【正文】 機(jī)械手的夾持范圍為Φ 60Φ 120mm 夾持誤差不超過177。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YZBZ1 型圓柱坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目 YZBZ1 型圓柱坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì) 目次 1 緒論 1 11 工業(yè)機(jī)械手的概述 1 12 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 1 13 機(jī)械手的組成概述 2 14 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢 3 2 總體設(shè)計(jì)方案 4 21 設(shè)計(jì)題目 4 22 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求 4 23 方案擬定 5 3 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)計(jì)算 6 31 手部設(shè)計(jì)基本要求 6 32 手部力學(xué)分析 7 33 夾緊力及驅(qū)動力的計(jì)算 8 34 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 9 4 機(jī)械手腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 11 41 腕部設(shè)計(jì)基本要求 11 42 腕部結(jié)構(gòu)的選擇 11 43 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 12 5 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)計(jì)算 16 51 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)的基本要求 16 52 手臂的典型機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的選擇 16 53 手臂伸縮驅(qū)動力計(jì)算 17 54 手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)的確定 19 55 油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算 216 機(jī)身設(shè)計(jì)與 計(jì)算 23 61 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 23 62 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 63 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 28 7 液壓驅(qū)動系統(tǒng)的計(jì)算 31 71 繪制液壓系統(tǒng)的工況圖 31 72 計(jì)算和選擇液壓元件 36 總結(jié) 38 致謝 38 參考資料 39 1 緒論 1． 1 工業(yè)機(jī)械手的概述 工業(yè)機(jī)械手在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機(jī)器它有多個(gè)自由度可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境 中工作工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)機(jī)械學(xué)電氣液壓技術(shù)自動控制技術(shù)傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域是一門跨學(xué)科綜合技術(shù) 機(jī)械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象機(jī)械手可以完成許多工作如搬物裝配切割噴染等等應(yīng)用非常廣泛 2 腕部 是連接手部和臂部的部件并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位以擴(kuò)大 機(jī)械手的動作范圍并使機(jī)械手變的更靈巧適應(yīng)性更強(qiáng)手腕有獨(dú)立的自由度有回轉(zhuǎn)運(yùn)動上下擺動左右擺動一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動再增加一個(gè)上下擺動即可滿足工作要求有些動作較為簡單的專用機(jī)械手為了簡化結(jié)構(gòu)可以不設(shè)腕部而直接用臂部運(yùn)動驅(qū)動手部搬運(yùn)工件 目前應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓氣缸它的結(jié)構(gòu)緊湊靈巧但回轉(zhuǎn)角度小一般小于 2700 并且要求嚴(yán)格密封否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu) 3 臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件它的作用是支撐腕部和手部包括工作或夾具并 帶動他們做空間運(yùn)動 臂部運(yùn)動的目的把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意一點(diǎn)如果改變手部的姿態(tài)方位則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)因此一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求即手臂的伸縮左右旋轉(zhuǎn)升降或俯仰運(yùn)動 手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)如液壓缸或者氣缸和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)從臂部的受力情況分析它在工作中既受腕部手部和工件的靜動載荷而且自身運(yùn)動較為多受力復(fù)雜因此它的結(jié)構(gòu)工作范圍靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能 4 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)我國的正處于仿真階段 驅(qū)動機(jī)構(gòu) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是 工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分根據(jù)動力源的不同 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓氣動電動和機(jī)械驅(qū)動等四類采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單尺寸緊湊重量輕控制方便 控制系統(tǒng)分類 在機(jī)械手的控制上有點(diǎn)動控制和連續(xù)控制兩種方式大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制也有采用可編程序控制器控制微型計(jì)算機(jī)控制采用凸輪磁盤磁帶穿孔卡等記錄程序主要控制的是坐標(biāo)位置并注意其加速度特性 1． 4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢 1 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 高速度高精度高可靠性便于操作和維修 而單機(jī)價(jià)格不斷下降平均單機(jī)價(jià)格從 91 年的 103 萬美元 降至 97 年的 65 萬美元 2 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)減速機(jī)檢測系統(tǒng)三位一體化由關(guān)節(jié)模塊連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市 3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展便于標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)化器件集成度提高控制柜日見小巧且采用模塊化結(jié)構(gòu)大大提高了系統(tǒng)的可靠性易操作性和可維修性 4 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要除采用傳統(tǒng)的位置速度加速度等傳感器外裝配焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺力覺等傳感器而遙控機(jī)器人則采用視覺聲覺力覺觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來 進(jìn)行環(huán)境建模及決策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 5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人 6 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段美國發(fā)射到火星上的索杰納機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例 2 總體設(shè)計(jì)方案 2． 1 設(shè)計(jì)題目 YZBZ1 型圓柱坐標(biāo)式四自由度機(jī) 械手設(shè)計(jì) 2． 2 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求 1 抓重 300N 2 自由度 4 個(gè) 3 臂部運(yùn)動參數(shù) 表 21 運(yùn)動名稱 符號 行程范圍 速度 伸縮 X 0500mm 伸出176mms 縮回 233mms 升降 Z 0600mm 上升 102mms 下降 152mms 回轉(zhuǎn) Φ 0 o 200o 63 o s 4 腕部運(yùn)動參數(shù) 表 22 運(yùn)動名稱 符號 行程范圍 速度 回轉(zhuǎn) 0 o 180o 200 o s 5 手指夾持范圍棒料Φ 60mmΦ 120mm 長度 4501200mm 6 定位方式緩沖死擋塊定位 7 驅(qū)動方式液壓 中低壓系統(tǒng) 8 定位精度177。 3mm 分析如下 工件的平均半徑 45mm 手指長 L 120mm 取 V 型夾角 偏轉(zhuǎn)角β 6434176。 m 腕部轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 因?yàn)槭肿A持在工件中間位置所以 e 等于 0 即 GeGe 0 腕部轉(zhuǎn)動軸載軸頸處的摩擦阻力矩 為簡化計(jì)算一般取 01 回轉(zhuǎn)缸的動片和缸徑定片端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩與選用的密封裝置類型有關(guān)應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析 設(shè)夾取棒料直徑 100mm長度 1000mm重量 50Kg當(dāng)手部夾持工件中間位置回轉(zhuǎn)時(shí)將手抓手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個(gè)圓柱體長 h 150mm半徑為 60mm 其所受重力為 G 200 N 等速轉(zhuǎn)動角速度 因?yàn)? 00367 41979 代入 0036741979 47