1、摘 要隨著自動(dòng)化技術(shù)的提高，各行業(yè)投入大量經(jīng)費(fèi)、人力、物力，研發(fā)智能設(shè)備，致力于打造“無(wú)人”流水線車間?？v觀國(guó)內(nèi)現(xiàn)代化車間，機(jī)械手應(yīng)用率最高，所以，本次按照普通鑄造加工車間流水線設(shè)計(jì)一款液壓式澆注機(jī)械手。本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在現(xiàn)有機(jī)械手基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，以低成本、高功效為設(shè)計(jì)目標(biāo)，提高實(shí)用性。結(jié)合實(shí)地考察車間流水線的工作流程，明確澆注機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求。按照選定機(jī)械手制定結(jié)構(gòu)方案，對(duì)主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，通過(guò)計(jì)算校核檢驗(yàn)選定的驅(qū)動(dòng)件、零件等是否符合設(shè)計(jì)要求。為更直觀校核設(shè)計(jì)是否合理，繪制CAD零件圖及裝配圖，后整理所有設(shè)計(jì)步驟，完成說(shuō)明書編寫。機(jī)械手發(fā)展到今天，在替代人力減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間，提高生

2、產(chǎn)效率等方面有著卓越的表現(xiàn)，同時(shí)本次設(shè)計(jì)的澆注機(jī)械手也符合當(dāng)代需求，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域，其必會(huì)發(fā)揮更大的作用。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；機(jī)械手；澆注機(jī)械手AbstractWith the improvement of automation technology, various industries have invested a lot of funds, manpower and material resources to develop intelligent equipment and strive to build an unmanned assembly line workshop. Thr

3、oughout the domestic modern workshops, the manipulator has the highest application rate. Therefore, a hydraulic pouring manipulator is designed according to the assembly line of ordinary casting workshop. This design innovates on the basis of the existing manipulator, takes low cost and high efficie

4、ncy as the design goal,and improves the practicability.Combined with the on-site investigation of the work flow of the workshop assembly line, the design requirements of the pouring manipulator are clarified. Formulate the structural scheme according to the selected manipulator, analyze the structur

5、e of the main mechanism, and check whether the selected driving parts and parts meet the design requirements through calculation and verification. In order to check whether the design is reasonable more intuitively, draw CAD part drawings and assembly drawings, sort out all design steps and complete

6、 the preparation of instructions.With the development of manipulator today, it has excellent performance in replacing manpower, reducing workers labor intensity, saving time and improving production efficiency. At the same time, the pouring manipulator designed in this design also meets the contempo

7、rary needs, especially in the industrial field, it will play a greater role.Keywords: Structural design；Manipulator pump；Air pressure drive 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc104927890 摘要 PAGEREF _Toc104927890 h I HYPERLINK l _Toc104927891 Abstract PAGEREF _Toc104927891 h II HYPERLINK l _Toc1049278

8、92 第1章 緒論 PAGEREF _Toc104927892 h 1 HYPERLINK l _Toc104927893 1.1 研究目的及意義 PAGEREF _Toc104927893 h 1 HYPERLINK l _Toc104927894 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc104927894 h 1 HYPERLINK l _Toc104927895 1.3主要研究?jī)?nèi)容 PAGEREF _Toc104927895 h 4 HYPERLINK l _Toc104927896 第2章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc104927896 h 5 HYPERL

9、INK l _Toc104927897 2.1 機(jī)械手基本參數(shù)與自由度選擇 PAGEREF _Toc104927897 h 5 HYPERLINK l _Toc104927898 2.2 機(jī)械手的組成 PAGEREF _Toc104927898 h 5 HYPERLINK l _Toc104927899 2.4 系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc104927899 h 8 HYPERLINK l _Toc104927900 2.5 具體采用方案 PAGEREF _Toc104927900 h 8 HYPERLINK l _Toc104927901 2.5.1 動(dòng)作分析 PAGEREF _Toc

10、104927901 h 9 HYPERLINK l _Toc104927902 2.5.3 手部工作原理 PAGEREF _Toc104927902 h 10 HYPERLINK l _Toc104927903 2.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc104927903 h 11 HYPERLINK l _Toc104927904 第3章 澆注機(jī)械手的手部設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc104927904 h 12 HYPERLINK l _Toc104927905 3.1 手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc104927905 h 12 HYPERLINK l _Toc10492790

11、6 3.1.1 手指的形狀和分類 PAGEREF _Toc104927906 h 12 HYPERLINK l _Toc104927907 3.1.2 手部夾緊液壓缸的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc104927907 h 13 HYPERLINK l _Toc104927908 3.2 手腕的自由度 PAGEREF _Toc104927908 h 17 HYPERLINK l _Toc104927909 3.3 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 PAGEREF _Toc104927909 h 17 HYPERLINK l _Toc104927910 3.3.1 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 PAGEREF _

12、Toc104927910 h 17 HYPERLINK l _Toc104927911 3.3.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 PAGEREF _Toc104927911 h 20 HYPERLINK l _Toc104927912 3.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc104927912 h 21 HYPERLINK l _Toc104927913 第4章 機(jī)械手尺寸設(shè)計(jì)與校核 PAGEREF _Toc104927913 h 23 HYPERLINK l _Toc104927914 4.1 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 PAGEREF _Toc104927914 h 23 HYPERLI

13、NK l _Toc104927915 4.1.1 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc104927915 h 23 HYPERLINK l _Toc104927916 4.1.2 尺寸校核 PAGEREF _Toc104927916 h 23 HYPERLINK l _Toc104927917 4.1.3 導(dǎo)向裝置 PAGEREF _Toc104927917 h 23 HYPERLINK l _Toc104927918 4.1.4 平衡裝置 PAGEREF _Toc104927918 h 24 HYPERLINK l _Toc104927919 4.2 手臂升降液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與

14、校核 PAGEREF _Toc104927919 h 24 HYPERLINK l _Toc104927920 4.2.1 尺寸設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc104927920 h 24 HYPERLINK l _Toc104927921 4.2.2 尺寸校核 PAGEREF _Toc104927921 h 24 HYPERLINK l _Toc104927922 4.3 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 PAGEREF _Toc104927922 h 25 HYPERLINK l _Toc104927923 4.3.1 尺寸設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc104927923 h 25 HYPER

15、LINK l _Toc104927924 4.3.2 尺寸校核 PAGEREF _Toc104927924 h 25 HYPERLINK l _Toc104927925 4.4 底座材料及尺寸的選定 PAGEREF _Toc104927925 h 26 HYPERLINK l _Toc104927926 4.5 底板螺栓的確定 PAGEREF _Toc104927926 h 27 HYPERLINK l _Toc104927927 4.5.1 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接 PAGEREF _Toc104927927 h 28 HYPERLINK l _Toc104927928 第5章 計(jì)算和選擇液壓

16、元件 PAGEREF _Toc104927928 h 31 HYPERLINK l _Toc104927929 5.1 閥的種類和功用 PAGEREF _Toc104927929 h 31 HYPERLINK l _Toc104927930 5.1.1 壓力控制閥 PAGEREF _Toc104927930 h 31 HYPERLINK l _Toc104927931 5.2 擬定液壓系統(tǒng) PAGEREF _Toc104927931 h 31 HYPERLINK l _Toc104927932 5.2.1 換向回路 PAGEREF _Toc104927932 h 31 HYPERLINK l

17、_Toc104927933 5.2.2 液壓系統(tǒng)的安全性 PAGEREF _Toc104927933 h 31 HYPERLINK l _Toc104927934 5.2.3 合成并完善液壓系統(tǒng) PAGEREF _Toc104927934 h 32 HYPERLINK l _Toc104927935 5.3 油泵的選擇 PAGEREF _Toc104927935 h 32 HYPERLINK l _Toc104927936 5.3.1 確定油泵的工作壓力 PAGEREF _Toc104927936 h 32 HYPERLINK l _Toc104927937 5.3.2 計(jì)算液壓泵的流量 PA

18、GEREF _Toc104927937 h 32 HYPERLINK l _Toc104927938 5.3.3 確定油泵所需要的電動(dòng)機(jī)功率 PAGEREF _Toc104927938 h 32 HYPERLINK l _Toc104927939 5.4 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置 PAGEREF _Toc104927939 h 33 HYPERLINK l _Toc104927940 5.4.1 油箱容積的確定 PAGEREF _Toc104927940 h 33 HYPERLINK l _Toc104927941 5.5 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置 PAGEREF _Toc104927941 h 34

19、 HYPERLINK l _Toc104927942 5.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc104927942 h 34 HYPERLINK l _Toc104927943 結(jié)論 PAGEREF _Toc104927943 h 35 HYPERLINK l _Toc104927944 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc104927944 h 36 HYPERLINK l _Toc104927945 致謝 PAGEREF _Toc104927945 h 38 第1章 緒論1.1 研究目的及意義重工業(yè)是世界第二大產(chǎn)業(yè)。設(shè)備制造業(yè)在我國(guó)屬鮮為人知的新興行業(yè)，是為國(guó)民生產(chǎn)設(shè)備并向國(guó)民日常生活中供應(yīng)

20、耐用消費(fèi)品的工業(yè)。無(wú)論是普通制造業(yè)，還是創(chuàng)新型制造業(yè)，都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械裝備，而機(jī)器工業(yè)所創(chuàng)造設(shè)備的效能、效率和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中各單位科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展有著重要的最直接的作用。所以機(jī)器制造業(yè)的數(shù)量和水平，是反映我國(guó)制造業(yè)力量和科技水平的最主要標(biāo)準(zhǔn)1。所以，當(dāng)今世界各方都將優(yōu)先發(fā)展機(jī)器制造商視為蓬勃發(fā)展自身經(jīng)濟(jì)社會(huì)的策略要點(diǎn)之中。工業(yè)機(jī)器手，是近數(shù)十年發(fā)展起來(lái)的一類高科技智能化制造裝置。工業(yè)機(jī)器手的發(fā)展是制造業(yè)機(jī)器人的一個(gè)主要分支。它的主要優(yōu)點(diǎn)是人可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)所有預(yù)期的作業(yè)目標(biāo)，在結(jié)構(gòu)和功能方面也兼具了人與機(jī)械各自的優(yōu)勢(shì)，特別反映了人的智慧性與適應(yīng)性。機(jī)械手操作的準(zhǔn)確率及其在

21、各類自然環(huán)境中進(jìn)行操作的能力，在社會(huì)主義國(guó)民經(jīng)濟(jì)各應(yīng)用領(lǐng)域都擁有著巨大的前途。澆注機(jī)械手是在農(nóng)業(yè)化機(jī)器自動(dòng)制造過(guò)程中蓬勃發(fā)展出來(lái)的一類新型設(shè)備。在現(xiàn)代制造流程中，由于機(jī)器手已經(jīng)被普遍的使用在自動(dòng)化工廠中。因此，機(jī)器人的研究與制造已經(jīng)成為高新技術(shù)鄰域內(nèi)的一項(xiàng)新技術(shù)，正在快速發(fā)展起來(lái)，使機(jī)器手能夠很好地完成其機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)融合。由于澆注機(jī)械手目前還遠(yuǎn)沒(méi)有人手那么靈巧，但是由于它有著能夠持續(xù)反復(fù)上班與勞力，不知疲倦，不畏風(fēng)險(xiǎn)，并且抓舉重物的能力遠(yuǎn)較人手力大的優(yōu)點(diǎn)，所以，機(jī)器手已經(jīng)引起了很多部門的注意，并日益普及進(jìn)行使用。機(jī)械手的專業(yè)技能涵蓋到了流體力學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、電子液壓科技、手動(dòng)控制、感應(yīng)

22、器科技以及計(jì)算機(jī)等科學(xué)研究領(lǐng)域，是一種跨學(xué)科的綜合專業(yè)技能2。澆注機(jī)械手還是一個(gè)有著可以自動(dòng)定位操控，且可反復(fù)編程而變化的多用途機(jī)械人，它具有多個(gè)自由度，可以用來(lái)移動(dòng)物體使其在各個(gè)不同環(huán)境下工作。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀機(jī)械手通常包括三種:第一種是完全不需人工操縱的通用性機(jī)械手部。它是一個(gè)單獨(dú)的，不依附于某一機(jī)床上的機(jī)械設(shè)備。它能夠按照任務(wù)的要求編制程序，并實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)規(guī)定的機(jī)械設(shè)備動(dòng)作。它的重要特征不僅僅是具有一般機(jī)械設(shè)備的基本特性，手部還具有通用機(jī)械性和記憶智能性。第二種則是必須人工才能做的，也叫做操控裝置。它來(lái)自于軍事工業(yè)，人們首先采用機(jī)械設(shè)備操縱器來(lái)進(jìn)行具體的加工，后來(lái)發(fā)展到采用無(wú)線電訊號(hào)操

23、縱裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)偵察月球等。在制造業(yè)中常用的鍛造操作裝置就處于這一領(lǐng)域。第三種是用專門機(jī)器手臂，主要是依附在自動(dòng)機(jī)床械或自動(dòng)線上，主要是用來(lái)完成機(jī)械上料，下料和工件運(yùn)輸3。這種機(jī)械手，在外國(guó)叫做Mechanical Hand，它通常是專門為主機(jī)所提供服務(wù)，由計(jì)算機(jī)驅(qū)使;除少數(shù)之外，工作程序通常是穩(wěn)定和專業(yè)化的。在外國(guó)，人類目前基本上是做第1類普通機(jī)械手，在外國(guó)稱之為機(jī)器人。本課題中所做的機(jī)械手，是專門為主機(jī)所提供服務(wù)的第三類機(jī)械手。機(jī)械手首先是在美國(guó)進(jìn)行研究的。一九五八年，美國(guó)聯(lián)合控制有限公司開(kāi)發(fā)出了第一種機(jī)器人手臂。它的基本構(gòu)造為:在機(jī)身上裝設(shè)一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，上部裝設(shè)電磁塊的工件抓放機(jī)關(guān)，系統(tǒng)為示教

24、形系統(tǒng)。一九六二年，國(guó)家統(tǒng)一控制集團(tuán)公司在以上方法中又試生產(chǎn)了一種數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商品名Unimate(即萬(wàn)能自動(dòng))。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿照蘇聯(lián)戰(zhàn)車炮塔，手臂具有轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰、及伸縮的性能，用液壓缸來(lái)進(jìn)行液壓驅(qū)動(dòng);控制器用磁鼓為儲(chǔ)能裝置。許多全球坐標(biāo)式普通機(jī)械手正是在這種技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展出來(lái)的。同年該企業(yè)又與普魯曼公司聯(lián)合組成了萬(wàn)能手動(dòng)股份公司，專職制造工業(yè)機(jī)械手。一九六二年，國(guó)家計(jì)算機(jī)制造有限公司也試驗(yàn)成功，這種機(jī)器叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手臂的中心支柱能夠旋轉(zhuǎn)、下降，使用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)作為示教再現(xiàn)型。盡管這兩個(gè)工業(yè)機(jī)械手臂都發(fā)生于六十年代初期，但也都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手臂發(fā)

25、展的重要基礎(chǔ)。一九七八年，美國(guó)Unimate集團(tuán)與斯坦福，以及麻省理工研究院合作開(kāi)發(fā)了Unimate-Vicarm系列化工業(yè)自動(dòng)化機(jī)器人，帶有小型電腦的控制系統(tǒng)，可以用來(lái)裝配工作，定位誤差范圍為1厘米。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)器制造廠從一九七零年就開(kāi)始使用機(jī)械設(shè)備，主要進(jìn)行起重搬運(yùn)、焊接以及機(jī)械設(shè)備的上料等工作。德國(guó)KnKa企業(yè)還制造了一款點(diǎn)焊機(jī)器人，大力從事于關(guān)節(jié)型架構(gòu)和程序管理。日本是目前是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、使用規(guī)模最大的發(fā)展中國(guó)家。于一九六九年在美軍引入二種機(jī)械手臂后大力進(jìn)行機(jī)械手臂的研制。從七十年代起蘇聯(lián)就開(kāi)始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手技術(shù)，至一九七七年底，其一部分為國(guó)產(chǎn)，另一部分為進(jìn)口3。目前，我國(guó)工業(yè)機(jī)器

26、人大多還處于第1代，主要是通過(guò)工人完成生產(chǎn)管理;改進(jìn)的方面重點(diǎn)是降低價(jià)格和提升生產(chǎn)精度。第二種類型的機(jī)械手正在逐步研發(fā)。它還裝有微型的電子計(jì)算控制器，具備視、觸摸能力，甚至讀、想資料的能力。通過(guò)研究安裝的電子感應(yīng)器，將所感知到的信息反饋，從而使機(jī)械手具備了感知功能。第3代機(jī)械手，已能獨(dú)自順利完成工作中過(guò)程中的各項(xiàng)任務(wù)。它同電腦和電視裝置保持著聯(lián)系，并逐步進(jìn)一步發(fā)展成柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性生產(chǎn)單元FMC中的重要一環(huán)?，F(xiàn)代制造業(yè)中，隨著工業(yè)生產(chǎn)流程的高度機(jī)械化，工廠自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ裙I(yè)連續(xù)性制造流程的自動(dòng)化，已基本得以實(shí)現(xiàn)。而在傳統(tǒng)機(jī)器制造業(yè)中，機(jī)械加工、組裝和生產(chǎn)過(guò)程是不連續(xù)的。

27、因此，由于包裝、搬運(yùn)等這些工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手技術(shù)正是為了完成上述工藝的自動(dòng)化而誕生的。有資料統(tǒng)計(jì):美國(guó)偏向于毛坯制造，而日本則偏向于加工。但由于工業(yè)機(jī)器手科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，使用的對(duì)象還會(huì)有變化。機(jī)械手的應(yīng)用正逐步的擴(kuò)大，自進(jìn)入到本世紀(jì)以來(lái)，興起較多的新技術(shù)，如電子應(yīng)用，電腦技術(shù)和生物科學(xué)等，而這些技術(shù)的出現(xiàn)都可運(yùn)用到機(jī)械手的設(shè)計(jì)當(dāng)中去，從而使機(jī)械手設(shè)備中擁有新的力量，對(duì)機(jī)械手的整體性能有很大的提升，根據(jù)機(jī)械手的先進(jìn)程度來(lái)看，國(guó)內(nèi)的科技水平發(fā)展進(jìn)步明顯，取得的成果較大。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的機(jī)械手類型比較多，所應(yīng)用的場(chǎng)合越來(lái)越多。列舉其中幾個(gè)機(jī)械手應(yīng)用的例子進(jìn)行分析3：（1）2020年，于寧?kù)o在自

28、動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用相關(guān)期刊發(fā)表生產(chǎn)線搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中介紹了“該設(shè)計(jì)為兩自由度機(jī)械手，配合傳送帶輸送線實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)，其運(yùn)動(dòng)軌跡比較簡(jiǎn)單。將兩條不相連接的傳送帶傳輸?shù)奈锲愤M(jìn)行搬運(yùn)，機(jī)械手具備自主檢測(cè)的能力，感應(yīng)物料的位置，待檢測(cè)到物料輸送到指定位置，機(jī)械手立即將物料夾取，以主臂為核心，旋轉(zhuǎn)至另一條輸送帶放物料。其旋轉(zhuǎn)角度范圍為0270，相較于普通機(jī)械手的靈活性更高，適用于生產(chǎn)線等重復(fù)率高、靈活性要求較高的小型輕載場(chǎng)合的搬運(yùn)?！?；（2）2020年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)生田玉嬌，根據(jù)沖壓機(jī)床的工作場(chǎng)合，設(shè)計(jì)一款單臂式?jīng)_壓搬運(yùn)機(jī)械手?？紤]到實(shí)際工作的場(chǎng)合，該機(jī)械手主要采用氣壓驅(qū)動(dòng)，其結(jié)合沖床之間裝料、卸

29、料的步驟，以及相關(guān)其他操作的流程，針對(duì)性的完成沖壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)定。該機(jī)械手置于沖壓流水線的中間位置，待檢測(cè)到?jīng)_壓機(jī)床完成零件沖壓，機(jī)械手自動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝拆及搬運(yùn)，且根據(jù)系統(tǒng)控制，將工件移動(dòng)到下一道工序。單臂式結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，占地面積小，非常適用于工廠流水線的應(yīng)用。根據(jù)調(diào)查相關(guān)數(shù)據(jù)可知，國(guó)內(nèi)在機(jī)械手的應(yīng)用上以及設(shè)計(jì)上都獲得了較為明顯的成果，而相比較國(guó)外那些發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)看，存在差距并不小，差距最大的地方就是在技術(shù)水平上，開(kāi)始研究設(shè)計(jì)的時(shí)間較晚，并未投入較多的時(shí)間進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，很多的企業(yè)都是依靠進(jìn)口國(guó)外先進(jìn)的機(jī)械手設(shè)備來(lái)投入生產(chǎn)，不優(yōu)先選擇國(guó)內(nèi)的設(shè)備，而國(guó)外的設(shè)備成本上雖高很多，但能夠提升較高的生產(chǎn)效率。而

30、國(guó)內(nèi)現(xiàn)如今還存在不少的機(jī)械手工作效率偏低，投入應(yīng)用的也不高，所以國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)有限考慮的都不是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)械手。從相關(guān)調(diào)查的數(shù)據(jù)中可了解到，很多的機(jī)加工行業(yè)都是合資性質(zhì)，應(yīng)用到的技術(shù)多數(shù)是依靠國(guó)外引進(jìn)，而國(guó)內(nèi)無(wú)法從中獲得核心技術(shù)，因此一些企業(yè)單位就通過(guò)花費(fèi)高價(jià)來(lái)購(gòu)得機(jī)械手回來(lái)之后進(jìn)行拆解研究、仿制生產(chǎn)。注塑制造行業(yè)需依靠機(jī)械手才可使注塑生產(chǎn)過(guò)程完成的較好，這也是國(guó)內(nèi)無(wú)法真正的掌握機(jī)械手的核心技術(shù)而造成的，最終是注塑制造行業(yè)的發(fā)展變得較慢。而在近些年，國(guó)內(nèi)在機(jī)械手領(lǐng)域已獲取到相當(dāng)高的成就，在設(shè)計(jì)水平上有了大幅度的提升，而生產(chǎn)效率同樣提升很大4。除能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)化運(yùn)行，在成本上也有所降低，機(jī)械手

31、的不斷發(fā)展對(duì)整個(gè)制造行業(yè)的發(fā)展起到不小的推動(dòng)作用。1.3主要研究?jī)?nèi)容通過(guò)搜集相關(guān)機(jī)械手研究的資料，結(jié)合鑄造車間流水線的工作場(chǎng)地、搬運(yùn)流程以及毛坯重量等，確定本次設(shè)計(jì)的初始參數(shù)?？紤]到生產(chǎn)成本問(wèn)題，本次機(jī)械手設(shè)計(jì)多以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)零件為主，部分采用非標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)主體結(jié)構(gòu)方案以及配合尺寸，設(shè)計(jì)非標(biāo)件的尺寸、選材以及相關(guān)計(jì)算校核，配合繪圖軟件CAD完成零件圖、裝配圖。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次研究主要內(nèi)容包含如下幾點(diǎn)：一.手部設(shè)計(jì)與相關(guān)運(yùn)算； 二.手腕設(shè)計(jì)與相關(guān)運(yùn)算； 三.手臂設(shè)計(jì)與相關(guān)運(yùn)算； 四.回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)。第2章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成2.1 機(jī)械手基本參數(shù)與自由度選擇1.澆包的最大容量8公斤2.自由度

32、數(shù)3個(gè) 3.坐標(biāo)型式：球坐標(biāo)4.回轉(zhuǎn)角：110，俯仰角545.澆包的最大傾轉(zhuǎn)角為706.驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)。綜合國(guó)內(nèi)常用機(jī)械手資料已知，其按照坐標(biāo)形式可分成四大類：直角形、圓柱形、球形、關(guān)節(jié)形，且按照其工作范圍適用的場(chǎng)合也不同，則：直角形：其連接處結(jié)構(gòu)形式為直角形狀，多作直線移動(dòng)，國(guó)內(nèi)應(yīng)用率較高，維修簡(jiǎn)單，可用場(chǎng)合較多；圓柱形：其連接處結(jié)構(gòu)形式為圓柱形狀，可直接實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，與直角形相比，結(jié)構(gòu)形式相對(duì)復(fù)雜，需精心維護(hù)，靈活性較高，適用于大批量鍛壓等重復(fù)性搬運(yùn)工種；球形：其連接處結(jié)構(gòu)形式為球形狀，摩擦系數(shù)較大，與球形相比，結(jié)構(gòu)形式類似，對(duì)于搬運(yùn)較重的物體，增大摩擦，降低使用壽命，制造成本較高，適用于

33、小批量、較輕工件搬運(yùn)；關(guān)節(jié)形：其連接處結(jié)構(gòu)形式為關(guān)節(jié)形狀，相對(duì)上述三類坐標(biāo)機(jī)械手，其靈活性最高，結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，對(duì)零件及結(jié)構(gòu)裝配的要求較高，因此，市場(chǎng)多用于小空間、靈活性要求較高的場(chǎng)合。結(jié)合流水線的工作空間、搬運(yùn)工件質(zhì)量、設(shè)計(jì)成本等要求，鑒于其所需搬運(yùn)要求簡(jiǎn)單，需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度，所以，最終采用第三種坐標(biāo)形式-球形。2.2 機(jī)械手的組成由文獻(xiàn)可知6機(jī)械手系統(tǒng)主要由運(yùn)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器三個(gè)部分所構(gòu)成。其構(gòu)成和相互關(guān)系，如圖2-2所示。一.執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖2-2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖（1）手部手部安裝于手腕的最前端。手腕的內(nèi)孔中裝有旋動(dòng)軸，能將動(dòng)作傳到手指，用以旋轉(zhuǎn)、伸屈手腕，并開(kāi)閉手指。機(jī)械手手部的基本結(jié)構(gòu)在

34、于模仿人的手指頭，包括了無(wú)關(guān)節(jié)，穩(wěn)定關(guān)節(jié)和自主關(guān)節(jié)三類。指頭的數(shù)量也可分成二指、三指和四指等，當(dāng)中又以二指用的次數(shù)最多。可按照所夾持對(duì)象的形態(tài)和尺度配置各種形態(tài)和程度的夾頭，以滿足使用要求。本課所做的機(jī)械手采用二指形狀，手部示意圖如2-3所示：圖2-3 手部示意圖（2）手臂手臂有兩種：無(wú)關(guān)節(jié)式和有關(guān)節(jié)式手臂本課所做的機(jī)械手的手臂采用無(wú)關(guān)節(jié)式手臂手臂的主要功能是促使指頭正確的把握工件，并傳遞到所要求的部位上。為使機(jī)械手可以更精確的工作，機(jī)械手臂的三個(gè)自由度都在必須精確的位置。本課題所要作的機(jī)械手，在手臂的上升、下落、前伸、倒退、左拐、右拐三個(gè)方面的位置都通過(guò)行程開(kāi)關(guān)控制，以提高定位的準(zhǔn)確性。軀干

35、是支撐手臂、動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支柱。具體手臂示意圖如2-4所示：圖2-4 手臂示意圖2、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)大致有四類:液壓驅(qū)動(dòng)器、氣壓驅(qū)動(dòng)器、電力驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械驅(qū)動(dòng)器。其中又以液壓驅(qū)動(dòng)器用的最多，約占有百分之九十以上，而電力、機(jī)械驅(qū)動(dòng)器用的則相對(duì)少。液壓驅(qū)動(dòng)器主要是利用汽缸、閥、水泵和油缸等進(jìn)行傳動(dòng)的。它利用汽缸、電動(dòng)機(jī)，加上齒輪、齒條進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng);利用擺動(dòng)氣缸、電器與減速機(jī)、油缸與齒條、牙輪或鏈條、鏈輪等，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)器的好處是電壓高、容積小、輸入出力大、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，能無(wú)級(jí)變速器，自鎖簡(jiǎn)單，且可在中間區(qū)域停車。但缺點(diǎn)則是必須設(shè)置電源電壓且成本也比較高。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所使用的基本單元為液壓

36、缸、液壓電機(jī)、氣閥等。通常使用四到六個(gè)大液壓，但是個(gè)別的也可以達(dá)到八到十個(gè)大液壓。它的優(yōu)勢(shì)是氣源設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，保養(yǎng)簡(jiǎn)便，成本低廉。但不足之處是輸送能力小，且尺寸大。而且因?yàn)榭諝獾膲嚎s系數(shù)較大，靠近中心的位置很難停止，所以必須僅能用點(diǎn)位控制，且空氣潤(rùn)滑性很差，而且液壓控制系統(tǒng)還易生銹。為降低停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的撞擊，液壓控制系統(tǒng)配備機(jī)速調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及緩沖機(jī)構(gòu)。電氣驅(qū)動(dòng)以前使用并不多?，F(xiàn)在一般使用三相感應(yīng)發(fā)電機(jī)做為引擎，用最大減速器來(lái)推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu);直線運(yùn)動(dòng)時(shí)一般選用馬達(dá)推動(dòng)絲杠。而普通機(jī)械手可選擇使用步進(jìn)電機(jī)、直流或交換的伺服馬達(dá)、變速器等機(jī)械驅(qū)動(dòng)的好處是動(dòng)力源單一，維護(hù)，使用方便。而且傳動(dòng)方式和控制器都可使用統(tǒng)

37、一型式的機(jī)械驅(qū)動(dòng)，力量輸出也比較高;但不足之處是機(jī)械驅(qū)動(dòng)速度較慢。機(jī)器驅(qū)動(dòng)器通常只使用在穩(wěn)定的工作場(chǎng)所。通常用凸輪連桿完成規(guī)定的動(dòng)態(tài)。它的優(yōu)勢(shì)是動(dòng)作確實(shí)可靠，且轉(zhuǎn)速較高，成本低;但劣勢(shì)則是速度無(wú)法調(diào)節(jié)。本課題中所做的機(jī)械手用電動(dòng)機(jī)牽引絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)完成手腕的向上、下滑方面。包括了手腕的左拐、右轉(zhuǎn)、手腕的夾緊、放松等主要方面。3、控制系統(tǒng)機(jī)械手控制的基本條件：包括工作次序、到達(dá)地點(diǎn)、動(dòng)作時(shí)間和加速度等?？刂破饕部舍槍?duì)動(dòng)作的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)或使用數(shù)值方式進(jìn)行控制。先要編制程序進(jìn)行儲(chǔ)存，之后再按照指定的程式，通過(guò)操控機(jī)器手完成工作。2.3 工作要求由文獻(xiàn)可知6機(jī)械手的工藝流程：圖2-5 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

38、及工作過(guò)程分析可知，澆注機(jī)械手系統(tǒng)的控制過(guò)程為：系統(tǒng)開(kāi)啟后首先檢測(cè)機(jī)械手是否在初始位置（即小臂在上端、大臂伸出、手爪松開(kāi)）小手臂下降手爪夾緊小手臂上升大手臂收縮手腕旋轉(zhuǎn)90度放料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)90度手腕旋轉(zhuǎn)90度大手臂伸出小手臂下降手爪松開(kāi)大手臂收縮機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)90度大手臂伸出手爪夾緊小手臂上升大手臂收縮手腕旋轉(zhuǎn)90度拾取完成。2.4 系統(tǒng)組成本機(jī)基本系統(tǒng)是由機(jī)體，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)力源和操控設(shè)備四部分構(gòu)成。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)功能主要由可伸縮的單臂和抓緊部分所組成，而動(dòng)力源主要分為液壓傳動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)二種方式，構(gòu)成控制系統(tǒng)的功能則主要由自動(dòng)控制和全自動(dòng)控制系統(tǒng)所構(gòu)成。2.5 具體采用方案畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的是要將我

39、們所學(xué)到的比較零散的知識(shí)匯總起來(lái)，并加以靈活運(yùn)用?，F(xiàn)在的大趨勢(shì)是機(jī)電合一，所以，我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要求我們把機(jī)、電、液三者結(jié)合起來(lái)?！皺C(jī)也就是指機(jī)械，而機(jī)械手的工作步驟一般包括以下五個(gè)階段：手臂的前伸后縮、手臂的上升下降，手指的夾緊松開(kāi)、手臂的左旋右轉(zhuǎn)、小車的向前倒退。在五部分中是通過(guò)機(jī)械實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的向上下滑運(yùn)動(dòng)，也就是在本課題中要做的機(jī)械手通過(guò)電動(dòng)機(jī)和絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)完成手臂的向上、下滑方面。滾珠螺桿傳動(dòng)原理是在絲杠與螺紋滾道中間裝入大小適當(dāng)?shù)臐L珠，使螺紋與絲扣相互之間形成滑動(dòng)磨擦。絲桿傳動(dòng)原理是帶動(dòng)滾珠繞螺絲的扣軌道滑動(dòng)。而滾珠螺線傳動(dòng)和滑動(dòng)螺線傳動(dòng)和其他直線運(yùn)動(dòng)副比較，具有如下優(yōu)點(diǎn):（1

40、）有著較高的傳送效率一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效能約為百分之八十五百分到百分之九十八，是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠副的三至四倍。（2）運(yùn)動(dòng)平緩滾動(dòng)摩擦力近似為常數(shù)，因此起動(dòng)和運(yùn)行的磨擦應(yīng)力差異極小。啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊，低速時(shí)無(wú)爬行。（3）能量預(yù)充預(yù)緊后可減少間隔產(chǎn)生過(guò)盈，增加接觸強(qiáng)度和傳動(dòng)精度。同時(shí)產(chǎn)生的沖擊力矩也不大（4）工作壽命長(zhǎng)滾珠絲杠螺母副的磨擦表面均為高硬度、高質(zhì)量，因此具備較長(zhǎng)的操作生命周期和高精度性能。壽命大約是滑動(dòng)絲杠副的四到十倍。（5）定位精度和重復(fù)定位精度高由于滾珠絲杠的副摩擦系數(shù)較小、溫升小、無(wú)爬行、無(wú)縫隙，能夠采用預(yù)緊和預(yù)拉長(zhǎng)的方式進(jìn)行補(bǔ)償，所以，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的位置精確度和重復(fù)定位精確度。（6）

41、同步性好用幾套同樣的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)著一些同樣的運(yùn)動(dòng)機(jī)件，進(jìn)而來(lái)達(dá)到較好的同步運(yùn)動(dòng)。（7）耐用性高潤(rùn)滑密封設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)易，維護(hù)簡(jiǎn)便。（8）不自鎖一般做垂直運(yùn)動(dòng)，還需要在控制系統(tǒng)中增加自鎖的電子制動(dòng)裝置。（9）經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性差，價(jià)格高因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)過(guò)程很復(fù)雜，所以制作的高價(jià)格也往往以mm計(jì)量。經(jīng)過(guò)計(jì)算，選擇如下：型號(hào)為：Y803-3輸出功率為：1.1W絲杠型號(hào)為：Tr4072.5.1 動(dòng)作分析澆注機(jī)械手的機(jī)械組織就是指它的運(yùn)行控制系統(tǒng)，指澆注機(jī)械手抓握工件、完成動(dòng)作和各種運(yùn)動(dòng)的主要機(jī)械部件。機(jī)械部件主要分為手臂的伸縮，手臂升降，和腰轉(zhuǎn)部分以及機(jī)座和行走機(jī)構(gòu)。具體工作布局圖如圖2-6所示圖2-6 機(jī)械手工作

42、布局圖2.5.2 驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)隨著國(guó)內(nèi)科技發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)形式有很多類，但目前普及性較高的為三種：（1）氣動(dòng)式：由油液、油管、閥等液壓元件組成，驅(qū)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定，可應(yīng)用于重載場(chǎng)合搬運(yùn)。但油液屬于流通性較高的介質(zhì)，隨著零部件擠壓容易產(chǎn)生泄露，令環(huán)境污染，不適用于無(wú)塵、無(wú)污染的工作空間；（2）電機(jī)式：為中、小型機(jī)械設(shè)備最常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)其余零部件轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。若過(guò)熱、過(guò)度使用電機(jī)，會(huì)大大縮短電機(jī)使用壽命，更換成本較高，不適合流水線工作場(chǎng)所；（3）液壓式：可單獨(dú)應(yīng)用于每個(gè)結(jié)構(gòu)位置，不影響每個(gè)部位的驅(qū)動(dòng)性能，且液體屬于可循環(huán)利用資源，應(yīng)用成本低，多應(yīng)用于無(wú)塵、無(wú)污染的工作空間。 結(jié)合流

43、水線的工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)框架、設(shè)計(jì)成本等要求，本次設(shè)計(jì)采用第三種驅(qū)動(dòng)方案液壓式。2.5.3 手部工作原理由文獻(xiàn)可知6手部:包含杠桿手指，以及單向作用式的握緊油缸等。其工作機(jī)理:當(dāng)物品到達(dá)手指空間時(shí)，由拉桿所推動(dòng)的杠桿手指旋轉(zhuǎn)，從而完成抓持或松弛運(yùn)動(dòng)。（1）手臂的前伸后縮手臂的前伸后縮部分是由直線油缸帶動(dòng)完成。在直線油缸工作時(shí)會(huì)通過(guò)對(duì)活塞桿行程的改變，實(shí)現(xiàn)手臂的自由伸縮運(yùn)動(dòng)。（2）手臂的上升下降臂的左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)，是由發(fā)電機(jī)、絲桿驅(qū)動(dòng)副、支柱等組件所構(gòu)成。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以利用聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)絲桿，因?yàn)榻z桿來(lái)螺栓和螺母周受立柱的徑向旋轉(zhuǎn)影響，所以螺栓和螺母周及手臂架都可以做上下運(yùn)動(dòng)。（3）腰轉(zhuǎn)部分腰轉(zhuǎn)部分

44、是由由轉(zhuǎn)盤和旋轉(zhuǎn)油缸所構(gòu)成。壓力燃油流入旋轉(zhuǎn)油缸時(shí)，旋轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，并利用活塞桿的伸縮推動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而完成了機(jī)械手的左右旋轉(zhuǎn)。（4）運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般是由電機(jī)齒輪和帶輪等所構(gòu)成。在發(fā)電機(jī)運(yùn)作時(shí)，利用管輪、帶輪的傳動(dòng)。使得小車的輪子旋轉(zhuǎn)，以便完成行駛。2.6 本章小結(jié)本章對(duì)澆注機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，說(shuō)明了澆注機(jī)械手的工作原理，工作流程，以及選取電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及確定參數(shù)，后又結(jié)合流水線的工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)框架、設(shè)計(jì)成本等要求，設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)方案液壓式。 第3章 澆注機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)3.1 手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)針對(duì)現(xiàn)有機(jī)械手，結(jié)合工件形狀、性能等要求，分析常見(jiàn)型機(jī)械手手部的區(qū)別，例舉相關(guān)手部結(jié)構(gòu)

45、圖形如圖3-1所示：a.通過(guò)氣泵進(jìn)氣、出氣帶動(dòng)吸盤實(shí)現(xiàn)吸、放，對(duì)工件表面粗糙度有一定要求，不適用于多邊形物件的搬運(yùn)；b.三個(gè)手指以支柱為中心均勻分布，通過(guò)伸縮立柱上端活動(dòng)套帶動(dòng)連接桿調(diào)節(jié)手爪的縮放，成自定心狀態(tài)。但抓取接觸面較小，適用于多邊形、圓形等點(diǎn)接觸工件的搬運(yùn)；c.多設(shè)計(jì)成卡鉗式，與自定心式卡爪工作原理類似，主要應(yīng)用在中小型工件搬運(yùn)。調(diào)查市場(chǎng)，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式為鰲夾式、板夾式等卡鉗式；d.帶工業(yè)形式的手部結(jié)構(gòu)，例如噴嘴式等，其性能相對(duì)固定，實(shí)用性不高，相對(duì)于小型代加工廠不太適用，因此，流通性較低。 a 氣動(dòng)式真空吸盤式手部 b 自定心卡式手爪 c.鉗式手爪 d.特殊工種手爪圖3-1 機(jī)械手

46、爪圖3.1.1 手指的形狀和分類夾持形式也是最普遍的一類一般分為兩指式、多指式和雙手雙指式：按指尖所抓取工件的部位，又可分成內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩類，根據(jù)手指運(yùn)動(dòng)的不同，指尖可以分為兩個(gè)分支，二個(gè)分支轉(zhuǎn)換和運(yùn)動(dòng)（或直接），其中兩個(gè)分支是最基礎(chǔ)的。二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)之間的間隔縮短至無(wú)限時(shí)，便構(gòu)成了一個(gè)支點(diǎn)回轉(zhuǎn)指；同理，二根手指的直徑也是無(wú)窮大，這就是移動(dòng)?；剞D(zhuǎn)式指針具有自啟、閉角度小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。它的應(yīng)用很少見(jiàn)，它的構(gòu)造更是更加的復(fù)雜有力，在不受其軸的偏移的情況下，通過(guò)移動(dòng)指頭來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑的零件的抓取8。（1）擁有充足的夾緊力在測(cè)量手指的握持力時(shí)，既要注意到物體本身的

47、質(zhì)量，又要注意傳遞或運(yùn)行中的慣性和震動(dòng)，防止零件發(fā)生松散或掉落。（2）手指間要保持一定的開(kāi)閉角二指之間打開(kāi)和緊閉的二個(gè)極限區(qū)域之間所夾的角，叫做指頭的開(kāi)閉角。大拇指的開(kāi)閉角應(yīng)確保與刀具能順暢接觸或脫開(kāi)，但如果夾持不同口徑的刀具，則按大口徑的刀具參考。對(duì)移動(dòng)型大拇指，還有開(kāi)閉范圍的規(guī)定。（3）精準(zhǔn)定位工件為了使手指頭與被夾持工件處于正確的距離方位，就需要根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇適當(dāng)?shù)氖种割^形態(tài)。因此，圓柱形工件使用了帶有V形面的手指，方便于手動(dòng)定心。（4）擁有足夠的剛度與強(qiáng)度手指除了接受被夾持式工件的反作用力以外，還要接受機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)工作過(guò)程中所形成的反慣力和振動(dòng)的負(fù)面影響，因此需要有適當(dāng)?shù)挠?/p>

48、度和剛性以防折斷或扭轉(zhuǎn)等變化，因此，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕重量，并將手的運(yùn)動(dòng)重心放在手指的旋轉(zhuǎn)軸線上，這樣可以減少腕部的扭矩。（5）考慮被抓取對(duì)象的要求針對(duì)機(jī)械手的實(shí)際工作需求，經(jīng)過(guò)對(duì)比，我們所選擇的機(jī)器人臂的手指頭構(gòu)成為一支點(diǎn)，兩指回轉(zhuǎn)型后，因?yàn)楣ぜ际菆A柱狀，故將手指頭造型設(shè)計(jì)為V型。3.1.2 手部夾緊液壓缸的設(shè)計(jì)1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算本課題中液壓機(jī)械手的手部構(gòu)造如圖3-2所示：圖3-2 齒輪齒條式手部其工件重量=8kg，V形手指的角度，摩擦系數(shù)為（1）依據(jù)手部構(gòu)造的驅(qū)動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: （3-1）（2）依據(jù)指尖所抓住工件的方向，便可得到握力計(jì)算公式方法: （3-2）所以代入式（3-1）得

49、245N（3）實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:2、因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，所以取，且取。如果被抓取工件的最大加速度取時(shí)，那么:故：所以在夾持工件時(shí)所要求夾緊液壓缸的最高推動(dòng)力為。3、液壓缸直徑由文獻(xiàn)可知8本氣缸屬單向功能氣缸?；诹仄胶庠?，在單向相互作用下液壓缸活塞桿上的出口推動(dòng)力與需要接受彈簧的反作用力以及活塞桿工作時(shí)的總壓力有關(guān)，其公式為： （3-3）式中 活塞桿向上的推力N彈簧的反作用力N液壓缸工作時(shí)的總阻力N液壓缸工作壓力Pa彈簧反作用按下式計(jì)算： （3-4） （3-5） （3-6）式中 彈簧剛度，N/m彈簧預(yù)壓縮量，m活塞行程，m彈簧鋼絲直徑，m彈簧平均直徑，m彈簧有效圈數(shù)，彈簧材料剪切模量，N

50、在設(shè)計(jì)中，由文獻(xiàn)可知8必須考慮負(fù)載率的影響，則： （3-7）由文獻(xiàn)可知8單向作用液壓缸的直徑： （3-8）代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得所以:由文獻(xiàn)可知8得由，可得活塞桿直徑:圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式 （3-9）有:其中：，則:滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。3、缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接受到壓縮壓力，要求有足夠厚度。一般的液壓缸，缸筒壁厚薄與內(nèi)徑之比小于或超過(guò)十分之一時(shí)，它的厚度可按薄壁筒公式推算由文獻(xiàn)可知8: （3-10）式中 缸筒壁厚，mm液壓缸內(nèi)徑，mm實(shí)驗(yàn)壓力，Pa材料為：ZL3，=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:mm3.2 手腕的自由度手臂是指連結(jié)手部與手臂之間的機(jī)械部分，它的主要功能

51、是控制或影響自身的定位，因此它擁有獨(dú)立的自由度，從而使機(jī)械手臂滿足不同的操作條件。手臂自由度的選擇，與機(jī)械手臂的通用性、生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)、工件安裝方向，以及定位精度等多種原因密切相關(guān)。因?yàn)楸緳C(jī)器人所抓取的工件為水平位置，因此必須充分考慮到通用性，所以必須在手臂進(jìn)行一個(gè)圍繞著x軸線轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，才可以達(dá)到操作的要求目前進(jìn)行手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，目前使用最大的是旋轉(zhuǎn)油(氣)罐，所以我們可以選用旋轉(zhuǎn)液壓缸。它的結(jié)構(gòu)比較緊湊，但旋轉(zhuǎn)高度小，而且要求一定的密封性9。3.3 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算3.3.1 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)都是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起

52、動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩.圖3-2所示為手腕受力的示意圖。1工件；2手部；3手腕圖3-3 手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)由文獻(xiàn)可知9手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算: （3-11）式中 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩慣性力矩參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 軸線所產(chǎn)生的偏重力矩手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩下面手腕受力情況，由文獻(xiàn)可知9分析各阻力矩的計(jì)算：1.手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M如果手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，

53、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為，那么： （3-12）式中 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為: （3-13）式中 工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量工件的重量(N)工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm) 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s)起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s)起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)2、由文獻(xiàn)可知9手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏+ （3-14）式中 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N)從手腕轉(zhuǎn)動(dòng)部件的中心到軸線的離心距離(cm)由文獻(xiàn)可知9當(dāng)生產(chǎn)工件的中心和手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸重合時(shí)，則3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻

54、力矩 （3-15）式中 轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm)摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滑動(dòng)軸承;，處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，由文獻(xiàn)可知9，得: （3-16） 同理，根據(jù)(F)，得： 式中 重量(N)，長(zhǎng)度尺寸(cm)3.3.2 回轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)液壓缸，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把氣腔分隔成兩個(gè).當(dāng)壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出9。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。單葉液壓缸的壓力P驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為: （3-17） （3-18）3.3.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核

55、1.尺寸設(shè)計(jì)液壓缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為，液壓缸內(nèi)徑為=96mm，半徑，軸徑=26mm，半徑，液壓缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間=0.1s，壓強(qiáng)，由文獻(xiàn)可知10力矩： （3-19）2.尺寸校核（1）測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量，分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=0.0125（kg.m2）工件的質(zhì)量為5，質(zhì)量分布于長(zhǎng)的棒料上，由文獻(xiàn)可知10轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：如果工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，那么對(duì)于長(zhǎng)的棒料來(lái)說(shuō)，最大偏心距，由文獻(xiàn)可知10轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（2）手腕旋轉(zhuǎn)件和物體的偏重對(duì)旋轉(zhuǎn)主軸所形成的偏重力矩為M偏，要考察手腕旋轉(zhuǎn)件中心與旋轉(zhuǎn)主軸的重疊，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線

56、，則：+ （3-20）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為，對(duì)于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滑動(dòng)軸承=0.1，為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑，為軸頸處的支承反力，粗略估計(jì)， （3-21）4回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處，封閉安裝的磨擦阻力矩M封，與所采用的密襯安裝的型式相關(guān)，由文獻(xiàn)可知10為的3倍，3 （3-22） （3-23）設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。3.4 本章小結(jié)本章對(duì)于澆注機(jī)械手的手部進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定了手部結(jié)構(gòu)的類型以及各手部零件的相關(guān)尺寸參數(shù)，進(jìn)而完成了手腕，回轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算及尺寸校核。第4章 機(jī)械手尺寸設(shè)計(jì)與校核4.1 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核4.1.1 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)手臂伸縮

57、液壓缸，是由煙臺(tái)液壓元件廠設(shè)計(jì)制造的，參照根據(jù)本企業(yè)設(shè)計(jì)制造的所有產(chǎn)品的構(gòu)造特征，以及規(guī)格技術(shù)參數(shù)，根據(jù)本產(chǎn)品的具體特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)液壓缸為CTA系統(tǒng)液壓缸，標(biāo)準(zhǔn)尺寸產(chǎn)品的初選內(nèi)徑比100/6311。4.1.2 尺寸校核當(dāng)校核尺寸時(shí)，僅需校核液壓缸內(nèi)徑=63mm，內(nèi)切圓半徑R=31.5mm的液壓缸的長(zhǎng)度滿足使用條件即可，其壓強(qiáng)，由文獻(xiàn)可知11驅(qū)動(dòng)力： （4-1）測(cè)定手腕質(zhì)量為50kg，設(shè)計(jì)加速度，由文獻(xiàn)可知11慣性力： （4-2）由文獻(xiàn)可知11考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) （4-3）總受力 （4-4）所以標(biāo)準(zhǔn)CTA液壓缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求11。4.1.3 導(dǎo)向裝置液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂在完成

58、伸縮動(dòng)作時(shí)，要避免臂部繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并保持手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的扭轉(zhuǎn)力矩影響，以提高臂部的剛度。在設(shè)置臂部構(gòu)造時(shí)，應(yīng)該按要求使用引導(dǎo)設(shè)備12。所有的安裝形式都應(yīng)該按照本設(shè)計(jì)的具體構(gòu)造和抓取物體重量等各種因素來(lái)決定，并且在總體設(shè)計(jì)和布置上還需要盡量減少運(yùn)動(dòng)部分的自重和降低對(duì)旋轉(zhuǎn)中心的慣量。引導(dǎo)桿設(shè)置目前最常使用的設(shè)備有單引導(dǎo)桿，雙引導(dǎo)桿，四引導(dǎo)桿等，在本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用了單引導(dǎo)桿來(lái)提高臂部的強(qiáng)度和引導(dǎo)力13。4.1.4 平衡裝置在本設(shè)計(jì)中，為使臂部的兩頭都能充分達(dá)到重量矩均衡狀態(tài)，通過(guò)降低抓手一側(cè)重量矩對(duì)穩(wěn)定性的負(fù)面影響，故在將臂部伸出向液壓缸一邊增設(shè)了均衡設(shè)置，設(shè)置內(nèi)還加放了砝碼，而砝

59、碼塊的品質(zhì)依據(jù)所抓取物的載荷，以及液壓缸的工作參數(shù)視情況而進(jìn)行了調(diào)整，務(wù)必使兩頭都充分達(dá)到均衡14。4.2 手臂升降液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核4.2.1 尺寸設(shè)計(jì)液壓缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=118mm，液壓缸內(nèi)徑為=110mm，半徑R=55mm，液壓缸運(yùn)行速度，加速度時(shí)間=0.1s，壓強(qiáng)p=0.4MPa，由文獻(xiàn)可知15驅(qū)動(dòng)力： （4-5）4.2.2 尺寸校核由文獻(xiàn)可知15測(cè)定手腕質(zhì)量為80kg，那么重力為： （4-6）由文獻(xiàn)可知15設(shè)計(jì)加速度，那么慣性力為： （4-7）由文獻(xiàn)可知15考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)， （4-8）由文獻(xiàn)可知16總受力 （4-9）所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。4.3 手臂

60、回轉(zhuǎn)液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核4.3.1 尺寸設(shè)計(jì)液壓缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為mm，液壓缸內(nèi)徑為mm，半徑R=105mm，軸徑mm半徑mm，液壓缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間0.5s，壓強(qiáng)Mpa由文獻(xiàn)可知16力矩： （4-10） 4.3.2 尺寸校核測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量kg，分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑mm的圓盤上，由文獻(xiàn)可知16轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （4-11） （） （4-12）由于考慮到軸承，油封之間的摩擦力，所以設(shè)定一摩擦系數(shù) （4-13）由文獻(xiàn)可知16總驅(qū)動(dòng)力矩：（4-14）設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。4.4 底座材料及尺寸的選定初步確定底座的上底版和臂座以及連接板各選用HT200，上底板