【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 腕部設計的基本要求 …………………………………… .…… ..13 腕部回轉力矩的計算 ………………… ..… …………… … ..… ..13 腕部擺動油缸設計 … ...…………………………………… …… .16 選鍵并校核強度 .…………………………………………… …… 17 臂部計算與分析 …………………………… …… .....…… .18 臂部設計的基本要求 …………………… ..………… ..………… 18 手臂的設計計算 …………………… ..…………………… ..…… 20 機身計算與分析 ………… … ...……… …………… … .… .28 本章小結 …………………………… …………… ........… .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（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 3 具體選擇液壓原件 …… .…… ……… .… ……………… ...… ...… .33 本章小結 …………………………………… … ..……… ..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 ……………………… …… ...36 一般技術安全事項 …………… ……………… .………… ..36 第 六 章 機械手控制系統(tǒng) …… ..…… …… ……… ..………… 37 結論 ……………………………………………… ...… .……… 38 參考文獻 ………………… ………………………… ...…… .… 39 致謝 ………………………………………………… ..… ...…… 40 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 4 第 1 章 緒 論 工業(yè)機械手概況 工業(yè)機械手是人類創(chuàng)造的一種機器 ,機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械手。工業(yè)生產上應用的機械手，由于 使用場合和工作要求的不同，技術復雜程度也有很大差別。 工業(yè)機械手的 分類 按用途分可分為專用機械手和通用機 械手 （ 1）專業(yè)機械手 是指附屬于主機，動作程序固定，一般沒有獨立控制系統(tǒng)，只制作專門用途的自動抓取或操作裝置。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、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)境中進行工作。它常被用于為工作主機的上、下料。 工業(yè)機械手 機械手的發(fā)展趨勢 擴大機械手在熱加工行業(yè)上的應用 因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復雜、環(huán)境溫度高等，給機械手的設計、制造帶來不少困難，這就需要解決技術上的難點，使機械手更好地為熱加工作業(yè)服務。 發(fā)展組合式機械手 為了適應應用領域分門別類的要求，可將機械手的結構化設計成可以組合的型式。因此，人們對機械手提出了更高的要求，希望具有“視覺”和“觸覺”的功能，使之對物件進行判斷、選擇，并能進行“手 —— 眼”協(xié)調工作。工業(yè)機械手在國民生產中有廣泛的應用，許多機械設備都用到工業(yè)機械手，它是近代自動控制領域內出現的一種新型的技術裝備。 驅 動部分 是驅動前兩部分的動力，因此也成動力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機械式驅動四種形式。 其它部分 如機體、行走機構、行程檢測裝置和傳感裝置等： （ 1）機體（也稱機身） 是用以支承和連接其他零件、部件的基礎件。 （ 4）傳感裝置 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（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 機械手的手臂運動行程大小與機械手的抓重大小、坐標型式、驅動方式以及使用性能有關系，一般對于通用機械手的手臂回轉應盡可能的大些使機械手具有一定的通用性，因此一般地手臂回轉行程范圍應大于 180 度；手臂伸縮行程大多數在500~1000 毫米范圍內選取。 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 10 第 3章 機械手各 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工件在傳送過程中抓取和釋放工件，當手指牢固地抓緊工件時 ，可把整個系統(tǒng)當做靜止狀態(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系及大小，從而保證機器人可靠地工作。 47′ ~7176。 VC的垂直分量 VC1 為： VC1= VCcosθ =Locosθ 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（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? 再根據平衡條件得： Pδ pFbr=0 即 P δ φ 1=0 由圖所示的幾何關系可得 ： Lb手腕回轉運動機構為回轉油缸，擺動也采用回轉油缸。因此在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。 f軸承的摩擦系數，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（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 14 圖 腕部回轉支承處的受力圖 1G 工件重量（ kgf） ， 2G 手部重量（ kgf） ， 3G －手腕轉動件重量（ 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動，根據手腕回轉的角加速度 ? 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 －工件對手腕回轉軸線的轉動慣量 ? ?2kgf m s?? J－手腕回轉部分對手腕回轉軸線的轉動慣量 ? ?2kgf m s?? ? －手腕回轉過程的角加速 ? ?度 秒 ? －啟動過程所轉過的角度（度） 手腕回轉所需要的驅動力矩應當等于上述三項之和。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（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 17 J總 =(kgm2s ) M慣 =JW/t 設 w= 050/s , 20o??起 M慣 = 2w /?起 =(kgf ()2p b R rMM???總 () 又因為： Dd=— , 2b 2Dd?，取 Dd=2， 2bDd?=3 所以： d=50mm，所以 D=100mm， b=75mm 確定回轉油缸工作壓力 2222 1 0 .5 8 /()MP kg cmb R r???總 () 由于系統(tǒng)工作壓力遠遠大于此壓力，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，左右回轉和 俯 仰 運動。臂部要實現所要求的運動，需滿足下列 各項基本要求： 機械手臂式機身的承載能力，取決于其剛度，結構上采用水平懸伸 梁形式。 (2)高支承剛度和選擇支承間的距離 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 19 臂部和機身的變形量不僅與本身剛度有關，而且同支撐的剛 度和支撐件間距離有很大關系，要提高剛度，除從支座的結 構形狀，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 內徑配合精度，以提高手臂 俯 仰 的剛度。 為減少轉動慣量的措施 ： (1)減少手臂運動件的重量，采用鋁合金等輕質高強度材料。 對于懸臂式的機械手，其傳動件，導向件和 定位件布置應合理，使手臂運動過程盡可能平衡，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”的現象（自鎖現象）。 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 20 (3)求重心位置并計算偏重力臂 ? n21 i= 為了便于進行液壓機械手的設計計算，分別 俯 仰 缸回轉油缸的設計敘述如下： 設小臂 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 缸的設計計算 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 21 圖 仰俯缸的設計尺寸圖 設 76a mm? ， 76b mm? ， 176c mm? 當手臂處在仰角為 1? 的 位置 1OA 時，驅動力 P 通過連桿機構產生的驅動力矩為 11c os( )M Pb ????驅 因為 111 A D B Ctg O D O D? ??， 又因為 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 ????