【正文】 機(jī)械手的工作 過程 10 機(jī)械手 臂 部設(shè)計(jì)計(jì)算 19 機(jī)械手 手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。 工業(yè)機(jī)械手的概述 2 第一章 工業(yè) 機(jī)械手的概述 機(jī)械手的發(fā)展及現(xiàn)狀 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。 ④ 立柱：是支承手臂的部件。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支承和聯(lián)接的作用。一般常見的為電器與電子回路控 制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。因而，機(jī)械手受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，并投入了大量的人力物力加以研究 和應(yīng)用，尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。但它們都有類似人的手臂、手腕和手的部分動(dòng)作及功能；一般都能按預(yù)定程序，自動(dòng)地、 重復(fù)循環(huán)地進(jìn)行工作 。 這種具有感知能力并能對(duì)感知的信息做出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是有發(fā)展前途的。 （ 2） 通過 查閱課程理論知識(shí)，運(yùn)用所學(xué)的 基礎(chǔ)課，專業(yè)技術(shù)課和專業(yè)課知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)際問題正確設(shè)計(jì)總體方案，分析具體問題，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)能力。 ∕ s 表 機(jī)械手的技術(shù)指標(biāo) 2 抓重 自由度 定位精度 控制方式 200N300N 四 個(gè) 177。機(jī)械手的工作均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它的上升、下降、左移、右移都是有電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)來完成的。 5 為了確保安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺(tái)上無工件時(shí)才能下降，若上次搬到右工作臺(tái)上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停，等待。例如，按下“下降”按鈕，機(jī)械手下降；按下“上升”按鈕，機(jī)械手上升。 (4)連續(xù)工作方式：按下按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)，按步序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)工作，在連續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)： 正常停車：在 正常工作狀態(tài)下停車。當(dāng)故障排除后，需手動(dòng)回到原點(diǎn)。工作時(shí)，一個(gè)手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。 圖 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)原理圖 1—— 手指 2—— 銷軸 3—— 杠桿 夾緊力與驅(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)，必須對(duì)其大小、方向與作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。 （ 1）設(shè) ?K gaK ??12 設(shè) smmV /70max ? st ?響 因此 2m a x / smtVa ??? 響 所以 2 ???K 設(shè) ?K 根據(jù)以上公式得： NF N ????? （ 2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力 公式得： NFabF N 30c o s802c o s2 22 ?????? ?計(jì)算 由于實(shí)際所采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力要大于計(jì)算，考慮手爪的機(jī)械效率 ? ， 一般取~?? 。 手抓夾持精度的分析計(jì)算 機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確，抓取精度高，重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能力。 機(jī)械手腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 （ 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)，顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能，因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 （ 2） 用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu) 在要求回轉(zhuǎn)角大于 270176。本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)180176。 由于 啟工件慣 ??2)(M 2JJ ?? 2222 smNRgGmRJ ???????? 222221 )(50121)3(121 smNRlmJ ??????????工件mNJJ ???????? )(2)(M 22啟工件慣 ?? 又因?yàn)? 總力矩摩 MM ? 所 以 ?????? 總力矩慣偏摩總力矩 MMMMM 即 mM ?? 腕部工作壓力計(jì)算 13 表 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB82666） ［ 1］ 液壓缸內(nèi)徑 mm 20 25 32 40 50 55 63 65 20鋼 P≤ 160MPa 70 75 80 85 90 95 100 105 45鋼 P≤ 200MPa 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)上表設(shè)缸體內(nèi)孔半徑 mmR 55? ， 外徑選擇 mm133 ,考慮到實(shí)際裝配問題后，其外徑為 mm180 ，動(dòng)片寬度 mmb 66? ,輸出軸半徑mmr ? 。 （ 2） 雙層液壓缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 其特點(diǎn)是工作液壓缸容積小、運(yùn) 動(dòng)速度快、外形整齊、活塞桿直徑大、增 加手臂剛性。 通過以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng) ,液壓缸選取雙作用液壓缸。 經(jīng)過以上分析計(jì)算，液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為： ??????? 驅(qū)慣回密摩驅(qū) FFFFFF 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 18 所以手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力 NF 4102?驅(qū) 手臂伸縮液壓缸參數(shù)計(jì)算 經(jīng)過上面計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 NF 4102?驅(qū) ， 因此選擇液壓缸的工作壓力 MPaP 1? 。 由力平衡條件得： ?總GhFR ?2 hGFR ?總?2 所謂不 自鎖的條件為： fFFFFG R 2221 22 ????總 取 ?f 即 fhGG ?總總 2? 也即 mmh ???? ? NhGF R ???? ?總 因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套長度大于 mm391 。 經(jīng)過以上分析計(jì)算，液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為： ????????? 驅(qū)總慣回密摩驅(qū) FGFFFFF 所以 當(dāng)液 壓缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí) NF ?驅(qū) 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí) NF ?驅(qū) 手臂升降液壓缸參數(shù)計(jì)算 經(jīng)過上面計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)F ， 因此選擇液壓缸的工作壓力MPaP 1? ，為了滿足要求，此時(shí)取 NF ?驅(qū) 進(jìn)行計(jì)算 。 因此 ?????? 驅(qū)回密慣驅(qū) MMMMM 即 mNM ?? 476驅(qū) 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)計(jì)算 設(shè) mmb 60? ，液壓缸工作壓力 MPaP 4? ， mmd 50? ，則由 8 )( 22 dDPbM ??驅(qū) 得 mdbPMD 47688 262 ???????? 驅(qū) 所以取液壓缸內(nèi)徑為 mm140 式中 D— 液壓缸內(nèi)徑 )(mm ； P — 回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力 )(MPa ； b — 動(dòng)片寬度 )(mm ； d — 輸出軸與動(dòng)片聯(lián)接處的直徑 )(mm ； 所以手臂回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù)為： 表 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù) 工作壓力 p 液壓缸內(nèi)徑 R 輸出軸直徑 r 驅(qū)動(dòng)力矩 M 動(dòng)片寬度 B 4MPa 140mm 50mm 476N?m 60mm 液壓缸蓋螺釘計(jì)算 由表 4 可以看出螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系： t 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓力有關(guān)，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為： ??? Qss FFF QF 為工作載荷 ， ?QsF 為預(yù)緊力 液壓缸工作壓力為 MPaP 4? ,所以螺釘間距 t 小于 mm100 ,試選擇 8 個(gè)螺釘mmD 3 ?????? ，所以選擇螺釘數(shù)目合適 8?Z 個(gè) ,危險(xiǎn)截面面積 22222 0 1 2 5 mrRS ?????? ?? NZSPF Q 62808 6 ????? 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 24 ）（ ~??? KKFF s 取 ?K 則 NKFF s ????? 所以 NFFF Qss 1 5 7 0 09 4 2 06 2 8 0 ?????? 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： ][421??? ??? d FQs合 式中 D — 動(dòng)片外徑 )(mm ； ][? — 螺釘材料的許用拉應(yīng)力 )(MPa ； 1d — 螺釘螺紋內(nèi)徑 )(mm ； 螺釘材料選擇 235Q ， 取 MPas 240?? ， 則 )~(][ ???? nM P an s?? 即 mFd Qs 0 1 2 1 5 7 0 ][ 61 ??? ????? ?? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 mmd 141 ? 經(jīng)過以上的計(jì)算，需要螺釘來聯(lián)接，最終確定液壓缸的截面尺寸，內(nèi)徑為 mm140 ，外徑為 mm240 ， 輸出軸直徑為 mm50 。工作環(huán)境適應(yīng)好，不會(huì)因環(huán)境的變化影響傳動(dòng)及控制性能，阻力損失和泄漏較小，不會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)成本低廉。 現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，代替人從事繁重、危險(xiǎn)的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明顯，至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況不能說是很好的，其原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些工業(yè)部門的要求，適合機(jī)械手工作的范 圍很狹小，另外經(jīng)濟(jì)性問題也很重要，利用機(jī)械手節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精 的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們 !