【正文】 姓 名 ： 指導(dǎo)教師 ： 完成日期 ： 中文摘要 Ⅰ 機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。 Ⅲ 引 言 1 第一章．工業(yè)機(jī)械手的概述 2 課題研究的意義 27 致 謝 同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。 由于時間倉促和個人水平限制，我的設(shè)計存在著許多還沒來得及解決的問題，希望廣大老師、同學(xué)能夠給予批評指正并予以解決。 ③ 手 臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 （ 3）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu) 3 按規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測其正確與否。 工業(yè)生產(chǎn) 上應(yīng)用的機(jī)械手，由于使用場合和工作要求的不同，其結(jié)構(gòu)型式亦各不相同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差別。 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計 4 第二章 工業(yè) 機(jī)械手的設(shè)計 設(shè)計目的 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)生在完成基礎(chǔ)課和專業(yè)課等學(xué)習(xí)之后進(jìn)行的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，總的目的是在老師的指導(dǎo)下，使學(xué)生通過課程設(shè)計，對所學(xué)的理論知識進(jìn)行一次系統(tǒng)的回顧檢查復(fù)習(xí)和提高，并運(yùn)用所學(xué)的理論知識，通過調(diào)研，設(shè)計一個機(jī)電控制方面的課題，收到從理論到實(shí)踐應(yīng)用的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)理論解決具體問題的能力，具體有以下幾點(diǎn)： （ 1） 通過檢索查閱運(yùn)用有關(guān)手冊、標(biāo)準(zhǔn)及參考資料，培養(yǎng)起學(xué)生檢索查閱資料、實(shí)用資料的方法和能力。/s 手指夾持范圍：棒料 半 徑 40— 70mm， 棒料 長度 450— 1200mm ，重量 30kg 機(jī)械手的工作 過程 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動作示意圖，如 圖 所示。 (1)手動工作方式：利用按鈕對機(jī)械手每一步動作進(jìn)行控制。按下緊急停車按鈕，機(jī)械手停止在當(dāng)前狀態(tài)。 （ 4）手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度 （ 5） 其它要求 對于夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀為圓形棒料，因此最常采用的是外卡式兩 指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。 maxV —— 運(yùn)載時工件最大上升速度； 響t — 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時間，一般選取 ~ ； 3K — 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇； G — 被抓取工件所受重力； 表 驅(qū)動力與液壓缸工作壓力關(guān)系圖 ［ 1］ 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 5000 ～ 1 20200～ 30000 ～ 5000～ 10000 ～ 30000～ 50000 ～ 10000～ 20200 ～ 50000 ～ 設(shè) ???? 30,80,40 ?mmbmma ,機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時間為 ， 求夾緊力 NF ，驅(qū)動力 F 和驅(qū)動液壓缸的尺寸。 機(jī)械手的夾持半徑為 mm60~40 ， 一般夾持 誤差不超過 mm1 ,分析如下： 工件的平均半徑： 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計 10 mmR 502 6040 ???平均 手抓長 mmL 100? ， 取 V 型夾角 ??1202? 偏轉(zhuǎn)角 ? 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： ?????? ?? 50cossincos 1平均1 ?? L R 計算得 mmLR o s60s in100c o ss in0 ??????? ?? 式中 0R — 理論平均半徑 因?yàn)? min0max RRR ?? 2222m a x2m a x21 s inc o ss in2s in aLaRLRL ??????? ???? ）（ 222222 i o s60s i n 601002)60s i n 60(100 ?????????? ? 2222m i n2m i n22 s inc o ss in2s in aLaRLRL ??????? ???? ）（ 222222 i o s60s i n 401002)60s i n 40(100 ?????????? a ? 所以 ??? 夾持誤差滿足設(shè)計要求。 （ 4） 機(jī) — 液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu) 此手腕具有傳動簡單、輕巧等特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)有點(diǎn)復(fù)雜。 式中 ][? — 螺釘材料的許用拉應(yīng)力 )(MPa ； 1d — 螺釘?shù)闹睆?)(mm ； 機(jī)械手臂部設(shè)計計算 臂部設(shè)計的基本要求 （ 1） 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 （ 2） 臂部運(yùn)動速度要高，慣性要小 （ 3） 手臂動作應(yīng)該靈活 （ 4） 位置精度要高 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計 16 臂部的結(jié)構(gòu)選擇 常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)由以下五種： ［ 5］ （ 1） 雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機(jī)構(gòu) 手臂的伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿均受拉壓，故受力簡單傳動平穩(wěn)。 手臂啟動速度 smmv /83?? ， 啟動時間 st ?? ， kgNg /? ， 帶入數(shù)據(jù)得： Ntg vGF 0 00 ??????? 總慣 （ 3） 密F 的計算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O 型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于 MPa10 時，液壓缸密封處的總的摩擦 阻力為： 驅(qū)密 FF ? （ 4） 回F 的計算 一般背壓阻力較小，為了計算方便，將其省略。 手臂啟動速度 smmv /83?? ，啟動時間 st ?? ， kgNg /? ，帶入數(shù)據(jù)得 ： Ntg vGF 0 00 ??????? 總慣 （ 3） 密F 的計算 21 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O 型密封圈，當(dāng)液壓缸 工作壓力小于 MPa10 時，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為： 驅(qū)密 FF ? （ 4） 回F 的計算 一般背壓阻力較小，為了計算方便，將其省略。采用的是液壓傳動，動作迅速，反映靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動控制。 27 參考文獻(xiàn) [1] 徐灝 .機(jī)械設(shè)計手冊 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 .2020. [2] 濮良貴 .機(jī)械設(shè)計 .高等教育出版社 [M].2020. [3] 丁樹模 等 .液壓 與氣壓傳動 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 .2020. [4] 唐立新 .馬建華 .工業(yè)機(jī)械手 的設(shè)計 [J]. 中小企業(yè)管理與科技（下旬刊） .2020. [5] 孫恒 等 .機(jī)械原理 [M].高等教育出版社 .2020. [6] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室 [M].理論力學(xué) . 高等教育出版社 .2020. [7] 劉鴻文 .材料力學(xué) .高等教育出版社 [M].2020. 致謝 28 致 謝 本設(shè)計及論文是在我的指導(dǎo)老師于瀟澤 及 機(jī)械工程學(xué)院 諸位老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從 論文 的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 于 老師和各位專業(yè)老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 機(jī)械手采用PLC 控制，具有可靠性高改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn)行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定 PLC 程序來實(shí)現(xiàn)。 （ 1）液壓缸內(nèi)徑計算： 當(dāng)油進(jìn)入無桿腔： ??? 4 211 DPFF ??驅(qū) 當(dāng)油進(jìn)入油桿腔： ??? 4 )( 2222 dDPFF ???驅(qū) 液壓缸的有效面積： 1PFS? 所以 ??? 11 PFPFD ?? （ 無桿腔 ） 214 dPFD ?? ?? (有桿腔 ) 式中 驅(qū)F — 手臂升降液壓缸驅(qū)動力 )(N ； D — 液壓缸內(nèi)徑 )(mm ； d — 活塞桿直徑 )(mm ； ? — 液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取 ?? ； 1P — 液壓缸的工作壓力 )(MPa ； 帶入數(shù)據(jù)得： mPFPFD 0 5 1 9 9 611 ??????? ??? 驅(qū)驅(qū) 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計 22 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB82666），選取液壓缸的內(nèi)徑為： mmD 55? （ 2） 活塞桿直徑計算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動的要求和強(qiáng)度的要求，對于桿長 l 大于直徑 15 倍 )15( dl? 的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定性。 （ 1） 液壓缸內(nèi) 徑計算 ［ 3］ 圖 雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)油進(jìn)入無桿腔： ??? 4 211 DPFF ??驅(qū) 當(dāng)油進(jìn)入油桿腔： ??? 4 )( 2222 dDPFF ???驅(qū) 所以 ??? 11 PFPFD ?? （ 無桿腔 ） 224 dPFD ?? ?? (有桿腔 ) 式中 驅(qū)F — 手臂伸縮液壓缸驅(qū)動力 )(N ； D — 液壓缸內(nèi)徑 )(mm ； d — 活塞桿直徑 )(mm ； ? — 液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取 ?? ； 1P — 液壓缸的工作壓力 )(MPa ； 帶入數(shù)據(jù)得： mPFPFD 0 7 4 4 1 0 611 ??????