【正文】 部分平均移動速度為 1000mms ，平均回轉(zhuǎn)角速度在 090s 。手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運(yùn)動較多。并進(jìn)行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算，同時也計(jì)算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆健? ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動慣量公式 (機(jī)電傳動教材 )有： 2 2 2 21 1 19 0 6 34 22 2 NJ M R N m s N m sN K g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2 2 21 1 6 0 9 . 83 1 3 0 . 0 5 5 . 0 1 2 51 2 1 2 9 . 8GJ l R N m sg ?? ? ? ? ? ? ? ?工 件 代入： ? ? 22 . 6 1 60 . 0 3 4 2 5 . 0 1 2 5 5 52 0 . 3 1 4M N m? ? ? ??慣 0. 1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 55 N m? ? ? 腕部驅(qū)動力的計(jì)算 表 41 液壓缸的內(nèi)徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 41設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=60mm，外徑根據(jù)表 42選擇121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問題后，其外徑為 182mm；動片寬度 b=66mm,輸出軸 r= 所示。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。 （ 3） 必須考慮工作條件 對于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。 對于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù) 310N? ，或者載荷變化幅度不大時，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）。 選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時間為 ，求夾緊力 NF 和驅(qū)動力 F 和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力 F 一定時， ? 角增大，則握力 NF 也隨之增大，但 ? 角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 ? = 030 040 。 顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。 （ 2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運(yùn)動。 本章小結(jié) 本章對機(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，確大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 定了本設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動，給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù)。（ 2） 腕部，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn) 0180 （ 3）臂部，采用直線缸來實(shí)現(xiàn)手臂平動 。(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手 。 本章小結(jié) 本章簡要的介紹了機(jī)械手的基本概念。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產(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)與國外比有差距 。 (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。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。 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。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動再增加一個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。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。 加工箱體類零件的組合機(jī)床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動力機(jī)廠的氣蓋加工自動線轉(zhuǎn)位機(jī)械手 。可在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。 第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。截止 1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá) 56900 臺。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。如 Unimate 公司建立了 8 年機(jī)械手試驗(yàn)臺，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。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)品屈良鑫 ： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 2 種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為 ??1機(jī) 械 手 。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(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。 隨著 工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。運(yùn)動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。 美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。 瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。智能機(jī)械手約為 17 億日元，為 1978 年的 6倍。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。國內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機(jī)廠的 4 號和 5 號電動機(jī)加工自動線（軸類），上海拖拉機(jī)廠的齒坯自動線（盤類）等。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機(jī)械手成一定角度布置早爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動化。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動、上下擺動、左右擺動。因此，一般來說臂部具有三個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。 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。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。其中有 130多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線 (站 )上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完 成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）的設(shè)計(jì)工作。 機(jī)械手基本形式的選擇 常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4種 : (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手 。 屈良鑫 ： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 10 本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由 4個大部件和 5個液壓缸組成：（ 1）手部，采用一個直線液壓缸，通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)手抓的張合。 。 典型的手部結(jié)構(gòu) （ 1） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 若 采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動力需加在手指移動方向上 ,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。1 NFF?h cosah ?? F=2 2cosNb Fa ? （ ） 式中 a—— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心的距離（ mm） . ? —— 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 表 31 液壓缸的工作壓力 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 小于 5000 1 20210 30000 5000 10000 30000 50000 10000 20210 50000 以上 計(jì)算：設(shè) a=50mm,b=100mm, 010 ? 040 。 一般 夾持誤差不超過 1mm,分析如下： 工件的平均半徑： =75mm 手指長 100l mm? ,取 V型夾角 02 120?? 偏轉(zhuǎn)角 ? 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 經(jīng)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊并 計(jì)算 Rcp= 當(dāng) 0R MAX MINRR??S時帶入有： 屈良鑫 ： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 18 2 22 2 2m a x m i n0 2 c o s 2 c o s 0 . 6 7 82 s in s in s in s inM A X M A XR R R RR l l l l? ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ????? ???? 夾持誤差滿足設(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) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 （ 3） 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度 ??啟 018=，等速轉(zhuǎn) 動角速度 ? ?? 。 本章小結(jié) 本章通過四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個 自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備 3個自由度才能滿足基本要求，既 手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動。 二、 臂部運(yùn)動速度要高，慣性要小 機(jī)械手手部的運(yùn)動速度是機(jī)械 手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對于懸臂式的機(jī)械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動盡可能平衡，以減少對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)動的驅(qū)動力計(jì)算 先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動參數(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。 ? ? ? ? ， 1070GN?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。 為活塞桿的柔度系數(shù) ,由工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) P53 頁表 46 取 85 則可以計(jì)算出 =,那么 F = 所以活塞桿穩(wěn)定性足夠 ! 屈良鑫 ： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 30 本章小結(jié) 本章設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)，對驅(qū)動的液壓缸的驅(qū)動力進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并對液壓缸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種： （ 1） 回轉(zhuǎn)缸置于升降 之下的結(jié)構(gòu)。 分析： 經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。 ? ?223 12zcJ m l R?? () 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個長 1800mm，直徑為 60mm 的圓柱體，質(zhì)量為 置起動角速度 ? =180，則起動角速度 ? ? = ，起動時間設(shè)計(jì)為 。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。起動或制動的時間差 ? t=。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 底座與手臂連接處的螺栓直徑的確定 ，約為 =1092N，則其產(chǎn)生的傾覆力矩 (手臂完全伸出時 ): M= F 每個螺栓承受的載荷均值為 = =1092/4=273N 由于 M 的作用使左邊的兩螺栓受力增大，其值為 = =9009N 所以左邊兩螺栓所承受的最大的工作拉力為： F=273N+9009N=9282N 3. 確定每個螺栓所需的預(yù)緊力 F? 保證接合面不滑動的條件為： ( 1) fRKT S?? 其中： R 為橫向載荷，其值為 0 為可靠性系數(shù)取值為 屈良鑫 ： 搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 40 S 為螺栓相對剛度的倒數(shù)，取值為 1/ 那么每個螺栓所需的預(yù)緊力為： 2700 ?? ?? 螺栓的總拉力為 F= 選用 級螺栓，其 =320M 螺栓的安全系數(shù)與其直徑有關(guān)，初估直徑為 6~16mm，則安全系數(shù) S 取為 ，得螺栓的許用應(yīng)力為： = = M 則螺栓直徑 d=CF/ =， C 為螺栓直徑安全系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三版得知 C=，對計(jì)算求得螺栓直徑進(jìn)行圓整。 采用液壓傳動，液壓出力大，臂力可達(dá) 1000N以上，且可用電液伺服機(jī)構(gòu) ，實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，使機(jī)械手用途更廣，定位精度一般非常高，在 1mm內(nèi)。s economic development. But they also demand the development of the productive forces the inevitable result of human development itself is the inevitable result the