【正文】 加工工 藝要求，工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)，一般手腕沒有回轉(zhuǎn)運動或再增一個上下擺動即可滿足工作的要求，也有的專用機械手沒有手腕的運動，若有特殊要求的可增加手腕左右擺動或沿 y軸方向的橫向移動。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 手部夾緊油缸的設(shè)計 手部驅(qū)動力計算 本課題液壓機械手的手部結(jié)構(gòu)如圖 31所示， 31齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu) 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 共 43 頁 要求抓取重量為 50N V形手指的角度 2 =120? ， b=60m m ,R =17m m， 摩擦系數(shù)為 f= (1)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計算公式 : GsinN 2f ?? 50sin602 217N? ?? (2)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖 32，其驅(qū)動力為 : P ?理 2bNR 2 60 21 717??? 1532N? 32齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)示意圖 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 共 43 頁 (3)實際驅(qū)動力 : 12kkPP ?? 理實 際 因為傳動機構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取 ?? ，并取 1k ? 。 2，抓取部位 抓取部位的尺寸盡可能是不變的．若加工后尺寸有變化，手指應(yīng)能適 應(yīng)尺寸變化的要求，否則不允許定為抓取部位。 (四 )具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進入或脫開，若夾持不 同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。其手指夾緊工件是由夾緊氣缸 1中的齒條活塞桿 8在壓縮空氣作用下右移，經(jīng)齒條推動齒輪7并帶動扇形齒軸 5回轉(zhuǎn)，因手指 6與扇形齒輪 5固結(jié)為一體，所以兩個手指同時回轉(zhuǎn)而夾緊工件。 如果有實際需要，還可以換成氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)或電磁式吸盤結(jié)構(gòu)。 手臂伸縮行程范圍 0~500mm，手臂升降行程范圍最大 0～ 100mm，手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0186。 程序編制與存儲容量 程序編制與存儲容量這個技術(shù)參數(shù)用來說明機器人的控制能力，即程序編制和存儲容量的大小表明機器人作業(yè)能力的復(fù)雜程度和改變程序時的適應(yīng)能力及通用程度。 定位精度 定位精度是衡量機器人工作質(zhì)量的又一項重要指標(biāo)，一般所說的定位精度是指重復(fù)頂誒精度。在本次設(shè)計中選定手臂伸縮速度 750 mm /s，手臂升降速度250mm/s，手臂回轉(zhuǎn)速度 110186。 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8頁 共 43 頁 本畢業(yè)設(shè)計是通用機械手，要求有較高的定位精度和較高的耐用度，其結(jié)構(gòu)形式方案一般有一下幾種： 表 22 機械手結(jié)構(gòu)選型表 [6] 結(jié)構(gòu)形式方案 特點 優(yōu)缺點 結(jié)構(gòu)簡圖 1 直角坐標(biāo)型 作機的手臂具有三個移動關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按直角坐標(biāo)配置 結(jié)構(gòu)剛度較好 ，控制系統(tǒng)的設(shè)計最為簡單，但其占空間較大，且運動軌跡單一，使用過程中效率較低 2 圓柱坐標(biāo)型 操作機的手臂至少有一個移動關(guān)節(jié)和一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按圓柱坐標(biāo)系配置 結(jié)構(gòu)剛度較好，運動所需功率較小，控制難度較小，但運動軌跡簡單，使用過程中效率不高 3 球坐標(biāo)型 操作機的手臂具有兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)，其軸線按極坐標(biāo)系配置 結(jié)構(gòu)緊湊，但其控制系統(tǒng)的設(shè)計有一定難度，且機械手臂的剛度不足，機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 4 關(guān)節(jié)型 操作機的手臂類似人的上肢關(guān)節(jié)動作，具有三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 運動軌跡復(fù)雜， 結(jié)構(gòu)最為緊湊，但控制系統(tǒng)的設(shè)計難度大，機械手臂的剛度差 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9頁 共 43 頁 機器人的運動速度是其主要運動參數(shù)之一。 ~220186。工作空間大小不僅與機器人各桿件尺寸有關(guān)，而且也與它的總體構(gòu)形有關(guān)。 本設(shè)計的通用機械手的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，自由度選擇為四個。一般說來，機器人靠近機座的 3個自由度是用來實現(xiàn)手臂末端的空間位置的，再用幾個自由度來定出末端執(zhí)行器的方位； 7個以上的自由度是冗余自由度，是用來躲避障礙物的。自由度是指描述物體運動所需的獨立坐標(biāo)數(shù)，三維空間需要 6 個自由度。 連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機的上、下料。其主要特點是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。其主要特點是 :抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。 控制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu) 位置檢測裝置 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5頁 共 43 頁 機械手的分類 工業(yè)機械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類?，F(xiàn)在研究的機械手正在朝著一種可以存儲大量的程序的并且可以改變并重新寫入程序的方向發(fā)展，而且機械手具有比原來的更多的自 由度。這樣的智能機械手可以由人的特殊 語言對其下達(dá)命令，布置任務(wù)，使自動化生產(chǎn)線成為智能化生 產(chǎn)線。這種機械手具有各種傳感裝置，并配有計算機。 (2)研制帶有行走機構(gòu)的機 械手，這種機械手可以從一個工作地點移動到另一個工作地點。幾十年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷的修改，品種在不斷的增加，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴大。通用機械手可以應(yīng)用于更加多的場合，從而節(jié)約了不少的開發(fā)以及設(shè)計的成本。 （ 4）用液壓系統(tǒng)來控制機械手，比一般的機械控制具有更好的穩(wěn)定性，并且控制的精確度更高。而應(yīng)用機械手即可部分或者全部代替人完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。 在機械工業(yè)中，應(yīng)用機械手的意義可以概括如下： (1) 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度。 機器人控制器一般為控制計算機，接收來自傳感器的信號，對其進行數(shù)據(jù)處理，并按照預(yù)存信息，即機器人的狀態(tài)及環(huán)境情況等，生成控制信號來驅(qū)動機器人的各個關(guān)節(jié)運動。 機器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一個機器人系統(tǒng)一般由四個相互作用的部分組成，即機械手、環(huán)境、任務(wù)和控制器。 機械手特點、結(jié)構(gòu)與研究意義 機器人的特點 機器人的主要特點體現(xiàn)在它的通用性和適應(yīng)性等方面。 作者簽名： 日 期： 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2頁 共 43 頁 一、 引言 機械 液壓通用機械手，就其本質(zhì)上來說，屬于工業(yè)機器人的范疇， 機器人學(xué)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一門綜合學(xué)科。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1頁 共 43 頁 液壓機械手設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。如自動線、自動機的上下料，加工中心的自動換到的自動化裝置。 機器人的適應(yīng)性是指具有對環(huán)境的自適應(yīng)能力，及機器人能夠自主執(zhí)行實現(xiàn)經(jīng)規(guī)劃的中間任務(wù)，而不管執(zhí)行過程中所發(fā)生的沒有預(yù)計到的環(huán)境變化。 機器人體系結(jié)構(gòu)中的任務(wù)一般定義為環(huán)境的兩種狀態(tài)（初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)）間的差別，必須用適當(dāng)?shù)某绦蛘Z言來描述，并能為計算機所理解。在其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工種中也均有應(yīng)用。 在高溫、高壓、低溫、低壓、噪聲、臭味、有 放射性物質(zhì)的環(huán)境場合，用人手直接操作是很危險的甚至是不可能的。因此，在自動化機床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設(shè)有機械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進入了以通用機械手為標(biāo)志的時代。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一技術(shù)都很重視。 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4頁 共 43 頁 目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢是： (1)研制有更多自由度的液壓機械手，這樣機械手就可以變得更加的靈活，從而完成更加多的動作。 (5)研制具有一定感觸和一定智力的智能機械手。用滾輪或者雙足式機構(gòu)腳來實現(xiàn)自動移位。如果把這種再現(xiàn)式通用機械手稱為第二代機械手的話，那么現(xiàn)在處于研制階段的智能機械手就是第三代了。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 11 所示。 通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。 (二 )按驅(qū)動方式分 液壓傳動機械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。 氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。它是一種附屬 于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。物體能夠能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進行獨立運動的數(shù)目稱為自由度（ DOF degree of freedom）。工業(yè)機器人自由度數(shù)較多，動作靈活性和通用性較大。在滿足機械手工作要求前提下，為簡化機械手的結(jié)構(gòu)和控制，應(yīng)使自由度數(shù)最少。 工作空間的確定 工作空間是指機械手正常工作時，手腕參考點在空間活動的最大范圍，依據(jù)機械手工作 范圍和運動軌跡確定。 本機械手的工作空間要求為：手臂伸縮行程范圍 0~500mm，手臂升降行程范圍最大 0～ 100mm，手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0186。 任務(wù)書要求能夾持重量為 50N 的物體，考慮末端執(zhí)行器的重量及各運動軸上的受力和力矩，以及考慮足夠的安全系數(shù)，初步確定設(shè)計負(fù)載為 800N。 /s 左右。 作為機器人規(guī)格參數(shù)的運動速度是指全程的平均速度，實際使用速度可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。伺服控制系統(tǒng)的機器人是一種位置跟蹤系統(tǒng)，即使在高速重載的情況下，也可不發(fā)生劇烈的沖擊和振動，因此可獲得較高的定位精度，重復(fù)定位精度最高可達(dá)到 。 /s，驅(qū)動方式為電 液伺服系統(tǒng) 。 定位方式 行程開關(guān)或可調(diào)機械擋塊等 定位精度 mm1? 驅(qū)動方式 液壓驅(qū)動 控制方式 點位程序控制（采用 PLC） 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 共 43 頁 三、手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時，使用夾持式手部。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機械手手臂的前端，如圖 3— 1 所示為齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)。 手部結(jié)構(gòu) 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指 (或手爪 )和傳力機構(gòu)所組成。同理，當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。 (二 )手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動定心。總之應(yīng)根據(jù)工件形狀來選定手指形狀。 (六 )應(yīng)考慮手指的多用性 手指是專用性較強的部件，為適應(yīng)小批量多品種工件的不同形狀和尺寸的要求，可 制成組合式的手指，對于這種手指要求結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便，更換迅速和準(zhǔn)確，以便擴大機械手的使用范圍。 3GdP 8C Z??彈 其中 2D D d 3 0 3C = 9d d 3??? ? ?； Z=12； 10 2G 8 10 N/m?? 3GdP 8C Z??彈 3 1 0 332 5 1 0 8 1 0 3 1 08 9 1 2??? ? ? ? ?? ?? 86N? 求夾緊缸的工作壓力 作用在夾緊缸活塞上的機械載荷 P為： P P P P? ? ?彈 封實 由于密封裝置的摩擦阻力較工作阻力 （ P P P??工 彈實 ） 小，又因密封處的工作壓力 p是待求值，故按照經(jīng)驗取 PP? 工封 （ ） ， 所以取