【正文】 服極限 n— 安全系數(shù) 大臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 大臂是整個(gè)機(jī)械手的支撐部件，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的大范圍的回轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： 1. 要有足夠的承載力 2. 要有足夠的剛度和強(qiáng)度 3. 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，盡量減少偏心力矩 大臂回轉(zhuǎn)示意圖如下： 如圖 49 大臂回轉(zhuǎn) 示意圖 大臂回轉(zhuǎn)時(shí)的力矩： M 驅(qū) = 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(dòng)時(shí)受力圖如下： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 410 大臂擺動(dòng)時(shí)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(jié)構(gòu)受力圖如下： 圖 411 手臂結(jié)構(gòu)受力圖 設(shè)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(xué)學(xué)士學(xué)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(qū) 驅(qū) `2=pb d /8M 2驅(qū) （ D ） 其中 d=4mm 28 d 9 5 m mpbMD ? ? ?驅(qū) ： 0? = s+?? 式子中： ?— 工作載荷 s? — 預(yù)緊力 ? = P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ： ? ?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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大臂是整個(gè)機(jī)械手的支撐部件，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械手大范圍的升降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 （ 1） 要有足夠的承載力 （ 2） 要有足夠的剛度和強(qiáng)度 （ 3） 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 ： 圖 412 大臂受力圖 G— 升降油缸個(gè)部件的重力 f— 摩擦力 P上 — 上升驅(qū)動(dòng)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(qū) 上 k為安全系數(shù) k= P驅(qū) = ? = ： 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(yù)緊力 ? =P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(shè)計(jì)的機(jī)械手的機(jī)構(gòu)尺寸基本確定，其移動(dòng)將根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求適當(dāng)調(diào)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(yīng)產(chǎn)生的彎矩為 ： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 M=GL= 則應(yīng)力強(qiáng)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(qiáng)度理論校核： 2d /32CW ?π = 10 m?? c= CCMW?= 而 : ??? = 0n? =294MPa c? 所以軸強(qiáng)度條件符合。 ： 桿長(zhǎng) l 為 200mm ， 桿徑 d 為 30mm 因?yàn)? 200 15 ? 30 = 450 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格 。本文以搬運(yùn)機(jī)械手為例論述了有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)方面的一些問題，得出以下結(jié)論： 首先，理論分析方面，注重理論與實(shí)際相結(jié)合，考慮到各種驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，最后選擇了液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)橐簤?系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 能方便的進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。 （ 5） 因?yàn)閭鲃?dòng)介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤(rùn)滑的作用，使用壽命長(zhǎng)。設(shè)計(jì)為 5 自由度的機(jī)械手，分別 為：手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)、小臂的伸縮、小臂的俯仰、大臂的擺動(dòng)和大臂的升降，使其活動(dòng)范圍大，工作面更廣。 在本論文的寫作過程中，我的導(dǎo)師 唐德棟 老師傾注了大量的心血，從選題到開題報(bào)告，從 總體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)到關(guān)鍵部件的選擇 ， 再 到一遍又一遍地指出每 此設(shè)計(jì)圖中 的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘， 相信老師的這些極具價(jià)值的指導(dǎo)思想會(huì)一直有益于我以后的生活和學(xué)習(xí)， 在此我表示衷心感謝。 感謝各位 導(dǎo)師 的批評(píng)指導(dǎo)。 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(yùn)機(jī)械手 》終于完 成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。 （ 7） 可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)負(fù)載，從而省去了中間的減速裝置，使得傳動(dòng)簡(jiǎn)單化。 （ 3） 控制和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、方便、省力；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過載保護(hù)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 第 6章 總體三維圖 總體三維圖 經(jīng)過以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總體外觀圖的規(guī)劃，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其調(diào)試， 現(xiàn)繪制出五自由度液壓搬運(yùn)機(jī) 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(xué)學(xué)士學(xué)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(jié) 經(jīng)過以上幾章的方案確定、設(shè)計(jì)分析、校核計(jì)算，本章最終對(duì)總體效果圖進(jìn)行了三維圖的繪制，其效果如上。 2. 穩(wěn)定性校核 ： 桿長(zhǎng) l 為 300mm ，桿徑 d 為 40mm 因?yàn)? 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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 第 5章 各油缸活塞桿校核 手部驅(qū)動(dòng)油缸活塞桿校核 ： 22500d /4 /4P? ??π π （ 51） = 碳鋼 ??? 取 100 ~120 MPa 所以： ?? ??? 強(qiáng)度條件滿足。 俯仰缸設(shè)計(jì) 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(shè)置一個(gè)俯仰缸，還可以使機(jī)械手得到重量上的平衡，使本機(jī)械手更加的穩(wěn)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 定。 本設(shè)計(jì)將運(yùn)用回轉(zhuǎn)油缸來(lái)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)我將考慮以下幾點(diǎn)： a、 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 b、 動(dòng)作靈活平穩(wěn) c、 保證有足夠的剛度和強(qiáng)度 =+M M M M?驅(qū) 回偏 封 如下圖所示： 圖 42 腕部驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算圖 除工件以外，將擺動(dòng)體等效為一直徑 D=70mm， 長(zhǎng)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(diǎn) 2— 手指 3— 工件 手部夾持器設(shè)計(jì)計(jì)算 進(jìn)分析可知，此手抓作單支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，由此可知： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(shí)=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(shí) =56kg 設(shè)液壓缸直徑為 D 、 d 為半徑。 （ 3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。 （ 13）電磁鐵 13 通電，大臂旋轉(zhuǎn)油缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)大臂周向定位。 （ 9） 電磁鐵 4 通電，手爪旋轉(zhuǎn)油缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手爪的周向定位。 — 90176。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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(jī)械手 ： 搬運(yùn) ： 5 （腕部轉(zhuǎn)動(dòng)、小臂伸縮、小臂俯仰、大臂回轉(zhuǎn)、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(yùn)動(dòng)自由度 動(dòng)作范圍 速度 腕部回轉(zhuǎn) 90176。 因?yàn)楸或?qū)動(dòng)部件的速度快慢取決于油液 容積變化，所