【正文】 機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。機(jī)器人的發(fā)展正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著越來越重要的作用，已經(jīng)成為世界各國搶占的該科技至高點(diǎn)。在發(fā)達(dá)國家中國，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動(dòng)化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。機(jī)器人的同時(shí)定位與建圖(SLAM)可以描述為：在未知的環(huán)境中移動(dòng)的機(jī)器人，根據(jù)傳感器獲得的環(huán)境信息，采用某些算法對信息進(jìn)行處理，最后經(jīng)控制器進(jìn)行自身位置估計(jì)與環(huán)境地圖的創(chuàng)建。對人的研究，國外側(cè)重于對人行走時(shí)的步態(tài)分析，通過對人腳形狀的分析，得出具有圓形截面的腳趾和腳后跟以及具有扁平截面的連接腳趾和腳后跟的中間部分具有最佳的動(dòng)力學(xué)性能。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域主要有弧焊、點(diǎn)焊、轉(zhuǎn)配、搬運(yùn)、噴漆、檢測、碼垛。同時(shí)，對所學(xué)知識的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個(gè)良好的開端。在親身研究的過程中了解機(jī)器人的研究過程以及研究的瓶頸，加深自己對機(jī)器人工作的認(rèn)識。液壓傳動(dòng)型工業(yè)運(yùn)輸機(jī)器人經(jīng)過長期的發(fā)展，已從最初的小型運(yùn)輸工具發(fā)展到具有高強(qiáng)力、大運(yùn)量、大功率的現(xiàn)代化的大型運(yùn)輸設(shè)備，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用。各種工程建設(shè)領(lǐng)域，特別是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中所起的作用越來越明顯，液壓運(yùn)輸機(jī)作為一類快速、高效的施工機(jī)械愈來愈被人們所認(rèn)識。但是，差動(dòng)式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。例如地下水下、防爆等。飛機(jī)和導(dǎo)彈的姿態(tài)控制等裝置。如起重機(jī)、起錨機(jī)等。液壓傳動(dòng)是根據(jù)流體力學(xué)的基本原理利用流體的壓力能進(jìn)行能量的傳遞和控制各種機(jī)械零部件運(yùn)動(dòng)。液壓馬達(dá)是作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并輸出轉(zhuǎn)矩的液壓執(zhí)行元件；而液壓缸是作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)并輸出力的液壓執(zhí)行元件。用它來實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒有傳動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 31 缸筒底部厚度的校核 31 31 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析和計(jì)算 31 選定工作壓力 33 繪制液壓執(zhí)行元件工況圖 33 確定液壓缸內(nèi)徑D 34 活塞桿直徑d的計(jì)算 34 缸筒壁厚及缸筒外徑的計(jì)算 34 缸筒長度L的計(jì)算 35 最小導(dǎo)向長度H的計(jì)算 35 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A的確定： 35 活塞寬度B的確定 36 其他長度C的確定 36 活塞的密封長度M的確定 36 缸筒底部厚度的確定 36 缸的有效面積的計(jì)算 37 液壓缸流量的確定 37 缸筒法蘭厚度h 37 油口直徑 37 中隔套長度 37 活塞桿強(qiáng)度的校核。液壓缸是一種配置靈活、設(shè)計(jì)制造比較容易而應(yīng)用廣泛的液壓執(zhí)行元件。指導(dǎo)教師（簽字） 教研室主任（簽字） 批準(zhǔn)日期 2011/12/12接受任務(wù)書日期 2012/1/5 完 成 日 期接受任務(wù)書學(xué)生（簽字）三自由度液壓傳動(dòng)型工業(yè)運(yùn)輸機(jī)器人摘 要本文主要介紹了三自由度液壓傳動(dòng)型工業(yè)運(yùn)輸機(jī)器人的設(shè)計(jì)。 5）銷與螺釘：設(shè)計(jì)中所用的所有較重要的銷與螺釘都要經(jīng)過強(qiáng)度校核。在滿足尺寸和強(qiáng)度要求的情況下，盡可能地選用國產(chǎn)軸承，以降低機(jī)器人的成本。Ⅲ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容課題研究的意義：通過對機(jī)器人腕部設(shè)計(jì)，希望學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，以及掌握利用AutoCAD或Pro/Engineer來繪制二維圖形或創(chuàng)建三維實(shí)體的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是教學(xué)計(jì)劃中綜合性最強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生的思想、工作作風(fēng)及實(shí)際能力、提高畢業(yè)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。 2）軸的校核：設(shè)計(jì)中所用的所有較重要的軸都要經(jīng)過強(qiáng)度校核和剛度校核。（4）零件圖的繪制與三維模型建立；（5）繪制裝配圖及運(yùn)動(dòng)仿真。三自由度液壓傳動(dòng)型工業(yè)運(yùn)輸機(jī)器人是利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱從一個(gè)位置運(yùn)輸?shù)搅硪恢付ǖ奈恢?，并利用雙作用液壓缸使其復(fù)位。盡管液壓缸有系列化標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和專用系列產(chǎn)品，但由于用戶對液壓機(jī)械的功能要求千差萬別，因而非標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的設(shè)計(jì)是不可避免的本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容集中于三自由度液壓傳動(dòng)型工業(yè)運(yùn)輸機(jī)器人液壓缸及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并介紹了液壓設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作：設(shè)計(jì)的依據(jù)、設(shè)計(jì)的一般原則和設(shè)計(jì)步驟。 37 缸筒底部厚度的校核 38 液壓缸進(jìn)、出油口尺寸的確定 38第3章 液壓輔助元件的設(shè)計(jì) 39 液壓缸的密封設(shè)計(jì) 39 靜密封的設(shè)計(jì) 39 動(dòng)密封的設(shè)計(jì) 39 支承導(dǎo)向的設(shè)計(jì) 39 導(dǎo)向環(huán)的設(shè)計(jì) 40 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 40 防塵圈的設(shè)計(jì) 41 活塞桿導(dǎo)向套的設(shè)計(jì) 41 緩沖裝置 42 液壓泵的選擇 42 確定液壓泵的最高工作壓力 42 確定液壓泵的流量 43 確定額定壓力及流量 44 44 閥類元件的確定 44 44 閥類元件的選擇 44 油箱的選擇 46 油箱設(shè)計(jì)要點(diǎn) 46 油箱容量計(jì)算 46 濾油器的選擇 46 管路的選擇 46第4章 PRO/E概述 48 Pro/ENGINEER主要模塊 48 1工業(yè)設(shè)計(jì)(CAID)模塊 48 2 機(jī)械設(shè)計(jì)(CAD)模塊 48 功能仿真(CAE)模塊 48 制造(CAM)模塊 49 數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊 49 數(shù)據(jù)交換(Geometry Translator)模塊 49 Pro/ENGINEER的特點(diǎn)及主要模塊介紹。將液壓缸提供的液壓能重新轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置稱為執(zhí)行元件。而此說明書是針對液壓缸的工作環(huán)境和工作要求來確定液壓缸的工作壓力和承載能力，來確定其缸筒內(nèi)徑、壁厚和活塞桿的直徑。目前，液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)裝備上，例如機(jī)械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機(jī)械，上至航空、航天工業(yè)，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術(shù)的蹤跡。(2)各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業(yè)裝置。(4)多種工作程序組合的自動(dòng)操作與控制。液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式：液壓缸有多種類型。組合液壓缸包括：彈簧復(fù)位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。運(yùn)輸機(jī)的發(fā)展與液壓技術(shù)密不可分，二者相互促進(jìn)，一方面，液壓技術(shù)是現(xiàn)代運(yùn)輸機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)，另一方面，運(yùn)輸機(jī)的發(fā)展又促進(jìn)了液壓技術(shù)的提高。今天，液壓傳動(dòng)型工業(yè)運(yùn)輸機(jī)器人已成為我國工業(yè)發(fā)展中的主要運(yùn)輸設(shè)備之一，它不僅具有將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)(或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng))的液壓執(zhí)行元件。并通過自己的努力研究為機(jī)器人的研究事業(yè)奉獻(xiàn)出自己的一份貢獻(xiàn)，為機(jī)器人事業(yè)在我國的工業(yè)發(fā)展中做出卓越的貢獻(xiàn)而努力，使我國的工業(yè)、國防事業(yè)得到快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)社會主義共同富裕的共同理想邁出堅(jiān)實(shí)的一步，為實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興添加新型動(dòng)力。研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢國外有關(guān)研究的綜述在國外，關(guān)于機(jī)器人的研究起點(diǎn)早，基礎(chǔ)牢固，技術(shù)先進(jìn)，研究領(lǐng)域廣闊且深入。研磨拋光和激光加工等復(fù)雜工業(yè)。(2)機(jī)器人的定位與環(huán)境地圖的創(chuàng)建。機(jī)器人的定位可分為相對定位和絕對定位兩種。國外汽車行業(yè)、電子器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已大量使用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)高效率。其中，液壓傳動(dòng)型工業(yè)機(jī)器人的研究比重呈逐年增加的趨勢。對機(jī)器人魚的研究集中在它的驅(qū)動(dòng)單元上，因機(jī)器魚有較高的液體推進(jìn)性能，其推進(jìn)方法可以是尾鰭或者胸鰭推進(jìn)。清華大學(xué)設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)步行雙足機(jī)器人 THBIPII，哈爾濱工程大學(xué)設(shè)計(jì)了雙足機(jī)器人 HEUBR_1，但仿生程度都還有待提高。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國工業(yè)機(jī)器人數(shù)量也達(dá)到了一定的規(guī)模，機(jī)器人的研究在一些方面也已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但與發(fā)達(dá)國家相比仍然有很大差距。工業(yè)機(jī)器人的研究趨勢隨著工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，建筑、農(nóng)業(yè)、采礦、災(zāi)難救援等非制造業(yè)行業(yè)、國防軍事領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、日常生活領(lǐng)域等對機(jī)器人的需求越來越大。而液壓傳動(dòng)型系統(tǒng)在機(jī)器人中的應(yīng)用很廣泛。(3)由于油液的不可壓縮性，系統(tǒng)的固有頻率高，快速響應(yīng)好，可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向。液壓系統(tǒng)在機(jī)器人中所起的作用是通過電—液轉(zhuǎn)換元件把控制信號功率放大后，對液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向、位置和速度的控制，從而使機(jī)器人手臂按照給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作。(3)針對此次液壓傳動(dòng)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的工作量大，工作難度大，時(shí)間緊，任務(wù)重的特點(diǎn)，擬采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)AutoCAD、UG等相關(guān)專業(yè)軟件來完成零件圖的繪制與三維模型以及運(yùn)動(dòng)仿真建立。同時(shí)，為后來者在液壓傳動(dòng)型工業(yè)機(jī)器人的研究提供經(jīng)驗(yàn)。液壓缸的主要尺寸包括缸筒內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸筒長度L。通常情況L≤(20~30)d。 液壓概述 液壓技術(shù)的發(fā)展液壓技術(shù)源于古老的水力學(xué)，它的發(fā)展是與流體力學(xué)的研究成果、工程材料、液壓介質(zhì)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展緊密聯(lián)系的。因而采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志，世界上各先進(jìn)國家都對液壓技術(shù)的發(fā)展給予了高度重視。液壓傳動(dòng)是以密閉在管路中的受壓液體(主要形式為液壓油)為土作介質(zhì)，進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、分配和控制的技術(shù)，稱之液壓傳動(dòng)或液壓技術(shù)。如果不使用或明確說明使用了伺服控制元件，則稱液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。它是與液壓泵作用相反的能量轉(zhuǎn)換裝置，是液壓缸和液壓馬達(dá)的總稱。(4) 輔助元件 輔助元件包括油箱、管道、管接頭、濾油器、蓄能器、加熱器、冷卻器等。液壓系統(tǒng)沒有工作介質(zhì)也就不能構(gòu)成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其重要性不言而喻。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比液。根據(jù)液壓傳動(dòng)型工業(yè)機(jī)器人的這一特點(diǎn)，液壓傳動(dòng)型工業(yè)機(jī)器人的液壓缸可以設(shè)計(jì)成單活塞桿單雙作用式的。一般有較大空間可以存放油箱的系統(tǒng)，都采用開式回路；相反，可采用閉式回路。開式循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，又可以很好的再油缸中進(jìn)行冷卻和沉淀雜質(zhì)，散熱條件好。因此，經(jīng)系統(tǒng)分析本文采用開式回路。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需的壓力，并保持恒定。如圖13 所示的回路，為采用液控單向閥和電接觸式壓力表的自動(dòng)補(bǔ)油式保壓回路，其工作原理為：當(dāng)1YA得電，換向閥右位接入回路，液壓缸上腔的壓力上升至電接觸式壓力表的上限值時(shí)，上觸點(diǎn)接電，使電磁鐵1YA失電，換向閥處于中位，液壓泵卸荷，液壓缸由液控單向閥保壓。圖15 自動(dòng)補(bǔ)油保壓回路(2) 啟?；芈?執(zhí)行元件需頻繁啟動(dòng)或停止的液壓系統(tǒng)中，一般不采用啟動(dòng)和停止電機(jī)的方法。動(dòng)作順序：先將工件夾緊,然后動(dòng)力滑臺進(jìn)行切削加工，加工完畢，退刀、松開。即在活塞的終點(diǎn)安裝一個(gè)行程開關(guān)，只有在壓力繼電器和行程開關(guān)都發(fā)出信號時(shí)，才能是換向閥動(dòng)作。(3) A缸先完成快進(jìn)，行程開關(guān)使1YA+、2YA，A缸工進(jìn)，B缸快進(jìn)，互不干擾，若兩缸均工進(jìn)，全由小泵供油。然后再考慮其它輔助回路，例如有垂直運(yùn)動(dòng)部件的系統(tǒng)要考慮平衡回路，有多個(gè)執(zhí)行元件的系統(tǒng)要考慮順序動(dòng)作、同步或互不干擾回路，有空載運(yùn)行要求的系統(tǒng)要考慮卸荷回路等。在綜合基本回路時(shí)，在滿足工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求及生產(chǎn)率的前提下，應(yīng)力求系統(tǒng)簡單，工作安全可靠，動(dòng)作平穩(wěn)、效率高，調(diào)整和維護(hù)保養(yǎng)方便。 系統(tǒng)工作循環(huán)分析根據(jù)液壓傳動(dòng)型工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)要求，液壓系統(tǒng)應(yīng)完成左右方向前進(jìn)，上下方向前進(jìn)，以及前后方向前進(jìn)和返回工作循環(huán)。1YA、3YA、4YA斷電，5YA通電，液壓缸3活塞先返回到后端點(diǎn)，回路壓力升高，壓力繼電器4K動(dòng)作，使4YA通電，液壓缸2活塞返回到左端點(diǎn)，回路中壓力升高，壓力繼電器3K動(dòng)作，使2YA通電，液壓缸1活塞返回到復(fù)位處。圖110 系統(tǒng)工作循環(huán)圖第2章 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原則和步驟 設(shè)計(jì)的依據(jù)液壓缸與機(jī)器及機(jī)器上的機(jī)構(gòu)直接相聯(lián)系，對于不同的機(jī)構(gòu)，液壓缸的具體用途和土作性能也不同，因此設(shè)計(jì)之前，要進(jìn)行全而地分析和研究，收集必要的原始資料并加以整理作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。再如汽車起重機(jī)的吊臂液壓缸，為適應(yīng)不同的起吊高度要求和工作場地的轉(zhuǎn)換，其吊臂液壓缸必須采用伸縮式多級液壓缸，其體結(jié)構(gòu)形式可以是單作用的柱塞式多級液壓缸，或活塞式多縮液壓缸，或末級活塞式的多級液壓缸。像精密外(內(nèi))圓磨床用的液壓缸，工作環(huán)境比較清潔，負(fù)載穩(wěn)定并且較小，結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)就應(yīng)當(dāng)適應(yīng)它的工作條件。以作用力為主要要求的液壓缸與以運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間為主要要求的液壓缸，設(shè)計(jì)考慮的出發(fā)點(diǎn)也是不同的。借鑒已有的液壓缸的設(shè)計(jì)是十分必要的。2)保證液壓缸的每個(gè)零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性(壽命)。5)盡量避免液壓缸承受橫(側(cè))向負(fù)載和偏心負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲而引發(fā)穩(wěn)定問題。8)根據(jù)液壓缸的工作條件和具體情況設(shè)置適當(dāng)?shù)呐艢?、緩沖和防塵措施。 設(shè)計(jì)的一般步驟不同類型、用途和結(jié)構(gòu)的液壓缸，設(shè)計(jì)內(nèi)容是不同的。圖21常見液壓缸1)根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)和負(fù)載機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求，初步確定設(shè)計(jì)方案：缸體結(jié)構(gòu)形式、安裝方式、連接方式等。3)選擇缸筒材料，計(jì)算缸筒厚度或外徑。無焊接要求時(shí)通?？蛇x用45號鋼，有特殊要求的，可選用合金鋼。即時(shí)，應(yīng)進(jìn)行活塞桿縱向彎曲強(qiáng)度校核及液壓缸穩(wěn)定性校核。液壓缸速度、時(shí)不需要設(shè)計(jì)緩沖裝量。(1)結(jié)構(gòu)布局主視圖(2)結(jié)構(gòu)布局俯視圖圖22 液壓缸布局圖 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析和計(jì)算按工作要求和執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，繪制出執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和速度－位移(或時(shí)間)曲線圖，即速度圖。對于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。參考《液壓機(jī)械手冊》表21 取f=對于平導(dǎo)軌 (22)d對于V形導(dǎo)軌 (23)此處采用平導(dǎo)軌 故： (24)(3)慣性負(fù)載Fa慣性負(fù)載Fa是由運(yùn)動(dòng)部件的速度變化所引起的，可根據(jù)牛頓第二定律確定，即 (25)一般機(jī)械=~(4)重力負(fù)載重力負(fù)載為垂直放置的移動(dòng)部件本身的重力，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)重力負(fù)載為正值，向下則為負(fù)值，移動(dòng)部件水平放置時(shí)重力負(fù)載為零。故取=(6)背壓負(fù)載Fb背壓負(fù)載Fb為液壓缸回油腔的背壓所產(chǎn)生阻力，在系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前也無法計(jì)算，因此在負(fù)載計(jì)算時(shí)可暫不考慮。若壓力過高，則密封要求就高，元件的制造精度也高，成本也高。工作壓力低，則執(zhí)行元件的尺寸和體積都較大，完成給定的速度所需流量也大。 繪制液壓執(zhí)行元件工況圖液壓執(zhí)行元件的工況圖指的是壓力圖、流量圖和功率圖。(參考《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》P75