【正文】 動(dòng)。機(jī)身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。綜上所述，本機(jī)械手的設(shè)計(jì)，臂部選用雙導(dǎo)向桿伸縮結(jié)構(gòu)。其中以液壓氣動(dòng)用的最多，占90%以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。缺點(diǎn)是出力小，體積大?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場(chǎng)合。在拉桿3的作用下銷軸2向上的拉力為P,并通過(guò)銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為P1和P2，其力的方向垂直于滑槽的中心線OO1和OO2并指向O點(diǎn)，P1和P2的延長(zhǎng)線交O1O2于A與B。夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算(1)由上知，驅(qū)動(dòng)力 P=手指與工件的位置：手指垂直位置夾水平平位置放置的工件，那么握力,其中,f為摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼f=。5 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。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，除了保證力和運(yùn)動(dòng)的要求，及具有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，碗部各個(gè)自由度的位置檢測(cè)，管線布置，以及潤(rùn)滑、維修、調(diào)整等問(wèn)題。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇(1) 具有單自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)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。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為球坐標(biāo)式機(jī)械手，為了使手部能適應(yīng)被抓取對(duì)象方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平或其他狀態(tài)。其總重為G=460N。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：。臂部的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(油缸或氣缸)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況看，他在工作中既直接承受腕部 手部和工件的靜 動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，因而它的結(jié)構(gòu) 工作范圍 靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。④盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化⑤水平放置的手臂，應(yīng)該增加導(dǎo)向桿的剛度⑥提高活塞和缸體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂伸縮時(shí)的剛度。平均回轉(zhuǎn)速度為在速度和回轉(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(jī)械手臂部要盡可能的輕。對(duì)于懸臂式機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使臂部運(yùn)動(dòng)盡可能保持平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。（1）臂部作直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu) ①雙導(dǎo)向桿手臂伸縮結(jié)構(gòu) ②雙層油缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu) ③采用花鍵套導(dǎo)向的手臂升降結(jié)構(gòu) ④雙活塞伸縮油缸結(jié)構(gòu)（2）臂部作直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu) ①回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之下的機(jī)身結(jié)構(gòu)。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。通過(guò)以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)的伸縮運(yùn)動(dòng)選擇單花鍵軸導(dǎo)向的伸縮機(jī)構(gòu),俯仰運(yùn)動(dòng)選擇擺動(dòng)式直線缸驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算為 式中 ——摩擦阻力（N）.臂部運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)件表面間的摩擦力。對(duì)于圓柱面：——摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)：鋼對(duì)青銅：取鋼對(duì)鑄鐵：取計(jì)算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇青銅 ，L=540mm,花鍵軸套a=60mm將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是V=,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 ()解得密封圈的形式有O型密封圈，Y型密封圈，V型密封圈。經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力： 確定液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=5591N，=2Mpa,機(jī)械效率液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如下圖所示 圖72 液壓缸受力示意 當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔，當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， 液壓缸的有效面積： 故有 （無(wú)桿腔） （有桿腔） 式中 P——活塞的驅(qū)動(dòng)力（N） ——油缸的工作壓力（Mpa） d——活塞桿直徑（mm） D——油缸內(nèi)徑（mm） ——機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐用膠可取=F=5591N， =，選擇機(jī)械效率將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表51，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=100mm.（1）液壓缸外徑的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在15mm，所以該液壓缸的外徑為130mm.（2）活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算①按強(qiáng)度條件決定活塞桿直徑按直桿拉 壓強(qiáng)度計(jì)算： 即 (mm)式中 P——活塞桿所受的總載荷（N）,即活塞的驅(qū)動(dòng)力 ——活塞桿材料的許用應(yīng)力(Mpa): ,其中為活塞桿的抗拉強(qiáng)度， n為安全系數(shù)，一般??；碳鋼取現(xiàn)取 計(jì)算解得由于采用花鍵軸在活塞桿內(nèi)部進(jìn)行導(dǎo)向，會(huì)使活塞桿的結(jié)構(gòu)變大，因此根據(jù)實(shí)際情況并參照表44，選擇活塞桿直徑d=70mm 表71 活塞桿直徑系列（GB/T234893）（mm） 1012 14 1618 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100110125140160180②活塞桿的計(jì)算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。8臂部俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 驅(qū)動(dòng)臂部俯仰的驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)克服臂部等部件在啟動(dòng)時(shí)的重量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩和臂部在啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副處摩擦力矩，即 圖81 臂部俯仰缸設(shè)計(jì)示意圖一般手臂座與立柱連接軸在O處裝有滾動(dòng)軸承，其摩擦力矩較小，在鉸鏈處配合直徑較小，相對(duì)轉(zhuǎn)角亦小，故，則式中 ——手臂等部件重力對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的偏重力矩(N),臂部上仰時(shí)為正，下仰時(shí)為負(fù)，計(jì)算時(shí)主要考慮上仰的驅(qū)動(dòng)力矩 ——手臂做俯仰運(yùn)動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩(Nm), ——工件對(duì)臂部回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量() ——臂部俯仰對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量() ——臂部俯仰過(guò)程的角速度() ——臂部俯仰運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s),一般取 慣性力矩的計(jì)算 設(shè)置啟動(dòng)角度為，啟動(dòng)時(shí)間=,那么角速度 那么的計(jì)算由前面的分析可知驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 如圖所示，當(dāng)臂部與水平位置成時(shí)，則鉸接活塞桿的驅(qū)動(dòng)力(即俯仰擺動(dòng)油缸的驅(qū)動(dòng)力)P的作用線與鉛垂線的夾角是在范圍內(nèi)變化，而作用在活塞上的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩與臂部俯仰角有關(guān)。，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為3Mpa,所以螺釘間距t小于120mm,每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷和剩余預(yù)緊力之和 式中——工作載荷（N）， P——缸蓋所受的合成液壓力，即驅(qū)動(dòng)力（N） Z——螺釘數(shù)目， ——螺釘中心所在圓的直徑（mm） ——工作壓力(Mpa) ——剩余預(yù)緊力，螺釘所在圓的直徑，根據(jù)表選擇那么螺釘數(shù)目 取為工作載荷 剩余預(yù)緊力 螺釘材料選擇45，則n為安全系數(shù)，,現(xiàn)取為2螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為螺釘?shù)闹睆健?jì)算載荷，——許用抗拉強(qiáng)度，——螺釘材料的屈服點(diǎn)（Mpa）——螺釘螺紋內(nèi)徑（mm）, ,d 為螺釘公稱直徑，S為螺距。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降或俯仰運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。經(jīng)過(guò)綜合考慮，臂部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)選用回轉(zhuǎn)缸置于機(jī)身上的結(jié)構(gòu)。圖91臂部回轉(zhuǎn)液壓缸示意圖 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算驅(qū)動(dòng)臂部回轉(zhuǎn)的力矩應(yīng)該與臂部運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。（2）密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下=，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械手的特點(diǎn)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，由于液壓技術(shù)是一個(gè)比較成熟的技術(shù)，它具有動(dòng)力大（或力矩）慣性比大，快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，適用于承載能力大、慣性大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。因此，為了保證機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作性能，在各油缸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面和固定連接斷面的進(jìn)行密封。 活塞式油缸的泄漏與密封對(duì)于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞油缸來(lái)說(shuō)，其泄漏主要是活塞與缸臂處的內(nèi)泄漏及往復(fù)活塞桿與缸蓋處的處泄漏。但是，當(dāng)壓力過(guò)高或溝槽尺寸選擇不當(dāng)時(shí)，密封圈很容易被擠出溝槽而造成劇烈磨損。 回轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封手臂回轉(zhuǎn)油缸中，由于動(dòng)片與缸體，動(dòng)片與輸出軸，動(dòng)片端面和缸蓋之間的間隙不易保證，易引起較大的泄露，使油液的壓力降低，減少了輸出扭矩，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響機(jī)械手的正常運(yùn)行。液壓機(jī)械手一般采用單泵或雙泵供油，手臂伸縮、手臂俯仰和手臂旋轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)供油，這樣可有效降低系統(tǒng)的供油壓力，此時(shí)為了保證多缸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)同步或非同步運(yùn)動(dòng)，換向閥需要采用中位“O”型換向閥。機(jī)械手的手臂伸縮和手臂俯仰或升降缸采用兩個(gè)單向節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。單泵供油系統(tǒng)要以所有液壓缸中需流量最大的來(lái)選擇泵的流量。本設(shè)計(jì)選用單泵供油。 機(jī)械手的動(dòng)作分析表61 工業(yè)機(jī)械手所用液壓元件一覽序號(hào)元件名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量1線隙式濾油器XU132X100250N 32l/min12電動(dòng)機(jī)Y100L14N= n=1430r/min13齒輪泵CEB25 25l/min14溢流閥PB25B Φ12mm15電磁換向閥22D25B Φ12mm16單向閥I25B Φ12mm17壓力表Y600～18，14節(jié)流閥L25B Φ12mm29，15，20，21，25，26，30節(jié)流閥L25B Φ12mm7