【正文】 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II 摘 要 液壓搬運(yùn)機(jī)械手是一種被設(shè)計(jì)用于深孔鏜床上下料，可以重復(fù)編程、具有多種功能的專用設(shè)備， 它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化 。通過文獻(xiàn)檢索、企業(yè)調(diào)研，對液壓搬運(yùn)機(jī)械手的整機(jī)結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)進(jìn)行歸納分析，對國內(nèi)外工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了總結(jié)。本文 對 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，其中對上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動過程都做了詳細(xì)的討論。同時對機(jī)械手的手指夾緊，小手臂伸縮以及大、小手臂俯仰等動作進(jìn)行了分析、 計(jì)算，最終確定其尺寸。而后，介紹了搬運(yùn)機(jī)械手液壓驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理及液壓元件的選用及設(shè)計(jì)過程。最后，簡要介紹了液壓搬運(yùn)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)部分。 通過計(jì)算分析校核，液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手承載能力大、運(yùn)動平穩(wěn)和任意位置安全自鎖等性能要求。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)械手 ； 液壓系統(tǒng) ； 搬運(yùn)機(jī)構(gòu) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) III ABSTRACT Hydraulic carrying manipulator is designed for a deep hole boring machine loading and unloading, reprogrammable, multifunctional equipment. It can replace human heavy labor to achieve the mechanization and automation of production. Through literature search, business research, I have summarized and analyzed the hydraulic manipulator’s whole structure and function characteristics, summarized domestic and foreign industrial robot’s development. In this paper, the main structure of hydraulic carrying manipulator is designed in detail, in which the overall structure of the loading and unloading robot, motion process is discussed in detail. At the same time, the clamping fingers, small telescopic arm, small and large pitch arm and other activities of the manipulator were analyzed, calculated and its size is ultimately determined. Then, working principle of hydraulic drive system and the selection and design process of hydraulic ponents of the hydraulic handling manipulator are introduced. Finally, the electrical control system of the hydraulic handling manipulator is descripted in brief. Through calculation and analysis, the design of hydraulic carrying manipulator has reached the design requirements which is expected, the manipulator carrying capacity, smooth movement and arbitrary position safe selflocking etc performance requirements is realized. Key words： Manipulator。 Hydraulic system。 Handling agencies 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 目 錄 摘要 ……… …………… ………………………… ………………………… ..…… .… .…… .I ABSTRACT… … .……… .…………… ………… .…………………… ..…………… .II 1 前言 …………… .……… .…………………………… ……………… .… .…………… ..1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手發(fā)展方向 … ..........................…… …….…… …….……….. 1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)目的 ……………… …… ………………………………… ..1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù) … ..........................…… …….…… …….……….. 2 設(shè)計(jì)方案 … .......… .......………… ……………….….. ..…… ..…… 2 設(shè)計(jì)要求 … .......… .......………… ……………….….. ..…… ..…… 2 2 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ...… … ..… .………………………… .… ..… .………… .4 液壓搬運(yùn)機(jī)械手 運(yùn)動簡圖 ………………………… ……… .… .…………… 4 液壓搬運(yùn)機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 ……… …… … ...……………… ..4 “滑槽杠桿式”手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 … ……………… .… .…………… 5 手指夾緊力計(jì)算 ……………… … ……… ……………… .… .…………… 6 手指夾緊缸驅(qū)動力計(jì)算 ………………… ……………… .… .…………… 7 手指 夾 緊液壓缸的計(jì)算 …………… ……………… .… .…………… …… 7 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算 … ……………… .… .…………… …… 9 液壓搬運(yùn)機(jī)械手橫移腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 … …… … ...……………… 11 腕部橫移液壓缸驅(qū)動力計(jì)算 …… … …………………… .… .………… 11 腕部液壓缸的計(jì)算 …………… … ……… ……………… .… .………… 13 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算 ……… ……………… .… .………… 15 液壓搬運(yùn)機(jī)械手小臂伸縮缸設(shè)計(jì)及計(jì)算 …… …… … ...……………… 15 小臂伸縮液壓缸驅(qū)動力計(jì)算 …… … …………………… .… .………… 16 小臂伸縮液壓缸的計(jì)算 ……… … ……… ……………… .… .………… 18 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算 ……… ……………… .… .………… 19 液壓搬運(yùn)機(jī)械手小臂俯仰液壓缸設(shè)計(jì)及計(jì)算 …… … ...……………… 20 小臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計(jì)算 … … …………………… .… .………… 20 小臂俯仰液壓缸驅(qū)動力的計(jì)算 … ……… ……………… .… .………… 21 小臂俯仰液壓缸的計(jì)算 ……… … ……… ……………… .… .………… 22 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算 ……… ……………… .… .………… 23 液壓搬運(yùn)機(jī)械手大臂俯仰液壓缸設(shè)計(jì)及計(jì)算 …… … ...……………… 23 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) V 大 臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計(jì)算 … … …………………… .… .………… 23 大 臂俯仰液壓缸驅(qū)動力的計(jì)算 … ……… ……………… .… .………… 25 大 臂俯仰液壓缸的計(jì)算 ……… … ……… ……………… .… .………… 25 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算 ……… ……………… .… .………… 26 3 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì) … .……… .…………………………… ……………… .… .…… 27 液壓驅(qū)動 系統(tǒng)傳動方案的確定 ………………… ……………… .… .…… 27 計(jì)算和選擇液壓元件 ……………………… ……………… .… .…………… 28 液壓泵及電動機(jī)的選擇 ………………… ……………… .… .………… 28 油箱容積的計(jì)算 ………………………… ……………… .… .………… 29 液壓元件的選定 ……………………… ……………… .… .…………… 30 4 電氣控制系統(tǒng) 簡介 .………………………………… ……………… .… .……………… 32 5 結(jié)論 ......................……… .……… ….…………………… ..… .…… ...… ..… .……… ...34 參考文獻(xiàn) ......................…………….………………… ..… .… ..……………… .………… .35 致謝 ......................………………….…………………… ..…… .………… ...…………… .37 附錄 ......................………… ………………………………… ………………… .……… 38 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前言 液壓搬運(yùn)機(jī)械手發(fā)展方向 機(jī)械手是一種被設(shè)計(jì)用來搬運(yùn)物體、部件、工 具或特定設(shè)備的，可以重復(fù)編程、具有多種功能的操作器。它通過一系列可變的程控動作來完成各種各樣的任務(wù)。進(jìn)入20世紀(jì) 90 年代以來，由于具有一般功能的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用趨向飽和，而許多高級生產(chǎn)和特種應(yīng)用則需要具有各種智能的機(jī)械手參與，因而促使智能機(jī)械手獲得較為迅速的發(fā)展。無論從國際或國內(nèi)的角度來看，復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的一條重要途徑就是開發(fā)具有各種功用的機(jī)械手，以求提高機(jī)械手的性能，擴(kuò)大其功能和應(yīng)用領(lǐng)域?；仡櫧?10多年來國內(nèi)外機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展歷程，可歸結(jié)出下列趨勢： 1）傳感型機(jī)械手發(fā)展較快 2）開發(fā)新型智 能技術(shù) 3）采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù) 4）機(jī)器人工程系統(tǒng)呈上升趨勢 5）微型機(jī)械手的研究有所突破 6）應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴(kuò)展 液壓機(jī)械手在國內(nèi)外從 20世紀(jì) 60 年代開始使用，最近三四十年發(fā)展尤為迅速，而且 機(jī)械手進(jìn)入了一個快速發(fā)展的時期。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，特別是液壓技術(shù)的應(yīng)用，給機(jī)械手帶來了更為廣闊的發(fā)展空間。液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及傳感技術(shù)的緊密結(jié)合大大提高了機(jī)械手的自動化程度，從而進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，提高了作業(yè)舒適性，使其安全性、可靠性、使用壽命和操作性能都更上一層樓 。 從整個工業(yè)領(lǐng)域來看，對工業(yè)機(jī)械手的需求越來越大，性能指標(biāo)越來越高。運(yùn)動學(xué)系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手的底層核心部分，對其關(guān)鍵技術(shù)，如運(yùn)動學(xué)建模、運(yùn)動學(xué)方程的求解、運(yùn)動空間插值算法等的研究，將從很大程度上決定著一個機(jī)械手系統(tǒng)的基本性能。隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人已成為工業(yè)的現(xiàn)代化程度的標(biāo)志?？偟膩碚f，對機(jī)械手控制及運(yùn)動系統(tǒng)的研究在理論和應(yīng)用上都具有重要的意義。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)目的 在機(jī)械制造工業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手常用作在單機(jī)或自動線上抓取傳送工件、刀具、材料等，可以使操作工人 從繁重、單調(diào)、重復(fù)的體力勞動中解放出來。 因 而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門 ，特別是在高溫、危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境（放射性、有害氣體、粉塵、易燃 、易爆 等）中代替人的部分操作，不僅能大大減輕 人的勞動強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率而且保證了人生安全。 本次設(shè)計(jì)的目的有如下幾點(diǎn)： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 （ 1） 通過 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，把有關(guān)課程的中所獲得的理論知識在實(shí)際中綜合的加以運(yùn)用， 使 這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。因此，液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)是今后走上工作崗位從事專業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 （ 2） 通過本次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)自己獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)的能力，樹立正 確的設(shè)計(jì)思想，掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法和步驟，為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。 （ 3） 在設(shè)計(jì)過程中， 熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范；熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù) 此次設(shè)計(jì)的液壓搬運(yùn)機(jī)械手是一種用于深孔鏜床上下料的專用工業(yè)機(jī)械手，設(shè)計(jì)工作主要包括 了解 上下料 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動過程，需對 手指 夾緊，手臂伸縮，手臂回轉(zhuǎn) 以及手臂俯仰等動作進(jìn)行分析 、計(jì)算，最終確定其尺寸。 設(shè)計(jì)方案 此次研究設(shè)計(jì)的 機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或 工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參