【正文】 轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。本設(shè)計(jì)能夠應(yīng)用到加工工廠車(chē)間，從而減輕工人勞動(dòng)強(qiáng) 度，節(jié)約加工輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 一、以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手 有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。而目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的 距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。由于通用機(jī)械手 能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自 動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。 機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。 二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 機(jī)械手的組成和分類(lèi) 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)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。 立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)均與立 柱有密切的聯(lián)系。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。 (一 )按用途分 機(jī)械手可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 : 專(zhuān)用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。但對(duì)密 封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。這類(lèi)工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品 :機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 。 小于 90186。其傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式 …… 等，這里采用 連桿 杠桿式。 ⑤ 應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求 應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓 取數(shù)量的不同，來(lái)設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。 α角小時(shí)可獲得較大的握力， α=0 的時(shí)候使手指閉合到最小位置即為自鎖位置 ， 這時(shí)去掉驅(qū)動(dòng)力，工件也不會(huì)自行脫落。,α=30176。 1179。. 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷(xiāo)子進(jìn)行連接和定位，動(dòng)片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。 m） M 封 ——腕部回轉(zhuǎn)缸的東片與定片、缸內(nèi)壁、端蓋、等處密封裝置的摩擦阻力距（ N178。 ? ——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （ 1/s）。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承 受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在 100 0 150 0 mm s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在0180s 內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為 1000mm s ，平均回轉(zhuǎn)角速度在 090s 。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。 做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓 缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性、密封等幾個(gè)方面的阻力，來(lái)確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。下圖是機(jī)械手的手臂示意圖。 對(duì)于圓柱面： ? ?39。 （ 3） 活塞桿的計(jì)算校核 ①?gòu)?qiáng)度校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。 （ 2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)2100。 ? ?2 2 2 2 23 1 2 4 0 ( 0 .8 3 0 .0 4 ) / 1 2 2 .1 5cJ m l R Nm? ? ? ? ? ? ? 2 2 21 0 0 0 .7 3 9 .2G Nmg ? ? ? ? 起動(dòng)角速度 ? ? = ，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為 。 經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，需要螺釘來(lái)連接，最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖 所示，內(nèi)徑為 160mm，外徑為 180mm，輸出軸徑為 64mm， 6 0 176。 ?工 件 =1000mm ?手 和 腕 =1000mm ?臂 =300mm 29 G G GG? ? ?? ??? 手 腕 手 腕工 件 工 件 臂 臂總 () 767G G G mmG? ? ?? ????手 腕 手 腕工 件 工 件 臂 臂總 所以，回轉(zhuǎn)半徑 ?? 767mm (3) 計(jì)算偏重力矩 MG?? 總偏 MG?? 總偏 105 789K g m N m? ? ? ? ? 升降不自鎖條件分析計(jì)算 參考圖 ，手臂在 G總 的作用下有向下的趨勢(shì)，而立柱導(dǎo)套有防止這種趨勢(shì)。 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 19 3 3 3 43 7 0 . 52 2 1 0 . 9 6PD m mp? ? ?? ? ? ??? 根據(jù)表 32油缸內(nèi)徑系列（ GB/T234893），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑， D=100mm. 活塞桿直徑 d=50/3=，圓整為 d=40mm。這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來(lái)傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱(chēng)為容積式液壓傳動(dòng)，機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。 ⑤ 油泵出口處接單向閥 在油泵出口處接單向閥。其控制方法有兩類(lèi)：一類(lèi)是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面 來(lái)改變進(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一類(lèi)是采用變量泵，改變油泵的供油量。 調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)整和穩(wěn)定所通過(guò)的流量，使油缸的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)荷變化的影響，對(duì)速度的平穩(wěn)性要求高的場(chǎng)合，宜用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。它通常由一些典型的壓力控制、 流量控制、方向控制回路加上一些專(zhuān)用回路所組成。該電控系統(tǒng)的步進(jìn)控制環(huán)節(jié)采用步進(jìn)選線器，其步進(jìn)動(dòng)作是在每一步動(dòng)作完成后，使行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每一步動(dòng)作的預(yù)設(shè)停留時(shí)間，使時(shí)間繼電器動(dòng)作而發(fā)信，使步進(jìn)器順序 “跳步 ”控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動(dòng)作（見(jiàn)電磁鐵動(dòng)作程序表）實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 手指夾緊油缸支路裝有液控單向閥（ IY25B），使手指夾緊工件時(shí)不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，保證保證手指夾持工件牢靠。 在手臂 回轉(zhuǎn)后的定位所用的定位油缸支路要比系統(tǒng)壓力低，為此在定位油缸支路前串有減壓閥（ J10），使定位油缸獲得適應(yīng)壓力為 15—18*105 帕 ，同時(shí)還給電液動(dòng)滑閥（或稱(chēng)電液換向閥， 34DY63B）來(lái)實(shí)現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。該系統(tǒng)選用功率 N = 千瓦的電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵 YB35/18 ，其公稱(chēng)壓力為 60*10 5 帕，流量為 35 升 /分 +18 升 /分 =53 升 /分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為 30*10 5 帕，油箱容積選為 250 升。 上料機(jī)械手的動(dòng)作順序 本液壓傳動(dòng)上料機(jī)械手主要是從一個(gè)地方拿到工件后，橫移一定的距離后把工件給立式精鍛機(jī)進(jìn)行加工。 目前在液 壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥（ D 型）和直流電磁閥（ E 型）兩種。 根據(jù)各油泵的運(yùn)動(dòng)速度要求，可分別采用 LI 型單向節(jié)流閥、 LCI 型單向節(jié)流閥或 QI 型單向調(diào)速閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動(dòng)油缸 運(yùn)動(dòng)而做功。 ② 卸荷回路 在機(jī)械手各油缸不工作時(shí)，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作，所以采用卸荷回路。 ② 液動(dòng)機(jī) 壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部分。按中等壁厚進(jìn)行計(jì)算 (16D/δ )： ? ?( 2 .3 )PD CP? ?????計(jì) 計(jì) 式中 ? 強(qiáng)度系數(shù) (當(dāng)為無(wú)縫 鋼管時(shí)取值為 1，本案為鑄造式，取值 ) C計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度 ??? 油缸材料的許用應(yīng)力 (MPa)； ? ? bn?? ? ，其中 b? 為油缸材料的抗拉強(qiáng)度， n為安全系數(shù)，一般 n=3～ 5 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力 ??? 為： 鍛鋼 ??? =110～ 120MPa 鑄鋼 ??? =60MPa 無(wú)縫管 ??? =100～ 110MPa 代入數(shù)據(jù)： ? ? 1 . 3 1 1 0 0 2 3 . 3 6( 2 . 3 ) ( 2 . 3 6 0 1 . 3 1 ) 0 . 7PD C m mP? ?? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ?計(jì) 計(jì) 圓整為 5mm，即缸體外徑 110mm。 （ 1） F慣的計(jì)算 GvF gt?? ?總慣 設(shè)定速度為 ? V=。 圖 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 （ 3） 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)如圖 。 經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算 M驅(qū) =? （ 1） 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬 b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為 1Mpa。 M M M M? ? ?驅(qū) 回慣 封 慣性力矩的計(jì)算 00M J J t?? ??? ?慣 式中 ?? —— 回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（ rads ），在起動(dòng)過(guò)程中 ? ? =? ； ? t—— 起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間 (s)?；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。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。 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 2100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。 22 3 1001844P Mpa MPad? ??? ? ? ?? 結(jié)論： 活塞桿的強(qiáng)度足夠。 ? ? ? ? 估算： 250GN?總， L=,導(dǎo)向支撐 a設(shè)計(jì)為 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 39。 0AM ?? bG L aP?總 得 b GLP a? 總 0Y?? baG P P??總 得 a LaPG a???? ????總 39。 P P P P P? ? ? ?回摩 密 慣 P摩 摩擦阻力 (N)。 （ 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)。減少慣量具體有 3個(gè)途徑： （ 1） 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 一、 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 （ 1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。m） ⑶ 腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩 M 慣 ① 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度 ? 時(shí)，可用下式計(jì)算 M 慣 M 慣 =（ J+J 工件）t? （ N當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動(dòng)，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 ,Rmin=25mm ,Rmax=35mm 代入公式計(jì)算得 最大定位誤差 △=∣ — ∣ =＜ 故符合要求 . 第二章 腕部 腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。 50179。~40176。 作用在拉桿上的驅(qū)動(dòng)力 3 為 P， 兩連桿 2 對(duì)拉桿 反作用力為 P P2，其力的方向 沿連桿兩鉸鏈中心的連線 ， 指向 O