【正文】 手約 200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。 (二 )手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角 。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng)，這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適于夾持平板 方料，且工件經(jīng)向尺寸變化不影響其中心的位置，其理論夾持誤差為零。 ，應(yīng)在保證機(jī)械手手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。 具體的設(shè)計(jì)方案為：機(jī)械手的垂直升降手臂（大臂）和左右平移手臂（小臂）的伸縮運(yùn)動(dòng)都為直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò) 2 個(gè)相互垂直的液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。? =（ ～ ） ? ? —— 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)取 ? =~. 所以 = GF ? 總摩 = 35 ? ? ? 90? N （ 3） F密 的計(jì)算 采用“ O” 形密封圈，簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，可視作 F密 = （ 35） （ 4） F回 的計(jì)算 回油腔與油箱相連，可視為與大氣相連，故 F回 =0 第 3 章 手部、臂部和機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 所以由式（ 32）得驅(qū)動(dòng)力 F=F +F +F +F回慣 密摩 =+90++0 ? 219 N 前后伸縮液壓缸的內(nèi)徑計(jì)算 手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力 F 由雙作用單桿活塞油缸提供，活塞桿直徑 d，油缸 內(nèi)經(jīng) D,取 d=,油液壓力取 10 pa? ，則油缸內(nèi)徑計(jì)算如下： 221 ( d )p4FD??? 2 = 4 / (0 .75p )DF ? （ 36） ? ? 4910)(???????? ?pF mm 由上式計(jì)算得 D=49mm，經(jīng)查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表 43，選取液壓缸內(nèi)徑 D=50mm 活塞桿直徑 d的計(jì)算 活塞桿直徑 d==25mm，經(jīng)查表《工業(yè) 機(jī)械手設(shè)計(jì)》表 45，選取活塞桿直徑d=30mm。適用于承載能力大，慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。另外，活塞或工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度（簡(jiǎn)稱系統(tǒng) 的速度，下同）取決于單位時(shí)間通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸中油液的體積即流量。 （ 3）控制和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過(guò)載保護(hù)。 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 1. 機(jī)械手動(dòng)作行程分析 第 4 章 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 20 根據(jù)油泵凸輪軸自動(dòng)線的加工工藝和對(duì)機(jī)械手的實(shí)際功能要求，確定本設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要需要完成工件抓取、上下伸縮、左右擺動(dòng)和前后平移等動(dòng)作。 （ 5）手臂左移 按下總按鈕 QA 和 QA1，繼電器 J1 帶電，油泵開(kāi)動(dòng)。 進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥 J63B →閥 1DT → 前后平移油缸前腔。 表 43 垂直液壓缸參數(shù) 缸內(nèi)徑 mm 壁厚 mm 桿直徑 mm 行程 mm 工作壓力 MPa 40 10 21 350 4 因?yàn)榇怪币簤焊姿惺艿妮d荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。 溢流閥 本機(jī)械手選取 Y63B 型溢流 閥。 （四）油箱 一 般取泵流量的 3~5 倍，這里取為 5倍，有效容積為： LqV p ????? 液壓元件的密封 密封件的作用及其意義 在液壓系統(tǒng)及其元件中，設(shè)計(jì)安裝密封裝置和密封元件的作用，在于防止工作介質(zhì)的泄露及外界塵埃、異物的侵入，設(shè)置于密封裝置之中，起密封作用的元件，即密封元件。用于工作壓力大于 7Mpa 時(shí) ，必須配置擋圈。根據(jù)液壓泵出口流量計(jì)算，可選取 6? 。 （二）壓力控制閥 節(jié)流閥 本機(jī)械手采用 L型節(jié)流閥 ,其中 L10B 型 2 個(gè)， L63B 型 2 個(gè)。同時(shí)具有比較大的彎矩和比較長(zhǎng)的行程，這對(duì)液壓缸的穩(wěn)定性和剛度問(wèn)題有較高的要求。油液經(jīng)溢流閥 J63B和單向閥 5DT至左右平移油缸左腔，推動(dòng)手臂右移。 進(jìn)油路：油泵 → 溢流閥 J63B → 單向閥 5DT → 左右平移油缸左腔。 （ 6）液壓系統(tǒng)出現(xiàn)鼓故障時(shí)不宜追查原因，不宜迅速排除。有以下特點(diǎn)： （ 1）能方便的進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。液壓系統(tǒng)必須滿足其執(zhí)行元件在力和速度方面的要求。機(jī)械手工作的動(dòng)作循環(huán)為：手臂下降 →（抓取工件）→手臂上升→ 手臂右移→手臂前進(jìn)→手臂左移→手臂下降→ （松開(kāi)工件）→手臂上升→手臂右移→手臂后退→手臂左移→復(fù)位卸荷 。 = 39。機(jī)械手的臂部由垂直升降手臂（大臂）和左右平移手臂（小臂）組成。在進(jìn)行機(jī)械手手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循下述原則； ；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化，有利于機(jī)械手的控制。 手抓類型及夾緊裝置的選擇 常用的機(jī)械手的手部，按照握持工件的原理，分為夾持和吸附兩大類。 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 根據(jù)動(dòng)力源的不同，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可以分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)四類。從 94 年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際 應(yīng)用的領(lǐng)域。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。 通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種 :簡(jiǎn)易型以“開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制 :伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)， 可以點(diǎn) 位控制，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。對(duì)于一 些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20世紀(jì) 50 年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。 首先，簡(jiǎn)要介紹了機(jī)械手的基本概念、機(jī)械手的組成和分類，以及工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史和發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按照給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。 目前隨著電子計(jì)算機(jī)和電信設(shè)備的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用也不斷擴(kuò)大，正逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元第 1 章 緒論 2 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中的重要一環(huán)?？刂葡到y(tǒng)主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)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。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)械手、智能裝配機(jī)械手、機(jī)械手化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 (四 )具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以 使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳 [9]。本論文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的手部包括： 1個(gè)定位手部和 2個(gè)夾緊手部。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況下，減輕機(jī)械手手臂的重量。本設(shè)計(jì)機(jī)械手的臂部剖面圖如圖 32所示。 F慣 、 F密 、 F回 的計(jì)算與前后伸縮手臂相同。 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí)，選擇哪一類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要根據(jù)機(jī)械手的用途、作業(yè)要求、機(jī)械手的性能規(guī)范、控制功能、維護(hù)的復(fù)雜程度、運(yùn)行的功耗以及性價(jià)比等綜合因素加以考慮，在注意各類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性后做出最后的選擇。液壓泵即為動(dòng)力元件。 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn) （ 1）漏 由于作為傳動(dòng)介質(zhì)的液體是在一定的壓力下，有時(shí)是在較高的壓力下工作的，因此在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間不可避免要產(chǎn)生泄漏。油液經(jīng)溢流閥 J63B和閥 3DT至上下伸縮油缸上腔，推動(dòng)手臂下降。油液經(jīng)溢流閥 J63B 和閥 3DT 至上下伸縮油缸上腔，推動(dòng)手臂下降。 （ 11）復(fù)位卸荷 手臂慢退到位后，啟動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，電磁鐵 Y1和 Y7斷電，閥 1DT 關(guān)閉。 液壓元件的選擇 動(dòng)力元件 —— 液壓泵 液壓泵是標(biāo)準(zhǔn)件，其選擇依據(jù)是額定壓力和流量。 系統(tǒng)正常工作時(shí)，閥門關(guān)閉。 因此，正常設(shè)計(jì)和使用密封件是液壓設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保證。如負(fù)載工作壓力及速度的變化情況。用於過(guò)載保護(hù)的溢流閥也稱為安全閥 。其液壓泵的計(jì)算如下： （ 1）確定 液壓泵的實(shí)際工作壓力 p ???? 11 ppp p （ 43） 式中， 1p 計(jì)算工作壓力，定為 MPa5 ； ??1p 對(duì)于進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng)，可估為（ ～ ） MPa ，這里取為 1MPa 。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 壓缸主要參數(shù)的確定 針對(duì)本設(shè)計(jì)是一個(gè)機(jī)械手的特點(diǎn)考慮，機(jī)械手系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的。 （ 7）手臂上升 手臂下降到適當(dāng)位置，松開(kāi)工件。 （ 2）手臂上升 手臂下降到工件位置并靠慣性力抓取工件后，行程開(kāi)關(guān)發(fā)訊，電磁鐵 Y3 斷電、 Y4帶電，閥 3DT關(guān)閉、 4DT 開(kāi)通。 （ 2）震 液壓傳動(dòng)中的“液壓沖擊和空穴現(xiàn)象”會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)和噪聲。液壓缸和液壓馬達(dá)即為執(zhí)行元件。 （ 2）用于點(diǎn)焊、弧焊及噴漆作業(yè)的機(jī)械手，要求具有任意點(diǎn)位和軌跡控制的功能，需采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，只有采用液壓或電動(dòng)伺服系統(tǒng)才能滿足要求。 所以驅(qū)動(dòng)力 F = F + F + F + F + G回慣 密摩 = + F ?6 3 0 . 3 3 + 0 . 0 3 F + 0 + 1 8 9 . 8 1 374? N 上下伸縮液壓缸的內(nèi)徑計(jì)算 油缸內(nèi)經(jīng) D,取 d=,油液壓力取 54 10pa? ， 由式（ 36）計(jì)算得： 第 3 章 手部、臂部和機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 ? ?53D= 4 F / ( 0 .7 5 p ) 4 3 7 4 / 0 .7 5 4 1 0 3 .1 4 1 0 3 9 mm? ? ? ? ? ? ? ? 經(jīng)查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表 43，選取液壓缸內(nèi)徑 D=40mm 活塞桿直徑 d的計(jì)算 活塞桿直徑 d==20mm，經(jīng)查表《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表 45，選取活塞桿直徑d=21mm。 F摩 —— 摩擦阻力。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 圖 31 夾緊手部剖面圖 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 32 定位手部剖面圖 手部夾緊力的計(jì)算 手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力），一般來(lái)說(shuō)，手指握力需克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），使得工件保持良好的夾緊狀態(tài)。 夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式 :按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和外夾式兩種 :按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型 (或稱直進(jìn)型 )，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。本設(shè)計(jì)機(jī)械手的動(dòng)作主要包括：手抓張合和三個(gè)相互垂直的平移運(yùn)動(dòng)（升降、左右和前后），選用直角坐標(biāo)型機(jī)械手。多