【正文】 ? cj — 回轉(zhuǎn)零件對(duì)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 222 2 2 2212 252 .4 9 12 .1 31. 7 0. 1 ( 0. 12 3 0. 07 )2 126. 31 4( )cmm mj l R lk g c m s? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ?22工 件 手 臂 回0（ +3R ）122512 () 0j =（ 2kg cms??） 設(shè)角速度 40 /ows? ，啟動(dòng)時(shí)間 ? 406 4 9 . 2 0 . 0 1 7 5 4 5 4 4 . 50 . 1M k g c m? ? ? ? ?慣 212DdM b p p d b p???? 22回 回 回（ D d ） p回 — 般取 p回 ==16（ 2kgcm? ） 221 1 0 1 6 ( 1 4 7 ) 1 1 7 6 02M k g c m? ? ? ? ? ? ?回 1 1 7 6 0 4 5 4 4 .5 1 3 9 .6 5 5 3 2 2 6 5 .9 8 1 7 1 0 8 .1 1M k g c m? ? ? ? ? ? ? ?驅(qū) 由內(nèi)徑公式 228 8 1 7 1 0 8 .1 1 0 .2 51 0 8 01 5 .1 1MD d DbpD c m?? ? ? ? ???驅(qū) () 基本滿(mǎn)足要求，則 D=16cm， d=8cm。 桿長(zhǎng) 300mm， d=45mm 最大壓力 P=1134N 設(shè)穩(wěn)定安全系數(shù)為 89stSn ?? ， 3 5 0 2 8 0 2 1 0s a p a aM P M P E G P??? ? ? 由式（ ）求出 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 2 2 91 62 1 0 1 0 862 8 1 0pE??? ? ??? ? ?? () 活塞桿兩端可簡(jiǎn)化為鉸支 座，故 1?? ，活塞桿橫截面為圓形 i=4d 故為 334 3 0 0 1 0 2 6 .74 5 1 0li??????? ? ??，因?yàn)?1??? ，故不能用歐拉公式計(jì)算 使用直線公式，由表 查得，優(yōu)化碳鋼的 461 68aaa M P b M P?? 由公式（ ）可得 662 64 6 1 1 0 3 5 0 1 0 4 3 . 22 . 5 6 8 1 0sa b ?? ? ? ? ?? ? ?? 可見(jiàn)活塞桿是小柔度變壓桿，由直線公式求出 32393( 45 10 ) k4wawwa b M PP A N???? ?? ? ?? ? ? ? ? 而 P=1134N，活塞桿的工作安全系數(shù)為 n= 551maxCNstP nP ?? 所以滿(mǎn)足要求。 為了便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算，分別俯仰缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)敘述如下： 設(shè)小臂 L=40cm,D=60cm 則 m= 2 2 30 .0 5 0 .4 7 1 0 2 2R lp k g??? ? ? ? ? ? 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 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(jì)計(jì)算 圖 設(shè) 76a mm? ， 76b mm? ， 176c mm? 當(dāng)手臂處在仰角為 1? 的位置 1OA 時(shí)，驅(qū)動(dòng) 力 P通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)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 ????驅(qū) 而 P= 24D P P P? ??封 背 P— 油缸的工作壓力（ 2/kgcm ） D— 油缸內(nèi)徑（ cm） P封 — 活塞缸與缸徑，活塞桿與端差的密封裝置處的摩擦阻力（ kg） P背 — 通油箱， P背 =0 ?? 取 ? =10600kg 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 M?驅(qū) 10600?? cos( 60)? = (3)求重心位置并計(jì)算偏重力臂 ? n21 i= 對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程盡可能平衡，以減少對(duì)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）。 為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的措施： (1)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。 (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。 (2)高支承剛度和選擇支承間的距離 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。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿(mǎn)足下列各項(xiàng)基本要求： 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 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。因此，臂部具有兩個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求：即 手臂，左右回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。 ()2p b R rMM???總 () 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 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。 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(dòng)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 ) J總 =(kgm2s ) M慣 =JW/t 設(shè) w= 050/s , 20o??起 M慣 = 2w /?起 =(kgfM摩 ＝ 阻 力 矩 。 f軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 f= 為簡(jiǎn)化計(jì)算取 M摩 ? 總 阻 力 矩 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(dòng)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(dòng)過(guò)程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度 ? 及啟動(dòng)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(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? J－手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? ? －手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角加速 ? ?度 秒 ? －啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（度） 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈?xiàng)之和。因此在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu) 緊湊，重量輕。手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動(dòng)也采用回轉(zhuǎn)油缸。 彈簧工作載荷 F=50N 最大軸直徑 max 18D mm? 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 最小筒直徑 min 25D mm? 彈簧剛度 0 .7 6 9F Nk mmf?? 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 － 8圓柱螺旋壓縮彈簧的尺寸及參數(shù)得 材料直徑 d=,彈簧中徑 D=25mm,節(jié)距 P= . 單圈彈簧工作極限載荷下變形量為 ，單圈彈簧剛度 Nk mm? ? 。 缸蓋厚度的確定 一般液壓缸為平底缸蓋，其有效厚度 t按強(qiáng)度要求計(jì)算。 按工作要求夾緊力為一個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定性。參閱機(jī)械設(shè) 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 計(jì)手冊(cè)表 1 aMP 。 12 78L atg atg m m??? ? ? 機(jī)構(gòu)效率 考慮到機(jī)構(gòu)效率，傳力比 N/P的公式應(yīng)力 2 12 cosNaPb ??? ? ＝ 又 因?yàn)?G=250N,夾緊力 F=500N, 2 60?? WF 工作負(fù)載即為重物重力 WF ＝ 250N。1 ABPh NL? coshc?? **p b tg N?? 又由工件的平均半徑 5 0 2 5 3 7 .52cpR ???mm 初取 V型手指的夾角 2 120o?? 55ABL ? mm， 2 100C mm? ， 53b mm? ， 53CDL mm? ，滑桿總長(zhǎng) h=170 (3)夾緊力計(jì)算 又由于工件的直徑不影響其軸心的位置即定位誤差為零，手指水平位置夾取水平位置放置的工件。 (4)要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高。 夾鉗式手部是由手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤(pán)，套類(lèi)零件，一般情況下多采用兩個(gè)手指。 研究方法和措施 使用現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)方法和液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（四個(gè)自由度，可以繞橫，縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)和上下左右擺動(dòng)）。 控制系統(tǒng)：有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種方式。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定位置。 ：直接 與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型。 本章小結(jié) 本章介紹了工業(yè)機(jī)械手的概括，工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi)、應(yīng)用。 (2)機(jī)械手能持久、耐勞、可以把人從單調(diào)的繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 (2)注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)取料，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。 2． 通用機(jī)械手 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，程序可變、動(dòng)作靈敏、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。 3． 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手 可通過(guò)更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來(lái)改變工業(yè)機(jī)械手的動(dòng)作，還可以進(jìn)行多種控制（ DNC）。所以，目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。 按功能分類(lèi)： 1． 簡(jiǎn)易型工業(yè)機(jī)械手 有固定程序和可變程序兩種。 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi) 現(xiàn)在對(duì)工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi)尚無(wú)明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來(lái)分類(lèi)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè) 置在行走小車(chē)上，結(jié)構(gòu)緊湊。 上料機(jī)械手和卸料機(jī)械手相對(duì)，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。至于像汽車(chē)工業(yè)和電子工業(yè)之類(lèi)的費(fèi)工的工業(yè)部分，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說(shuō)是好的。 為防止握力 過(guò)大引起物件損壞或握力過(guò)小引起物件滑落下來(lái)，一般采用兩種方法：一是檢測(cè)把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測(cè)指部與物件的滑動(dòng)位移，來(lái)修正握力。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá) 180mm，最大抓握重量可達(dá) 30公斤，最大行走距離為 1200mm。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。影響我國(guó)機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺(tái)因