【正文】 ?當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， ??224dp?液壓缸的有效面積： 1FSp?故有 （無(wú)桿腔） ()11??? （有桿腔） ()21Fd?F=6210N， = ，選擇機(jī)械效率1p620a???將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 611. ????根據(jù)表 41（JB82666） ，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D=65mm.（2） 液壓缸外徑的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在 7mm，所以該液壓缸的外徑為 79mm.41 / 72（3） 活塞桿的計(jì)算校核活塞桿的尺寸要滿(mǎn)足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。 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 1800 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。機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。 ??????結(jié)論： 活塞桿的強(qiáng)度足夠。39。上圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱(chēng)配置在38 / 72伸縮缸兩側(cè)。（3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。（3） 減少回轉(zhuǎn)半徑 ，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮） ，盡?可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。（3） 合理布置作用力的位置和方向。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章敘述。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱(chēng)安裝，并用兩個(gè)定位銷(xiāo)定位。018（1） 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩 。027(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。30 / 724 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。?????(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： 38MAXGnFC??（） ???選擇標(biāo)準(zhǔn)為 ，彈簧的總?cè)?shù) 圈2??(6).最后確定 ， ， ，40Dm4d?4036Ddm??2d?(7).對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。特別是在多品種的小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差?？山瓢聪率焦?其中2k 21ba??a，重力方向的最大上升加速度； maxvt?響 ——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度maxv ——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取 ～ ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。由 =0 得 x?12? =0 得y 12cosF? 39。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指 ,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。??（3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)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(fù)載?！?20186。(2)液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體粘性變化，引起運(yùn)動(dòng)特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。(3)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。20 / 72 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分 , 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。在機(jī)械手的組成上，系統(tǒng)的從執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制部分三個(gè)方面說(shuō)明。而識(shí)別功能是通過(guò)“視覺(jué)” 、 “觸覺(jué)”和“聽(tīng)覺(jué)”等感覺(jué)“器官”認(rèn)識(shí)對(duì)象的。組合式機(jī)械手是將一些通用部件（如手臂伸縮部件、升降部件、回轉(zhuǎn)部件和腕部回轉(zhuǎn)、俯仰部件等）根據(jù)作業(yè)的要求，選擇必要的能完成預(yù)定機(jī)能的單元部件，以機(jī)座為基礎(chǔ)進(jìn)行組合，配上與其相適應(yīng)的控制部分，即成為能完成特殊要求的機(jī)械手。同時(shí)，在其它行業(yè)和工業(yè)部門(mén)，也將隨著工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，而逐步擴(kuò)大機(jī)械手的使用。這種座標(biāo)型式的機(jī)械手稱(chēng)為關(guān)節(jié)式機(jī)械手。這種座標(biāo)型式的機(jī)械手稱(chēng)為圓柱座標(biāo)式機(jī)械手。它的動(dòng)作越靈活，應(yīng)用越廣，但同時(shí)也使控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，定位精度難以保證，整機(jī)的造價(jià)高，自重大。分析機(jī)械手的手臂、手腕、手指等部件的本身和它們之間的關(guān)系，不外乎是由一組相互聯(lián)系著的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副所組成，這些運(yùn)動(dòng)副又可以分為只有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副或有三個(gè)自由度的球面副。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。(7)機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)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)。此類(lèi)機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。其主要特點(diǎn)是：介質(zhì)來(lái)源極其方便、氣動(dòng)動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。而后者是獨(dú)立工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。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)。手腕有獨(dú)立的自由度。 吸附式手部有負(fù)壓吸盤(pán)和電磁吸盤(pán)兩類(lèi)。夾持式手部是由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。如沈陽(yáng)低壓開(kāi)關(guān)廠200t 環(huán)類(lèi)沖床磁力起重器殼體下料機(jī)械手和天京拖拉機(jī)廠 400t 沖床的下料機(jī)械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)輕局技術(shù)研究所制作的 120t 和 40t 多工位沖床機(jī)械手等。 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤(pán)類(lèi)、環(huán)類(lèi)）自動(dòng)線一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳遞零件。??5廣 泛在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元，比 1978年增長(zhǎng) 50%。瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。1毫米。商名為 Unimate(即萬(wàn)能自動(dòng))。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)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(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。[1] 末端載荷： 5KG[2] 自由度數(shù)： 4[3] 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)[4] 最大工作半徑： 1500mm[5] 手臂最大中心高： 800mm[6] 手臂伸縮速度 750 mm /s，手臂升降速度 250mm/s，手臂回轉(zhuǎn)速度110186。~220186。關(guān)鍵字：機(jī)械手 PLC 現(xiàn)代工業(yè) 5 / 72ABSTRACTAbstract: In modern industry, the production process of mechanization, automation has bee a prominent theme. Continuity of the chemical production process of autom\ation has been basically resolved. Dedicated highvolume production automated machine tools is an effective way。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，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)在人的智能和適應(yīng)性?，F(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20 世紀(jì) 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類(lèi)變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司（Unimaton）,專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50%～60%的速度增長(zhǎng)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面各類(lèi)半自動(dòng)車(chē)床，有自動(dòng)加緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開(kāi)的功能，單仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)床。 機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具或進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。 對(duì)于導(dǎo)磁性的環(huán)類(lèi)和帶孔的盤(pán)類(lèi)零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤(pán)吸料。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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，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。在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。 1．液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以由油液的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。若欲控制的點(diǎn)數(shù)越多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)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。其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。手指的抓取動(dòng)作或吸盤(pán)的吸放動(dòng)作一般不記在自由度數(shù)目?jī)?nèi)。2 座標(biāo)型式16 / 72按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可以分為下列幾種：（1）直角坐標(biāo)式：其手臂的運(yùn)動(dòng)系由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)所組成，即沿直角座標(biāo)系的X軸的伸縮、沿Z軸的升降、沿Y軸的橫移。這種座標(biāo)型式的機(jī)械手稱(chēng)為）球座標(biāo)式機(jī)械手。機(jī)械手座標(biāo)型式的正確選擇，要通過(guò)座標(biāo)型式方案的比較來(lái)確定。因此要解決好機(jī)械手的逐個(gè)平穩(wěn)性和快速性的要求，除了從解決緩沖定位措施入手外，還應(yīng)發(fā)展?jié)M足機(jī)械手性能要求價(jià)廉的電液伺服閥，將伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)械手上。如在工作過(guò)程中出現(xiàn)事故、障礙和情況變化等，機(jī)械手不能自動(dòng)分辨糾正，而只能停機(jī)，待人們排除意外事故后才能繼續(xù)工作。它是當(dāng)代自動(dòng)控制技術(shù)的一個(gè)新興領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，在本章中對(duì)機(jī)械手的座標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。圖中機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶A上的??1型物品搬運(yùn)到傳送帶B。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以克服長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)軸效率低的缺點(diǎn)。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床中的磨床傳動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。(5)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。 本章小結(jié)本章對(duì)機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，選擇了機(jī)械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)，給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù)。（2） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。顯然是不合適的，因此不選擇這種類(lèi)型。?由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 一定時(shí)， 角增大，則握力 也隨之增大，但 角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致F?NF?拉桿行程過(guò)大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 = ～ 。機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 ，求夾緊力01?04和驅(qū)動(dòng)力 和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。一般夾持誤差不超過(guò) 1mm,分析如下：27 / 72工件的平均半徑： 9042cpR??65m手指長(zhǎng) ,取 V 型夾角10lm?01?偏轉(zhuǎn)角 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：?1106coscos4in0inCPRl???????計(jì)算 0sin0Rl??當(dāng) S 時(shí)帶入有：MAXIN?2 22 2max mincos sinMAXMAXRRllll????????????????????????:夾持誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。.?(8).疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。.1Mm摩（3） 啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 =，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 。35 / 72 本章小結(jié)本章通過(guò)四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備 3 個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。2 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象） 。 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算先進(jìn)行粗略的估算，或類(lèi)比同類(lèi)結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。39。???107GN?總=,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。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。其缺點(diǎn)是回