【正文】 10MPa 3 2 .52CP RrR m m??? 則： ` 1M bbRP??封 = kgfm `` 13 ( ) CPM b R r PR???封 = kgfm ` ``=M M M?封 封 封 = kgfm ： 手臂結(jié)構(gòu)受力圖如下： 圖 411 手臂結(jié)構(gòu)受力圖 設(shè)重 心于 `o’處，則有： oM(F)=0? = + + G + G ? ? ?臂 伸 缸 俯 缸（ 4 0 0 ） G （ 124 ） （ 80 ） = + + + ? ? ?? ? ?32 （ 400 ） （ 124 ） （ 80 ） = 9. 2 +3 2 + 2. 2 = 43. 4 kgf總 G 手臂可以近似看成一根桿： L=800mm 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 20z=+gGJJ ? =1/12+? +? /10 = 2m 180 / 180 = 0. 36 r a d/s5t = W? ? ??π 所以： 0= = 6 .0 5 ra d /sMJ ????慣 ： D 222d p2= b p d = b /2 ( R r ) pM ??回 回 回 其中： p回 =1MPa b=80mm R=50mm r=20mm 則： 22=b/2 ( R r ) pM 回 回= kgfm `=MM驅(qū) 驅(qū) `2=pb d /8M 2驅(qū) （ D ） 其中 d=4mm 28 d 9 5 m mpbMD ? ? ?驅(qū) ： 0? = s+?? 式子中： ?— 工作載荷 s? — 預(yù)緊力 ? = P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 大臂升降結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大臂是整個(gè)機(jī)械手的支撐部件，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械手大范圍的升降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 （ 1） 要有足夠的承載力 （ 2） 要有足夠的剛度和強(qiáng)度 （ 3） 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 ： 圖 412 大臂受力圖 G— 升降油缸個(gè)部件的重力 f— 摩擦力 P上 — 上升驅(qū)動(dòng)力 G = G + G + G + G + 臂 俯 伸 空 桿Ｇ G臂 = kgf 桿Ｇ = kgf G + G + G俯 伸 空 = kgf G = + + = kgf 根據(jù)力矩平衡方程： G + f = P上 P上 = / () = kgf =kPP驅(qū) 上 k為安全系數(shù) k= P驅(qū) = ? = ： 由式子： 424 p dpdPD ?? ππ （ 421） = 所以取 D 為 110mm ， d 為 60mm ： 0? = s+?? 式子中： ? — 工作載荷 s? — 預(yù)緊力 ? =P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 s? — 材料的屈服極限 n— 安全系數(shù) 直到現(xiàn)在，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手的機(jī)構(gòu)尺寸基本確定，其移動(dòng)將根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求適當(dāng)調(diào)整。 ： 桿長(zhǎng) l 為 200mm ， 桿徑 d 為 30mm 因?yàn)? 200 15 ? 30 = 450 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格 。 （ 5） 因?yàn)閭鲃?dòng)介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤(rùn)滑的作用，使用壽命長(zhǎng)。 在本論文的寫作過(guò)程中，我的導(dǎo)師 唐德棟 老師傾注了大量的心血，從選題到開題報(bào)告，從 總體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)到關(guān)鍵部件的選擇 ， 再 到一遍又一遍地指出每 此設(shè)計(jì)圖中 的具體問(wèn)題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘， 相信老師的這些極具價(jià)值的指導(dǎo)思想會(huì)一直有益于我以后的生活和學(xué)習(xí)， 在此我表示衷心感謝。 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。 （ 7） 可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)負(fù)載，從而省去了中間的減速裝置，使得傳動(dòng)簡(jiǎn)單化。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 第 6章 總體三維圖 總體三維圖 經(jīng)過(guò)以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總體外觀圖的規(guī)劃，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其調(diào)試， 現(xiàn)繪制出五自由度液壓搬運(yùn)機(jī) 械手的總體外觀三維圖如下： 圖 61 總體主視圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 圖 62 一定角度總體視圖 圖 63 手爪放大圖 本章小結(jié) 經(jīng)過(guò)以上幾章的方案確定、設(shè)計(jì)分析、校核計(jì)算，本章最終對(duì)總體效果圖進(jìn)行了三維圖的繪制，其效果如上。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 第 5章 各油缸活塞桿校核 手部驅(qū)動(dòng)油缸活塞桿校核 ： 22500d /4 /4P? ??π π （ 51） = 碳鋼 ??? 取 100 ~120 MPa 所以： ?? ??? 強(qiáng)度條件滿足。 本設(shè)計(jì)將運(yùn)用回轉(zhuǎn)油缸來(lái)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)我將考慮以下幾點(diǎn)： a、 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 b、 動(dòng)作靈活平穩(wěn) c、 保證有足夠的剛度和強(qiáng)度 =+M M M M?驅(qū) 回偏 封 如下圖所示： 圖 42 腕部驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算圖 除工件以外，將擺動(dòng)體等效為一直徑 D=70mm， 長(zhǎng)為 200mm 的圓 柱體。 （ 3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、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。 （ 9） 電磁鐵 4 通電，手爪旋轉(zhuǎn)油缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手爪的周向定位。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 第 3章 基本參數(shù)及 二維 外觀圖 基本參數(shù) ： 工業(yè)機(jī)械手 ： 搬運(yùn) ： 5 （腕部轉(zhuǎn)動(dòng)、小臂伸縮、小臂俯仰、大臂回轉(zhuǎn)、大臂升降 ） 4. 抓重：最大 5Kg 5． 工作范圍與速度 工作范圍與速度如下表 31 運(yùn)動(dòng)自由度 動(dòng)作范圍 速度 腕部回轉(zhuǎn) 90176。 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(wèn)題中盡量減少自由度， 本機(jī)械手是考慮到選用腕部來(lái)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。 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)。 （ 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。 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。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。 美國(guó)是最早研制和應(yīng)用機(jī)械手的國(guó)家，早在 1967 年就定型批量生產(chǎn)了 UNIMATE4000 型前身。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 （ 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。 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)。 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 。 /s 小臂伸縮 0— 300mm 小 臂俯仰 0— 100mm 大臂回轉(zhuǎn) 90176。 （ 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。 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。 ： 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（