【正文】 最后，通過個(gè)方面的校核，該機(jī)械手最大的抓取重量為 10 千克棒料，壽命長(zhǎng)、效率高且抓取動(dòng)作準(zhǔn)確，是很實(shí)用的搬運(yùn)機(jī)械手。 伸縮油缸活塞 桿校核 ： 2d /4P??π = 查表 15— 1 得到： ? ?=650 aMP? 所以： ?? ??? 活塞桿強(qiáng)度條件滿足。 手部夾持器應(yīng)具有以下幾點(diǎn)： （ a） 足夠的夾緊力 （ b） 保證工件在手指的準(zhǔn)確定位 ( c ) 能適應(yīng)工作環(huán)境所提出的要求 （ d）保證在強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重輕。 /s 小臂伸縮 0— 300mm 小 臂俯仰 0— 100mm 大臂回轉(zhuǎn) 90176。 總體方案分析 搬運(yùn)機(jī)械手的組成 圖 21 組成 框架圖 參考諸多的搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理念，以及對(duì)于本題目 —— 五自由度搬運(yùn)機(jī)械手的理解，現(xiàn)將 總體分為五大部件，分別為： 大臂升降結(jié)構(gòu)、大臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、伸縮臂結(jié)構(gòu)、小臂伸縮結(jié)構(gòu)、手爪回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、手爪伸縮結(jié)構(gòu)。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。目前，由于機(jī)器人的研制和開發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此， 研制經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 （ 2） 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，特別能在多粉業(yè)，以燃燒以爆炸放射性等惡劣哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 環(huán)境下工作。 搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)及驅(qū)動(dòng)方式 1． 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)包括自由度數(shù)和運(yùn)動(dòng)范圍 本機(jī)械手采用雙抓，這是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)： (a) 運(yùn)動(dòng)靈活 (b) 工作空間大 (c) 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)處容易密封，防塵 (d) 作效力大大的提高了 (e) 工作要求低 2． 自由度數(shù) 自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件所具有的獨(dú)立運(yùn) 動(dòng)的數(shù)目稱為自由度，自由度是衡量機(jī)械手設(shè)計(jì)水平的重要指標(biāo)，自由度越多的機(jī)械手能完成的運(yùn)動(dòng)越復(fù)雜，技術(shù)難度越大，控制定位越困難，安裝越復(fù) 雜，成本高，因此在具體問題中盡量減少自由度， 本機(jī)械手是考慮到選用腕部來回轉(zhuǎn)，小臂伸縮，小臂俯仰，大臂回轉(zhuǎn)，大臂升降等 5 個(gè)自由度完全滿足工作要求。 （ 9） 電磁鐵 4 通電，手爪旋轉(zhuǎn)油缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手爪的周向定位。 本設(shè)計(jì)將運(yùn)用回轉(zhuǎn)油缸來驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)我將考慮以下幾點(diǎn)： a、 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 b、 動(dòng)作靈活平穩(wěn) c、 保證有足夠的剛度和強(qiáng)度 =+M M M M?驅(qū) 回偏 封 如下圖所示： 圖 42 腕部驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算圖 除工件以外，將擺動(dòng)體等效為一直徑 D=70mm， 長(zhǎng)為 200mm 的圓 柱體。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 第 6章 總體三維圖 總體三維圖 經(jīng)過以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總體外觀圖的規(guī)劃，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其調(diào)試， 現(xiàn)繪制出五自由度液壓搬運(yùn)機(jī) 械手的總體外觀三維圖如下： 圖 61 總體主視圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 圖 62 一定角度總體視圖 圖 63 手爪放大圖 本章小結(jié) 經(jīng)過以上幾章的方案確定、設(shè)計(jì)分析、校核計(jì)算，本章最終對(duì)總體效果圖進(jìn)行了三維圖的繪制，其效果如上。 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。 （ 5） 因?yàn)閭鲃?dòng)介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤(rùn)滑的作用，使用壽命長(zhǎng)。 s? — 材料的屈服極限 n— 安全系數(shù) 大臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 大臂是整個(gè)機(jī)械手的支撐部件，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的大范圍的回轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： 1. 要有足夠的承載力 2. 要有足夠的剛度和強(qiáng)度 3. 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，盡量減少偏心力矩 大臂回轉(zhuǎn)示意圖如下： 如圖 49 大臂回轉(zhuǎn) 示意圖 大臂回轉(zhuǎn)時(shí)的力矩： M 驅(qū) = M 慣 + M 封 +M 回 ：、 ` ``=M M M?封 封 封 式中： ` 1M bbRP??封 `` 13 ( ) CPM b R r PR???封 臂部擺動(dòng)時(shí)受力圖如下： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 410 大臂擺動(dòng)時(shí)受力圖 其中： ? ＝０ .15mm b= 50mm 1b =5mm R= 45mm r = 20 mm p 取 10MPa 3 2 .52CP RrR m m??? 則： ` 1M bbRP??封 = kgfm `` 13 ( ) CPM b R r PR???封 = kgfm ` ``=M M M?封 封 封 = kgfm ： 手臂結(jié)構(gòu)受力圖如下： 圖 411 手臂結(jié)構(gòu)受力圖 設(shè)重 心于 `o’處，則有： oM(F)=0? = + + G + G ? ? ?臂 伸 缸 俯 缸（ 4 0 0 ） G （ 124 ） （ 80 ） = + + + ? ? ?? ? ?32 （ 400 ） （ 124 ） （ 80 ） = 9. 2 +3 2 + 2. 2 = 43. 4 kgf總 G 手臂可以近似看成一根桿： L=800mm 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 20z=+gGJJ ? =1/12+? +? /10 = 2m 180 / 180 = 0. 36 r a d/s5t = W? ? ??π 所以： 0= = 6 .0 5 ra d /sMJ ????慣 ： D 222d p2= b p d = b /2 ( R r ) pM ??回 回 回 其中： p回 =1MPa b=80mm R=50mm r=20mm 則： 22=b/2 ( R r ) pM 回 回= kgfm `=MM驅(qū) 驅(qū) `2=pb d /8M 2驅(qū) （ D ） 其中 d=4mm 28 d 9 5 m mpbMD ? ? ?驅(qū) ： 0? = s+?? 式子中： ?— 工作載荷 s? — 預(yù)緊力 ? = P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 大臂升降結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大臂是整個(gè)機(jī)械手的支撐部件，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械手大范圍的升降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 （ 1） 要有足夠的承載力 （ 2） 要有足夠的剛度和強(qiáng)度 （ 3） 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 ： 圖 412 大臂受力圖 G— 升降油缸個(gè)部件的重力 f— 摩擦力 P上 — 上升驅(qū)動(dòng)力 G = G + G + G + G + 臂 俯 伸 空 桿Ｇ G臂 = kgf 桿Ｇ = kgf G + G + G俯 伸 空 = kgf G = + + = kgf 根據(jù)力矩平衡方程： G + f = P上 P上 = / () = kgf =kPP驅(qū) 上 k為安全系數(shù) k= P驅(qū) = ? = ： 由式子： 424 p dpdPD ?? ππ （ 421） = 所以取 D 為 110mm ， d 為 60mm ： 0? = s+?? 式子中： ? — 工作載荷 s? — 預(yù)緊力 ? =P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 s? — 材料的屈服極限 n— 安全系數(shù) 直到現(xiàn)在，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手的機(jī)構(gòu)尺寸基本確定，其移動(dòng)將根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求適當(dāng)調(diào)整。 下面介紹各個(gè)液壓 缸體的設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號(hào)的選用， 機(jī)械人手部結(jié)構(gòu)形式多樣，但總的設(shè)計(jì)都有如下幾點(diǎn)基本要求： （ 1） 應(yīng)具有足夠的夾緊力和驅(qū)動(dòng)力，手爪握力（夾緊力）大小要適宜，力量過大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)；力量過小則會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。 （ 3） 傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收沖擊力，可以實(shí)現(xiàn)比較頻繁而平穩(wěn)換向。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 總體方案設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)一種 五自由度搬運(yùn)機(jī)器手，包括機(jī)器手 的總體設(shè)計(jì)，移動(dòng)方式設(shè)計(jì)，動(dòng)作規(guī)劃設(shè)計(jì)，三維造型設(shè)計(jì)等。 日本機(jī)械手工業(yè)雖比美國起步晚（六十 年代后期），但是發(fā)展速度更快，根據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1982 年日本擁有工業(yè)機(jī)械手共 13000 余臺(tái)，生產(chǎn)廠家近200 家。 70 年代，美國克萊斯勒汽車公司的 32 條沖繩自動(dòng)線的 448 臺(tái)沖床，全部采用了機(jī)械手傳送工件。 本章小結(jié) 本章介紹了五自由度液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)研究背景及其研究現(xiàn)狀，列舉了一些國家的研究成果，重點(diǎn)講述了機(jī)械手的研究在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用領(lǐng)域，還介紹了機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展前景。 （ 2） 調(diào)速范圍大，還可以無極調(diào)速，適用于不同的工作要求。 在參考了眾多機(jī)械手手部 的結(jié)構(gòu)后，結(jié)合自己的設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)在設(shè)計(jì)出如上圖的液壓機(jī)械手及其驅(qū)動(dòng)液壓原理裝置。 1． 本機(jī)械手臂上下活動(dòng)的范圍為 30 度，以下為俯仰缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 圖 47 俯仰缸設(shè)計(jì) 1— 底座 2— 大臂 3— 小臂 4— 俯仰缸 1 124L mm? 活塞總長(zhǎng) 2 80L mm? 活塞桿內(nèi)部工作的長(zhǎng)度 3 100L mm? 手臂機(jī)構(gòu)受力圖如下： 如圖 48 手部機(jī)構(gòu)受力圖 設(shè)：驅(qū)動(dòng)力為 P，則經(jīng)過計(jì)算： oM (F)=0? 32? 400 – ? 124 – ? 80 – P ? 124 =0 P = 所以：取油缸內(nèi)徑為 32mm，活塞直徑為 20mm 缸臂為 ， 缸蓋四顆雙頭螺柱 M6 2. 雙頭螺柱的校核： 0? = `s+?? 式子中： ? — 工作載荷 `s? —— 預(yù)緊力 ? =P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： ? ?214j= dQ???合 π 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 ?合 = kgf / 3cm ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所 以： ? ????合 , 即是取 M8 合格。 （ 4） 可以實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。我將銘記我曾是一名 哈爾濱理工大學(xué)的 學(xué)子，在今后的工作中把 薄厚悠遠(yuǎn) 的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)光大。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 結(jié)論 在社會(huì)的發(fā)展中，人類追求效率的提高，離不開機(jī)器人的幫助，機(jī)械手作為機(jī)器人重要的一部分，關(guān)系著機(jī)器人發(fā)展的步伐快慢。則重量 m=pv =pπ D2L/4 （ 49） =6kg 取物重 10kg 平均直徑 D=50mm， 則由 G=mg=pvg 所以： L=4m / pπ D2 = 653mm （ 410） 將手部等效為 150mm，直徑為 60mm 的圓柱體，則 m=pv= 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文