【正文】 于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之。掌握了機(jī)械仿真的一般過(guò)程。2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案本課題是輕型平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真。 機(jī)械手基本形式的選擇常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由4個(gè)大部件和5個(gè)液壓缸組成：（1）手部，采用一個(gè)直線液壓缸，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將以次進(jìn)行。（3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。（3）平面平移型。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。由=0 得 =0 得 由=0 得h F= （）式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)中心的距離（mm）. ——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。表31 液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa小于5000 50000以上計(jì)算：設(shè)a=100mm,b=50mm,。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。一般夾持誤差不超過(guò)1mm,分析如下：工件的平均半徑：手指長(zhǎng),取V型夾角偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計(jì)算 當(dāng)S時(shí)帶入有： 夾持誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下列選取： 當(dāng)兩端固定時(shí)，,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)。現(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。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。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇(1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。(4) 機(jī)液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。（2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力，選擇8Mpa 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB106867） （mm）液壓缸內(nèi)徑40 5063809010011012514015016018020020鋼P(yáng)5060769510812113316814618019421924545鋼50607695108121133168146180194219245 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 缸蓋螺釘間距示意 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系工作壓力P（Mpa）螺釘?shù)拈g距t(mm)小于150小于120小于100小于80缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力 （）計(jì)算：液壓缸工作壓強(qiáng)為P=8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,試選擇8個(gè)螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=8個(gè) 危險(xiǎn)截面 () 所以 =+10545=19772N螺釘材料選擇Q235，（）螺釘?shù)闹睆? （）螺釘?shù)闹睆竭x擇d=16mm.（1） 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見(jiàn)上圖。 本章小結(jié)本章通過(guò)四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。（2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。二、 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。（2） 減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)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)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。（2） 手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算先進(jìn)行粗略的估算，或類(lèi)比同類(lèi)結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。 () 手臂摩擦力的分析與計(jì)算分析：摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。 a——導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（m）。經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力： 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=6210N，=2MPa（1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算， 雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔，當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， 液壓缸的有效面積：故有 （無(wú)桿腔） () （有桿腔） ()F=6210N，=，選擇機(jī)械效率將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表41（JB82666），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=65mm.（2） 液壓缸外徑的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在7mm，所以該液壓缸的外徑為79mm.（3） 活塞桿的計(jì)算校核活塞桿的尺寸要滿(mǎn)足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。6 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。 ()慣性力矩的計(jì)算 ()式中 ——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（），在起動(dòng)過(guò)程中=；t——起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間(s)。密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下=，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。危險(xiǎn)截面所以， 所以螺釘材料選擇Q235，則（）螺釘?shù)闹睆铰葆數(shù)闹睆竭x擇d=。 于是得 式中——每個(gè)螺釘預(yù)緊力；D——?jiǎng)悠耐鈴剑籪——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取f=螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 或 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得=螺釘材料選擇Q235，則（）螺釘?shù)闹睆?螺釘?shù)闹睆竭x擇d=。由力的平衡條件有=h=即 ==所謂的不自鎖條件為：即 取 () 當(dāng)=1650mm時(shí)，=528mm因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于528mm 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ()式中摩擦阻力， 取f=G——零件及工件所受的總重。對(duì)于本設(shè)計(jì)，采用一支點(diǎn)，雙固定，另一支點(diǎn)游動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以承受雙向軸向載荷。（2） 虛擬樣機(jī)技術(shù)常用軟件虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過(guò)界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化虛擬樣機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的。其它的軟件還有Wo rk ingModel、Fo lw 3D、IDEA S、Phoen ics、A n2sys、Pam crash 等等。用戶(hù)使用ADAMS軟件，可以自動(dòng)生成包括機(jī)——電——液一體化在內(nèi)的、任意復(fù)雜系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)數(shù)字化虛擬樣機(jī)模型，能為用戶(hù)提供從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、方案論證、詳細(xì)設(shè)計(jì)、到產(chǎn)品方案修改、優(yōu)化、試驗(yàn)規(guī)劃甚至故障診斷各階段、全方位、高精度的仿真計(jì)算分析結(jié)果，從而達(dá)到縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及競(jìng)爭(zhēng)力的目的。另一方面，又是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析開(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶(hù)進(jìn)行特殊類(lèi)型機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。ADAMS與先進(jìn)的CAD軟件 (UG, PRO/E)以及CAE軟件(ANSYS)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形交換格式文件相互交換以保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。 ADAMS軟件包括3個(gè)最基本的解題程序模塊:ADAMS/View基本環(huán)境、ADAMS / Solver(求解器)和ADAMS / Postprocessor(后處理)。ADAMS / Solve:是求解機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的程序。ADAMS / Postprocessor:模塊具有相當(dāng)強(qiáng)的后處理功能，它可以回放仿真結(jié)果，也可以繪制各種分析曲線。一般ADAMS分析功能如下:(1)可有效地分析三維機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與力。ADAMS很容易處理這種模型的非線性方程，而且可進(jìn)行線性近似。(6)利用ADAMS/VIEW提供的控制工具箱或ADAMS/Control與MATLAB一起可以方便地進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真。（2）零部件之間的所有連接都簡(jiǎn)化為鉸鏈。 機(jī)械手約束副圖本圖創(chuàng)建的是機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)模型，夾持點(diǎn)到手指旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離為100mm,通過(guò)旋轉(zhuǎn)副，直線副，固定副來(lái)約束機(jī)械手的各部件，再給活塞桿一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，可以實(shí)現(xiàn)手部直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)手抓張合運(yùn)動(dòng)。在ADAMS/View中可以測(cè)量模型的任意參數(shù)，如：物體任意點(diǎn)的位移、速度、加速度等，約束副的相對(duì)位移、相對(duì)速度、相對(duì)加速度以及所受的力和力矩等。對(duì)于復(fù)雜形狀的物體，可以使用ADAMS/Exchange模塊從其它CAD軟件（如：Pro/e）中輸入零件模型。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)做了系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中沒(méi)有涉及到機(jī)械手的控制問(wèn)題，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。必要時(shí)可以更換手抓，抓取箱體等。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、嚴(yán)于律己寬以待人的做人風(fēng)范是作者終身學(xué)習(xí)的榜樣。也對(duì)這四年來(lái)給予了我各方面極大支持及鼓勵(lì)機(jī)械學(xué)院老師表示感