【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 哈爾濱理工大學學士學位論文 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? — 預緊力 ? = P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹姸葪l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 大臂是整個機械手的支撐部件，能實現(xiàn)機械手大范圍的升降，設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點： 哈爾濱理工大學學士學位論文 25 （ 1） 要有足夠的承載力 （ 2） 要有足夠的剛度和強度 （ 3） 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 ： 圖 412 大臂受力圖 G— 升降油缸個部件的重力 f— 摩擦力 P上 — 上升驅(qū)動力 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? — 預緊力 ? =P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹姸葪l件為： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm 哈爾濱理工大學學士學位論文 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)計的機械手的機構(gòu)尺寸基本確定，其移動將根據(jù)實際應(yīng)用要求適當調(diào)整。 ： 桿長 l 為 200mm ， 桿徑 d 為 30mm 因為 200 15 ? 30 = 450 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格 。 （ 5） 因為傳動介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤滑的作用，使用壽命長。 在本論文的寫作過程中，我的導師 唐德棟 老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從 總體結(jié)構(gòu) 設(shè)計到關(guān)鍵部件的選擇 ， 再 到一遍又一遍地指出每 此設(shè)計圖中 的具體問題，嚴格把關(guān)，循循善誘， 相信老師的這些極具價值的指導思想會一直有益于我以后的生活和學習， 在此我表示衷心感謝。 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學習生活的開始。 （ 7） 可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達直接帶動負載，從而省去了中間的減速裝置，使得傳動簡單化。 哈爾濱理工大學學士學位論文 32 第 6章 總體三維圖 總體三維圖 經(jīng)過以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計，總體外觀圖的規(guī)劃，液壓系統(tǒng)的設(shè)計及其調(diào)試， 現(xiàn)繪制出五自由度液壓搬運機 械手的總體外觀三維圖如下： 圖 61 總體主視圖 哈爾濱理工大學學士學位論文 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)過以上幾章的方案確定、設(shè)計分析、校核計算，本章最終對總體效果圖進行了三維圖的繪制，其效果如上。 哈爾濱理工大學學士學位論文 29 第 5章 各油缸活塞桿校核 手部驅(qū)動油缸活塞桿校核 ： 22500d /4 /4P? ??π π （ 51） = 碳鋼 ??? 取 100 ~120 MPa 所以： ?? ??? 強度條件滿足。 本設(shè)計將運用回轉(zhuǎn)油缸來驅(qū)動，設(shè)計時我將考慮以下幾點： a、 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 b、 動作靈活平穩(wěn) c、 保證有足夠的剛度和強度 =+M M M M?驅(qū) 回偏 封 如下圖所示： 圖 42 腕部驅(qū)動力矩計算圖 除工件以外，將擺動體等效為一直徑 D=70mm， 長為 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載。 （ 9） 電磁鐵 4 通電，手爪旋轉(zhuǎn)油缸逆時針旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手爪的周向定位。 哈爾濱理工大學學士學位論文 8 第 3章 基本參數(shù)及 二維 外觀圖 基本參數(shù) ： 工業(yè)機械手 ： 搬運 ： 5 （腕部轉(zhuǎn)動、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 運動自由度 動作范圍 速度 腕部回轉(zhuǎn) 90176。 搬運機械手的運動及驅(qū)動方式 1． 機械手的運動 機械手的運動包括自由度數(shù)和運動范圍 本機械手采用雙抓，這是因為它具有以下優(yōu)點： (a) 運動靈活 (b) 工作空間大 (c) 關(guān)節(jié)驅(qū)動處容易密封，防塵 (d) 作效力大大的提高了 (e) 工作要求低 2． 自由度數(shù) 自由度是機械手設(shè)計中的重要參數(shù)，每個運動部件所具有的獨立運 動的數(shù)目稱為自由度，自由度是衡量機械手設(shè)計水平的重要指標，自由度越多的機械手能完成的運動越復雜，技術(shù)難度越大，控制定位越困難，安裝越復 雜，成本高，因此在具體問題中盡量減少自由度， 本機械手是考慮到選用腕部來回轉(zhuǎn)，小臂伸縮，小臂俯仰，大臂回轉(zhuǎn)，大臂升降等 5 個自由度完全滿足工作要求。 功能指標包括： 機械手的各部件的升降、轉(zhuǎn)動，對壓力的敏感反映等，使得機器人可以實現(xiàn)到達任何位置的升降、轉(zhuǎn)動 ，同時具有重量輕，穩(wěn)定性好等特點。 （ 2） 對環(huán)境的適應(yīng)性強，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學士學位論文 3 環(huán)境下工作。 工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，提高 勞動生產(chǎn)率和自動化水平。目前，由于機器人的研制和開發(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技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此， 研制經(jīng)濟型、實用化、高可靠性機器人系統(tǒng)具有廣泛的社會現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。 美國是最早研制和應(yīng)用機械手的國家，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，提高了勞動生產(chǎn)效率，同時也降低了成本。 總體方案分析 搬運機械手的組成 圖 21 組成 框架圖 參考諸多的搬運機械手的設(shè)計理念，以及對于本題目 —— 五自由度搬運機械手的理解，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． 機械手的驅(qū)動方式 采用液壓驅(qū)動的優(yōu)點是： （ 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，實現(xiàn)大臂軸向定位。 手部夾持器應(yīng)具有以下幾點： （ a） 足夠的夾緊力 （ b） 保證工件在手指的準確定位 ( c ) 能適應(yīng)工作環(huán)境所提出的要求 （ d）保證在強度和剛度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重輕。 ： QS = Q +QS` Q=P/Z=π（ R2 – r2 ） p/3Z QS ： 每個螺釘在危險截面上承受的拉力 Q ： 工作載荷 QS`： 預緊力 P ： 驅(qū)動力 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)膹姸葪l件為： ? ?s= d / 4Q???π 哈爾濱理工大學學士學位論文 16 所以： ? ?1 4SQd ??? π 查取機械工程手冊第 5 冊，取螺釘工程直徑為 6mm ： 動片與輸出軸連接方式如下圖： 如圖 44 動片與輸出軸連 接圖 1— 動片 2— 輸出軸 3— 定片 依動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— 每個螺釘?shù)念A緊力 P— 油壓 B— 動片寬度 Z— 螺釘數(shù)目 F— 被連接件配合面處摩擦系數(shù)取 螺釘?shù)膹姸葪l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 哈爾濱理工大學學士學位論文 17 則： ? ?11 .3 4SQd???π= 查取《機械手冊》，取螺釘工程直徑為： 8mm 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 做水平伸縮直線運動的油缸的驅(qū)動力 P P P P P? ? ? ?回密 摩 慣 式中： P摩 — 摩擦阻力，手臂運動，運動表面間的摩擦力 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 — 啟動或制動時所受的平均慣性力 （ a） P摩 的計算 由于活塞桿與液壓缸的相對運動，它們將產(chǎn)生一定的摩擦 如下圖： 如圖 45 受力尺寸圖 F0??MA（