內(nèi)容提要機(jī)械手因其較高靈活性和通用性，在生活、制造等各個領(lǐng)域中都扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物，分揀物品，并能夠在在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身平安，代替人的繁重勞動，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、輕工以及需求物品搬運(yùn)等各種場所。本文在縱觀了近來機(jī)械手開展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手方面的設(shè)計(jì)，對應(yīng)用于直升機(jī)模擬搜救的機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并就其結(jié)構(gòu)的合理性以及應(yīng)用的可實(shí)施性提出了合理化方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。對直升機(jī)模擬搜救機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在其驅(qū)動系統(tǒng)中采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)中選擇PLC的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動、故障報(bào)警等功能。通過以上局部的工作，得出了經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用型、高可靠型直升機(jī)模擬搜救機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞機(jī)械手；控制；編程TheHelicopterRescueRobotSimulationDesignandApplication06060629PengfeiQiaoFacultyadviserBingxinHouengineerAbstractBecauseofitshighflexiblemanipulatorsanduniversality,inlife,invariousfieldssuchasplaysaveryimportantrole.Itcancarrygoods,articles,andcanbesortedinharmfulenvironmenttoprotectpersonalsafetyoperation,insteadofheavylabor,therefore,arewidelyusedinmachinerymanufacturing,lightindustryandthedemandforhandlingitems.Basedonthereviewofthedevelopmentinrecentyearsmanipulatorbasedonthedesignofmanipulator,insearchofthemanipulatorusedhelicopterssimulationtechnologysystematicallyanalyzed,anditsstructurerationalityandapplicationofconstructabilityputforwardrationalizationplan.Adoptsintegrativedesignideas,fullconsiderationofthecharacteristicsofthesoftwareandhardwareandcomplementaryoptimization.Thehelicopterrescuemanipulatortosimulatetheoverallstructure,structure,drivingsystemandcontrolsystemanalysisanddesign.Initsdrivesystemusedinthehydrauliccontrolsystem,PLCcontrolunittochoosethesystemfunction,themobilemanipulatorinitialization,faultalarmfunctions.Throughtheabovework,economicalandpractical,highreliabilitymodelofthemanipulatorrescuehelicoptersimulationdesignscheme.KeywordsManipulator,Control,Programming,目錄TOC\o"3"\h\z\u第一章前言 .研究的目的及意義 .2機(jī)械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和開展趨勢 .3主要研究的內(nèi)容 2.4解決的關(guān)鍵問題 3第二章夾持裝置 32.夾持裝置設(shè)計(jì)的基本要求 32.2夾持裝置設(shè)計(jì). 42.2.夾緊力計(jì)算 42.2.2驅(qū)動力計(jì)算 52.3手爪的夾持誤差及分析 52.4楔塊等尺寸確實(shí)定 72.4.斜楔的傳動效率 8與確實(shí)定 9確定 9確定 9第三章腕部 03.腕部設(shè)計(jì)的基本要求 03.2具有一個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的典型腕部結(jié)構(gòu) 03.3腕部結(jié)構(gòu)計(jì)算 23.3.腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 23.3.2回轉(zhuǎn)液壓缸所驅(qū)動力矩計(jì)算 23.3.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D計(jì)算 33.3.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 43.3.5腕部軸承選擇 5第四章伸縮臂設(shè)計(jì) 64.伸縮臂設(shè)計(jì)基本要求 64.2方案設(shè)計(jì) 74.3.伸縮臂液壓缸參數(shù)計(jì)算 84.3.工作負(fù)載R 84.3.2液壓缸缸筒內(nèi)徑D確實(shí)定 94.3.3活塞桿設(shè)計(jì)參數(shù)及校核 94.3.4缸筒設(shè)計(jì)參數(shù)及校核 204.4導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24.4.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 24.4.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的外形尺寸及材料 2第五章驅(qū)動系統(tǒng) 2第六章PLC控制系統(tǒng) 2致謝 22參考文獻(xiàn) 23直升機(jī)模擬搜救機(jī)械手設(shè)計(jì)與應(yīng)用第一章前言.研究的目的及意義近來各種災(zāi)難在世界范圍內(nèi)頻頻發(fā)生，面對無法抗拒的自然力，災(zāi)后救援工作無疑成為減少傷害的最為有效措施。而面對災(zāi)后癱瘓的交通運(yùn)輸條件，直升機(jī)空中搜救成為了更有效的措施，尤其是在近兩國內(nèi)的地震救災(zāi)中，因地震導(dǎo)致地面路況嚴(yán)重?fù)p壞，在搶救的黃金時間段內(nèi)，只有通過空中投降救援，才能爭取到更多的時間，從而挽救更多災(zāi)區(qū)人民的珍貴生命，這也自然對空中救援技術(shù)提出了更高的要求，而機(jī)械手作為實(shí)施救援的最為有效和關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，更是成為了救援成功與否的決定性因素。在該機(jī)械手的設(shè)計(jì)中引用液壓驅(qū)動以及PLC控制等成熟的驅(qū)動和控制技術(shù)，更是提供了該類機(jī)械手的通用性，經(jīng)濟(jì)型，可控性。本設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械手的硬件局部設(shè)計(jì)。.2機(jī)械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和開展趨勢機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動搬運(yùn)小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的開展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。目前，國際上的機(jī)械手公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奧地利的工GM公司。我國機(jī)械手起步于20世紀(jì)70代初期，經(jīng)過30多開展，大致經(jīng)歷了3個階段：70代萌芽期，80代的開發(fā)期和90代的應(yīng)用化期。在我國，機(jī)械手市場份額大局部被國外機(jī)械手企業(yè)占據(jù)著。在國際強(qiáng)手面前，國內(nèi)的機(jī)械手企業(yè)面臨著相當(dāng)大的競爭壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強(qiáng)國”邁進(jìn)，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會加大對機(jī)器人的資金投入和政策支持，將會給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)開展注入新的動力。隨著機(jī)械手開展的深度和廣度以及機(jī)器人智能水平的提高，機(jī)械手已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活效勞等領(lǐng)域機(jī)械手的應(yīng)用也越來越多。在未來幾，傳感技術(shù)，激光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會被廣泛應(yīng)用在機(jī)械手工作領(lǐng)域，這些技術(shù)會使機(jī)械手的應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運(yùn)行本錢低。據(jù)猜測，今后機(jī)器人將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、教育、救災(zāi)、海洋開發(fā)、機(jī)器維修、交通運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。.3主要研究的內(nèi)容隨著機(jī)械手技術(shù)的飛速開展和機(jī)械手應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強(qiáng)、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其本錢低、可開發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。本論文主要研究物料分揀機(jī)械手以下幾個方面的內(nèi)容：直升機(jī)模擬搜救械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動部件與機(jī)械構(gòu)件組成，是機(jī)械手賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動的實(shí)體。主要包括機(jī)身、手臂、末端執(zhí)行器3局部組成，其中每一局部都可以具有假設(shè)干的自由度。執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對機(jī)械手的手部、腕部，以及手臂進(jìn)行設(shè)計(jì)。直升機(jī)模擬搜救機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各局部提供動力的裝置。通過對液壓、氣壓、電氣三種驅(qū)動方式的比較，本設(shè)計(jì)選擇液壓驅(qū)動的方式。內(nèi)容是液壓元件的選擇及其工作原理。直升機(jī)模擬搜救機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時序進(jìn)行工作。本機(jī)械手采用可編程控制器（PLC）對機(jī)械手進(jìn)行控制。.4解決的關(guān)鍵問題解決機(jī)械械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題，要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、具有一定的代表性。2執(zhí)行部件的運(yùn)動精度的問題。3機(jī)械手的控制系統(tǒng)，解決工件和控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。4元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達(dá)形式。第二章夾持裝置2.夾持裝置設(shè)計(jì)的基本要求（）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力；（2）手指應(yīng)具有一定的開閉范圍；（3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；（4）要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；（5）應(yīng)考慮通用性和特殊要求。設(shè)計(jì)參數(shù)及要求（）采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊—放松；（2）所要抓緊的工件直徑為80mm放松時的兩抓的最大距離為020mm/s,s抓緊,夾持速度20mm/s；（3）工件的材質(zhì)為5kg，材質(zhì)為45#鋼；（4）夾持器有足夠的夾持力；（5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動力。2.2夾持裝置設(shè)計(jì).2.2.夾緊力計(jì)算手指加在工件上的夾緊力是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按以下公式計(jì)算：式中:—平安系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定,通常取.2——2.0，取.5；—工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，計(jì)算最大加速度，得出工作情況系數(shù),，a為機(jī)器人搬運(yùn)工件過程的加速度或減速度的絕對值（m/s）；—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，手指與工件位置：手指水平放置工件垂直放置；手指與工件形狀：型指端夾持圓柱型工件，，為摩擦系數(shù)，為型手指半角，此處粗略計(jì)算,如圖2.圖2.夾持載荷示意圖—被抓取工件的重量求得夾緊力，，取整為77N。2.2.2驅(qū)動力計(jì)算根據(jù)驅(qū)動力和夾緊力之間的關(guān)系式：式中：c—滾子至銷軸之間的距離；b—爪至銷軸之間的距離；—楔塊的傾斜角可得，得出為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動力要大于理論計(jì)算值，考慮手爪的機(jī)械效率，一般取0.8～0.9，此處取0.88，則：，取2.3手爪的夾持誤差及分析機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機(jī)械手定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，防止產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見圖24，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過，手部的最終誤差取決與手部裝置加工精度和控制系統(tǒng)補(bǔ)償能力。圖2.2夾持不同直徑工件時的加持誤差其中,為工件半徑，,工件直徑為80mm，尺寸偏差，則，，。本設(shè)計(jì)為楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，屬于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指夾持，如圖2.3。圖2.3楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器假設(shè)把工件軸心位置C到手爪兩支點(diǎn)連線的垂直距離CD以X表示，根據(jù)幾何關(guān)系有：簡化為：該方程為雙曲線方程，如圖2.4：圖2.4工件半徑與夾持誤差關(guān)系曲線由上圖得，當(dāng)工件半徑為時，X取最小值，又從上式可以求出：，通常取假設(shè)工件的半徑變化到時，X值的最大變化量，即為夾持誤差，用表示。在設(shè)計(jì)中，希望按給定的和來確定手爪各局部尺寸，為了減少夾持誤差，一方面可加長手指長度，但手指過長，使其結(jié)構(gòu)增大；另一方面可選取適宜的偏轉(zhuǎn)角，使夾持誤差最小，這時的偏轉(zhuǎn)角稱為最正確偏轉(zhuǎn)角。只有當(dāng)工件的平均半徑取為時，夾持誤差最小。此時最正確偏轉(zhuǎn)角的選擇對于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當(dāng)a值較大時），偏轉(zhuǎn)角的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時，兩手爪的和邊平行，抓不著工件。為防止上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑，以為條件確定兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角，即下式：其中,,型鉗的夾角代入得出：則則，此時定位誤差為和中的最大值。分別代入得：，所以，，夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。由以上各值可得：取值為。2.4楔塊等尺寸確實(shí)定楔塊進(jìn)入杠桿手指時的力分析如下：圖2.5夾持示意圖上圖2.5中—斜楔角，＜時有增力作用；—滾子與斜楔面間當(dāng)量摩擦角，，為滾子與轉(zhuǎn)軸間的摩擦角，為轉(zhuǎn)軸直徑，為滾子外徑，，為滾子與轉(zhuǎn)軸間摩擦系數(shù);—支點(diǎn)至斜面垂線與杠桿的夾角；—杠桿驅(qū)動端桿長；—杠桿夾緊端桿長；—杠桿傳動機(jī)械效率2.4.斜楔的傳動效率斜楔的傳動效率可由下式表示：杠桿傳動機(jī)械效率取0.834，取0.，取0.5，則可得=,，取整得=。2.4.2斜楔驅(qū)動行程與手指開閉范圍當(dāng)斜楔從松開位置向下移動至夾緊位置時，沿兩斜面對稱中心線方向的驅(qū)動行程為L，此時對應(yīng)的杠桿手指由位置轉(zhuǎn)到位置，其驅(qū)動行程可用下式表示：杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為：通常狀態(tài)下，在左右范圍內(nèi)，則由手指需要的開閉范圍來確定。由給定條件可知最大為5560mm,最小設(shè)定為30mm.即。已知，可得，有圖關(guān)系：圖2.6楔塊可知：楔塊下邊為60mm，支點(diǎn)O距中心線30mm，且有，解得：與確實(shí)定斜楔傳動比可由下式表示：可知一定時，愈大，愈大，且杠桿手指的轉(zhuǎn)角在范圍內(nèi)增大時，傳動比減小，即斜楔等速前進(jìn)，杠桿手指轉(zhuǎn)速逐漸減小，則由分配距離為：，。確定由前式得：，，取。確定為沿斜面對稱中心線方向的驅(qū)動行程，有以以下圖中關(guān)系圖2.7驅(qū)動行程，取，則楔塊上邊長為8.686，取9mm.2.5材料及連接件選擇V型指與夾持器連接選用圓柱銷，d=8mm,需使用2個杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷，d=8mm,需使用2個滾子與手指連接選用圓柱銷，d=6mm,需使用2個以上材料均為鋼，無淬火和外表處理楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱直徑2mm，螺距p=，旋合長度為0mm。第三章腕部3.腕部設(shè)計(jì)的基本要求手腕部件設(shè)置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍，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，此設(shè)計(jì)中要求有繞中軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。腕部處于手臂的最前端，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(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。而且，腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動的要求外，要有足夠的強(qiáng)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。3.2具有一個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的典型腕部結(jié)構(gòu)如圖3.所示，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。從A—A剖視圖上可以看到，回轉(zhuǎn)葉片（簡稱動片）用螺釘，銷釘和轉(zhuǎn)軸0連接在一起，定片8則和缸體9連接。壓力油分別由油孔5.7進(jìn)出油腔，實(shí)現(xiàn)手部2的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角的極限值由動，靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于），圖中缸可回轉(zhuǎn)。腕部旋轉(zhuǎn)位置控制問題，可采用機(jī)械擋塊定位。當(dāng)要求任意點(diǎn)定位時，可采用位置檢測元件（如本例為電位器，其軸安裝在件左端面的小孔）對所需位置進(jìn)行檢測并加以反響控制。圖3.用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)腕部旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)圖中：手部驅(qū)動液壓缸2回轉(zhuǎn)液壓缸3通用手部的結(jié)管4腕部5左進(jìn)油孔6通向擺動缸油管7右進(jìn)油孔8固定葉片9缸體0回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)葉片2手部圖示手部的開閉動作采用單作用液壓缸，只需一個油管。通向手部驅(qū)動液壓缸的油管是從回轉(zhuǎn)中心通過，腕部回轉(zhuǎn)時，油路認(rèn)可保證暢通，這種布置可使油管既不外露，又不受扭轉(zhuǎn)。腕部用來和臂部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉(zhuǎn)液壓缸）由手臂內(nèi)通過并經(jīng)腕架分別進(jìn)入回轉(zhuǎn)液壓缸和手部驅(qū)動液壓缸。本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，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，參考上圖典型結(jié)構(gòu)。3.3腕部結(jié)構(gòu)計(jì)算3.3.腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算腕部回轉(zhuǎn)時，需要克服的阻力有：腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩式中，—軸承處支反力（N），可由靜力平衡方程求得;,—軸承的直徑（m）；—軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承=0.00.02；對于滑動軸承=0.。為簡化計(jì)算，取，如圖3.所示，其中，為工件重量，為手部重量，為手腕轉(zhuǎn)動件重量。圖3.2腕部載荷示意3.3.2回轉(zhuǎn)液壓缸所驅(qū)動力矩計(jì)算回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩如圖3.3，定片與缸體2固連，動片3與轉(zhuǎn)軸5固連，當(dāng)a,b口分別進(jìn)出油時，動片帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，到達(dá)手腕回轉(zhuǎn)的目的。圖3.3回轉(zhuǎn)缸簡圖圖中：定片2缸體3動片4密封圈5轉(zhuǎn)軸圖3.4回轉(zhuǎn)液壓缸計(jì)算圖圖中：動片2輸出軸3定片圖3.4為回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅(qū)動力矩?；蚴街小滞蠡剞D(zhuǎn)時的總的阻力矩——回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（Pa）——缸體內(nèi)孔半徑（m）——輸出軸半徑（m），設(shè)計(jì)時按選取——動片寬度（m）上述動力距與壓力的關(guān)系是設(shè)定為低壓腔背壓力等于零。3.3.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D計(jì)算由，得：，為減少動片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片寬度時，選用：綜合考慮，取值計(jì)算如下：r=6mm，R=40mm，b=50mm，取值為Mpa，即如以以下圖：圖3.5回轉(zhuǎn)缸圖中：動片2定片3.3.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算圖3.6缸蓋螺釘間距示意上圖中表示的連接中，每個螺釘在危險截面上承受的拉力為：，即工作拉力與剩余預(yù)緊力之和計(jì)算如下：液壓缸工作壓強(qiáng)為P=Mpa,所以螺釘間距小于50mm,試選擇2個螺釘，，所以選擇螺釘數(shù)目適宜Z=2個受力截面，此處連接要求有密封性，故k?。?5.8），取K=.6。所以螺釘材料選擇Q235，，平安系數(shù)n取.5（.52.2）螺釘?shù)闹睆接上率降贸?，F(xiàn)為總拉力即螺釘?shù)闹睆竭x擇d=8mm.3.3.5腕部軸承選擇腕部材料選擇HT200，，估計(jì)軸承所受徑向載荷為50N,軸向載荷較小，忽略。兩處均選用深溝球軸承?，F(xiàn)校核較小軸徑處軸承。6005軸承基本數(shù)據(jù)如下：，當(dāng)量動載荷，載荷系數(shù)取，，則，由公式：N為轉(zhuǎn)速，由0.5s完成回轉(zhuǎn)，計(jì)算得：，，球軸承代入得：，遠(yuǎn)大于軸承額定壽命。選用軸承為深溝球軸承6005，6008。3.3.6材料及連接件，密封件選擇右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個。右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個。左缸蓋與缸體及法蘭盤連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個。選用墊圈防松，，公稱尺寸為5。右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個。為定位作用，軸左側(cè)增加一個套筒，材料為HT200，尺寸如下：圖3.7套筒動片與輸出軸連接選用六角頭螺栓全螺紋，，需用2個。密封件選擇：全部選用氈圈油環(huán)密封，材料為半粗羊毛氈。右端蓋d=40mm,左右缸蓋d=25mm。第四章伸縮臂設(shè)計(jì)4.伸縮臂設(shè)計(jì)基本要求設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機(jī)械手，完成直線伸縮動作。（）功能性的要求機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（2）適應(yīng)性的要求為便于調(diào)整，適應(yīng)工件大小不同的要求，起止位置要方便調(diào)整，要求設(shè)置可調(diào)式定位機(jī)構(gòu)。為了控制慣性力，減少運(yùn)動沖擊，動力的大小要能與負(fù)載大小相適應(yīng)，如步進(jìn)電機(jī)通過程序設(shè)計(jì)改變運(yùn)動速度，力矩電機(jī)通過調(diào)整工作電壓，改變堵力矩的大小，到達(dá)工作平穩(wěn)、動作快捷、定位準(zhǔn)確的要求。（3）可靠性的要求可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預(yù)定使用壽命期內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率。工業(yè)機(jī)械手可自動完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動化生產(chǎn)線上，因此要求機(jī)械手工作必須可靠。設(shè)計(jì)時要進(jìn)行可靠性分析。（4）壽命的要求產(chǎn)品壽命是產(chǎn)品正常使用時因磨損而使性能下降在允許范圍內(nèi)而且無需大修的連續(xù)工作期限。設(shè)計(jì)中要考慮采取減少摩擦和磨損的措施，如：選擇耐磨材料、采取潤滑措施、合理設(shè)計(jì)零件的形面等。因各零部件難以設(shè)計(jì)成相等壽命，所以易磨損的零件要便于更換。（5）經(jīng)濟(jì)的要求機(jī)械產(chǎn)品設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性包括設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性和使用的經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械產(chǎn)品的制造本錢構(gòu)成中材料費(fèi)、加工費(fèi)占有很大的比重，設(shè)計(jì)時必須給予充分注意。將機(jī)械設(shè)計(jì)課程中學(xué)到的基本設(shè)計(jì)思想貫穿到設(shè)計(jì)中。（6）平安保護(hù)和自動報(bào)警的要求按標(biāo)準(zhǔn)要求，采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，確保操作人員的人身平安，這是任何設(shè)計(jì)都必須考慮的，是必不可少的。在程序設(shè)計(jì)中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機(jī)構(gòu)卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設(shè)置報(bào)警裝置。設(shè)計(jì)參數(shù)（）伸縮長度：300mm； （2）單方向伸縮時間：.5～2.5S；（3）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm；（4）前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無剛性沖擊；4.2方案設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動方案（）伸縮原理采用單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時采用單向調(diào)速閥進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速，接近終點(diǎn)時，發(fā)出信號，進(jìn)行調(diào)速緩沖（也可采用緩沖油缸），靠油缸行程極限定位，采用導(dǎo)向桿導(dǎo)向防止轉(zhuǎn)動，采用電液換向閥，控制伸縮方向。（圖4.）圖4.伸縮缸液壓圖圖中：支座2油缸3鉸鏈接頭4法蘭5直線導(dǎo)軌6底板設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及要求：電磁閥流量：要滿足伸縮速度的要求。②油缸直徑：推力大小要能克服機(jī)構(gòu)起動慣性并有一定的起動加速度，要滿足運(yùn)動時間要求。③導(dǎo)向桿剛度：按最長伸出時機(jī)械手端部的撓度不超過規(guī)定要求。④定位方式和元件：自選。（3）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及強(qiáng)度和剛度計(jì)算伸縮臂運(yùn)動簡圖見圖4結(jié)構(gòu)方案說明a：支座安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導(dǎo)向桿等零部件。b：法蘭4用于安裝機(jī)械手，其形式和尺寸要與機(jī)械手相協(xié)調(diào)。c：液壓缸伸出桿帶動導(dǎo)向桿同時伸出300mm，伸出長度較大，設(shè)計(jì)、制造和安裝時要考慮液壓缸與導(dǎo)向桿的平行度要求。d：導(dǎo)向桿可采用直線導(dǎo)軌或直線導(dǎo)軸。直線導(dǎo)軌可選用外購件，直接從生產(chǎn)廠家的有關(guān)資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軸）。采用直線導(dǎo)軸時可自行設(shè)計(jì)，并且要考慮導(dǎo)向桿的潤滑，潤滑方式參考有關(guān)手冊設(shè)計(jì)。4.3.伸縮臂液壓缸參數(shù)計(jì)算4.3.工作負(fù)載R液壓缸的工作負(fù)載R是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷情況下，以一定加速度啟動時對液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即：式中：工作機(jī)構(gòu)的荷重及自重對液壓缸產(chǎn)生的作用力；工作機(jī)構(gòu)在滿載啟動時的靜摩擦力；工作機(jī)構(gòu)滿載啟動時的慣性力。()確實(shí)定工件的質(zhì)量m=5.9(kg)②夾持器的質(zhì)量5kg(已知)③伸縮臂的質(zhì)量50kg(估計(jì))④其他部件的質(zhì)量5kg(估計(jì))工作機(jī)構(gòu)荷重：Ri=(5.9+5+50+5)*0=859(N)取Ri=860N(2)確實(shí)定Rm=(N)(3)確實(shí)定Rg=(N)式中：為啟動時間，其加速時間約為0.～0.5s=0.s,=0.2s總負(fù)載R=Ri+Rg+Rm=860+72+72=204(N)取實(shí)際負(fù)載為=2004.3.2液壓缸缸筒內(nèi)徑D確實(shí)定D=式中：R=000<5000,p可取0.8～,=取液壓缸缸筒內(nèi)徑為40mm。4.3.3活塞桿設(shè)計(jì)參數(shù)及校核()活塞桿材料：選擇45號調(diào)質(zhì)鋼，其抗拉強(qiáng)度=570(2)活塞桿的直徑：當(dāng)壓力小于0Mpa時，速比=.33。則可選取活塞桿直徑為20mm系列，且缸筒的厚度為5mm。最小導(dǎo)向長度：mm4.3.4缸筒設(shè)計(jì)參數(shù)及校核()缸筒材料：選擇ZG30570鑄鋼,其抗拉強(qiáng)度=570(2)缸筒壁厚及校核：取壁厚=5mm因此屬于普通壁厚缸筒壁厚的校核式中：缸筒內(nèi)最高工作壓力；=7材料的許用應(yīng)力材料的平安系數(shù)=5校核符合要求(3)缸筒外徑：4.3.5液壓油缸其他零件結(jié)構(gòu)尺寸得確定由于液壓缸的工作負(fù)載較小，所以選定液壓缸的工作壓力為低壓。取額定工作壓力為2.0。液壓缸的基本形式如以以下圖所示：圖4.2液壓缸整個油缸安裝在下部伸縮臂基座上。（）活塞與活塞桿得連接結(jié)構(gòu)：油缸在一般工作條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接。其形式如以下圖（2）活塞桿導(dǎo)向套：做成一個套筒，壓入缸筒，靠缸蓋與缸筒得連接壓緊固定，材料選用鑄鐵材料。（3）活塞與缸體得密封。采用O型密封圈密封。選用36.5內(nèi)徑，截面直徑為3.55mm.