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 7 手爪夾緊動(dòng)作； 8 機(jī)械手整體移動(dòng)。 球坐標(biāo)式 機(jī)械手的特征是將手臂裝在樞軸上，樞軸又裝在叉形架上，能在垂直面 內(nèi)做圓弧狀上下俯仰 運(yùn)動(dòng)，它的臂可作伸縮，橫向水平擺動(dòng)，工作范圍和人手的動(dòng)作類似。它的特點(diǎn)是能自動(dòng)選擇最合理的動(dòng)作路線。所以工效高。另外由于上下擺動(dòng)，它的相對(duì)體積小，二動(dòng)作范圍大。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手 關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種適用于靠近機(jī)體操作的傳動(dòng)型式。它像人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適于在狹窄空間工作。關(guān)節(jié)式機(jī)械手，早在四十 年代 就在原子能工業(yè)中得到應(yīng)用，隨后在開發(fā)海洋中應(yīng)用，有一定的發(fā)展前途。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手有大臂和小臂的擺動(dòng)，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)式機(jī)械手具有上肢結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)近似于人手操作的機(jī)能 。為具有近似人手操作的機(jī)能，需要研制最合適的結(jié)構(gòu)。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪、齒條式和擺動(dòng)式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用哪一種型式，主要根據(jù)工件的輕重來決定。 本次 設(shè)計(jì)的目標(biāo)是 4 自由度體型小的通用液壓機(jī)械手，上述 4種類型機(jī)械手中 圓柱坐 標(biāo)機(jī)械手體型合適，機(jī)構(gòu)適宜，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求且結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，所以 選擇圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 第 3 章 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 6。 設(shè)計(jì)的原始 參數(shù) 本次 設(shè)計(jì)的機(jī)械手為 4 自由度機(jī)械手，能夠?qū)崿F(xiàn)大臂的升降和旋轉(zhuǎn)，小臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 1 手臂力 至少 達(dá) 90N 2 自由度數(shù) 4 3、手臂伸縮速度 750 s，手臂升降速度 250mm/s，手臂回轉(zhuǎn)速度 110 s，手腕回轉(zhuǎn)速度 360/s 4、 手臂伸縮行程范圍 0500臂升降行程范圍最大 0200臂 回轉(zhuǎn)行程范圍 0220。 5、驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng) 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。 指的形狀和分類 夾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。買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 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)型手指的手指長度變成無窮長時(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 7。 計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題 1 具有足夠的握力 (即夾緊力 ) 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。 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。 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。 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，要求有足夠的強(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。 (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?？傊畱?yīng)根據(jù)工件形狀來選定手指形狀。 (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買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 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 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)于較長工件可采用雙指或多指抓取。 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 8。 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示， 12345678圖 3輪齒條式手部結(jié)構(gòu) 圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 1 根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計(jì)算公式 9: f 式中： N N G N， 要求抓取重量為 90N ,角度 ,V 形手指的角度 2 =120 f 為摩擦系數(shù) 取 代入式中 9 0 s i n 6 0 3 9 0 . 1N 2 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的 示意圖 3驅(qū)動(dòng)力為 : 2理 式中： 為理論驅(qū)動(dòng)力 ， N b 為夾持物體中心到銷軸的 中心距 ， =60R 銷軸到小齒輪的中心距 =17代入式中 2 6 0 3 9 0 2 7 5 3 理3 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 : 12 理實(shí) 際式中 為實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 , N 為工作效率 因?yàn)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取 1k 為 安全系數(shù) 通常取 這里 取1k k 為 工作情況系 數(shù) 若被抓取工件的最大加速度取 時(shí)，則 : 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 20 . 51 1 0 . 5 1 . 5gk g 所以 1 . 5 1 . 52 7 5 3 6 8 8 3 9P 實(shí) 際夾持工件時(shí)所需夾緊 液壓缸 的驅(qū)動(dòng)力為 6883N 。 2、 手指夾緊工件時(shí)，彈簧變形所產(chǎn)生的彈簧力 （選擇彈簧型號(hào)為 38Z彈 式中 為彈簧變形所 產(chǎn)生的彈力 為手指夾緊工件時(shí)彈簧的變形量 ， 25 G 彈簧材料的切變模量 1 0 28 1 0 N / d 為使手指松開的復(fù)位彈簧絲直徑 =3C 為彈簧的旋繞比（又稱為彈簧指數(shù) ）2D D d 3 0 3C = 9d d 3 Z 為彈簧的有效圈數(shù) 12Z ； 3 1 0 332 5 1 0 8 1 0 3 1 0P 8 6 1 2 彈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： P P P P 彈 封實(shí)式中 P 為夾緊活塞上的機(jī)械載荷 , N 為實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 ,N 為彈簧變形所產(chǎn)生的彈簧力 ,N 為密封處的工作壓力 由于密封裝置的摩擦阻力較工作阻力 （ P P P彈實(shí)） 小， 故按照經(jīng)驗(yàn)取 0 . 0 5 1 （ ）， 取 0 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 計(jì)算得 1 . 0 6 1 . 0 6 6 8 8 3 8 6 7 3