【正文】 （ 38） 液壓缸采用無縫鋼管，查表可得 ??? =100Mpa ? ? 6 6p 2 .2 1 0 0 .0 7= = 0 .7 7 m m2 2 1 0 0 1 0D? ? ??? ?? 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)》，選取液壓缸外徑 1 90mmD ? 。工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J工 件 ： 1= m l +12J 22工 件 （ 3R ） （ 321） 1= 6 0 +12 ? ? ?22（ 1 3 0 . 0 5 ）2= 手腕回轉(zhuǎn)角速度 = s? ，取啟動(dòng)時(shí)間 t=。 手臂伸縮油缸設(shè)計(jì)計(jì)算 手臂伸縮油缸采用的是雙作用單桿活塞油缸，以下就油缸和活塞桿的尺寸計(jì)算如下： 伸縮液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 F 根據(jù)液壓缸工作時(shí)需要克服 運(yùn)動(dòng)件表面的阻力 F摩 、密封處的摩擦阻力 F密 、回油腔油液的阻力 F回 和起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的慣性力 F慣 ，所以驅(qū)動(dòng)力 F 有： F F F F F? ? ? ?回摩 密 慣 （ 325） （ 1） 運(yùn)動(dòng)表面的摩擦阻力 F摩 對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌做導(dǎo)向至承，取摩擦系數(shù) ? = 當(dāng)量摩擦系數(shù) ?? = ~ ?（ ） ?? =? =? = （ 326） 假設(shè)參與運(yùn)動(dòng)的所有零部件總的質(zhì)量 為 60kg，工件重 60kg =FG???總摩 =+ ??（ 60 60 ） 9. 8 0. 28= N （ 327） 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 （ 2）密封處的摩擦阻力 F密 采用“ O” 形密封圈，簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，可視作 F密 = （ 3）回油腔的油液壓力 F回 回油腔與油箱相連，可視為與大氣相連，故 F回 =0 （ 4）起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的慣性力 F慣 參與運(yùn)動(dòng)的零部件總重 60kg，工件重 60kg，伸縮速度 ， 啟 動(dòng)時(shí)間取 v= gtGF ??總慣 12 0 33= 5??? = N （ 328） 由以上計(jì)算可得： F F F F F? ? ? ?回摩 密 慣 =++0+ 由此可得驅(qū)動(dòng)力 F= 伸縮液壓缸的內(nèi)徑計(jì)算 手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力 F 由雙作用單 桿活塞油缸提供，活塞桿直徑 d，油缸 內(nèi)經(jīng) D,取 d=,油液壓力取 10 pa? 則油缸內(nèi)徑計(jì)算如下： 221 ( d )p4FD??? （ 329） 2 ?? = 54 4 5 4 .7 60 .7 5 3 .1 4 1 .3 1 0?? ? ? 計(jì)算得 D=77，經(jīng)查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表 43，選取液壓缸內(nèi)徑 D=80mm 油缸外徑的選擇 對(duì)于低壓缸， 16D?? ,應(yīng)按薄壁公式計(jì)算： ? ?p2D? ?? （ 330） 液壓缸采用無縫鋼管，查表可得 ??? =100Mpa 第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 ? ? 5 6p 1 .3 1 0 0 .0 8= = 0 .0 5 m m2 2 1 0 0 1 0D? ? ??? ?? 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)》，選取液壓缸外徑 1 100mmD ? 對(duì)油缸的壁厚校核： 2 2 22 2 2 20 . 4 r + 1 . 3 8 0 + 1 . 3 1 0 0= p = 0 . 1 3r 1 0 0 8 0RR? ?? ??（ ） （ ）= （ 331） 由此可見工作壓力遠(yuǎn)小于油缸的 ??? ， 故滿足工作要求。在支架4上裝有連接架 7，在開關(guān)座 6上裝有組合式行程開關(guān)，在手臂回轉(zhuǎn)過程中靠碰塊 5 觸動(dòng)組合式行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，控制手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的位置，為使其精確定位，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，使安裝在手臂中間架體上的定位油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)插銷定位。其結(jié)構(gòu)如圖 34所示： 圖 34 手臂回轉(zhuǎn)油缸 如圖 34，手臂回轉(zhuǎn)油缸由上端蓋 轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)缸殼體 下端蓋 動(dòng)片 5和定片 6 等組成，上下端蓋與缸體螺釘連接，并由上端蓋用螺釘固定在手臂伸縮機(jī)構(gòu)上，轉(zhuǎn)軸 2 支承在上下端蓋上，與動(dòng)片 5固定連接，其伸出端通過花鍵軸部分與中間座的齒輪連接，向手臂傳遞運(yùn)動(dòng)。 手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂伸縮機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，這里采用的是雙作用單桿活塞油缸的形式，具體結(jié)構(gòu)情況如圖 33所示： 第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 圖 33 手臂伸縮機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)主要由活塞桿 油缸體 滑枕 中間架體 和油路 5 等組成。 活塞桿穩(wěn)定性校核： 特定柔度值 91 6p 2 1 0 1 0= =3 . 1 4 = 8 62 8 0 1 0E?? ? ?? （ 313） 柔度 l l 0 .7 0 .5 2 5= = = = 4 2d 0 .0 3 5i 44??? ? （ 314） 因?yàn)?1??? ，故不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力，由 《材料力學(xué)》表 可知，優(yōu)質(zhì)碳鋼的 a=461Mpa， b=，所以有： s2 a 4 6 1 3 5 0= = = 4 3 .2b 2 .5 6 8?? （ 315） 第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 由此可見活塞桿滿足 21? ? ??? ， 是中等柔度壓桿，其臨界應(yīng)力： cr =a b 461 68 42 353 .1 M pa?? ? ? ? ? （ 316） 由此可見，臨界壓力遠(yuǎn)大于工作時(shí)壓力，故穩(wěn)定性滿足要求。當(dāng)油液進(jìn)入油缸有桿腔時(shí)，活塞桿帶動(dòng)手指張開，當(dāng)油液從無桿腔進(jìn)油時(shí)，活塞桿帶動(dòng)手指閉合。 夾緊油缸為手指的張開、閉合提供動(dòng)力。握力的大小與被夾持工件的重量、重心位置、以及夾持工件的范圍有關(guān)，我們把握力假想為作用在手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力大小相等，方向相反，用 FN 表示 ,可按下式計(jì)算： 1 2 3NF K K K G? （ 32） 其中、 K1：安全系數(shù)，通常取 K2：工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按下式估算 2=1 /K a g? （ 33） 其中、 a ：重力方向運(yùn)動(dòng)最大加速度 max /a v t? 響 maxv：重力方向的最大 速度 t響 ：系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般取 g：重力加速度 g=K3：方位系數(shù) 根據(jù)手指形狀及工件方位按工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)表 22選取 K3= / f? ? 4 G：被抓取工件重力 握力的計(jì)算 1 2 3NF K K K G? ? ?1 1 / ( 0. 5 sin / )K a g f?? ? ? ? 0 .1 5 21 .5 (1 ) 4 6 0 9 .80 .2 5 9 .8? ? ? ? ? ?? ? 手腕和夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 手腕設(shè)計(jì)要求 力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕 腕部處于臂部的最前端，連接手部的靜動(dòng)載荷均有臂部承受。它屬于滑槽杠桿夾持式手部。 手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度 其它要求 因此送料，夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用雙作用檔案活塞油缸。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 23 機(jī)械手的工作流程圖 第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手手部設(shè)計(jì) 手部設(shè)計(jì)要求 有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。控制系統(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。 手腕 回轉(zhuǎn)：采用行程開關(guān)發(fā)信，切斷油路滑行緩沖，死擋塊定位。 ，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。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。 為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 本課所做的機(jī)械手采用二指形狀。 更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類 型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對(duì)象還會(huì)有所改變。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械 手均屬于此類。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。 (二 )按驅(qū)動(dòng)方式分 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。我國國家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 1264390)對(duì)機(jī)械手的定義 :“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。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)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。對(duì)于驅(qū)動(dòng)部分，選擇了液壓驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和對(duì)液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后選擇合適的液壓元件并確定液壓系統(tǒng)，通過上述部分設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了立式精鍛機(jī)自動(dòng)上料機(jī)械手，達(dá)到本次 設(shè)計(jì)的要求。 /秒；手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：手腕回轉(zhuǎn)范圍， 0176?！?200176。機(jī)械手主要是執(zhí)行部份、驅(qū)動(dòng)部分和控制部分組成。 工業(yè)機(jī)械手是近幾 十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)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。格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。其主要特點(diǎn)是 :介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要第一章 緒論 4 是降低成 本和提高精度。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。 采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更始目前研究的重點(diǎn)，國外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一 起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。 機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三 種。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。 第二章 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 8 第二章 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù) 抓重： 60kg； 自由度數(shù)： 4個(gè)； 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)； 最大工作半徑： 1700 毫米； 手臂最大中心高： 2300 毫米； 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 手臂伸縮范圍： 0~5