【正文】 … … ..10 手部計算與分析 …………………………………… .… … 10 輸入輸出力的比率分析 …………………………………… ...… 10 腕部計算與分析 …………………………………… … … 13 腕部設(shè)計的基本要求 …………………………………… .…… ..13 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算 ………………… ..… …………… … ..… ..13 腕部擺動油缸設(shè)計 … ...…………………………………… …… .16 選鍵并校核強(qiáng)度 .…………………………………………… …… 17 臂部計算與分析 …………………………… …… .....…… .18 臂部設(shè)計的基本要求 …………………… ..………… ..………… 18 手臂的設(shè)計計算 …………………… ..…………………… ..…… 20 機(jī)身計算與分析 ………… … ...……… …………… … .… .28 本章小結(jié) …………………………… …………… ........… .28 第四章 液壓系統(tǒng) .…………………………………… ...… ..29 液壓缸 ………………………………………………… ..… 29 計算和選擇液壓元 件 ………………… ……………… … ..31 液壓泵的選取要求及其具體選取 …………… …………… … … .31 選擇液壓控制閥的原則 ……… ……… .…………………… ...… .33 選擇液壓 輔助元件的要求 ……… ……… .………………… ...… ..33 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 具體選擇液壓原件 …… .…… ……… .… ……………… ...… ...… .33 本章小結(jié) …………………………………… … ..……… ..34 第 五 章 液壓缸的保養(yǎng)與維修 ………… ……………… ..…… 36 液壓元件的安裝 ………………………… ………… .…… 36 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護(hù) ……………………… …… ...36 一般技術(shù)安全事項(xiàng) …………… ……………… .………… ..36 第 六 章 機(jī)械手控制系統(tǒng) …… ..…… …… ……… ..………… 37 結(jié)論 ……………………………………………… ...… .……… 38 參考文獻(xiàn) ………………… ………………………… ...…… .… 39 致謝 ………………………………………………… ..… ...…… 40 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第 1 章 緒 論 工業(yè)機(jī)械手概況 工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器 ,機(jī)械手首先是從美國開始研制的， 1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)械手，由于 使用場合和工作要求的不同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差別。 工業(yè)機(jī)械手的 分類 按用途分可分為專用機(jī)械手和通用機(jī) 械手 （ 1）專業(yè)機(jī)械手 是指附屬于主機(jī)，動作程序固定，一般沒有獨(dú)立控制系統(tǒng)，只制作專門用途的自動抓取或操作裝置。其主要特點(diǎn)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。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30 公斤以下，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。它常被用于為工作主機(jī)的上、下料。 工業(yè)機(jī)械手 機(jī)械手的發(fā)展趨勢 擴(kuò)大機(jī)械手在熱加工行業(yè)上的應(yīng)用 因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復(fù)雜、環(huán)境溫度高等，給機(jī)械手的設(shè)計、制造帶來不少困難，這就需要解決技術(shù)上的難點(diǎn)，使機(jī)械手更好地為熱加工作業(yè)服務(wù)。 發(fā)展組合式機(jī)械手 為了適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域分門別類的要求，可將機(jī)械手的結(jié)構(gòu)化設(shè)計成可以組合的型式。因此，人們對機(jī)械手提出了更高的要求，希望具有“視覺”和“觸覺”的功能，使之對物件進(jìn)行判斷、選擇，并能進(jìn)行“手 —— 眼”協(xié)調(diào)工作。工業(yè)機(jī)械手在國民生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，許多機(jī)械設(shè)備都用到工業(yè)機(jī)械手，它是近代自動控制領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一種新型的技術(shù)裝備。 驅(qū) 動部分 是驅(qū)動前兩部分的動力，因此也成動力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動四種形式。 其它部分 如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測裝置和傳感裝置等： （ 1）機(jī)體（也稱機(jī)身） 是用以支承和連接其他零件、部件的基礎(chǔ)件。 （ 4）傳感裝置 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 其中裝有某種傳感器，是手指具有敏感性和自控性，用以反應(yīng)手指與物件是否接觸、物件有無滑下或脫落、物件的方位是否正確、手指對物件的握緊力是否與物件的重量相適應(yīng)等。一般將抓重 1 公斤以下的定為微型；1~5 公斤的定為小型； 5~30 公斤的定位中型； 30 公斤以上的定為大型。 行程范圍 機(jī)械手的手臂運(yùn)動行程大小與機(jī)械手的抓重大小、坐標(biāo)型式、驅(qū)動方式以及使用性能有關(guān)系，一般對于通用機(jī)械手的手臂回轉(zhuǎn)應(yīng)盡可能的大些使機(jī)械手具有一定的通用性，因此一般地手臂回轉(zhuǎn)行程范圍應(yīng)大于 180 度；手臂伸縮行程大多數(shù)在500~1000 毫米范圍內(nèi)選取。 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 3章 機(jī)械手各 部分的 計算與分析 手部 計算與分析 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。 ～ 輸 出力的比率分析 手部的主要功用是當(dāng)工件在傳送過程中抓取和釋放工件，當(dāng)手指牢固地抓緊工件時 ，可把整個系統(tǒng)當(dāng)做靜止?fàn)顟B(tài)看待 ，這時就可 以用傳統(tǒng)的靜力分析方法來確定各種力的關(guān)系及大小，從而保證機(jī)器人可靠地工作。 47′ ~7176。 VC的垂直分量 VC1 為： VC1= VCcosθ =Locosθ 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 將 Vm=Rψ 和 VC1= Locosθ代入21PV1=FVC 中可以求得輸入 — 輸出力的比率為： ε =FP=R2Lcosθ 另一實(shí)例瞬時中心確定在 O3,由于 Δ O1O1’ O3∽ Δ O2O4O3 則 dl=clh? 即lhl=ddc? 再根據(jù)平衡條件得： Pδ pFbr=0 即 P δ φ 1=0 由圖所示的幾何關(guān)系可得 ： Lb手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動也采用回轉(zhuǎn)油缸。因此在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 f軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 f= 為簡化計算取 M摩 ? 總 阻 力 矩 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 腕部回轉(zhuǎn)支承處的受力圖 1G 工件重量（ kgf） ， 2G 手部重量（ kgf） ， 3G －手腕轉(zhuǎn)動件重量（ kgf） 1G 重心偏置所引起的力矩 M偏 M偏 ＝ 1G e? （ kgf） 式中 e－工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（ m） ，所需的力矩 M慣 啟動過程近似等加速運(yùn)動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度 ? 及啟動所用的角速度?起 ： M慣 ＝ ? ? 20 .0 1 7 5 2JJ ? ?? ? ? ?工 件 () 式中： J工 件 －工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 ? ?2kgf m s?? J－手腕回轉(zhuǎn)部分對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 ? ?2kgf m s?? ? －手腕回轉(zhuǎn)過程的角加速 ? ?度 秒 ? －啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（度） 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈?xiàng)之和。M摩 ＝ 阻 力 矩 。 16 .41 ( )M G e kgf m? ? ?偏 克服摩擦所需力矩 M摩 M摩 = 克服運(yùn)動慣性所需的力矩 M慣 J桿 = 2 2 21( 3 ) / 12m L R m e? ? ?(kgm2s ) J件 = 22me =25? =(kgm2s ) 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 J總 =(kgm2s ) M慣 =JW/t 設(shè) w= 050/s , 20o??起 M慣 = 2w /?起 =(kgf ()2p b R rMM???總 () 又因?yàn)椋?Dd=— , 2b 2Dd?，取 Dd=2， 2bDd?=3 所以： d=50mm，所以 D=100mm， b=75mm 確定回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 2222 1 0 .5 8 /()MP kg cmb R r???總 () 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此該缸的工作壓力足以克服摩擦力。因此，臂部具有兩個自由度才能滿足基本要求：即手臂，左右回轉(zhuǎn)和 俯 仰 運(yùn)動。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動，需滿足下列 各項(xiàng)基本要求： 機(jī)械手臂式機(jī)身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸 梁形式。 (2)高支承剛度和選擇支承間的距離 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 臂部和機(jī)身的變形量不僅與本身剛度有關(guān)，而且同支撐的剛 度和支撐件間距離有很大關(guān)系，要提高剛度，除從支座的結(jié) 構(gòu)形狀，底板 的剛度以及支座與底版的連接剛度等方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度。 (3)提高活塞和剛體 內(nèi)徑配合精度，以提高手臂 俯 仰 的剛度。 為減少轉(zhuǎn)動慣量的措施 ： (1)減少手臂運(yùn)動件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。 對于懸臂式的機(jī)械手，其傳動件，導(dǎo)向件和 定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動過程盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 (3)求重心位置并計算偏重力臂 ? n21 i= 為了便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計計算，分別 俯 仰 缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計敘述如下： 設(shè)小臂 L=40cm,D=60cm 則 m= 2 2 5 7 10 22R lp k g??? ? ? ? ? ? 則手臂總重 fm m m m??總 回桿 ， L=100mm m?回 2 2 30 .0 5 0 .1 7 1 0R lp??? ? ? ? ?= 22 29 7 9 52. 49m k g? ? ? ?總 . 俯 仰 缸的設(shè)計計算 中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 仰俯缸的設(shè)計尺寸圖 設(shè) 76a mm? ， 76b mm? ， 176c mm? 當(dāng)手臂處在仰角為 1? 的 位置 1OA 時，驅(qū)動力 P 通過連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩為 11c os( )M Pb ????驅(qū) 因?yàn)?111 A D B Ctg O D O D? ??， 又因?yàn)?1 1 1117 6 c o s 6 0 7 6 1 5 c o s 6 0 5 1 17 6 7 6 s in 6 0 4 1oooA D B C B O a m mO D C A B m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 1tg? = ， 1? =15o ， 11c os( )M Pb ????