PAGE1-湖南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計《論文》（2011屆）本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料題目名稱：學(xué)院（部）：專業(yè)：學(xué)生姓名：班級：學(xué)號指導(dǎo)教師姓名：職稱最終評定成績：湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處2011年6湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計《論文》PAGEII-摘要本課題是為普通車床配套而設(shè)計的上料機械手。工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)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)定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術(shù)設(shè)備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā)展起著重要作用。本課題通過應(yīng)用AutoCAD技術(shù)對機械手進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和液壓傳動原理設(shè)計，它能實行自動上料運動；在安裝工件時，將工件送入卡盤中的夾緊運動等。上料機械手的運動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定。關(guān)鍵字機械手，AutoCAD。目錄第一章緒論 11.1機械手的基本概念 11.2機械手的分類及簡史 21.3機械手的應(yīng)用簡況 41.4機械手的發(fā)展趨勢 5第二章抓取機構(gòu)設(shè)計 62.1手部設(shè)計計算 62.2腕部設(shè)計計算 92.3臂伸縮機構(gòu)設(shè)計 10第三章液壓系統(tǒng)原理設(shè)計 133.1手部抓取缸 133.2腕部擺動液壓回路 143.3小臂伸縮缸液壓回路 15第四章機身機座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 194.1電動機的選擇 194.2減速器的選擇 204.3螺柱的設(shè)計與校核 21第五章機械手的定位與平穩(wěn)性 235.1常用的定位方式 235.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 235.3機械手運動的緩沖裝置 24第六章機械手的控制 25畢業(yè)設(shè)計感想 26參考資料 27致謝 28湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計《論文》PAGE24第一章緒論機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，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)了人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。機械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(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)。機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。1.1機械手的基本概念機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具的自動化裝置。我國國家標準(GB/T12643-90)對機械手的定義:“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體，或進行其它操作的機械裝置。1.2機械手的分類及簡史工業(yè)機械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。一、機械手的分類1、按用途分機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種：=1\*GB3①專用機械手它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加工中心”。=2\*GB3②通用機械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制:可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。2、按驅(qū)動方式分=1\*GB3①液壓傳動機械手是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。=2\*GB3②氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤=3\*GB3③機械傳動機械手即由機械傳動機構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠，用于工作主機的上、下料。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。=4\*GB3④電力傳動機械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。3、按控制方式分=1\*GB3①點位控制它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。=2\*GB3②連續(xù)軌跡控制它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。=2\*CHINESENUM3二、機械手的簡史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。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。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)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標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,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(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-Vicarm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國機械制造業(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)。聯(lián)邦德國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。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進口。目前，工業(yè)機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算控制系統(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，是機械手具有感覺機能。第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務(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和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。1.3機械手的應(yīng)用簡況現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，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)生的。有資料統(tǒng)計：美國偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機械加工。隨著機械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對象還會有所改變。機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。國內(nèi)機械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機、專機上采用機械手上下料，減輕工人的勞動強度。國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用機械手進行裝配更始目前研究的重點，國外已研究采用攝象機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。1.4機械手的發(fā)展趨勢目前工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，有便于更換工件，擴大應(yīng)用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小。總之，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。第二章抓取機構(gòu)設(shè)計2.1手部設(shè)計計算一、對手部設(shè)計的要求1、有適當?shù)膴A緊力手部在工作時，應(yīng)具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。2、有足夠的開閉范圍夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖2.1所示。圖2.1機械手開閉示例簡圖3、力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。4、手指應(yīng)有一定的強度和剛度5、其它要求因此送料，夾緊機械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。二、拉緊裝置的原理如圖2.2所示【4】：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進油時松開工件。圖2.2油缸示意圖1、右腔推力為FP=（π／4）D2P（2.1）=（π／4）0.5225103=4908.7N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當量夾緊力計算公式為：F1=（2b／a）（cosα′）2N′（2.2）其中N′=498N=392N，帶入公式2.2得：F1=（2b／a）（cosα′）2N′=(2150/50)（cos30o）2392=1764N則實際加緊力為F1實際=PK1K2/η（2.3）=17641.51.1/0.85=3424N經(jīng)圓整F1=3500N3、計算手部活塞桿行程長L,即L=（D/2）tgψ（2.4）=25×tg30o=23.1mm經(jīng)圓整取l=25mm4、確定“V”型鉗爪的L、β。取L/Rcp=3（2.5）式中：Rcp=P/4=200/4=50（2.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150取“V”型鉗口的夾角2α=120o，則偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定，查表得：β=22o39′5、機械運動范圍（速度）【1】=1\*GB3①伸縮運動Vmax=500mm/sVmin=50mm/s=2\*GB3②上升運動Vmax=500mm/sVmin=40mm/s=3\*GB3③下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s=4\*GB3④回轉(zhuǎn)Wmax=90o/sWmin=30o/s所以取手部驅(qū)動活塞速度V=60mm/s6、手部右腔流量Q=sv（2.7）=60πr2=60×3.14×252=1177507、手部工作壓強P=F1/S（2.8）=3500/1962.5=1.78Mpa2.2腕部設(shè)計計算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)±90o角速度W=45o/s以最大負荷計算：當工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長度l=650mm。如圖2.3所示。1、計算扭矩M1〖4〗設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩M1為：M1=F×S（2.9）=10×9.8×0.2=19.6（N·M）工件FSF圖2.3腕部受力簡圖2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩M2〖4〗F=5kgS=10cm帶入公式2.9得M2=F×S=5×9.8×0.1=4.9（N·M）3、擺動缸的摩擦力矩M摩〖4〗F摩=300（N）（估算值）S=20mm（估算值）M摩=F摩×S=6（N·M）4、擺動缸的總摩擦力矩M〖4〗M=M1+M2+M摩（2.10）=30.5（N·M）5.由公式T=P×b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×106/8（2.11）其中：b—葉片密度，這里取b=3cm；ΦA(chǔ)1—擺動缸內(nèi)徑,這里取ΦA(chǔ)1=10cm；Φmm—轉(zhuǎn)軸直徑,這里取Φmm=3cm。所以代入（2.11）公式P=8T/b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×106=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×106=0.89Mpa又因為W=8Q/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b所以Q=W（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b/8=（π/4）（0.12-0.032）×0.03/8=0.27×10-4m=27ml/s2.3臂伸縮機構(gòu)設(shè)計手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。臂部運動的目的，一般是把手部送達空間運動范圍內(nèi)的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復(fù)雜。機械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為200mm/s行程L=500mm1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】Q=sv=200×π×402=1004800mm3/s=0.1/102m3/s=1000ml/s2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8）得：〖4〗P=F/S（2.12）式中：F——取工件重和手臂活動部件總重，估算F=10+20=30kg，F(xiàn)摩=1000N。所以代入公式（2.12）得：P=（F+F摩）/S=（30×9.8+1000）/π×402=0.26Mpa3、繪制機構(gòu)工作參數(shù)表如圖2.4所示：機構(gòu)名稱工作速度行程工作壓力流量手部抓緊60mm/s25mm1.78Mpa117.8ml/s手腕回轉(zhuǎn)450/s+9000.89Mpa27ml/s小臂伸縮200mm/s500mm0.26Mpa1000ml/s圖2.4機構(gòu)工作參數(shù)表4、由初步計算選液壓泵〖4〗所需液壓最高壓力P=1.78Mpa所需液壓最大流量Q=1000ml/s選取CB-D型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為10Mpa，轉(zhuǎn)速為1800r/min，工作流量Q在32—70ml/r之間，可以滿足需要。5、驗算腕部擺動缸：T=PD（ΦA(chǔ)12-Φmm2）ηm×106/8（2.13）W=8θηv/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b（2.14）式中：ηm—機械效率?。?.85～0.9ηv—容積效率取：0.7～0.95所以代入公式（2.13）得：T=0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×106/8=25.8（N·M）T<M=30.5（N·M）代入公式（2.14）得：W=（8×27×10-6）×0.85/（0.12-0.032）×0.03=0.673rad/sW<π/4≈0.785rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力P=1Mpa流量Q=35ml/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力PⅠ=2Mpa流量QⅠ=120ml/s小臂伸縮缸工作壓力PⅠ=0.25Mpa流量QⅠ=1000ml/s第三章液壓系統(tǒng)原理設(shè)計3.1手部抓取缸圖3.1手部抓取缸液壓原理圖〖7〗1溢流閥；2調(diào)速閥；3二位三通換向閥；4液壓缸；1、手部抓取缸液壓原理圖如圖3.1所示2、元件的選取泵的供油壓力P取10Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q=1300ml/s。因此，需裝圖3.1中所示的調(diào)速閥，流量定為120mL/s，工作壓力P=2Mpa。采用：YF-B10B溢流閥2FRM5-20/102調(diào)速閥23E1-10B二位三通閥3.2腕部擺動液壓回路圖3.2腕部擺動液壓回路〖7〗1溢流閥；2調(diào)速閥；3三位四通換向閥；4回轉(zhuǎn)液壓缸1、腕部擺動缸液壓原理圖如圖3.2所示2、元件的選取泵的供油壓力P取10Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q=1300ml/s。因此，需裝圖3.2中所示的調(diào)速閥，流量定為35ml/s，工作壓力P=1Mpa。采用：2FRM5-20/102調(diào)速閥34E1-10B換向閥YF-B10B溢流閥3.3小臂伸縮缸液壓回路圖3.3小臂伸縮缸液壓回路〖7〗1溢流閥；2二位三通換向閥；3調(diào)速閥；4液壓缸1、小臂伸縮缸液壓原理圖如圖3.3所示2、元件的選取泵的供油壓力P取10Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q=1300ml/s。因此，需裝圖3.3中所示的調(diào)速閥，流量定為1000ml/s，工作壓力P=0.25Mpa采用：YF-B10B溢流閥2FRM5-20/102調(diào)速閥23E1-10B二位三通閥3.4總體系統(tǒng)圖圖3.4總體系統(tǒng)圖〖7〗1過濾器；2定量泵；3溢流閥；4單向閥；5、10二位三通換向閥；6、14單向節(jié)流閥；7三位四通換向閥；8二位二通換向閥；9電動機；11、12液壓缸；13回轉(zhuǎn)液壓缸；15節(jié)流閥1、總體系統(tǒng)圖如圖3.4所示2、工作過程=1\*GB3①小臂伸長按下啟動按鈕，電磁鐵2YA通電，換向閥5左位接入系統(tǒng)，將主油路溝通。此時系統(tǒng)壓力低，溢流閥3處于關(guān)閉狀態(tài)。油液通過油路進入液壓缸11左腔，所以小臂伸長。液壓缸11右腔是一彈簧連接。主油路的油液流動路線為：定量泵2→單向閥4→電磁換向閥5左位→單向節(jié)流閥6→液壓缸11左腔②手部抓緊當小臂伸長到預(yù)訂位置時，電磁鐵3YA斷電，換向閥10左位接入系統(tǒng)，此時，在液壓缸12右腔彈簧的作用力下，推動活塞后移，故手抓抓緊。左腔的油液通過回路回到油箱。主油路的回油路線為：液壓缸12左腔→單向節(jié)流閥14→電磁換向閥10右位→油箱③腕部回轉(zhuǎn)當電磁鐵4YA通電時，換向閥7左位接入系統(tǒng)，油液通過換向閥7左位進入液壓缸13左腔，此時手腕右轉(zhuǎn)；當電磁鐵5YA通電時，手腕左轉(zhuǎn)。主油路的油液流動路線為：進油路：定量泵2→單向閥4→節(jié)流閥15→電磁換向閥7左位→液壓缸13左腔回油路：液壓缸13右腔→電磁換向閥7左位→油箱④小臂收縮當電磁鐵2YA斷電時，換向閥5右腔接入系統(tǒng)，在液壓缸11右腔彈簧的作用力下推動活塞后移，故小臂收縮，左腔油液通過回路回到油箱。主油路的油液流動路線為：液壓缸11左腔→單向節(jié)流閥6→電磁換向閥5右位→油箱⑤手部放松當電磁鐵3YA通電時，換向閥10右位接入系統(tǒng)，油液通過換向閥10右位進入液壓缸12左腔，故手部放松。主油路的油液流動路線為：定量泵2→單向閥4→電磁換向閥10右位→單向節(jié)流閥14→液壓缸12左腔⑥卸荷當電磁鐵1YA通電時，換向閥8左位接入系統(tǒng)，定量泵2通過換向閥8左位卸荷。這時主油路的油液流動路線為：定量本2→單向閥4→電磁換向閥8左位→油箱3、電磁鐵動作順序表元件動作1YA2YA3YA4YA5YA小臂伸長－++--手部抓緊－+腕部回轉(zhuǎn)－+-+-小臂收縮－手部放松－-+--卸荷＋±±±±圖3.5總體系統(tǒng)圖4、確定電動機的規(guī)格：液壓泵選取CB-D型液壓泵，額定壓力P=10Mpa，工作流量在32～70ml/r之間。選取80L/min為額定流量的泵，因此：傳動功率N=P×Q/η（3.1）式中：η=0.8（經(jīng)驗值）所以代入公式（3.1）得：N=10×80×103×106/60×0.8=16.7KN選取電動機JQZ-61-2型電動機，額定功率17KW，轉(zhuǎn)速為2940r/min。第四章機身機座的結(jié)構(gòu)設(shè)計機身的直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者就直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜，機身既可以是固定式的，也可以是行走式的,如圖4.1所示。圖4.1機身機座結(jié)構(gòu)圖臂部和機身的配置形式基本上反映了機械手的總體布局。本課題機械手的機身設(shè)計成機座式，這樣機械手可以是獨立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動，也可具有行走機構(gòu)。臂部配置于機座立柱中間，多見于回轉(zhuǎn)型機械手。臂部可沿機座立柱作升降運動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機帶動螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運動。手臂的回轉(zhuǎn)由電動機帶動減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動了機身的旋轉(zhuǎn)，從而達到了自由度的要求。4.1電動機的選擇機身部使用了兩個電機，其一是帶動臂部的升降運動；其二是帶動機身的回轉(zhuǎn)運動。帶動臂部升降運動的電機安裝在肋板上，帶動機身回轉(zhuǎn)的電機安裝在混凝土地基上。1、帶動臂部升降的電動機：〖10〗初選上升速度V=100mm/sP=6KW所以n=（100/6）×60=1000轉(zhuǎn)/分選擇Y90S-4型電機，屬于籠型異步電動機。采用B級絕緣，外殼防護等級為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。如圖4.1Y90S-4電動機技術(shù)數(shù)據(jù)所示：型號額定功率KW滿載時堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2圖4.1Y90S-4電動機技術(shù)數(shù)據(jù)2、帶動機身回轉(zhuǎn)的電動機：〖10〗初選轉(zhuǎn)速W=60o/sn=1/6轉(zhuǎn)/秒=10轉(zhuǎn)/分由于齒輪i=3減速器i=30所以n=10×3×30=900轉(zhuǎn)/分選擇Y90L-6型籠型異步電動機電動機采用B級絕緣。外殼防護等級為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。如圖4.2Y90S-6電動機技術(shù)數(shù)據(jù)所示：圖4.2Y90L-6電動機技術(shù)4.2減速器的選擇減速器的原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。用來降低轉(zhuǎn)速和增轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要?！?〗初選WD80型圓柱蝸桿減速器。WD為蝸桿下置式一級傳動的阿基米德圓柱蝸桿減速器。蝸桿的材料為38siMnMo調(diào)質(zhì)蝸輪的材料為ZQA19-4中心矩a=80Ms×q=4.0×11（4.1）傳動比I=30傳動慣量0.265×10ˉ3kg·m24.3螺柱的設(shè)計與校核螺桿是機械手的主支承件，并傳動使手臂上下運動。螺桿的材料選擇：〖6〗從經(jīng)濟角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。螺距P=6mm梯形螺紋螺紋的工作高度h=0.5P（4.2）=3mm螺紋牙底寬度b=0.65P=0.65×6=3.9mm（4.3）螺桿強度[σ]=σs/3～5（4.4）=150/3～5=30～50Mpa螺紋牙剪切[τ]=40彎曲[σb]=45～551、當量應(yīng)力〖6〗(4.5)式中T——傳遞轉(zhuǎn)矩N·mm[σ]——螺桿材料的許用應(yīng)力所以代入公式（4.5）得：σ=（4×200×9.8/πd12）2+3（200×9.8×0.6/0.2d13）2=（2495/d12）2+3（61.2/d13）2≤30～50×106=（2495/d12）2+3（61.2/d13）2≤900～2500×1012=6225025/d14+11236/d16≤900～2500×1012 6225025d12+11236≤900d16×10126225025×0.0292+11236≤900×0.0296×1012即16471pa＜535340pa合格2、剪切強度〖6〗Z=H/P=160/6（旋合圈數(shù)）（4.6）τ=F/πd1bz（4.7）=200×9.8/π×0.029×3.9×（160/6）×10-3=206.8×103pa=0.206Mpa＜[τ]=40Mpa3、彎曲強度〖6〗σb=3Fh/πd1b2z=3×200×9.8×3/π×2.9×3.92×（160/6）=0.48Mpa＜[σ]=45Mpa合格第五章機械手的定位與平穩(wěn)性5.1常用的定位方式機械擋塊定位是在行程終點設(shè)置機械擋塊。當機械手經(jīng)減速運行到終點時，緊靠擋塊而定位。若定位前已減速，定位時驅(qū)動壓力未撤除，在這種情況下，機械擋塊定位能達到較高的重復(fù)精度。一般可高于±0.5mm，若定位時關(guān)閉驅(qū)動油路而去掉工作壓力，這時機械手可能被擋塊碰回一個微小距離，因而定位精度變低。5.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素機械手能否準確地工作，實際上是一個三維空間的定位問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡單情況下，單個量值可能是主要的。影響單個線量或角量定位誤差的因素如下：①定位方式不同的定位方式影響因素不同。如機械擋塊定位時，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關(guān)。②定位速度定位速度對定位精度影響很大。這是因為定位速度不同時，必須耗散的運動部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動系統(tǒng)使運動部件適時減速。③精度機械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對定位精度有直接影響。④剛度機械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時，因易產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。⑤運動件的重量運動件的重量包括機械手本身的重量和被抓物的重量。運動件重量的變化對定位精度影響較大。通常，運動件重量增加時，定位精度降低。因此，設(shè)計時不僅要減小運動部件本身的重量，而且要考慮工作時抓重變化的影響。⑥驅(qū)動源液壓、氣壓的壓力波動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機械手的重復(fù)定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時，用溫度、壓力補償流量控制閥控制。⑦控制系統(tǒng)開關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個不相同的。這不僅是因為各種控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無有關(guān)。本課題所采用的定位精度為機械擋塊定位5.3機械手運動的緩沖裝置緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。內(nèi)緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機械元件和液壓緩沖器。內(nèi)緩沖的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。但有時安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點是安置位置靈活，簡便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。當活塞運動到距油缸端蓋某一距離時能在活塞與端蓋之間形成一個緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時背壓阻力，以使運動減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置。在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。設(shè)計油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時，amax（最大加速度）、Pmax（緩沖腔最大沖擊壓力）和Vr（殘余速度）三個參數(shù)是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個參數(shù)，然后校驗其余兩個參數(shù)。步驟如下：選擇最大加速度通常，amax值按機械手類型和結(jié)構(gòu)特點選取，同時要考慮速度與載荷大小。對于重載低速機械手，-amax取5m/s2以下，對于輕載高速機械手，-amax取5～10m/s2=2\*GB3②計算沿運動方向作用在活塞上的外力F水平運動時：F=PSA-Ff（5.1）=0.25×103×π×3.62-7=138N=3\*GB3③計算殘余速度VrVr=VO/1-amaxm/F（5