【正文】 如圖（ 19）所示，采用蓄能器保壓。 液壓系統(tǒng)的壓力必須與負載相適應，以節(jié)約動力消耗和減少發(fā)熱。 由上述可知，要減少驅(qū)動力矩，必須減少啟動時的慣性力矩，應盡量減少手臂的懸伸量，盡量使運動部件的總重心趨近手臂的回轉(zhuǎn)軸線，并將手臂縮回后再進行回轉(zhuǎn)。 1）手臂水平伸縮運動時的驅(qū)動力計算 下圖（ 13）所示的為手臂作水平伸縮運動時的受力分析。因此，手臂夾持中心的運動軌跡為一空間曲線。立柱可以安裝在生產(chǎn)線上，為一臺機車服務，也可以在其上加裝行走裝置，為多臺機床服務。影響手臂和機身的精度的因素較多，主要有本身的剛度、手部和腕部與手臂的連接剛度，以及手臂和機身運動的導向裝置和定位裝置的精度等。 （四）機械手的手臂和機身的設計 1. 手臂和機身結(jié)構形式的確定 手臂部件（簡稱臂部或手臂）是機械手的主要執(zhí)行部分，其作用是 支承手腕及抓取機構（包括被抓取的工件或工具），有時其他一些裝置如傳動機構或驅(qū)動裝置也安裝在手臂上。 3）工件重心偏置引起的偏重力矩 M 偏 M 偏 =G1e 式中， G1—— 工件重量（ N）； e—— 偏心距。 對于：鍛鋼 ??? =100～ 120 MPa 鑄鋼 ??? =100～ 110 MPa 鋼管 ??? =100～ 110 MPa 鑄鐵 ??? =60 MPa 現(xiàn) ??? 選用鑄鐵材料， ??? =60Mpa。根據(jù) ? ? 0?? FM A ，得 機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 26 頁 共 50 頁 112233 lGlGlGlR B ??? 即 Nl lGlGlGR B ?????????? 同理，根據(jù) ? ? 0?? FMB ，得 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? NlllGllGllGRA 332211???????????????? 式中， 1G 、 2G 、 3G —— 工件、手部、腕部的重量； 1l 、 2l 、 3l 、 l —— 尺寸，見圖 10。在多數(shù)情況下，腕部具有兩個自由度：回轉(zhuǎn)和俯仰或擺動。 因此，只要確定出液壓缸的直徑 D，就可求出活塞或液壓缸的有效工作面積，從而可求得液壓缸的推力和流量。 機械手有幾個自由度就說明有幾個送放運動。其送放圖形為三種不同的情況：兩個直線運動組合，送放圖形為一矩形面；兩個回轉(zhuǎn)運動組合時，送放圖形為一圓弧面；一個直線運動和一個回轉(zhuǎn)運動組合時，送放圖形為一扇形面（如手臂伸縮和手臂回轉(zhuǎn)組合）或圓柱面（如手臂升降和手臂回轉(zhuǎn)組合。主運動決定送放運動的空間范圍的形狀和性質(zhì)，輔運動可擴大送放運動或改變被送放 物體在空間的方位。 對于：鍛鋼 ??? =100～ 120 MPa 鑄鋼 ??? =100～ 110 MPa 鋼管 ??? =100～ 110 MPa 鑄鐵 ??? =60 MPa 現(xiàn) ??? 選用鑄鐵材料， ??? =60Mpa。 當 R等于平均半徑 Rm ? ??????? ?? 2 minm a x RRRm時，定位誤差最小，此時 eleRlRleleRlRlABABABABABAB????????s i nc o ss i nm i n2s i nm i ns i nc o ss i nm a x2s i nm a xm i n2222????????????????????????????????? 式中， e? —— 最佳偏轉(zhuǎn)角。由圖（ 5）和圖（ 6）的受力分析可得 P=2Rsinα Rh=LCD R| 因為 h=lBCcosδ =lBCcos(180○ β γ +α ) = lBCcos(β +γ α ) （長度取正值） R|= N 實 cosβ 所以 P=2Rsinα =實NlB ClCD ??? )c os ( c oss in2 ??? ?? 由結(jié)構設計，確定α =10○ ，γ =120○ ，β =50○ ， lCD=130mm， lBC=36mm，代入上式得 ??? ??? （長度取正直） 機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 11 頁 共 50 頁 圖（ 4） P實δβγ 圖 （ 5） 圖（ 6） （四）夾鉗式抓取機構的定位誤差分析 圖（ 7）所示的為一支點回轉(zhuǎn)型手指的示意圖。39。當驅(qū)動力推動活塞桿移動一小段距離 dy時，兩個鉗爪都相應產(chǎn)生一微小轉(zhuǎn)角 dθ，依據(jù)虛功原理，驅(qū)動力 P 所做功（ Pdy）和夾緊力 N所做功應相等，即 ?? N b dN b dP d y ?? N= ?bdPdy2 （ 29） （ 2）當量夾緊力與工件重量之關系。當夾緊液壓缸斷油時，活塞桿通過彈簧復位，手爪張開。 直線運動速度：手臂伸縮行程 l=450mm，運動時間 t=2s，則手臂伸縮速度為：v=tl =； 回轉(zhuǎn)運動速度：定為 60○ /s。 （ 2）機身采用立柱式，機械手側(cè)面行走，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能，自動線仍呈直線布置。 此次設計的機械手各組成部分有：手爪、手腕、手臂、機身、機座等。機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 1 頁 共 50 頁 多功能機械手 摘要 : 本次設計的多功能機械手用于 自動機械裝備 加工自動線上，主要由手爪、手腕、手臂、機身、機座等組成，具備上料、翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等多種功能，并按該自動線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領完成以上動作。 隨著生產(chǎn)率水平的提高，人們對產(chǎn)品精度和質(zhì)量要求越來越來嚴格，企業(yè)生產(chǎn)線的自動化程度要求越來越高，工業(yè)機械手已成為多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)線上必不可少的設備。這種方案結(jié)構簡單，自由度少，易于配線，但需要架空行走，油液站不能固定，這使設計復雜程度增加，運動質(zhì)量增大。 工作行程由已知條件及方案分析確定： 最大工作半徑 1500mm； 手臂最大中心高 1000mm； 手臂水平中心高 700mm； 手臂伸縮行程 450mm； 手臂回轉(zhuǎn)范圍：φ =0～ 270○ ； 手腕回轉(zhuǎn)范圍：翻轉(zhuǎn)θ =0～ 180○ ； 腕部擺動范圍：轉(zhuǎn)位α =0～ 90○ ； 手臂上下擺動角度：β =0～ 60○ 。夾緊裝置為常開式，當夾緊液壓缸通油時，推動活塞帶動杠桿機構合攏將工件夾緊。證明如下： （ 1）首先求驅(qū)動力 P與夾緊力 N 的關系。將（ 210）式代入（ 29）式得 2212 39。如圖（ 4）所示為夾緊缸受力分析簡圖，圖中 P 為驅(qū)動力， N 實 為握力。另外，選擇最佳的偏轉(zhuǎn)角β，也可使定位誤差最小。 對于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計算： ? ??? 2 Dpp? 式中， δ —— 液壓缸缸筒厚度（ mm）； p —— 試驗壓力（ MPa） ，工作壓力 p≤ 16MPa 時， p =；工作壓力 p≥ 16MPa時， p =，由于本次設計的液壓系統(tǒng)壓力為 ，故 p = =； D—— 液壓缸內(nèi)徑（ mm）； ??? —— 缸材料體的許用應力 （ MPa）： ? ? nb?? ? b? —— 缸體材料的抗拉強度（ MPa）； n—— 安全系數(shù)， n=～ 5，一般取 n=5。送放運動又可分為主運動和輔運動兩部分，手臂的運動為主運動，手腕的運動和整機的行走運動為輔運動。 面位送放，其送放圖形為一確定的表面，由兩個參變量決定，故主運動需要兩個自由度。此時，宜采用增設輔運動的方法來增加機械手的功能，如增加腕部的平移或整機的行走運動以擴大送放范圍，或增設腕部的回轉(zhuǎn)和擺動運動以改變被送放物的方位。 液壓缸的工作流量為 q=Av 式中， v—— 液壓缸或活塞桿的速度； A—— 液壓缸的有 效工作面積。腕部實際所具有的自由度數(shù)目應根據(jù)機器人的工作性能要求來確定。 按腕部轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解 RA和 RB。 2）液壓缸壁厚δ的計算 對于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計算： ? ??? 2 Dpp? 式中， δ —— 液壓缸缸筒厚度（ mm）； p —— 試驗壓力（ MPa） ，工作壓力 p≤ 16MPa 時， p =；工作壓力 p≥ 16MPa時， p =，由于本次設計的液壓系統(tǒng)壓力為 ，故 p = =； D—— 液壓缸內(nèi)徑（ mm）； ??? —— 缸材料體的許用應力（ MPa）： ? ? nb?? ? b? —— 缸體材料的抗拉強度（ MPa）； 機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 28 頁 共 50 頁 n—— 安全系數(shù)， n=～ 5，一般取 n=5。 工件對腕部回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量為： 機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 30 頁 共 50 頁 ? ? ? ? ? ?2222222 15012 mkgcbagGJc ????????? 由于擺動液壓缸工作時，工件的重心與回轉(zhuǎn)軸不重合，則由以上分析得轉(zhuǎn)動慣量為 ? ?222111 mkgegGJcJ ??????? 由以上計算得腕部加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩為： ? ?mN ???? ?慣 2）腕部轉(zhuǎn)動 時在軸頸處的摩擦力矩 M 摩 腕部轉(zhuǎn)動時在軸頸處的摩擦力矩公式為 ? ?1221 dRdRfM BA ??摩 由 由腕部回轉(zhuǎn)運動計算可知，腕部轉(zhuǎn)動時在軸頸處的摩擦力矩相對與其他力矩要小的多，故此不在計算。 4）回轉(zhuǎn)液壓缸回轉(zhuǎn)行程的確定 由方案設計可知，腕部擺動行程 0～ 90○ ，其結(jié)構形式見圖（ 11）。 機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 33 頁 共 50 頁 2）精度 機械手的精度最終反映在手部的位置精度上，在很大程度上取決與手臂和機身的精度。這種配置形式的手臂可以在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小、工作范圍的特點。 3）屈伸式 機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 34 頁 共 50 頁 屈伸式配置形式的小臂相對于大臂可以作屈伸運動，大臂又可相對于機身作回轉(zhuǎn)和俯仰運動。機器人工作時，臂部所受的負荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。 當手臂部件尺寸不大，而且其重心位置距回轉(zhuǎn)軸線又較遠時，可認為手臂部件機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 36 頁 共 50 頁 為“質(zhì)點”，則按下式計算轉(zhuǎn)動慣量： 20 pgGJ ? 另外，在初算驅(qū)動力矩時，為了簡化計算，也可以用效率參數(shù)來考慮各密封裝置的摩擦阻力的影響，則可按下式計算驅(qū)動力矩： ?慣MM? 式中， ? —— 回轉(zhuǎn)缸的效率，取 ? =～ 。 （七）液壓系統(tǒng)回路的分析 本機械手的送放機構的液壓驅(qū)動系統(tǒng)是由一些液壓基本回路組成的，主要有以下一些回路。由于液壓缸內(nèi)充滿液壓油，故從靜止到啟動較平穩(wěn)，換向沖擊小，換向復位位置較準確。通過這次設計使我的專業(yè)知識得以鞏固，設計能力得以提