買(mǎi)文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問(wèn)咨詢(xún) 14951605 或 1304139763 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（說(shuō)明書(shū)） 題 目 曲軸搬運(yùn)機(jī)械手 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 論文字?jǐn)?shù) 完成日期 2010 年 5 月 買(mǎi)文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問(wèn)咨詢(xún) 14951605 或 1304139763 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 摘要 ： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)在企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，機(jī)械 手作為自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的重要組成部分也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步。尤其是隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，氣動(dòng)、液壓技術(shù)的成熟，控制元件的發(fā)展和控制方式的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，機(jī)械手的動(dòng)作精確性、控制靈活性和工作可靠性得到了明顯的改善。機(jī)械手的出現(xiàn)在減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和難度、提高工作效率和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本上做出了突出貢獻(xiàn)，機(jī)械手的發(fā)展在企業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)收上起到了舉足輕重的作用。本課題是一個(gè)機(jī)、電結(jié)合較為緊密的實(shí)用性項(xiàng)目，文中對(duì) 應(yīng)用、機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、控制方法的選擇等方面進(jìn)行了必要的探討。最后，總結(jié)了全文，指出了機(jī)械手的改進(jìn)措施、應(yīng) 用前景和發(fā)展方向。 關(guān)鍵字： 機(jī)械手，液壓驅(qū)動(dòng)， 編程控制器）買(mǎi)文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問(wèn)咨詢(xún) 14951605 或 1304139763 s of of in as of of of of of as of to s as to an in of is a a in of of of I 目錄 第 1章 緒論 . 1 業(yè)機(jī)器人（ 機(jī)械手）的概述 . 1 業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 . 1 業(yè)機(jī)器人的分類(lèi) . 1 業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用 . 2 計(jì)問(wèn)題的提出 . 2 第 2章 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) . 3 械 手的組成及各部分關(guān)系概述 . 3 械手的設(shè)計(jì)分析 . 3 計(jì)要求 . 3 體設(shè)計(jì)任務(wù)分析 . 3 體方案擬定 . 5 第 3章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 . 6 端操作器的設(shè)計(jì)分析 . 6 端操作器的概述 . 6 端操作器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 . 6 腕的設(shè)計(jì)分析 . 6 臂的設(shè)計(jì)分析 . 6 身和機(jī)座的設(shè)計(jì)分析 . 7 第 4章 機(jī)械手各部件的載荷計(jì)算 . 8 計(jì)要求 分析 . 8 指夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 8 指夾緊機(jī)構(gòu)載荷的計(jì)算 . 8 臂伸縮機(jī)構(gòu)載荷的計(jì)算 . 9 臂俯仰機(jī)構(gòu)載荷的計(jì)算 . 10 腕擺動(dòng)機(jī)構(gòu)載荷力矩的計(jì)算 . 10 身擺動(dòng)機(jī)構(gòu)載荷力矩的計(jì)算 . 12 選系統(tǒng)工作壓力 . 12 第 5章 機(jī)械手各部件結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及校核 . 13 指夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的確定 . 14 腕擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 . 17 身擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 . 17 度校核 . 17 曲穩(wěn)定性校核 . 18 第 6章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 19 壓缸或液壓馬達(dá)所需流量的確定 . 20 壓缸或液 壓馬達(dá)主要零件的結(jié)構(gòu)材料及技術(shù)要求 . 21 體 . 21 缸蓋 . 21 塞 . 21 塞桿 . 21 壓缸的緩沖裝置 . 22 壓缸的排氣裝置 . 22 定基本方案 . 22 本回路的選擇 . 22 壓元件的選擇 . 23 壓泵的選擇 . 23 壓泵所需電機(jī)功率的確定 . 24 壓閥的選擇 . 24 壓輔助元件 的選擇原則 . 25 箱容量的確定 . 26 壓原理圖 . 27 結(jié)論 . 29 參考文獻(xiàn) . 30 致謝 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附錄 圖紙列表 . 32 1 第 1章 緒論 業(yè)機(jī)器人（ 機(jī)械手）的概述 業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 1954 年，美國(guó)人 他申請(qǐng)的專(zhuān)利“ ，首次提出了“工業(yè)機(jī)器人”的概念。 1958年，被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”的 建了世界上第一個(gè)機(jī)器人公司 司，并參與設(shè)計(jì)了第一臺(tái) 此同時(shí)，另一家美國(guó)公司 主要用于機(jī)器之間的物料搬運(yùn)。 1970 年 4 月，在伊利諾斯工學(xué)院召開(kāi)了全美第一 屆工業(yè)機(jī)器人會(huì)議。 日本機(jī)器人的發(fā)展，經(jīng)過(guò)了 20 世紀(jì) 60 年代的搖籃期、 70 年代的實(shí)用化時(shí)期以及 80 年代的普及、提高期 3 個(gè)基本階段。在 1967年，日本東京機(jī)械貿(mào)易公司首次從美國(guó) 器人。 1968 年，日本川崎重工業(yè)公司與美國(guó) 司締結(jié)國(guó)際技術(shù)合作協(xié)議，引進(jìn) 器人， 1970 年實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。從此日本進(jìn)入了開(kāi)發(fā)和應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)時(shí)期。 1980 年，機(jī)器人技術(shù)在日本取得了極大的成功與普及?，F(xiàn)在日本人呢?fù)碛械墓I(yè)機(jī)器人的臺(tái)數(shù)約占世界總臺(tái)數(shù)的 65%，而且其制造技術(shù)也 處于領(lǐng)先地位。 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于 20世紀(jì) 70 年代初期， 1972 年我國(guó)開(kāi)始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個(gè)階段： 70 年代的萌芽期、 80 年代的開(kāi)發(fā)期和 90 年代的適用化期?，F(xiàn)在，國(guó)家更重視機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展，也有越來(lái)越多的企業(yè)和科研人員投入到機(jī)器人的開(kāi)發(fā)研究中。目前，我國(guó)研制的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用水平。我國(guó)機(jī)器人技術(shù)研究主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：一是示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人；二是智能機(jī)器人；三是機(jī)器人化機(jī)械；四是以機(jī)器人為基礎(chǔ)的重組裝配系統(tǒng)；五是多傳感器信息融合與配置技術(shù) 7 。 業(yè)機(jī)器人的分類(lèi) 表 1機(jī)器人分類(lèi)表 6 分類(lèi)名稱(chēng) 簡(jiǎn)要解釋 操作型機(jī)器人 能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個(gè)自由度，可固 定或運(yùn)動(dòng)，用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng) 程控型機(jī)器人 按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作 示教再現(xiàn)型機(jī)器人 通過(guò)引導(dǎo)或其他方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序， 機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行工作 數(shù)控型機(jī)器人 不必使機(jī)器人動(dòng)作，通過(guò)數(shù)值、語(yǔ)言等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教， 機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作 業(yè) 感覺(jué)控制型機(jī)器人 利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作 適應(yīng)控制型機(jī)器人 機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境變化，控制自身的行為 學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人 機(jī)器人能“體會(huì)”工作經(jīng)驗(yàn)，具有一定的學(xué)習(xí)能力，并能 將所“學(xué)”的經(jīng)濟(jì)用于工作中 智能機(jī)器人 以人工智能決定其行為的機(jī)器人 關(guān)于機(jī)器人如何分類(lèi)，國(guó)際上沒(méi)有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的按負(fù)載重量分，有的按控制方 2 式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分。一般的分類(lèi)方式如上表。 業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)械手是伴隨工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛 應(yīng)用而迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)裝備。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)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合而廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門(mén)2 。 工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的必然產(chǎn)物。它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件和握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)裝備。這種新穎技術(shù)裝備的出現(xiàn)和應(yīng)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用，因而具有強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。 工業(yè)上應(yīng)用的機(jī)械手，由于 使用場(chǎng)合和工作要求的不同，其結(jié)構(gòu)形式亦各有不同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差別。但它們都有類(lèi)似人的手臂，手腕和手的部分動(dòng)作及功能；一般都能按預(yù)定程序，自動(dòng)地，重復(fù)循環(huán)地進(jìn)行工作。此外，還有些非自動(dòng)化的裝備，具有與人體上肢類(lèi)似的部分動(dòng)作，結(jié)構(gòu)上與工業(yè)機(jī)械手是一致的，亦可歸屬于工業(yè)機(jī)械手的范疇。例如，早期就有一種由人直接用繩索牽引進(jìn)行操作的隨動(dòng)機(jī)械手和近期發(fā)展起來(lái)的由人工進(jìn)行操作的機(jī)械手（如平衡吊），以及一些就近按扭控制和遙控的非自動(dòng)的單循環(huán)的機(jī)械手等。 實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng) 度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期，頻繁，單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的；此外，它還能在高溫，低溫，深水，宇宙，放射性和其他有毒，污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 計(jì)問(wèn)題的提出 在生產(chǎn)實(shí)踐中，常常需要將上料、加工、卸料等工序進(jìn)行合理的安排，組成一條自動(dòng)流水加工線(xiàn) 3 。但在流水線(xiàn)上加工時(shí)，需要許多工人搬運(yùn)工件，有時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度較大。當(dāng)生產(chǎn)效率很高時(shí)，為了減少工人數(shù)量，改善工人的 勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率這就需要使自動(dòng)線(xiàn)上工件搬運(yùn)自動(dòng)化。于是針對(duì)這一問(wèn)題就提出了要研制一種搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)代替工人實(shí)現(xiàn)工件的搬運(yùn)上線(xiàn)，并且能滿(mǎn)足定位和重復(fù)定位精度。用搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)代替工人搬運(yùn)工件可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少自動(dòng)線(xiàn)上的工人數(shù)目，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率并且精度也得到了保障。而事實(shí)上，在生產(chǎn)領(lǐng)域真正用來(lái)加工的時(shí)間一般不大于整個(gè)生產(chǎn)時(shí)間的 10 ，大部分時(shí)間是用在了工件的搬運(yùn)、裝夾等輔助工序上。從這個(gè)方面可以看出研制一種自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)械手的迫切性和重要性。 3 第 2章 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) 械手的組成及 各部分關(guān)系概述 機(jī)械手由三大部分（機(jī)械部分、傳感部分、控制部分）六個(gè)子系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人 機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)）組成。 機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)又主要包括末端操作器、手腕、手臂、機(jī)身（立柱）。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)器是把從動(dòng)力源獲得的能量變換成機(jī)械能，使機(jī)器人各關(guān)節(jié)工作的裝置，常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)形式有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)以及近些年出現(xiàn)的一些特殊的新型驅(qū)動(dòng)（例如超聲波驅(qū)動(dòng)、磁致伸縮驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)等）。 控制系統(tǒng)：機(jī)器人的控制方式多種多 樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)不同，主要可分為點(diǎn)位控制方式（ 連續(xù)軌跡控制方式（ 力（力矩）控制方式和智能控制方式。 械手的設(shè)計(jì)分析 計(jì)要求 某生產(chǎn)線(xiàn)上搬運(yùn)工件原由人工完成 , 勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)線(xiàn)的工作效率 , 降低成本 , 使生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) , 適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn) , 針對(duì)具體生產(chǎn)工藝 , 利用機(jī)器人技術(shù) , 設(shè)計(jì)用一臺(tái)搬運(yùn)機(jī)械手代替人工工作。 該機(jī)械手能完成如下的動(dòng)作循環(huán)：手臂前伸手指夾緊抓料手臂上升手臂縮回機(jī)身回轉(zhuǎn) 180 度手腕回轉(zhuǎn) 90 度手臂下降 手臂前伸手指松開(kāi)手臂縮回機(jī)身回轉(zhuǎn)復(fù)位手腕回轉(zhuǎn)復(fù)位待料。 體設(shè)計(jì)任務(wù)分析 (1) 結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì) : 機(jī)械手常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式有 1）直角坐標(biāo)型 2）圓柱坐標(biāo)型 3）球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）型 4） 關(guān)節(jié)型 （ 回轉(zhuǎn)坐標(biāo) ） 型 5） 平面關(guān)節(jié)型 五種 1 。 圓柱坐標(biāo)型是 由 三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工作空間為圓柱形，它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。 直角坐標(biāo)型，其運(yùn)動(dòng)部分的三個(gè)相互垂直的直線(xiàn)組成，其工作空間為長(zhǎng)方體，它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離可在 坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占空間大，靈活性較差。 球坐標(biāo)型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線(xiàn)組成，即一個(gè)回轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮，其工作空間圖形唯一球體，它可以做上下俯仰動(dòng)作并能夠抓取地面上的東西或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作范圍大的特點(diǎn)，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 關(guān)節(jié)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類(lèi)似，其前三個(gè)自由度都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機(jī)器人一般由和大小臂組成，立柱與大臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和使大臂作俯仰運(yùn)動(dòng)，小臂作俯仰擺動(dòng)，其特點(diǎn)是工作空間范圍大 ，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)，能抓取靠近機(jī)座的工件。 平面關(guān)節(jié)型 ， 采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié) ， 兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、左右運(yùn)動(dòng)，而移動(dòng)關(guān)節(jié)控制上下運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)器人在水平方向上有柔順度，在垂直方向上有較大的剛度，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合中小規(guī)格零件的插接裝配。 4 綜上，本次設(shè)計(jì)中采用 回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型 。 (2) 自由度的確定：自由度 (指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，不包括末端操作器的開(kāi)合度。在運(yùn)動(dòng)形式上分為為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) P，為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) R。 自由度數(shù)的多少反映 了這種機(jī)械手能完成動(dòng)作的復(fù)雜程度，根據(jù)對(duì)機(jī)械手必須完成的動(dòng)作的研究，設(shè)計(jì)四個(gè)自由度的機(jī)械手即可完成所規(guī)定的工作任務(wù)。從機(jī)座到手腕，關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方式為旋轉(zhuǎn) 直線(xiàn) 1 15 。 (3) 驅(qū)動(dòng)方式的選擇 :1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng) 2）氣壓驅(qū)動(dòng) 3）電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 4）機(jī)械聯(lián)動(dòng)四種，其中液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)較為通用 5 。 液壓驅(qū)動(dòng) ：結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作平穩(wěn)、耐沖擊、耐振動(dòng)、防爆性好。而且 液壓技 術(shù)比較成熟，具有動(dòng)力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。 氣壓驅(qū)動(dòng) ： 具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 造 價(jià) 較 低 、 維修方便 、清潔 等特點(diǎn)，適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中 ，但對(duì)速度很難進(jìn)行精確控制，且氣壓不可太高，所以抓舉能力較低， 難于實(shí)現(xiàn)伺服控制。 電 機(jī) 驅(qū)動(dòng) ：步進(jìn)或伺服電機(jī)可用于程序復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手； 異步電機(jī)、直流電機(jī)適用于抓重大、速度低的專(zhuān)用機(jī)械手；電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，控制方式靈活， 安裝維修方便 。但 控制性能差，慣性大，不易精確定位。 機(jī)械聯(lián)動(dòng)：動(dòng)作可 靠，動(dòng)作范圍小，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，適用于自由度少、速度快的專(zhuān)用機(jī)械手。 并且，同其他轉(zhuǎn)動(dòng)方式相比較，傳動(dòng)功率相同時(shí)，液壓傳動(dòng)裝置的重量輕，體積緊湊，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，調(diào)速范圍大。運(yùn)動(dòng)件的慣性小，能夠頻繁順序換向，傳動(dòng)工作平穩(wěn)，系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖吸著震，并能自動(dòng)防止過(guò)載。與電氣配合，容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和操作自動(dòng)化，與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)配合，能夠?qū)崿F(xiàn)各種自動(dòng)控制工作 4 。液壓元件基本已經(jīng)上系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，利于 術(shù)的應(yīng)用、提高工效，降低成本。容易達(dá)到較高的單位面積壓力，較 小的體積可獲得較大的出力（推力或轉(zhuǎn)距）。液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作較平穩(wěn)，可靠，并可實(shí)現(xiàn)較高的位置精度。液壓傳動(dòng)中，力，速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。液壓裝置采用油液做介質(zhì)，具有防銹性和自潤(rùn)滑效能，可以提高機(jī)械效率，使用壽命長(zhǎng)。 綜上，本次設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)。 (4) 控制方式的選擇 :1）點(diǎn)位控制方式（ 2）連續(xù)軌跡控制方式（ 3）力（力矩）控制方式 4）智能控制方式 1 。 點(diǎn)位控制的特點(diǎn)是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上的位 姿。控制時(shí)只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)相鄰各點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)，而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡不做任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間。由于其控制方式易于實(shí)現(xiàn)，常應(yīng)用于上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊等工業(yè)機(jī)器人。 連續(xù)軌跡控制的特點(diǎn)是連續(xù)的控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴(yán) 5 格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度要求內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而且速度可控，軌跡光滑且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是工業(yè)機(jī)器人末端操作器位姿的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性。常用于弧焊、噴漆、去毛邊和檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人。 力（力矩）控制方式 常用于準(zhǔn)確定位并要求使用適度的力或力矩來(lái)完成裝配、抓放物體等工作。 智能控制方式是通過(guò)傳感器獲得周?chē)h(huán)境的知識(shí)，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識(shí)庫(kù)相應(yīng)做出決策。采用智能控制技術(shù)的機(jī)器人具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性及自學(xué)能力，技術(shù)難度及成本要求都比較高。 綜上，本次設(shè)計(jì)采用點(diǎn)位控制。 另外該機(jī)械手的動(dòng)作是有順序要求的，控制系統(tǒng)采用 5 ，可以簡(jiǎn)化控制線(xiàn)路，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 綜合上述，此次采用電 以很好的完成自動(dòng)線(xiàn)工作。 體方案擬定 因?yàn)楸緳C(jī)械手工作范圍大，位置精度要求高?？紤]本機(jī)械手工作要求的特殊情況，本設(shè)計(jì)采用懸臂式四自由度的機(jī)械手，簡(jiǎn)圖下所示： 圖 2機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 自由度具體分配如下： 1）手臂回轉(zhuǎn)自由度。擬采用擺動(dòng)油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，擺動(dòng)缸的動(dòng)片與缸體相連接，通過(guò)油液帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，與之相連的缸體也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)身的回轉(zhuǎn)。其行程角度靠擋塊和限位行程開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)整。 2）手臂俯仰自由度。機(jī) 器人的手臂俯仰運(yùn)動(dòng)，一般采用活塞油（氣）與連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)中擬采用單活塞桿液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，缸體采用尾部耳環(huán)與機(jī)身連接，而其活塞桿的伸出端則與手臂通過(guò)鉸鏈相連。其行程大小靠擋塊和限位行程開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)整。 3）手臂伸縮自由度。由于油缸或氣缸的體積小，質(zhì)量輕，因而在機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多。設(shè)計(jì)中擬采用單活塞桿液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，其伸縮行程大小靠擋塊和限位行程開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)整。 4）手腕回轉(zhuǎn)自由度。擬采用擺動(dòng)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)注入壓力油時(shí)，油壓推動(dòng)動(dòng)片連同轉(zhuǎn)軸一起回轉(zhuǎn)。因?yàn)閯?dòng)片是固定在轉(zhuǎn)軸上的，故動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸也隨著其一起 轉(zhuǎn)。而末端操作器與轉(zhuǎn)軸是固定在一起的，故轉(zhuǎn)軸一轉(zhuǎn)手部便一起轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其行程角度靠擋塊和限位行程開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)整。 6 第 3章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 端操作器的設(shè)計(jì)分析 端操作器的概述 工業(yè)機(jī)器人的末端操作器是機(jī)器人直接用于抓取、握緊、吸附專(zhuān)用工具等進(jìn)行操作的部件，根據(jù)被操作工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面形態(tài)各有不同，其形式也多種多樣，大部分末端操作器的結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件專(zhuān)門(mén)加工的，常用的有四類(lèi)： 1）夾鉗式取料手2）吸附式取料手 3）專(zhuān)用操作器及轉(zhuǎn)換器 4）仿生多指靈巧手 1 。 夾鉗式取料手是工業(yè)機(jī)器人最常用的一種末端操作器形式，在流水線(xiàn)上應(yīng)用廣泛。它一般由手指、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接與支承元件組成，工作機(jī)理類(lèi)似于常用的手鉗。 吸附式取料手靠吸附力取料，根據(jù)吸附力的不同分為氣吸附和磁吸附兩種。吸附式取料手應(yīng)用于大平面（單面接觸無(wú)法抓?。?、易碎（玻璃、磁盤(pán)）、微小（不易抓?。┑奈矬w。 因?yàn)閷?zhuān)用操作器及轉(zhuǎn)換器和仿生多指靈巧手的 技術(shù)難度及成本要求都比較高，故 在此不多做介紹。 端操作器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手的末端操作器宜采用夾鉗式取料手。 夾鉗式取料手的手指的結(jié)構(gòu)形式通常取決于被夾持工件的形狀和特性。其中 有夾持平穩(wěn)可靠，夾持誤差小等特點(diǎn)。 腕的設(shè)計(jì)分析 機(jī)器人手腕是連接末端操作器和手臂的部件，它的作用是調(diào)節(jié)或改變工件方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)器人末端操作器適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。此處手腕需實(shí)現(xiàn)手部的翻轉(zhuǎn)（ 作 ,腕部結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在手部相對(duì)于臂部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)上。 臂的設(shè)計(jì)分析 手臂是機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)中重要的部件，它的作用是將被抓取 的工件運(yùn)動(dòng)到給定的位置上。手臂的結(jié)構(gòu)要緊湊小巧，才能使手臂運(yùn)動(dòng)輕快、靈活。 手臂一般有伸縮運(yùn)動(dòng)、左右回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)三個(gè)自由度。在一般情況，手臂的伸縮和回轉(zhuǎn)、俯仰均要求勻速運(yùn)動(dòng)，但在手臂的起動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求起動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前速度不能太大，否則引起沖擊和振動(dòng)。伸縮運(yùn)動(dòng)一般采用直線(xiàn)液壓缸驅(qū)動(dòng)，俯仰運(yùn)動(dòng)大多采用伸縮單作用（單活塞桿）驅(qū)動(dòng)，而回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則大多用回轉(zhuǎn)缸或齒條缸來(lái)實(shí)現(xiàn) 1 。 本設(shè)計(jì)采用單作用（單活塞桿）缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的 伸縮。為了增加手臂的剛性，防止手臂在伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)繞軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生變形，手臂的伸縮機(jī)構(gòu)需設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素，為了使抓取時(shí)不產(chǎn)生偏重力矩使抓取可靠，本設(shè)計(jì)中采用四根導(dǎo)向柱的臂伸縮結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是行程長(zhǎng)，抓重大，而工件不規(guī)則時(shí)還可以防止產(chǎn)生過(guò)大的偏重力矩。簡(jiǎn)圖如下： 7 圖 3四導(dǎo)向桿式手臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 從圖中可以比較清楚地看到手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)及導(dǎo)向桿的安放方式以及手臂與其他部件的連接點(diǎn)。 手臂俯 仰運(yùn)動(dòng)采用單作用（單活塞桿）缸來(lái)驅(qū)動(dòng)。直線(xiàn)油缸的缸底與機(jī)身通過(guò)鉸鏈相連，而油缸活塞桿的伸出端則與臂部鉸接，這樣當(dāng)壓力油進(jìn)個(gè)油缸時(shí)就驅(qū)動(dòng)活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)活塞桿的運(yùn)動(dòng)就使與其相連的手臂形成了俯仰的運(yùn)動(dòng)。由于俯仰油缸是采用底部耳環(huán)擺動(dòng)式直線(xiàn)缸，所以在活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，缸體可在平面內(nèi)擺動(dòng)。 采用擺動(dòng)馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。擺動(dòng)馬達(dá)布置在機(jī)身上部，手臂部件用銷(xiāo)軸與回轉(zhuǎn)缸體上的耳叉連接，作為手臂俯仰運(yùn)動(dòng)的支點(diǎn)?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸和機(jī)身固定連接，擺動(dòng)缸的動(dòng)片與缸體相連，當(dāng)擺動(dòng)缸進(jìn)壓力油時(shí)，通過(guò)葉片的帶動(dòng)，缸體隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從 而實(shí)現(xiàn)機(jī)身的回轉(zhuǎn)。 對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，還要考慮零件在手臂上的布置，就是要計(jì)算手臂移動(dòng)零件時(shí)的重量對(duì)回轉(zhuǎn)、升降、支承中心的偏重力矩。偏重力矩對(duì)手臂運(yùn)動(dòng)很不利。偏重力矩過(guò)大，會(huì)引起手臂的振動(dòng)，在升降時(shí)還會(huì)發(fā)生一種沉頭現(xiàn)象，也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的靈活性，嚴(yán)重時(shí)手臂與立柱會(huì)卡死。所以在設(shè)計(jì)手臂時(shí)要盡量使手臂重心通過(guò)回轉(zhuǎn)中心，或離回轉(zhuǎn)中心要盡量地近，以減少偏重力矩 15 。為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 1）可減少手臂運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸 2）減少回轉(zhuǎn)半徑 ，在安排 機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸） ，盡可能在較小的前伸位置進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作 3）在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 身和機(jī)座的設(shè)計(jì)分析 機(jī)身 ，又稱(chēng)為立柱，是支撐手臂的部件，并能輔助實(shí)現(xiàn)手臂的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰運(yùn)動(dòng)。它 是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支承作用。對(duì)固定機(jī)器人，直接連接在地面基礎(chǔ)上，對(duì)移動(dòng)式機(jī)器人，則安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上。 機(jī)器人機(jī)座可分為固定式和行走式兩種，一般工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座為固定式。 1 固定式機(jī)器人的機(jī)身直接連接在地面基礎(chǔ)上，也可以固定在機(jī)身上。 此處要求機(jī)械手的工作范圍比較小，故設(shè)計(jì)為固定式機(jī)器人， 機(jī)身與機(jī)座用螺柱連接，機(jī)座用螺栓固定在地面基礎(chǔ)上。 機(jī)身設(shè)計(jì)要求： 1）剛度和強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好 2）運(yùn)動(dòng)靈活，導(dǎo)套不宜過(guò)短，避免卡死 3）驅(qū)動(dòng)方式適宜，結(jié)構(gòu)布置合理。 8 第 4章 機(jī)械手各部件的載荷計(jì)算 計(jì)要求分析 本課題設(shè)計(jì)的曲軸搬運(yùn)機(jī)械手采用關(guān)節(jié)型坐標(biāo)系、全液壓驅(qū)動(dòng)，具有手臂伸縮、俯仰、回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度，以及手指的抓取動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)由手部抓取機(jī)構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手臂俯仰機(jī)構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和各定位裝置等組成，每一部分均由液壓缸驅(qū)動(dòng)與控制。 它完成的動(dòng)作循環(huán)為： 手臂前伸手指夾緊 抓料手臂上升手臂縮回機(jī)身回轉(zhuǎn) 180度手腕回轉(zhuǎn) 90 度手臂下降手臂前伸手指松開(kāi)手臂縮回機(jī)身回轉(zhuǎn)復(fù)位手腕回轉(zhuǎn)復(fù)位待料。 指夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中采用四指 V 形結(jié)構(gòu)，指面光滑，避免工件被夾持部位的表面受損。手指的驅(qū)動(dòng)采用彈簧復(fù)位（單活塞桿）單作用液壓缸，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用斜楔杠桿式復(fù)合回轉(zhuǎn)傳動(dòng)，并在杠桿上裝有張緊彈簧，以保證手指夾緊驅(qū)動(dòng)液壓缸的復(fù)位 1 。手指厚度根據(jù)需要夾持的工件設(shè)定， V 形指合攏后的的尺寸為工件被夾持部位直徑的外接正六邊形，保證了機(jī) 械手工作時(shí)的可靠性。 指夾緊機(jī)構(gòu)載荷的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)。夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的載荷以及工件運(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) 5 。 手指對(duì)工件的夾緊力 21（ 4 式中： 1K 安全系數(shù)，通常取 2K 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？晒浪悖?2K = （ 4 其中： g 重力加速度； a 運(yùn)載工件時(shí)重力方向 的最大上升加速度，可計(jì)算： 響 （ 4 運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升速度， 。 9 響t 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般取 3K 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定。3K G 被抓取工件所受重力（ N ）。 計(jì)算可得： 21 手指夾緊由單作用液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，則手指夾緊缸的載荷為： 夾緊F 160N 臂伸縮機(jī)構(gòu)載荷的計(jì)算 手臂伸縮采用雙作用液壓缸實(shí)現(xiàn)，臂部作水平伸縮運(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，還在克服啟動(dòng)過(guò)程中的慣性力 13 。其驅(qū)動(dòng)力