【正文】 通過這次設計使我的專業(yè)知識得以鞏固，設計能力得以提高。 （七）液壓系統(tǒng)回路的分析 本機械手的送放機構的液壓驅動系統(tǒng)是由一些液壓基本回路組成的，主要有以下一些回路。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。這種配置形式的手臂可以在水平面內回轉，具有占地面積小、工作范圍的特點。 4）回轉液壓缸回轉行程的確定 由方案設計可知，腕部擺動行程 0～ 90○ ，其結構形式見圖（ 11）。 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， n=～ 5，一般取 n=5。腕部實際所具有的自由度數目應根據機器人的工作性能要求來確定。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，或增設腕部的回轉和擺動運動以改變被送放物的方位。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。另外，選擇最佳的偏轉角β，也可使定位誤差最小。將（ 210）式代入（ 29）式得 2212 39。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。這種方案結構簡單，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，運動質量增大。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、翻轉和轉位等多種功能，并按該自動線的統(tǒng)一生產節(jié)拍和生產綱領完成以上動作。 （ 2）機身采用立柱式，機械手側面行走，順序完成上料、翻轉、轉位等功能，自動線仍呈直線布置。當夾緊液壓缸斷油時，活塞桿通過彈簧復位，手爪張開。39。 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? —— 最佳偏轉角。主運動決定送放運動的空間范圍的形狀和性質，輔運動可擴大送放運動或改變被送放 物體在空間的方位。 機械手有幾個自由度就說明有幾個送放運動。在多數情況下，腕部具有兩個自由度：回轉和俯仰或擺動。 對于：鍛鋼 ??? =100～ 120 MPa 鑄鋼 ??? =100～ 110 MPa 鋼管 ??? =100～ 110 MPa 鑄鐵 ??? =60 MPa 現 ??? 選用鑄鐵材料， ??? =60Mpa。 （四）機械手的手臂和機身的設計 1. 手臂和機身結構形式的確定 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動裝置也安裝在手臂上。立柱可以安裝在生產線上，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。 1）手臂水平伸縮運動時的驅動力計算 下圖（ 13）所示的為手臂作水平伸縮運動時的受力分析。 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。同時，也進一步加強了自己嚴謹治學的良好習慣，這是一次非常有意義的實踐性的活動。 在這次畢業(yè) 設計中，我查閱了許多相關、相近的技術資料進行原理的確定、方案的比較以及詳細結構設計的構思和總裝、液壓、三維外觀圖的繪制，說明書的編定等過程，可謂是歷盡心血。 各缸的主要尺寸 mm 液壓缸名稱 內徑 D 外徑 D0 寬度 b 桿徑 d 厚度δ 長度 l 立柱回轉液壓缸 140 210 60 35 手臂俯仰液壓缸 40 50 28 5 265 手臂伸縮液壓缸 80 90 36 5 550 腕部擺動液壓缸 110 170 100 30 腕部回轉液壓缸 65 100 30 （六） 液壓系統(tǒng)元件的選擇 由于機械手操作時各個液壓缸不同時工作，手臂伸縮和立柱回轉所需的流量最機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 39 頁 共 50 頁 大，其余流量均較小，因此選用雙聯葉片泵，其型號為 YB6/40，系統(tǒng)壓力為 ，電機功率為 ，同步轉速為 1500r/min，并考慮到集中供油、維護方便等原則，確定液壓系統(tǒng)各元件的型號如下 ： 溢流閥： YQ6/63； 單向閥： Y10B； 調速閥： Q63B； 節(jié)流閥： L25B； 換向閥： 34E63B、 22E25B、 24E10B。 2. 手臂驅動力的計算 計算臂部運動驅動力（包括力矩）時，要把臂部所受的全部負荷考慮進去。 手臂和機身的配置形式反映了機械手的總體布置形式，主要取決與機械手的工作要求、運動形式和作業(yè)環(huán)境，大致上可歸納為以 下幾種： 1）立柱式 這種配置形式適合于回轉型、俯仰型或屈伸型機械手，因而是一種最常見的配置形式。 3）液壓缸外徑 D0 及寬度 b的計算 1 7 0 m m=302+110= 2+D=D 0 ?? b≤（ 20～ 30） D0，由結構需要確定，取 b=100mm。 查【 2】按標準系列圓整，取 R=，即回轉液壓缸內徑為 65mm。 （三）機械手的腕部設計 工業(yè)機器人的腕部是聯接手部與臂部的部件，起支承手部的作用，為了使手部處于空間任意方向，要求腕部能實現對空間三個坐標軸 X、 Y、 Z的轉動，即具有回轉、俯仰和擺動三個自由度。如果采用多關節(jié)的送放機構，則機械手的主運動自由度數還可以增加，但其結構非常復雜，故實際應用不多。因此，抓取動作只具有抓取功能，不能改變被抓取物的位置和方向，因而不是送放運動。為了減少定位誤差，可加大手指的長度，會使結構增大，重量增加。N ，即當量夾緊力。 二 、 抓取機構的設計 （一） 抓取機構 結構形式的確定 抓取機構的結構形式主要決定于工件的形狀和質量，本課題的抓取工件為 250170 140mm 的箱式零件，因此采用平行連桿杠桿式手部結構較為合適。 （ 1）直角坐標系式，自動線成直線 布置，機械手空中行走，順序完成上料、翻轉、轉位等功能。本機械手機身采用機座式，自動線圍繞機座布置，其坐標形式為球坐標式，具有立柱旋轉、手臂伸縮、手臂俯仰、腕部轉動和腕部擺動 5 個自由度；驅動方式為液壓驅動，且選用雙聯葉片泵，系統(tǒng)壓力為 ，電機功率為，共有整機回轉油缸、手臂俯仰油缸、手臂伸縮油缸、手腕擺動油缸、手腕回轉油缸、手爪夾緊油缸 6 個液壓缸；定 位采用機械擋塊定位，定位精度為 ～ 1mm，采用行程控制系統(tǒng)實現點位控制。這種方案可以集中設計液壓站，易于實現電氣、油路定點連接，但占地面積大，手臂懸伸量較大。 （二） 夾緊力（握力）的確定 當用不同的手部機構夾緊同一種工件時，由于各手部機構的 增力倍數不同，所需拉緊油缸的驅動力也不同。 GddybdydGbddybpN ??? ??? （ 211） 從計算結果可以看出，當量夾緊力 39。 （五）夾緊液壓缸主要尺寸的確定 D 的計算 由單桿活塞式液壓缸的推力公式： 11 pAF? 式中， 1F —— 液壓缸的推力 (N)； 機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 14 頁 共 50 頁 p—— 系統(tǒng)的工作壓力， p==； 1A —— 活塞的作用面積（ mm2） 1A = 24D? D—— 活塞直徑（ mm）。 2. 送放范圍 機械手或機器人將被抓取的物體送放到某一位置，其所能達到的空間范圍稱為機械手或機器人的送放范圍。自由度越多，送放動作也越多，則機械手越靈活，其送放范圍也越大，但機械手也越復雜。一些專業(yè)機械手 甚至沒有腕部，但有的腕部為了特殊要求還有橫向移動自由度。 將以知數據代入上式得 ????? 因結構設計需要，取 ? =。機身則直接支承和帶動手臂部件，并實現手臂的回轉、升降、俯仰等運動。立柱式配置形式的機械手可以做成單臂的，也可以作成雙臂的。 圖（ 13） 當壓力油輸入工作腔時，活塞驅動手臂前伸。本機械手采用雙聯定量泵供油，用溢流閥來調節(jié)壓力，使系統(tǒng)在恒定的壓力下工作，下圖（ 15）所示的為調壓回路圖。這將為我以后的工程技術人員道路打下良好的基礎。本次設計是我 們機械設計制造及其自動化專業(yè)學生在學完四年工科課程后進行的一次綜合性的、系統(tǒng)性的、理論聯系實際的設計活動，我認為自己從中獲益匪淺。 因在手臂與立柱連接處一般都用滾動軸承，摩擦阻力較小，故摩擦力矩可忽略不計，則上式可簡化為 慣偏 MMM ?? 各缸主要尺寸的計算結果如下表所示。 本機械手機身采用機座式，手臂運動的導向裝置為雙導向桿式，兩導向桿對稱配置在驅動油缸的兩側。例如：在高溫環(huán)境工作時，應考慮熱輻射的影響；在腐蝕性介質環(huán)境下工作時，應考慮防腐蝕措施；在多用途作業(yè)環(huán)境下工作時，應考慮控制、檢測、維修方便等等。 將以 知數據代入上式得 ????? 因結構設計需要，取 ? =30mm。 1）液壓缸內徑的確定 由上式腕部回轉缸的驅動力矩 M 與回轉缸的壓力 p 的關系推導得缸體內壁半徑為； mmrPbM 232 ??? ????? 其中輸出軸半徑 r由結構設計定為 。 4）液壓缸外徑 D0及長度 l 的確定 機械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設計 第 21 頁 共 50 頁 D0=D+2δ l≤（ 20～ 30） D0 缸體長度 l根據上式由活塞行程來確定，并注意缸體的制造工藝性和經濟性。一般情況下，主運動有 1～ 3 個自由度：當主運動有 1 個自由度時，送放圖形為點位送放；當主運動有 2 個自由度時，送放圖形為面位送放；當主運動 有 3 個自由度時，送放圖形為體位送放。送放運動是機械手或機器人或機器人最主要的運動，包括手臂、手腕和行走裝置的運動，但不包括機械手或機器人手爪抓取物體的動作。當工件的半徑由 Rmax 變化到 Rmin 時， X 的最大變化量即為定位誤差 ? ，其值為 ?????? c o ss i nm i n2s i nm i nc o ss i nm a x2s i n