【正文】 eedom and the circular cylindrical coordinate pattern. Designed manipulator grippertype hand structure。驅(qū)動(dòng)方式由 液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂伸縮和升降，手臂旋轉(zhuǎn)和手腕旋轉(zhuǎn)。 作者簽名： 日 期： 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 3 摘 要 在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著 地 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快 了 實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 四自由度上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)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(shuō)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(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)（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(yíng)利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)；以及設(shè)計(jì)了機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手伸縮，升降， 兩個(gè) 回轉(zhuǎn) 四 個(gè)自由度及手爪的開(kāi)合。s position and the classification, and the domestic and foreign development condition39。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個(gè)自由度。 機(jī)械手的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按 照事先指定的作業(yè)程序來(lái)完成規(guī)定的操作。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。工作時(shí) 機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過(guò)安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺(jué)作用，然后伸向前方，抓住工件。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 8 本課題設(shè)計(jì)要求 本課題研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了上料機(jī)械手的搬運(yùn)的工作的原理。 技術(shù)方案（技術(shù)路線(xiàn)、技術(shù)措施） 運(yùn)用液壓傳動(dòng)來(lái)控制機(jī)械手的放松，伸縮，升降，回轉(zhuǎn)，橫移和抓緊等自由度，最后運(yùn)用 PLC來(lái)編程來(lái)實(shí)施各自由度的總控制 。 3） .文獻(xiàn)翻譯的不合理，應(yīng)對(duì)措施：要多翻課外的參考資料，不懂就要查字典。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 9 2 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 2． 1 手部結(jié)構(gòu) 四自由度液動(dòng)機(jī)械手采用夾持式手部結(jié)構(gòu)，由手抓和傳力機(jī)構(gòu)所組成。專(zhuān)用的末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高，而能完成多種作業(yè)的萬(wàn)能末端執(zhí)行器可能具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用昂貴的缺點(diǎn)，因此提倡設(shè)計(jì)可快速更換的系列化、通用化專(zhuān)用末端執(zhí)行器。這個(gè)偏移量稱(chēng)為夾持誤差。所以 本設(shè)計(jì)采用雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型滑槽杠桿式手爪。 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。 （ 1） 設(shè) K=， x mgP? ， ?? 根據(jù)公式，將已知條件帶入： ? 6 si n 60 NF N N?? ? ?? ? ? （ 2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： 2 2p 2 b c os 13 0 2 80 c os 35 349a 40NFFN??? ? ? ?? ? ? 由于實(shí)際采用的 液 壓缸驅(qū)動(dòng)力大于計(jì)算，把手抓的機(jī)械效率考慮在內(nèi)，一般取 ~ ?? 。為保證夾緊效果，必須按計(jì)算行程多加 mm20~10 的行程余量 。 MAXF KCd?? （ ） d? ? ?39。 (8).疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 16 3. 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。 （ 3） 必須考 慮工作條件 對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒(méi)有太多不利因素。 (2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。 （ 2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩 M摩 。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： 2 2 2 21 1 1 9 0 0 . 0 6 0 . 0 3 4 22 2 9 . 8 NJ M R N m s N m sN K g? ? ? ? ? ? ? ? （ ） 2 2 2 2 21 G 1 6 9. 8( 3 ) ( 0. 15 3 0. 04 ) 0. 01 36 512 12 9. 8J l R Nm Sg ?? ? ? ? ? ?工 件 （ ） 代入： . 03 42 0. 01 36 5 0. 37 N2 0. 31 4Mm? ? ??慣 （ ） （ ） 0 .1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣 Nm? 表 31 液壓缸的內(nèi)徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 18 設(shè)定腕部的部分尺寸： 根據(jù)表 31設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=26mm，外徑根據(jù)表 32選擇 100mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后，動(dòng)片寬度 b=40mm,輸出軸 r= 。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱(chēng)安裝，并用兩個(gè)定位銷(xiāo)定位。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。 手臂的設(shè)計(jì)要求 （ 1）臂部應(yīng)承載能力大，自重輕。 伸縮 液壓 壓缸的設(shè)計(jì) 液壓 缸主要尺寸的確定 1． 液壓 缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器的 尺寸，采用單活塞桿雙作用 液壓 缸，初定內(nèi)徑為 80? 。 得 NFNF 580667 21 ?? ， 。為防止活塞與缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量。 活塞桿穩(wěn)定性條件是： kkpu nFF ? （ ） 式中 , puF 液壓 缸承受的軸向負(fù)載，即氣缸的理論輸出推力， N ?kF 液壓 缸的壓桿穩(wěn)定極限力， N 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 23 kn 液壓 缸的壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取 6~2?kn 液壓 缸的壓桿穩(wěn)定極限力與缸的安裝形式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素 來(lái)確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。支撐梁采用鋁合金，以減輕重量和節(jié)省材料， 控制手臂上下移動(dòng)的腰部 液壓 缸的設(shè) 計(jì) 確定主要尺寸 1． 液壓 缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸以及伸縮 液壓 缸的結(jié)構(gòu)尺寸，采用單活塞桿雙作用 液壓 缸，初定內(nèi)徑為 100? 。得 122198 N F N??， 2．缸筒壁厚和外徑的設(shè)計(jì) 缸筒直接承受壓縮液壓油壓力，必須有一定厚度。 當(dāng)液壓缸承受的軸向負(fù)載 puF 達(dá)到極限值 kF 后，極微小的干擾力都會(huì)使活塞桿產(chǎn)生彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致 液壓 缸不能正常工作。 2． 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 活塞桿與活塞的常用連接形式分整體結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)。 查閱機(jī)械手冊(cè)的 活塞的結(jié)構(gòu)與密封型式 采用 O型密封圈。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 29 導(dǎo)向裝置 液壓 壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí) ，采用導(dǎo)向裝置。這樣，機(jī)械手臂的傾覆力矩就非常小，不會(huì)有翻到的狀況發(fā)生。如手臂伸縮 液壓缸在接近 液壓 缸處安裝兩個(gè)快速排 油閥，可加快啟動(dòng)速度，也可調(diào)節(jié)全程的速度。考慮到本機(jī)械手的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了三菱公司的 FX2N系列可編程序控制器。 第一階段是初始化處理。存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。 在處理輸入信號(hào)階段， CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描 ，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到 I/0狀態(tài)表中存放。在這個(gè)階段中，可編程序控制器對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各 I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫(xiě)入 I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。然后， CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期 [21]。可編程序控制器是通過(guò)編號(hào)來(lái)識(shí)別信號(hào)的。 （ 4）助記符機(jī)器程序 相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序，是面向機(jī)器的 (即不同廠(chǎng)家的可編程序控制器，助記符指令形式不同 )，用簡(jiǎn)易編程器時(shí)， 應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中 [22]。程序設(shè)計(jì) (包括畫(huà)梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試 )也可在別的工具上進(jìn)行。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 35 它具有四個(gè)自由度，即水平方向的前、后 。 （ 1） 手動(dòng)工作方式 便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修，設(shè)置手動(dòng)工作方式。 液 動(dòng)機(jī)械手的工作流程 液 動(dòng)機(jī)械手的工作流程如 圖 71所示 ： 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 36 圖 71機(jī)械手自動(dòng)控制工作流程框圖 I/0分配 及原理接線(xiàn)圖 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用三菱公司的 FX2N系列 FX2N64MR 原理接線(xiàn)圖如圖 72所示。 ，設(shè)計(jì)中沒(méi)有涉及 的很深入 ，對(duì)這方面有點(diǎn)模糊，需要在以后的工作學(xué)習(xí)中了解和掌握。經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)，我切實(shí)體會(huì)到作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員的艱難性。 上料液壓傳動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 49 參考文獻(xiàn) [1] 2020年 05月 22日 薰薰冰