【正文】 服極限 n— 安全系數(shù) 大臂回轉機構設計 大臂是整個機械手的支撐部件，能實現(xiàn)機械手的大范圍的回轉，設計時應該注意以下幾點： 1. 要有足夠的承載力 2. 要有足夠的剛度和強度 3. 要結構緊湊，重量輕，盡量減少偏心力矩 大臂回轉示意圖如下： 如圖 49 大臂回轉 示意圖 大臂回轉時的力矩： M 驅 = M 慣 + M 封 +M 回 ：、 ` ``=M M M?封 封 封 式中： ` 1M bbRP??封 `` 13 ( ) CPM b R r PR???封 臂部擺動時受力圖如下： 哈爾濱理工大學學士學位論文 23 圖 410 大臂擺動時受力圖 其中： ? ＝０ .15mm b= 50mm 1b =5mm R= 45mm r = 20 mm p 取 10MPa 3 2 .52CP RrR m m??? 則： ` 1M bbRP??封 = kgfm `` 13 ( ) CPM b R r PR???封 = kgfm ` ``=M M M?封 封 封 = kgfm ： 手臂結構受力圖如下： 圖 411 手臂結構受力圖 設重 心于 `o’處，則有： oM(F)=0? = + + G + G ? ? ?臂 伸 缸 俯 缸（ 4 0 0 ） G （ 124 ） （ 80 ） = + + + ? ? ?? ? ?32 （ 400 ） （ 124 ） （ 80 ） = 9. 2 +3 2 + 2. 2 = 43. 4 kgf總 G 手臂可以近似看成一根桿： L=800mm 哈爾濱理工大學學士學位論文 24 20z=+gGJJ ? =1/12+? +? /10 = 2m 180 / 180 = 0. 36 r a d/s5t = W? ? ??π 所以： 0= = 6 .0 5 ra d /sMJ ????慣 ： D 222d p2= b p d = b /2 ( R r ) pM ??回 回 回 其中： p回 =1MPa b=80mm R=50mm r=20mm 則： 22=b/2 ( R r ) pM 回 回= kgfm `=MM驅 驅 `2=pb d /8M 2驅 （ D ） 其中 d=4mm 28 d 9 5 m mpbMD ? ? ?驅 ： 0? = s+?? 式子中： ?— 工作載荷 s? — 預緊力 ? = P驅 / Z = kgf 螺釘?shù)膹姸葪l件為 ： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 大臂升降結構設計 大臂是整個機械手的支撐部件，能實現(xiàn)機械手大范圍的升降，設計時應注意以下幾點： 哈爾濱理工大學學士學位論文 25 （ 1） 要有足夠的承載力 （ 2） 要有足夠的剛度和強度 （ 3） 要結構緊湊，重量輕 ： 圖 412 大臂受力圖 G— 升降油缸個部件的重力 f— 摩擦力 P上 — 上升驅動力 G = G + G + G + G + 臂 俯 伸 空 桿Ｇ G臂 = kgf 桿Ｇ = kgf G + G + G俯 伸 空 = kgf G = + + = kgf 根據(jù)力矩平衡方程： G + f = P上 P上 = / () = kgf =kPP驅 上 k為安全系數(shù) k= P驅 = ? = ： 由式子： 424 p dpdPD ?? ππ （ 421） = 所以取 D 為 110mm ， d 為 60mm ： 0? = s+?? 式子中： ? — 工作載荷 s? — 預緊力 ? =P驅 / Z = kgf 螺釘?shù)膹姸葪l件為： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm 哈爾濱理工大學學士學位論文 26 ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 s? — 材料的屈服極限 n— 安全系數(shù) 直到現(xiàn)在，本設計的機械手的機構尺寸基本確定，其移動將根據(jù)實際應用要求適當調整。 所以： 1 = 133G G G N?? 工 件 腕部活塞桿受力圖如下： 圖 51 腕部活塞桿受力圖 F=G=133N ,相應產生的彎矩為 ： 哈爾濱理工大學學士學位論文 30 M=GL= 則應力強度校核： 先求支反力 由 0AM?? , 0BM ?? 得 ： 80 70APF? ? ? 80 70APF? ? ? F= 123 N 所以 ： AP =116N 同理可求得： BP = 249 N CMM? = 所以按第三強度理論校核： 2d /32CW ?π = 10 m?? c= CCMW?= 而 : ??? = 0n? =294MPa c? 所以軸強度條件符合。 ： 桿長 l 為 200mm ， 桿徑 d 為 30mm 因為 200 15 ? 30 = 450 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格 。本文以搬運機械手為例論述了有關機械手設計方面的一些問題，得出以下結論： 首先，理論分析方面，注重理論與實際相結合，考慮到各種驅動的優(yōu)缺點，最后選擇了液壓系統(tǒng)驅動，因為液壓 系統(tǒng)驅動具有以下幾個優(yōu)點： （ 1） 能方便的進行無級調速，調速范圍大。 （ 5） 因為傳動介質為油液，故液壓元件有自我潤滑的作用，使用壽命長。設計為 5 自由度的機械手，分別 為：手腕的轉動、小臂的伸縮、小臂的俯仰、大臂的擺動和大臂的升降，使其活動范圍大，工作面更廣。 在本論文的寫作過程中，我的導師 唐德棟 老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從 總體結構 設計到關鍵部件的選擇 ， 再 到一遍又一遍地指出每 此設計圖中 的具體問題，嚴格把關，循循善誘， 相信老師的這些極具價值的指導思想會一直有益于我以后的生活和學習， 在此我表示衷心感謝。 感謝各位 導師 的批評指導。 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學習生活的開始。 哈爾濱理工大學學士學位論文 35 致謝 通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《 五自由度液壓搬運機械手 》終于完 成了，這意味著大學生活即將結束。 （ 7） 可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達直接帶動負載，從而省去了中間的減速裝置，使得傳動簡單化。 （ 3） 控制和調節(jié)簡單、方便、省力；容易實現(xiàn)自動化控制和過載保護。 哈爾濱理工大學學士學位論文 32 第 6章 總體三維圖 總體三維圖 經過以上的結構設計，總體外觀圖的規(guī)劃，液壓系統(tǒng)的設計及其調試， 現(xiàn)繪制出五自由度液壓搬運機 械手的總體外觀三維圖如下： 圖 61 總體主視圖 哈爾濱理工大學學士學位論文 33 圖 62 一定角度總體視圖 圖 63 手爪放大圖 本章小結 經過以上幾章的方案確定、設計分析、校核計算，本章最終對總體效果圖進行了三維圖的繪制，其效果如上。 2. 穩(wěn)定性校核 ： 桿長 l 為 300mm ，桿徑 d 為 40mm 因為 300 15 ? 40 = 600 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格。 哈爾濱理工大學學士學位論文 29 第 5章 各油缸活塞桿校核 手部驅動油缸活塞桿校核 ： 22500d /4 /4P? ??π π （ 51） = 碳鋼 ??? 取 100 ~120 MPa 所以： ?? ??? 強度條件滿足。 俯仰缸設計 俯仰缸能使其手臂上仰下俯，使手臂的抓取范圍大大得到提高，設置一個俯仰缸，還可以使機械手得到重量上的平衡，使本機械手更加的穩(wěn)哈爾濱理工大學學士學位論文 21 定。 本設計將運用回轉油缸來驅動，設計時我將考慮以下幾點： a、 結構緊湊，重量輕 b、 動作靈活平穩(wěn) c、 保證有足夠的剛度和強度 =+M M M M?驅 回偏 封 如下圖所示： 圖 42 腕部驅動力矩計算圖 除工件以外，將擺動體等效為一直徑 D=70mm， 長為 200mm 的圓 柱體。抓起范圍： 20 毫米到 50 毫米的圓柱體工件其抓取原理圖如下： 圖 41 手爪工作原理圖 1— 鉸接點 2— 手指 3— 工件 手部夾持器設計計算 進分析可知，此手抓作單支點運動，由此可知： 哈爾濱理工大學學士學位論文 12 12 cosP P a? 1 2cosPP a? （ 41） 力矩平衡： 1 25 50PN? ? ? （ 42） N=100 122PPP?? (43) 夾緊力： 1 2 3N K K K G? （ 44） = 2 100? ? ? = 150 P=2 1P =4N=600（ N） PP??實=560(N) 1K 為安全系數(shù)： 取 1K 為 = 2K =1+a/g (抓取工件的最大加速度為 a=g) 3K 為方位系數(shù) 3K = P實 =56kg 設液壓缸直徑為 D 、 d 為半徑。 （ 3） 要求結構緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 （ 13）電磁鐵 13 通電，大臂旋轉油缸逆時針旋轉，實現(xiàn)大臂周向定位。 （ 9） 電磁鐵 4 通電，手爪旋轉油缸逆時針旋轉，實現(xiàn)手爪的周向定位。 — 90176。 哈爾濱理工大學學士學位論文 8 第 3章 基本參數(shù)及 二維 外觀圖 基本參數(shù) ： 工業(yè)機械手 ： 搬運 ： 5 （腕部轉動、小臂伸縮、小臂俯仰、大臂回轉、大臂升降 ） 4. 抓重：最大 5Kg 5． 工作范圍與速度 工作范圍與速度如下表 31 運動自由度 動作范圍 速度 腕部回轉 90176。 因為被驅動部件的速度快慢取決于油液 容積變化，所