【正文】 現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，代替人從事繁重、危險(xiǎn)的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明顯，至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況不能說(shuō)是很好的，其原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些工業(yè)部門的要求，適合機(jī)械手工作的范 圍很狹小，另外經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題也很重要，利用機(jī)械手節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。 由力平衡條件得： ?總GhFR ?2 hGFR ?總?2 所謂不 自鎖的條件為： fFFFFG R 2221 22 ????總 取 ?f 即 fhGG ?總總 2? 也即 mmh ???? ? NhGF R ???? ?總 因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套長(zhǎng)度大于 mm391 。 由于 啟工件慣 ??2)(M 2JJ ?? 2222 smNRgGmRJ ???????? 222221 )(50121)3(121 smNRlmJ ??????????工件mNJJ ???????? )(2)(M 22啟工件慣 ?? 又因?yàn)? 總力矩摩 MM ? 所 以 ?????? 總力矩慣偏摩總力矩 MMMMM 即 mM ?? 腕部工作壓力計(jì)算 13 表 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB82666） ［ 1］ 液壓缸內(nèi)徑 mm 20 25 32 40 50 55 63 65 20鋼 P≤ 160MPa 70 75 80 85 90 95 100 105 45鋼 P≤ 200MPa 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)上表設(shè)缸體內(nèi)孔半徑 mmR 55? ， 外徑選擇 mm133 ,考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后，其外徑為 mm180 ，動(dòng)片寬度 mmb 66? ,輸出軸半徑mmr ? 。 手抓夾持精度的分析計(jì)算 機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確，抓取精度高，重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能力。工作時(shí)，一個(gè)手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。 5 為了確保安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺(tái)上無(wú)工件時(shí)才能下降，若上次搬到右工作臺(tái)上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停，等待。 這種具有感知能力并能對(duì)感知的信息做出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是有發(fā)展前途的。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支承和聯(lián)接的作用。 本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。 19 機(jī)械手 手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技 術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。 Ⅱ 目 錄 4 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ［ 4］ （ 1） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)如圖 所示。 工業(yè)機(jī)械手（以下簡(jiǎn)稱機(jī)械手）是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求 設(shè)計(jì)通用圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手及控制系統(tǒng)。手動(dòng)操作可用于調(diào)整工作位置和緊急停車后機(jī)械手返回原點(diǎn)。 手部力學(xué)分析 通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿式，夾緊 7 裝置采用常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下手抓閉合，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而手抓張開。 （ 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)聯(lián)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聯(lián)接。 （ 3） 采用花鍵套導(dǎo)向的手臂升降機(jī)構(gòu) 內(nèi)部導(dǎo)向，活塞桿直徑大、剛度大、傳動(dòng)平穩(wěn)，花鍵軸端部的定位裝置值 得注意，必須保證手臂安裝在正確的初始設(shè)計(jì)位置上。 （ 1）液壓缸內(nèi)徑計(jì)算： 當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔： ??? 4 211 DPFF ??驅(qū) 當(dāng)油進(jìn)入油桿腔： ??? 4 )( 2222 dDPFF ???驅(qū) 液壓缸的有效面積： 1PFS? 所以 ??? 11 PFPFD ?? （ 無(wú)桿腔 ） 214 dPFD ?? ?? (有桿腔 ) 式中 驅(qū)F — 手臂升降液壓缸驅(qū)動(dòng)力 )(N ； D — 液壓缸內(nèi)徑 )(mm ； d — 活塞桿直徑 )(mm ； ? — 液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取 ?? ； 1P — 液壓缸的工作壓力 )(MPa ； 帶入數(shù)據(jù)得： mPFPFD 0 5 1 9 9 611 ??????? ??? 驅(qū)驅(qū) 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 22 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB82666），選取液壓缸的內(nèi)徑為： mmD 55? （ 2） 活塞桿直徑計(jì)算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度的要求，對(duì)于桿長(zhǎng) l 大于直徑 15 倍 )15( dl? 的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定性。從 論文 的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 于 老師和各位專業(yè)老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。采用的是液壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反映靈敏，能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。 手臂啟動(dòng)速度 smmv /83?? ， 啟動(dòng)時(shí)間 st ?? ， kgNg /? ， 帶入數(shù)據(jù)得： Ntg vGF 0 00 ??????? 總慣 （ 3） 密F 的計(jì)算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用 O 型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于 MPa10 時(shí)，液壓缸密封處的總的摩擦 阻力為： 驅(qū)密 FF ? （ 4） 回F 的計(jì)算 一般背壓阻力較小，為了計(jì)算方便，將其省略。 （ 4） 機(jī) — 液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu) 此手腕具有傳動(dòng)簡(jiǎn)單、輕巧等特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)有點(diǎn)復(fù)雜。 maxV —— 運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度； 響t — 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取 ~ ； 3K — 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇； G — 被抓取工件所受重力； 表 驅(qū)動(dòng)力與液壓缸工作壓力關(guān)系圖 ［ 1］ 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 5000 ～ 1 20200～ 30000 ～ 5000～ 10000 ～ 30000～ 50000 ～ 10000～ 20200 ～ 50000 ～ 設(shè) ???? 30,80,40 ?mmbmma ,機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 ， 求夾緊力 NF ，驅(qū)動(dòng)力 F 和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。按下緊急停車按鈕，機(jī)械手停止在當(dāng)前狀態(tài)。/s 手指夾持范圍：棒料 半 徑 40— 70mm， 棒料 長(zhǎng)度 450— 1200mm ，重量 30kg 機(jī)械手的工作 過(guò)程 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動(dòng)作示意圖，如 圖 所示。 工業(yè)生產(chǎn) 上應(yīng)用的機(jī)械手，由于使用場(chǎng)合和工作要求的不同，其結(jié)構(gòu)型式亦各不相同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差別。 ③ 手 臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。 27 致 謝 4 設(shè)計(jì)的目地 6 機(jī)械手腕部 的設(shè)計(jì)計(jì)算 隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展 ,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企 業(yè)中的重要支柱 ,無(wú)人車間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見(jiàn)。 ② 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。但目前使用的機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)一般采用繼電器和開關(guān)元件組成的控制系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的邏輯控制和較多功能控制方式的選擇，因而現(xiàn)場(chǎng)使用功能和控制方式單一，不能進(jìn)行在線管理。 速度 小于 90186。 緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時(shí)停車。 手指對(duì)工件的夾緊力可按下式計(jì)算： ［ 7］ GKKKFN 321? 式中 1K — 安全系數(shù)，通常 ~ ； 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 8 2K — 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可按gaK ??12,其中 a 是重力方向的最大上升加速度，響tVa max? ， g 是重力加速度， 2/ smg? 。 （ 3）具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu) 它使腕部具有繞垂直和水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。 t? — 啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間 )(t ， 一般取 ss ~ 。 式中 ][? — 螺釘材料的許用拉應(yīng)力 )(MPa ； 1d — 螺釘?shù)闹睆?)(mm ； 小結(jié)與展望 26 第三 章 小結(jié) 與展望 本次設(shè)計(jì)的是送料機(jī)械手，相對(duì)與專用機(jī)械手，送料機(jī)械手的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用范圍更廣。在此謹(jǐn)向各老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 按強(qiáng)度條件決定活塞桿直徑 d 按拉壓強(qiáng)度計(jì)算： ［ 7］ ][42 ??? ?? dF驅(qū) 設(shè)活塞桿材料為碳鋼，碳鋼 M Pa12 0~10 0][ ?? ， 取 MPa100][ ?? 即 mFd ][4 6 ?????? ?? 驅(qū) 根據(jù)活塞桿直徑系列（ JB82666）選取活塞桿直徑 mmd 6? 所以手臂升降液壓缸主要參數(shù)為： 表 手臂升降液壓缸主要參數(shù) 液壓缸內(nèi)徑 D 活塞桿直徑 d 工作壓力 p 驅(qū)動(dòng)力 F 55mm 6mm 1MPa 機(jī)械手手臂 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 手臂