1、主要符號表Fn手指夾緊力ND彈簧中徑mmDi彈簧徑mmD2彈簧外徑mmC彈簧旋繞比n彈簧有效圈數(shù)M轉(zhuǎn)動缸的回轉(zhuǎn)力矩N m偏重力臂mmM偏偏重力矩N mt螺釘間距mmFqo螺釘承受的拉力NFq工作載何NFqs預(yù)緊力N啟轉(zhuǎn)動缸起動角度轉(zhuǎn)動缸轉(zhuǎn)動角速度叫1緒論1.1前言用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機械手1。機械手是模仿著人手的部分動作， 按給定程序、軌跡和要現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機 械手被稱為工業(yè)機械手2。工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系 統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科一一機械手工

2、程。機械手涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技 術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機 器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上 兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中 完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工 操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送 和裝卸；其三、它能操作必要的機具進(jìn)行焊接和

3、裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件, 顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國 家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶 有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定 的效果，受到機械工業(yè)的重視3。機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以 搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠 獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機 械手。由于通用機械手能很快

4、的改變工作程序，適應(yīng)性較強，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。1.2工業(yè)機械手的簡史現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng) 產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品4 o機械手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機械手。他 的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型 的。1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型 機械手。商名為Unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用 液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置

5、。不少球坐標(biāo)式通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上 發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制 系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手 發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 Unimate-Vic-arm 型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定 位誤差可小于土 1毫米。美國還十分注意提高機械手的可靠

6、性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如Uni mate公司建立了 8年機械手試驗臺，進(jìn)行各種性能的試驗。準(zhǔn)備把故障前平均時間（注：故障前 平均時間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到土 0.1毫米。德國機器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備 的上下料等作業(yè)。德國 KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控 制。瑞士 RETAB司生產(chǎn)一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)二種典型機械

7、手后，大力研究機械手的研究。據(jù)報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院 校、研究單位多達(dá)50多個。1976年個大學(xué)和國家研究部門用在機械手的研究費用42%1979年日本機械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺。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。具有記憶功能的機械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979 年，機械手累計產(chǎn)量達(dá)56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%并以每年50%- 60%勺速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預(yù)計到1990年將有55萬機器人在工作。

8、第二代機械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機控制系統(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，把感覺到的信息反饋，使機械手 具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和 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 Manu facturi ngsystem）和柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell）中重要一環(huán)。隨著工業(yè)機器手（機械人）研究制造和應(yīng)用的擴大，國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活 躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多。1.3工業(yè)機械手在

9、生產(chǎn)中的應(yīng)用機械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多 工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛廣泛5。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平 越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的 或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資 料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75淞小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有 四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的 自動化而產(chǎn)

10、生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速 抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄 行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運機械手為研究對象。 下面具體說明機械手在工業(yè)方面的應(yīng)用。建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自動線一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。國這類生產(chǎn)線很多，如永泵廠的深井泵 軸承體加工自動線（環(huán)類），電機廠的4號和5號電動機加工自動線（軸類），拖拉機 廠的齒坯自動線（盤類）等。加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機械 手的，如動力機廠的氣蓋加工自動線轉(zhuǎn)位機械手。在實現(xiàn)單機自動化

11、方面各類半自動車床，有自動加緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上 下料；裝上機械手，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方 面應(yīng)用很多，如柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，第二車床廠的自動 循環(huán)液壓仿行車床機械手，第三機床廠的 丫38滾齒機械手，第二機床廠的滾銑花鍵機 床機械手等。由于這方面的使用已有成功的經(jīng)驗，國一些機床廠已在這類產(chǎn)品出廠是 就附上機械手，或為用戶安裝機械手提供條件。如第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線 機械手（生產(chǎn)線中有兩臺多工位機床）和二注塑機有加料、合模、成型、分模等自動 工作循環(huán)，裝上機械手的自動裝卸工件，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。目前機械

12、手在沖床上 應(yīng)用有兩個方面：一是160t以上的沖床用機械手的較多。如低壓開關(guān)廠 200t環(huán)類沖 床磁力起重器殼體下料機械手和天京拖拉機廠400t沖床的下料機械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)輕局技術(shù)研究所制作的120t和40t多工位沖床機械手等。1.3.3鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面模鍛方面，國大批量生產(chǎn)的3t、5t、10t模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機械 手成一定角度布置早爐前，實現(xiàn)進(jìn)出料自動化。柴油機廠、燃機廠、拖拉機廠等已有 較成熟的經(jīng)驗。1.4機械手的組成工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成 組成6。執(zhí)行機構(gòu)（1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)

13、型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因 其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和抓式兩種；也可以 用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電 磁吸盤。傳力機構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜械杠桿式、齒輪齒 條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。（2）腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大 機械手的動作圍，并使機械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強。手腕有獨立的自由度。有回 轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足 工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接 用臂

14、部運動驅(qū)動手部搬運工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊， 靈巧但回轉(zhuǎn)角度小（一般小于 2700）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出 扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。（3）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。 它的作用是支撐腕部和手部（包 括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。臂部運動的目的：把手部送到空間運動圍任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位）， 則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求， 即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或者

15、氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)， 從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身 運動較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作圍、靈活性以及抓重大小和定位精度 直接影響機械手的工作性能。（4）行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)，我國的正處于仿真階段。驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。 根據(jù)動力源的不同，工業(yè)機械手的驅(qū)動 機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手 ，結(jié) 構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。143控制系統(tǒng)分類在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點位 控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計

16、算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔 卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。1.5工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢(1) 工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單 機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。(2) 機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化：由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化 裝配機器人產(chǎn)品問市。 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PCM的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化； 器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)：大大提高了系統(tǒng)的可

17、靠性、易操作性和可維修性。(4) 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外， 裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、 力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù) 在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。(5) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機 器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。(6) 當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器 人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機 器人走出實驗室進(jìn)入實用

18、化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系 統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。(7) 機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置 已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從 80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技 攻關(guān)，目前己基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技 術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動 噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人己應(yīng)用在汽

19、車制造廠的焊裝線上。但總 的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品：機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國 外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200臺，約占全球已安裝 臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是 應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程 度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè) 化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極 推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國的智能機器人和特種

20、機器人在“ 863”計劃的支持下，也取得了 不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000m水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先 水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等 機種：在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作， 有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控 機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水 平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供 實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中7:10。1.6本文主要研究容本文研究了

21、國外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機械手的工作原理，熟悉了搬運機 械手的運動機理。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運機械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運機械手的 運動進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機械手機械方面的設(shè)計工作（包括傳動部分、 執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）的設(shè)計工作。進(jìn)而運用 ADAM軟件對機械手的手部及升降機構(gòu) 作了運動仿真分析。掌握了機械仿真的一般過程。1.7本章小結(jié)本章簡要的介紹了機械手的基本概念。在機械手的組成上，系統(tǒng)的從執(zhí)行機構(gòu)、 驅(qū)動機構(gòu)以及控制部分三個方面說明。比較細(xì)致的介紹了機械手的發(fā)展趨勢，簡要的 敘述了本文研究的容。2機械手的總體設(shè)計方案本課題是輕型平動搬運機械手的設(shè)計及運動仿真。本設(shè)計主要任

22、務(wù)是完成機械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，以及ADAM軟件進(jìn)行簡單的運動仿真。在本章中對機械手的座標(biāo)形 式、自由度、驅(qū)動機構(gòu)等進(jìn)行了確定。因此，在機械手的執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)是本次 設(shè)計的主要任務(wù)，然后通過ADAM軟件對機械手的手部進(jìn)行簡單的運動仿真。2.1機械手基本形式的選擇常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài)，按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種：（1） 直角坐標(biāo)型機械手；（2）圓柱坐標(biāo)型機械手；（3）球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）型機械手；（4）多關(guān) 節(jié)型機機械手。其中圓柱坐標(biāo)型機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊，定位精度較高，占地面積小，因此本設(shè)計采用圓柱坐標(biāo) 型11。圖1.1是機械手搬運物品示意圖。圖中機械手的任務(wù)是 將傳送帶A上的物

23、品搬運到傳送帶B。圖1.1機械手基本形式示意2.2機械手的主要部件及運動在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計任務(wù)，為了滿足設(shè)計 要求，本設(shè)計關(guān)于機械手具有5個自由度既：手抓合；手部回轉(zhuǎn)；手臂伸縮；手臂回 轉(zhuǎn)；手臂升降5個主要運動。本設(shè)計機械手主要由4個大部件和5個液壓缸組成：（1）手部，采用一個直線液壓 缸，通過機構(gòu)運動實現(xiàn)手抓的合。（2）腕部，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)1800(3) 臂部，采用直線缸來實現(xiàn)手臂平動1.2m 0 (4)機身，采用一個直線缸和一個回轉(zhuǎn)缸 來實現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。2.3驅(qū)動機構(gòu)的選擇驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分，工業(yè)機械手的性能價格比在很大

24、程度上取 決于驅(qū)動方案及其裝置。根據(jù)動力源的不同，工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣 動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控 制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)點。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇液壓驅(qū)動。2.4機械手的技術(shù)參數(shù)列表一、用途：搬運：用于車間搬運二、設(shè)計技術(shù)參數(shù)：1、抓重:60Kg (夾持式手部)2、自由度數(shù):5個自由度3、座標(biāo)型式:圓柱座標(biāo)4、最大工作半徑:1600mm5、手臂最大中心高:1248mm6、手臂運動參數(shù)伸縮行程：1200mm伸縮速度：83mm/s升降行程：300mm 升降速度：67mm/s 回轉(zhuǎn)圍:0 : 18007、手腕運動參數(shù)回轉(zhuǎn)圍:

25、0: 18002.5本章小結(jié)本章對機械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計，選擇了機械手的基本形式以及自由度，確 定了本設(shè)計采用液壓驅(qū)動，給出了設(shè)計中機械手的一些技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計計算將以次 進(jìn)行。3機械手手部的設(shè)計計算3.1手部設(shè)計基本要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所 需的驅(qū)動力大小是不同的。（2）手指應(yīng)具有一定的開圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。（3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu) 緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。（4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。3.2典型

26、的手部結(jié)構(gòu)（1）回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。（2）移動型 移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運動。（3）平面平移型。3.3機械手手抓的設(shè)計計算選擇手抓的類型及夾緊裝置本設(shè)計是設(shè)計平動搬運機械手的設(shè)計，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓合角=60°，夾取重量為60Kg常用的工業(yè)機械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附 兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè) 計機械手采用夾持式手指,夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的開閉合靠手指的平行移動,這種手指結(jié)構(gòu)簡單，適于夾持平板方料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置，其

27、理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手 指，驅(qū)動力需加在手指移動方向上,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的， 因此不選擇這種類型。通過綜合考慮，本設(shè)計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置 選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮， 從而機械手手指開。332手抓的力學(xué)分析F面對其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿圖3.1 (a)為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)(a)(b)圖3.1滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1手指2銷軸3杠桿在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F,并通過銷軸中心0點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為F1和其力的方向垂直于滑槽的

28、中心線°。1和。2并指向o點，交F1和f2的延長線于A及B。由Fx=o得 F1 F2Fy =0F1F2cosF1F1'由 My F =0得打FNhcosb 2F=cos2 Fn(3.1)a式中a手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離(mm.工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力F 定時，角增大，則握力Fn也隨之增大，但 角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 =30°： 400 o333夾緊力及驅(qū)動力的計算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進(jìn)行 分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以

29、及工件運動狀態(tài)變化的慣性力 產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。(3.2)手指對工件的夾緊力可按公式計算：Fn K,K2K3G式中Ki 安全系數(shù)，通常1.2： 2.0 ;k2工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估K2 1 b其中a,a重力方向的最大上升加速度；a 沁t響Vmax運載時工件最大上升速度t響一一系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時間，一般選取0.03 : 0.5sK3 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇G被抓取工件所受重力(N)表3-1液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F(N)液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F(N液壓缸工作壓力Mpa小于50000.8: 120000: 3

30、00002.0: 4.05000: 100001.5: 2.030000: 500004.0: 5.010000: 200002.5: 3.050000以上5.0 : 8.0計算：設(shè)a=100mm,b=50mm： < <40°；機械手達(dá)到最高響應(yīng)時間為0.5s，求夾緊力Fn和驅(qū)動力F和驅(qū)動液壓缸的尺寸。b 0.1K21 - =105 =1.02a 9.8K30.5根據(jù)公式，將已知條件帶入：Fn=1.5 1.02 0.5 588N449.8N(2)根據(jù)驅(qū)動力公式得:F計算cos300 2 449.8=1378N50取 °85F計算卜實際13780.851621N(

31、4) 確定液壓缸的直徑D2 2Q F實際D d p4選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.8： 1MPa,4F實際p 1 0.524 162150.8 100.750.587根據(jù)表4.1 (JB826-66),選取液壓缸徑為：D=63mm則活塞桿徑為：D=63 0.5=31.5mm 選取 d=32mm手抓夾持圍計算為了保證手抓開角為600，活塞桿運動長度為34mm手抓夾持圍，手指長100mm當(dāng)手抓沒有開角的時候，如圖3.2(a)所示，根據(jù)機構(gòu)設(shè)計, 它的最小夾持半徑R140，當(dāng)開600時，如圖3.2 (b)所示，最大夾持半徑R2計算如下：0 0R2100 tg30 40c

32、os3090機械手的夾持半徑從40 : 90mm(a)(b)圖3.2手抓開示意圖3.4機械手手抓夾持精度的分析計算機械手的精度設(shè)計要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好,并 有足夠的抓取能力12。機械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度(由臂部和腕部等運動部件來決定)，而且也于機械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定圍變化，一定進(jìn)行機械手的夾持誤差。圖3.3手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度機械手的夾持圍為80mm 180mm般夾持誤差不超過1mm分析如下:工件的平均半徑：Rcp

33、90 40 65mm p 2手指長I 100mm,取V型夾角2 1200偏轉(zhuǎn)角 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定:COS1 空I sincos60100 sin60°46計算R0 I sin cos 100 sin 60° cos46° 60.15當(dāng) R0 “AXRmin S時帶入有:22RmaxRmAX2l cos2sinsinl 2RMAXsin2l 弘 cos sin0.678夾持誤差滿足設(shè)計要求。3.5彈簧的設(shè)計計算選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖3.4所示，計算過程13如下。圖3.4圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)(2).選擇旋繞比C=8貝U0.615(3.3)K4C

34、14C46K4C10.6154 810.61511834C464 846(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=42mm估算彈簧絲直徑5.25mm(4).試算彈簧絲直徑d1 6 fmax KC(3.4)dKC1.61621 1.183 86800 107 mm(5) .根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù):(3.5)Gd8F_C MAX8 FMAX CGd8F_P MAX8F MAXC80000 106 0.00738 1621 82.86選擇標(biāo)準(zhǔn)為n 3，彈簧的總?cè)?shù)厲n 1.53 1.54.5 圈.最后確定 D 42mm ， d 7mmD1 D d 42 7 35mmD2 D d 42 7 52m

35、m(7) .對于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗算對于壓縮彈簧如果長度較大時，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為 了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細(xì)比b 土 耳1 76，本設(shè)計彈簧是2端自由，根據(jù)下列D 12選?。寒?dāng)兩端固定時，b 5.3,當(dāng)一端固定；一端自由時，b 3.7 ;當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動時，b 2.6。結(jié)論本設(shè)計彈簧b 1.76 2.6，因此彈簧穩(wěn)定性合適。(8) .疲勞強度和應(yīng)力強度的驗算。對于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對彈簧的疲勞強度和靜應(yīng)力3強度進(jìn)行驗算(如果變載荷的作用次數(shù)N 10 ，或者載荷變化幅度不大時，可只進(jìn)行靜 應(yīng)力強度驗算)?，F(xiàn)在由于本設(shè)計是在恒定載荷情況下

36、，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強度驗算。計算公式:SSmax(3.6)Ss選取1.3： 1.7 （力學(xué)性精確能高）8KDmaxd3(3.7)max8KD Fd38 1.184 0.0423.14 0.00731621 598756479SScamax6800 10 pa1.3361598756479pa結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。3.6本章小結(jié)通過本章的設(shè)計計算，先對滑槽杠桿式的手部結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，然后分別對滑槽杠 桿式手部結(jié)構(gòu)的夾緊力、夾緊用的彈簧、驅(qū)動力進(jìn)行計算，在滿足基本要求后，對手部的 夾持精度進(jìn)行分析計算。4腕部的設(shè)計計算4.1腕部設(shè)計的基本要求(1) 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，

37、它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、 重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計時，必須 力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。(2) 結(jié)構(gòu)考慮，合理布局腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有 足夠的強度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。(3) 必須考慮工作條件對于本設(shè)計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影 響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。4.2腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇典型的腕部結(jié)構(gòu)(1) 具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)

38、構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回 轉(zhuǎn)，總力矩M需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用。回轉(zhuǎn)角由動片和靜片之 間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定(一般小于270° )。(2) 齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于270°的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動的 腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。(3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。(4) 機-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。422腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)1800，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有 一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。4.3腕部的設(shè)計計算腕

39、部設(shè)計考慮的參數(shù)夾取工件重量60Kg，回轉(zhuǎn)1800腕部的驅(qū)動力矩計算(1)腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩M慣。(2)腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩M摩。夾取棒料直徑100mm長度1000mm重量60Kg,當(dāng)手部回轉(zhuǎn)180°時，計算 力矩:(1)直徑手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體,120mm其重力估算 G=3.140.06* 2高為220mm0.227800Kg.m3 9.8N；Kg 190N(2)擦力矩M0.1m o(3)啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度180 =0.314rad，等速轉(zhuǎn)動角速度2.616s 2 oJ工件(4.1)查取轉(zhuǎn)動慣量公式有:J 丄 MR221 190N2 9

40、.8N Kg0.062 N m s20.0342N m s2J工件12 gl23R2160 9.8 123 0.0525.0125N m129.8代入:0.0342 5.01252.616 0.314M 慣 0.1M550.961.11N m2M2 2 b R r2 61.110.0660.0552 0.022527.35Mpa，選擇 8Mpa腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意液壓缸徑405063809010011012514015016018020020鋼P 160Mpa5060769510812113316814618019421924545鋼P 200Mpa50607695108121133168

41、146180194219245圖4.1表4.2標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑(JB1068-67)( mm腕部驅(qū)動力的計算表4-1液壓缸的徑系列(JB826-66)( mrjn2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 4-1設(shè)缸體空半徑R=110mm外徑根據(jù)表3-2選擇 121mm這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題后，其外徑為 226mm動片寬 度b=66mm輸出軸r=22.5mm.基本尺寸示如圖4.1所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力434液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎銏D4.2缸蓋螺釘間距示意表4.3螺釘間距t與壓力P之間

42、的關(guān)系工作壓力p( Mpa螺釘?shù)拈g距t(mm)0.5: 1.5小于1501.5: 2.5小于1202.5: 5.0小于1005.0: 10.0小于80(4.2)缸蓋螺釘?shù)挠嬎?，如圖4.2所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強有關(guān)，見表 4.3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力Fq0FqFq計算：液壓缸工作壓強為D 3.14 0.118 843.17危險截面S所以,FqFqPSZP=8Mpa所以螺釘間距 t小于80mm試選擇8個螺釘,80，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8個2 2r2011 0.0450.007908875m24PSZ(4.3)7908.875NFqs KFqK 1.5:

43、1.8所以fq Fq Fq' =11863.3+10545=19772N螺釘材料選擇 Q235 貝y 240 160MPa (n 2： 25)n 1.5螺釘?shù)闹睆? 1.3Fq,(4.4 )4 1.3 197723.14 160 1060.0159m螺釘?shù)闹睆竭x擇d=16mm.動片和輸出軸間的連接螺釘(1) 動片和輸出軸間的連接螺釘動片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩 個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密bpD2 d2dM 摩FqZT 于是得Fq皿D24Zfdd2(4.5)D動片的外徑；f被連接件配合面間的摩擦系數(shù), 螺釘?shù)膹姸葪l

44、件為剛對銅取f=0.151.3FQd'合(4.6)(4.7)帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得fq豈D2d20.0668 1060.112螺釘材料選擇Q235則4 Z 0.15 0.032絲0 200MPa( n 1.2: 2.5)1.20.045224627 N螺釘?shù)闹睆絛 4 1.3Fq0t 4 1.3 2462760.012mVV3.14 200 106螺釘?shù)闹睆竭x擇d=12mm選擇M12的開槽盤頭螺釘。4.4本章小結(jié)本章通過四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 并進(jìn)行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算，同時也計算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆健?臂部的設(shè)計及有關(guān)計算手臂部件是機械手的主要握持

45、部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具）， 并帶動它們作空間運動。手臂運動應(yīng)該包括3個運動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂 的伸縮運動，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動設(shè)置在機身處，將在下一章敘述。臂部運動的目的：把手部送到空間運動圍任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位）， 則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個自由度才能滿足基本要求, 既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來 實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷, 而且自身運動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。5.1臂

46、部設(shè)計的基本要求一、臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕（1）根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。（2）提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。（3）合理布置作用力的位置和方向。（4）注意簡化結(jié)構(gòu)。（5）提高配合精度。二、臂部運動速度要高，慣性要小機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平。對于高 速度運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在1000 : 1500mms,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在 1800s，大部分平均移動速度為1000mm s，平均回轉(zhuǎn)角速度在900：s。在速度和回轉(zhuǎn)角速 度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部 要盡可能的輕

47、。減少慣量具體有3個途徑：（1）減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。（2）減少臂部運動件的輪廓尺寸。（3） 減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡 可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動作。（4）驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。三、手臂動作應(yīng)該靈活為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機 械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐 軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖 的條件?？偨Y(jié)：以上要相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設(shè)計出完美的、 性能良好的

48、機械手。5.2手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇手臂的典型運動機構(gòu)常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種：（1）雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)。（2）手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn) 運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組 合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。（3）雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。（4）活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。手臂運動機構(gòu)的選擇通過以上，綜合考慮，本設(shè)計選擇雙導(dǎo)桿伸縮機構(gòu)，使用液壓驅(qū)動，液壓缸選取雙作用液壓缸。5.3手臂直線運動的驅(qū)動力計算先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計算，修正設(shè)計。如此反復(fù)，繪出最終的

49、結(jié)構(gòu)。做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。 液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算。F F摩 F密 F回 F慣（5 1）手臂摩擦力的分析與計算分析：摩擦力的計算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根 據(jù)具體情況進(jìn)行估算。上圖是機械手的手臂示意圖，本設(shè)計是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對稱 配置在伸縮崗兩側(cè)。由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算Ma 0G總LaFbG總LaY 0FaG 總aF摩Fa 摩Fb摩FaFbF摩G總 2(5.2)a式中 &總一一參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（N

50、）；L 手臂與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（ 考上一節(jié)的計算;a導(dǎo)向支撐的長度（m當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。對于圓柱面:1.27 : 1.57摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅：取0.1 ： 0.15鋼對鑄鐵：取0.18： °.3計算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵°.20心°3，G總1070N，L=1.69-0.028=1.41m,導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計為 0.016m將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計算F摩 G總空 1070 0.32 1.410.165978.6Na0.16手臂慣性力的計算本設(shè)計要求手臂平動是V=5m min ,在

51、計算慣性力的時候,設(shè)置啟動時間t 0.2s，啟動速度 v=V=°.083m. S,(5.3)1070N°.083S45.5N9.8N Kg 0.02SG總 vg tG總 vg t密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：F封 0.03F。經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅(qū)動力：F 0.03F F摩 F 慣=6210N5.4液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力F=6210N根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa(1) 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸

52、徑的計算，如圖5.2所示圖5.2雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無桿腔,FFiD24當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中,液壓缸的有效面積:F F2D2 d2故有S匸(無桿腔)(有桿腔)(5.4)(5.5)6F=6210N Pl=2 10 Pa，選擇機械效率0.95將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：4F/ F6210DJ1.131.1360.06460mV P10.95 2 10根據(jù)表4-1 ( JB826-66)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸徑系列，選擇 D=65mm.(2) 液壓缸外徑的設(shè)計79mm.L大根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在7mm所以該液壓缸的外徑為(3) 活塞桿的計算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞(或液壓缸)運動的要求和強度要求。對

53、于桿長 于直徑d的15倍以上，按拉、壓強度計算：(5.6)4d2設(shè)計中活塞桿取材料為碳剛，故 100: 120Mpa，活塞直徑d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。621019.8 106Mpa 100 1060.0224Fd24結(jié)論：活塞桿的強度足夠5.5本章小結(jié)本章設(shè)計了機械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)，對驅(qū)動的液壓缸 的驅(qū)動力進(jìn)行了詳細(xì)的計算，并對液壓缸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計。6機身的設(shè)計計算機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳 動機構(gòu)都安在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機 身的機構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架 空軌道運動。6.1機身的整體設(shè)計按照設(shè)計要求，機械手要實現(xiàn)手臂180°的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)一般設(shè) 計在機身處。為了設(shè)計出合理的運動機構(gòu)，就要綜合考慮，分析。機身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結(jié)構(gòu)有 以下幾種：（1）回