【正文】 接。計算公式： maxcaSSS???? （ 27） sS選取 （力學性精確能高） max 38KD Fd? ?? （ 28） max 38KD Fd? ??=228 8 1 .2 5 3 2 5 6= = 3 8 8d 3 .1 4 4K F C m p a? ? ? ?? 66m a x 8 0 0 1 0 2 .0 63 8 8 1 0ca sSS ?? ?? ? ?? 王林 ： 車間運輸機器人系統(tǒng)設計 16 結論：經(jīng)過校核，彈簧適應。 結論本設計彈簧 b=3? ，因此彈簧穩(wěn)定性合適。 因此取 z=7，彈簧總圈數(shù) 1z =z+= 圈 7）彈簧剛度 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 15 C= 38F GdCz??= 63800 10 6 ???? =27N/mm 8）彈簧尺寸的確定 彈簧的中經(jīng) D=24mm,彈簧絲直徑 d=4mm，彈簧小徑 1 d= 24 4 = 20 m mDD?? ，彈簧大徑 2 = 24 + 4 = 28m mD D d?? 彈簧長度： 0H 。 圖 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù) cylindrical helical spring the geometric parameters 王林 ： 車間運輸機器人系統(tǒng)設計 14 1)選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應力 ? ? 800MPa? ? 2)選擇旋繞比，常用初選范圍為 5— 8，初選 C=6 4 1 0 .6 1 54 4 6CK C ???? (24) 4 1 154 4 6CK C ???? = 4 6 1 0 .6 1 5 1 .2 54 6 4 6?? ???? 3)選擇 彈簧中徑 D=24mm，估算彈簧絲直徑 24 46DdmC? ? ? 4)切應力 max 38KD Fd? ??=228 8 1 .2 5 3 2 5 6= = 3 8 8d 3 .1 4 4K F C m p a? ? ? ?? max []??? 強度滿足要求 5)彈簧絲直徑 d的設計計算是為 ? ?39。 1） 設1 ? 王林 ： 車間運輸機器人系統(tǒng)設計 12 2 1 bK a?? ==1 ? = 根據(jù)公式，將已知條件帶入： ? NF= 1/15=92N 2）根據(jù)驅動力公式得： ? ? 22 4 0= 3 0 9 2 2 7 620F C O S N? ? ? ?計 算 3）取 ?? 276= = = 3 2 50 .8 5FFN?計 算實 際 4）確定液壓缸的直徑 D ? ?224F D d p???實 際 （ 23） 選取活塞桿直徑 d=,根據(jù)表 21選擇液壓缸壓力油工作壓力 P=, 224 4 3 2 5 26( 1 0 . 5 ) 0 . 8 ( 1 0 . 5 )FD m mp?? ?? ? ???實 際 根據(jù)表 22（ JB82666） ，選取液壓缸內徑為： D=32mm 則活塞桿內徑為 : d=32? =16mm 表 22 液壓缸的內徑系列 [4]（ JB82666） （ mm） Table .22 the inner diameter of the hydraulic cylinder series (JB82666) 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 手抓夾持范圍計算 為了保證手抓張開角為 060 ，活塞桿運動長度為 12mm。 手指對工件的夾緊力可按公式計算：121NF K K G?? （ 22） 式中 ? 機械手橡膠與工件的摩擦系數(shù)； 1K—— 安全系數(shù)，通常 ； 2k —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。 由分析可知，當驅動力 F 一定時， ? 角增大，則握力 NF 也隨之增大，但 ? 角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此最好 ? = 030 040 。 αααα αα (a) (b) 圖 23 滑槽杠桿式手部結構、受力分析 1—— 手指 2—— 銷軸 3—— 杠桿 chute hand lever type structure, stress analysis 1fingers 2pin shaft 3— lever 在杠桿 3 的作用下，銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷軸中心 O 點，兩手指 1 的滑槽對銷軸的反作用力為 F1 和 F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線 1oo 和 2oo 并指向 o 點，交 1F和 2F 的延長線于 A 及 B。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。 4) 手指應有一定的強度和剛度 5)其它要求 因此送料，夾緊機械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊 方式用常閉式 彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。對于回轉型 手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。 手部設計基本要求 1)有適當?shù)膴A緊力 手部在工作時，應具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。 機械手基本形式的選擇 圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小，因此本設計采用圓柱坐標。 王林 ： 車間運輸機器人系統(tǒng)設計 8 4）行走機構 有的工業(yè)機械手帶有行走機構。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。本設計只要求上下移動，要求功能較簡單，一般腕部設有回轉運動再增加一個上下運動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了 簡化結構，可以不設腕部，而直接用臂部運動驅動手部搬運工件。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 3）鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面，國內大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉底爐，用兩只機械手成一定角度布置早爐前，實現(xiàn)進出料自動化。由于這方面的使用已有成功的經(jīng)驗，國內一些機床廠已在這類產(chǎn)品出廠是就附上遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 7 機械手，或為用戶安裝機械手提供條件。國內這類生產(chǎn)線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的 4 號和 5 號電動機加工自動線（軸類），上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類）等。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。法蘭分螺紋連接（絲扣連接）法蘭和焊接法蘭和卡夾法蘭。法蘭是使管子與管子相互連接的零件，連接于管端。 本運輸機器人由機械手和導軌小車組成，機械手采用平動搬運機械手設計，導軌小車用雙向電動機驅動小車在導軌上移動。 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 5 2運輸機器人機械部分設計 本運輸機器人用于生產(chǎn)線各工序之間零件的搬運，所搬運零件為法蘭盤，如圖 21 所示。 但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械王林 ： 車間運輸機器人系統(tǒng)設計 4 化。目前研究主要集中在賦予機器人“眼睛”，使它能識別物體和躲避障礙物，以及機器人的觸覺裝置。 2）開發(fā)各種新型結構用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機構用以保證精度；開發(fā)多關節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機器人，以適應不同的場合。 我國雖然開始研制工業(yè)機器人的時間僅比日本晚 5～ 6 年，但是由于種種原因，工業(yè)機器人技術的發(fā)展比較慢。使用工業(yè)機器人代替人工操作的，主要是在危險作業(yè)、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的工作遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 3 環(huán)境。它的結構特點是機體上安裝一個回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是示教型的。在特種機器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。 ” 它能為人類帶來許多方便之處。在工業(yè)、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領域中均有重要用途。 王林 ： 車間運輸機器人系統(tǒng)設計 2 1 機器人介紹 機器人簡介 機器人（ Robot）是自動執(zhí)行工作的機器裝置。機器人具有結構簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)點，但功能較少，適應性較 差。目前，工業(yè)機器人主要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復性并且勞動強度極大的工作，一般采取示教再現(xiàn)的工作方式。工業(yè)機器人的技術水平和應用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平。簡而言之，機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進行加工。一般而言，機器人通常就是由這 三部分組成，這些系統(tǒng)的性能就決定了機器人的性能。它是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產(chǎn)物。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義 ： “ 一種可編程和多功能的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的 ， 用于非制造業(yè)并服務于人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機 器人、機器人化機器等。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出世界上第一臺機器人。 目前，工業(yè)機器人主要用于裝卸、搬運、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無論是數(shù)量、品種，還是性能方面都還不能完全滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。如 發(fā)生某些偏離時，就會導致零部件甚至機器人本身的損壞。 就目前來看，現(xiàn)代工業(yè)機器人有以下幾個發(fā)展趨勢： 1） 提高運動速度和 運動精度，減少重量和占用空間，加速機器人功能部件的標準化和模塊化， 將機器人的各個機械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結構不同的機器人。 對 于現(xiàn)代智能機器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法，數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。 機器人 可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性自動線。手部的一個直線液壓缸通過機械結構實現(xiàn)手抓的張合，機身一個直線液壓缸實現(xiàn)機身帶動手臂的上下移動，機 身通過三相異步電動機的正反轉實現(xiàn)的運輸機器人在導軌上的移動。 法蘭（ Flange）又叫法蘭盤或凸緣盤。法蘭間用襯墊密封。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。 1）建造旋轉零件（轉軸、盤類、環(huán)類） 自動線 一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。目前，機械手在這方面應用很多，如上海柴油機廠 的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二車床廠的自動循環(huán)液壓仿行車床機械手，沈陽第三機床廠的 Y38 滾齒機械手，青海第二機床廠的滾銑花鍵機床機械手等。如沈陽低壓開 關廠 200t 環(huán)類沖床磁力起重器殼體下料機械手和天京拖拉機廠 400t 沖床的下料機械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進輕局技術研究所制作的 120t 和 40t 多工位沖床機械手等。 執(zhí)行機構 1）手部既直接與工 件接觸的部分，一般是回轉型或平動型（多為回轉型，因其結構簡單）。有回轉運動、上下擺動、左右擺動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內任意一點。因此，它的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。采用液壓機構驅動機械手 ,結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。手爪張合、手臂上下移動采用直線液壓缸移動，機器人在導軌上移動采用雙向電動機驅動。工作時，一個手指開閉位置以最大變化