【正文】 以當(dāng)不考慮溫度變化的時(shí)候，被驅(qū)動(dòng)系的滯后幾乎不存在， 而且液壓機(jī)構(gòu)的重量輕，慣性小，他的速度反應(yīng)性好。 搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)及驅(qū)動(dòng)方式 1． 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)包括自由度數(shù)和運(yùn)動(dòng)范圍 本機(jī)械手采用雙抓，這是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)： (a) 運(yùn)動(dòng)靈活 (b) 工作空間大 (c) 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)處容易密封，防塵 (d) 作效力大大的提高了 (e) 工作要求低 2． 自由度數(shù) 自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件所具有的獨(dú)立運(yùn) 動(dòng)的數(shù)目稱為自由度，自由度是衡量機(jī)械手設(shè)計(jì)水平的重要指標(biāo)，自由度越多的機(jī)械手能完成的運(yùn)動(dòng)越復(fù)雜，技術(shù)難度越大，控制定位越困難，安裝越復(fù) 雜，成本高，因此在具體問題中盡量減少自由度， 本機(jī)械手是考慮到選用腕部來回轉(zhuǎn)，小臂伸縮，小臂俯仰，大臂回轉(zhuǎn)，大臂升降等 5 個(gè)自由度完全滿足工作要求。 三大系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 1． 控制系統(tǒng) 此系統(tǒng)是控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作從而實(shí)現(xiàn)按預(yù)定程序進(jìn)行工作的機(jī)構(gòu)，并通過位置檢測的反饋來檢測工作的精度，從而保證能正確實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)， 迅速準(zhǔn)確的完成機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，包括程序控制部分和行程反饋部分。 功能指標(biāo)包括： 機(jī)械手的各部件的升降、轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)壓力的敏感反映等，使得機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)到達(dá)任何位置的升降、轉(zhuǎn)動(dòng) ，同時(shí)具有重量輕，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 諸多的優(yōu)點(diǎn)為機(jī)械人的廣泛應(yīng)用開辟了廣闊的前景，而我國在這些方面還處于初始階段，因此需要更進(jìn)一步發(fā)展，本次的設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的鞏固與綜合應(yīng)用。 （ 2） 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，特別能在多粉業(yè)，以燃燒以爆炸放射性等惡劣哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 環(huán)境下工作。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 工業(yè)機(jī)械手的主要應(yīng)用領(lǐng)域是機(jī)械加工過程中的上、下料及搬運(yùn)、裝配、焊接、沖壓、樹脂成型加工及其熱處理、鍛壓等。 工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高 勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。 1969 年美國通用汽車公司自行研制了 SAM 工業(yè)機(jī)械手，并用 21 臺(tái)機(jī)器手組成了點(diǎn)焊轎車車身的自動(dòng)生產(chǎn)線。目前，由于機(jī)器人的研制和開發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此， 研制經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。機(jī)器人產(chǎn)品的實(shí)用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實(shí)際問題，又促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。 美國是最早研制和應(yīng)用機(jī)械手的國家，早在 1967 年就定型批量生產(chǎn)了 UNIMATE4000 型前身。 此外，瑞典、挪威、德國、意大利、俄國等國家也是發(fā)展迅速，例如挪威的 TRLLFA 公司生產(chǎn)的機(jī) 械手 ，瑞典的 ASEA 公 司、ELECTROLUX 公司和 KAVIELDT 公 司 生 產(chǎn) 的 機(jī) 械 手 ， 德 國 的VOLKSVAGEN 公司生產(chǎn)的機(jī)械手在歐洲市場，甚至在北美市場都占有很大的比重。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 機(jī)械手本身的優(yōu)點(diǎn) 搬運(yùn)機(jī)械手是機(jī)器人家族中的重要一員，其應(yīng)用最廣泛，在自動(dòng)化流水線生 產(chǎn)中勞動(dòng)強(qiáng)度最大，工作條件差，熱塵煙霧毒氣等使得環(huán)境惡化，使得人的工作受到了種種限制，此時(shí)搬運(yùn)機(jī)械手則能夠迎難而上，獨(dú)樹一幟，而且其能不知疲倦的工作，搬運(yùn)機(jī)械手具有許多人沒法相比的優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）工作時(shí)間持久，不會(huì)出現(xiàn)人的疲勞，可以重復(fù)不間斷的勞動(dòng)，能 持流水線的持續(xù)工作。 （ 5） 工作效率高，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，同時(shí)也降低了成本。 重點(diǎn)是機(jī)器手的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，即如何在綜合 考慮機(jī)器人的功能和特性要求后，能夠完整的設(shè)計(jì)出合理而優(yōu)化的機(jī)器手 。 總體方案分析 搬運(yùn)機(jī)械手的組成 圖 21 組成 框架圖 參考諸多的搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理念，以及對(duì)于本題目 —— 五自由度搬運(yùn)機(jī)械手的理解，現(xiàn)將 總體分為五大部件，分別為： 大臂升降結(jié)構(gòu)、大臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、伸縮臂結(jié)構(gòu)、小臂伸縮結(jié)構(gòu)、手爪回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、手爪伸縮結(jié)構(gòu)。 （ 4） 腰部 :機(jī)身是支撐機(jī)器手所有部件的部位及其零件，是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 5． 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式 采用液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是： （ 1） 速度反映性好 。 （ 4） 在產(chǎn)生相同驅(qū)動(dòng)力的條件下，液壓驅(qū)動(dòng)比其他驅(qū)動(dòng)方式體積小， （ 5） 定位精度高 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 （ 6） 驅(qū)動(dòng)力或力矩大 存在的不利因素有： （ 1） 液壓系統(tǒng)存在泄漏對(duì)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性有一定的影響 （ 2） 油液中如果混有空氣將降低傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛性，影響定位精度，產(chǎn)生爬行 （ 3）油液的溫度和黏度的變化影響傳動(dòng)的性能 本章小結(jié) 本章對(duì)總體方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了確定，規(guī)劃了搬運(yùn)機(jī)械手的三大組成部分，進(jìn)而 對(duì)三大組成部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式及其驅(qū)動(dòng)源，設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)范圍及回轉(zhuǎn)角度，對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。 /s 小臂伸縮 0— 300mm 小 臂俯仰 0— 100mm 大臂回轉(zhuǎn) 90176。 （ 6） 電磁鐵 3通電，手爪旋轉(zhuǎn)缸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手爪的周向定位 （ 7） 電磁鐵 1通電，手爪伸縮缸伸出，實(shí)現(xiàn)手爪的軸向定位 （ 8） 手爪抓取工件，工件與手爪夾緊到一 定壓力，壓力繼電器通電使得電磁鐵 1 斷電 ，電磁鐵 2 通電手爪收縮，實(shí)現(xiàn)手爪的軸向定位。 （ 12）電磁鐵 11通電， 大臂升降油缸下降，實(shí)現(xiàn)大臂軸向定位。在確定握力時(shí)，除考慮抓取物體重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證夾持安全可靠； （ 2）手爪具有一定的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度）。 手部夾持器應(yīng)具有以下幾點(diǎn)： （ a） 足夠的夾緊力 （ b） 保證工件在手指的準(zhǔn)確定位 ( c ) 能適應(yīng)工作環(huán)境所提出的要求 （ d）保證在強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重輕。 腕部回轉(zhuǎn)油缸計(jì)算 腕部是臂部和手部的連接部位，其作用實(shí)在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變手部或調(diào)整手部在空間的方向，從而增加手部工作的靈活性，擴(kuò)大手部的工作范圍。 ： QS = Q +QS` Q=P/Z=π（ R2 – r2 ） p/3Z QS ： 每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)截面上承受的拉力 Q ： 工作載荷 QS`： 預(yù)緊力 P ： 驅(qū)動(dòng)力 P ： 工作油壓 Z : 螺釘數(shù)目 取 6 則代入已知數(shù)據(jù)知 : Q=P/Z =π（ R2 – r2 ） p/3Z = 1327 N QS` ==1725N 所以： QS = Q +QS` =3025N 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： ? ?s= d / 4Q???π 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 所以： ? ?1 4SQd ??? π 查取機(jī)械工程手冊(cè)第 5 冊(cè)，取螺釘工程直徑為 6mm ： 動(dòng)片與輸出軸連接方式如下圖： 如圖 44 動(dòng)片與輸出軸連 接圖 1— 動(dòng)片 2— 輸出軸 3— 定片 依動(dòng)片所受力矩的平衡條件： 22( ) Q Z f r2bp R r M? ? ?摩 （ 416） 22bp( )Q=2RrZfr?? 式中： Q— 每個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力 P— 油壓 B— 動(dòng)片寬度 Z— 螺釘數(shù)目 F— 被連接件配合面處摩擦系數(shù)取 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： ? ? / 4SQ????π （ 417） 所以： ? ?s1 4d Q??? π 將以上數(shù)據(jù)代入公式得： Q= 螺釘材料選用 40Cr，查取相關(guān)資料， ??? =400MPa 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 則： ? ?11 .3 4SQd???π= 查取《機(jī)械手冊(cè)》，取螺釘工程直徑為： 8mm 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的油缸的驅(qū)動(dòng)力 P P P P P? ? ? ?回密 摩 慣 式中： P摩 — 摩擦阻力，手臂運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)表面間的摩擦力 P密 — 密封圈處的摩擦阻力 P回 — 油缸回油腔低壓油液所造成的阻力 P慣 — 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)所受的平均慣性力 （ a） P摩 的計(jì)算 由于活塞桿與液壓缸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們將產(chǎn)生一定的摩擦 如下圖： 如圖 45 受力尺寸圖 F0??MA（ ） =bG AR總 P P P P P? ? ? ?回密 摩 慣 b=RaGR?總 得： Ra = laGa?總 ab=+P P P摩 摩 摩 （ 418） =u`Ra +u`Rb ` l+a=u aPG總摩 （ 2 ） 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 G總 — 參與運(yùn)動(dòng)的零件的總重量 L — 重心導(dǎo)向支撐前端距離 a — 支撐長度 u`— 當(dāng)量摩擦系數(shù) u` 為 （ ~）取 由前面的計(jì)算可知，手爪夾緊油缸，腕部回轉(zhuǎn)油缸的總重量為： G1 =( + ) = 93 N G2 = 100N G總 = G1 +G2 =193 N P摩 = u`G總 2)laa?（ L = 450 mm a = 60 mm 帶入數(shù)據(jù)知，所以： P摩 = kgf （ b） P密 的計(jì)算： P密 與所用的密封的形狀有關(guān)，選用“ o”型密封圈密封 P密 = P密 1 + P密 2 + P密 3 P密 1 + P密 2 = 式子中 P為驅(qū)動(dòng)力 P密 3 = npπ d1 p為工作壓力 （ kgf/ cm3） U= ~ l— 密封的等效的長度 1（ cm） d伸縮管直徑 所以： P密 3 = kg 從而： P密 = + = kg （ c） P回 的計(jì)算 : 背壓阻力較小，可以按下列公式計(jì)算 P回 = P (d) P慣 的計(jì)算： vP=gtG ??總慣 （ 419） G總 參與運(yùn)動(dòng)的零部件 g 取 10 kg / N v? — 由靜止加到常數(shù)的變化量取 m / s t? — 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 （ s） 一般取 ~ s 取 t= s 所以 ： vP=gtG ??總慣 = kgf 從而： P =P密 + P密 + P回 + P慣 = kgf 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 ： 液壓油缸內(nèi)徑的計(jì)算 當(dāng)油液進(jìn)入有桿腔時(shí)： 2 P =P d )=P 4?????22π (D 式子中： P —— 驅(qū)動(dòng)力 P1—— 油缸的工作壓力 d —— 活塞桿直徑 D —— 油缸內(nèi)徑 ? —— 油缸機(jī)械效率 ， 取 d 的確 定 ： 由于該活塞桿與臂部相連，當(dāng)活塞桿移動(dòng)到右端最大距離時(shí)，活塞桿端蓋處處于最 大彎曲應(yīng)力，活塞桿必須滿足最大彎曲應(yīng)力作用，活塞桿彎曲應(yīng)力如下： 如圖 46 活塞桿受力應(yīng)力圖 式子中： Max = Ma = GL = 193? = N 其中： Max— 最大彎曲應(yīng)力 L— 重心最大距離 G— 臂部重力 又因?yàn)椋? W = d 323π 式子中： W— 抗彎截面系數(shù) d— 橫截面直