【正文】 14 （ 411） 其中： 2 2 2m122m12J = R + m x 0 . 2 1 .J = + m x = 2 .1 k g . mk g m?22 2 2工 件（ 1 + 3 ）（ 1 3 R ） + 所以： M 0 .01 7 5 J + Jt??慣 工 件 起（ ） = ，擺動(dòng)體重心偏移所需力矩 =m l +m l =10 + = mM??手 手偏 工 件 工 件 （ 412） ： 121121=+= b b3 b rM M MM R PM???封 封 封封CP封公 式 中 ：（ R ） PR （ 413） 腕部擺動(dòng)時(shí)受力圖如下 : 圖 43 腕部擺動(dòng)受力圖 M 0 .01 7 5 J + J t??慣 工 件起（ ）哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 其中 ?? 50b mm? 1 5b mm? 45R mm? 20r mm? 10MPap取 cpR 3 2 .52Rr mm??? 則 1M封 = 2M封 = 12=+M M M封 封 封 = = kgfm （ 414） ： D / 2 22pd / 2= b p d = b /2 ( R r ) pM ?回 回 回 （ 415） 其中：取 p回 =1MP b=60mm R=35mm r= 20mm 則 ： D / 2 22pd / 2= b p d = b /2 ( R r ) pM ?回 回 回 == ： =+M M M M M??驅(qū) 回偏 封 慣 = + + + =14. 19kgf 22 (10) 電磁鐵 6通電，小臂伸縮油缸回縮，實(shí)現(xiàn)小臂的軸向定位。 3． 運(yùn)動(dòng)范圍 關(guān)節(jié) 3 結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍和形狀取決于大臂和小臂的長(zhǎng)度比，本機(jī)械手大臂長(zhǎng) 600mm，小臂長(zhǎng) 800mm，具體范圍見后圖。 （ 3）運(yùn)動(dòng)靈活精確，能夠延伸到人手所不能到達(dá)的空間區(qū)域內(nèi)進(jìn)行工作，而不受外界因素的干擾。 機(jī)械手自六十年代以來(lái)問世以來(lái)，發(fā)展非常迅速。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作?；谝陨显?，本設(shè)計(jì)暫不考慮對(duì)于功能模塊的搭載問題 ，僅 僅討論并設(shè)計(jì)一種合理可行、盡可能優(yōu)化了的五自由度液壓搬運(yùn)機(jī)械手 。 45176。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 第 4章 各部分的具體計(jì)算 手部夾持器的計(jì)算 手部夾持器設(shè)計(jì)要求 夾持兩個(gè)棒料，每個(gè)不大于 5kg 2. 各部分的長(zhǎng)度 手腕： 300mm 手臂： 800mm 俯仰小臂： 200mm 大臂： 500mm 3. 手抓機(jī)構(gòu)分析 手部夾持器是工業(yè)機(jī)械手的關(guān)鍵部位之一，它的主要用途是夾持工件或工具按規(guī)定的動(dòng)作程序 來(lái)完成制定的工作，它的加緊和伸開都是自動(dòng)完成的。 所以： 1 = 133G G G N?? 工 件 腕部活塞桿受力圖如下： 圖 51 腕部活塞桿受力圖 F=G=133N ,相應(yīng)產(chǎn)生的彎矩為 ： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 M=GL= 則應(yīng)力強(qiáng)度校核： 先求支反力 由 0AM?? , 0BM ?? 得 ： 80 70APF? ? ? 80 70APF? ? ? F= 123 N 所以 ： AP =116N 同理可求得： BP = 249 N CMM? = 所以按第三強(qiáng)度理論校核： 2d /32CW ?π = 10 m?? c= CCMW?= 而 : ??? = 0n? =294MPa c? 所以軸強(qiáng)度條件符合。設(shè)計(jì)為 5 自由度的機(jī)械手，分別 為：手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)、小臂的伸縮、小臂的俯仰、大臂的擺動(dòng)和大臂的升降，使其活動(dòng)范圍大，工作面更廣。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 致謝 通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《 五自由度液壓搬運(yùn)機(jī)械手 》終于完 成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。 2. 穩(wěn)定性校核 ： 桿長(zhǎng) l 為 300mm ，桿徑 d 為 40mm 因?yàn)? 300 15 ? 40 = 600 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格。抓起范圍： 20 毫米到 50 毫米的圓柱體工件其抓取原理圖如下： 圖 41 手爪工作原理圖 1— 鉸接點(diǎn) 2— 手指 3— 工件 手部夾持器設(shè)計(jì)計(jì)算 進(jìn)分析可知，此手抓作單支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，由此可知： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 12 cosP P a? 1 2cosPP a? （ 41） 力矩平衡： 1 25 50PN? ? ? （ 42） N=100 122PPP?? (43) 夾緊力： 1 2 3N K K K G? （ 44） = 2 100? ? ? = 150 P=2 1P =4N=600（ N） PP??實(shí)=560(N) 1K 為安全系數(shù)： 取 1K 為 = 2K =1+a/g (抓取工件的最大加速度為 a=g) 3K 為方位系數(shù) 3K = P實(shí) =56kg 設(shè)液壓缸直徑為 D 、 d 為半徑。 — 90176。 三大系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 1． 控制系統(tǒng) 此系統(tǒng)是控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作從而實(shí)現(xiàn)按預(yù)定程序進(jìn)行工作的機(jī)構(gòu)，并通過位置檢測(cè)的反饋來(lái)檢測(cè)工作的精度，從而保證能正確實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)， 迅速準(zhǔn)確的完成機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，包括程序控制部分和行程反饋部分。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 工業(yè)機(jī)械手的主要應(yīng)用領(lǐng)域是機(jī)械加工過程中的上、下料及搬運(yùn)、裝配、焊接、沖壓、樹脂成型加工及其熱處理、鍛壓等。機(jī)器人產(chǎn)品的實(shí)用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實(shí)際問題，又促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。 機(jī)械手本身的優(yōu)點(diǎn) 搬運(yùn)機(jī)械手是機(jī)器人家族中的重要一員，其應(yīng)用最廣泛，在自動(dòng)化流水線生 產(chǎn)中勞動(dòng)強(qiáng)度最大，工作條件差，熱塵煙霧毒氣等使得環(huán)境惡化，使得人的工作受到了種種限制，此時(shí)搬運(yùn)機(jī)械手則能夠迎難而上，獨(dú)樹一幟，而且其能不知疲倦的工作，搬運(yùn)機(jī)械手具有許多人沒法相比的優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）工作時(shí)間持久，不會(huì)出現(xiàn)人的疲勞，可以重復(fù)不間斷的勞動(dòng)，能 持流水線的持續(xù)工作。 （ 4） 腰部 :機(jī)身是支撐機(jī)器手所有部件的部位及其零件，是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 （ 6） 電磁鐵 3通電，手爪旋轉(zhuǎn)缸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手爪的周向定位 （ 7） 電磁鐵 1通電，手爪伸縮缸伸出，實(shí)現(xiàn)手爪的軸向定位 （ 8） 手爪抓取工件，工件與手爪夾緊到一 定壓力，壓力繼電器通電使得電磁鐵 1 斷電 ，電磁鐵 2 通電手爪收縮，實(shí)現(xiàn)手爪的軸向定位。 腕部回轉(zhuǎn)油缸計(jì)算 腕部是臂部和手部的連接部位，其作用實(shí)在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變手部或調(diào)整手部在空間的方向，從而增加手部工作的靈活性，擴(kuò)大手部的工作范圍。 本章小結(jié) 本章設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)各個(gè)油缸的活塞桿進(jìn)行了強(qiáng)度校核。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。 （ 6） 液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。 手部驅(qū)動(dòng)油缸油孔尺寸計(jì)算 活塞運(yùn)動(dòng)速度 v 取 , 油的流速為 3m/s 則油缸中每秒通過油量為 ： Q=VS =? 2 620 104? ?π =? 610 3m 則油孔中每秒通過的流量： 2` d v4Q ?油π `? 所以： 2` d v4Q ?油π 得 d = 所以取油孔尺寸為 4mm 腕部回 轉(zhuǎn)油缸油孔尺寸確定 油缸每秒進(jìn)入油量 ： 22( r ) l2RQ ??? （ ? 為 45度每秒） = ? 610 3m 而油孔每秒流入的流量： 2` d v4Q ?油π 由 `? 所以： 2d v4Q?油π 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 4Qd=v油π = 取油孔尺寸為 ： 4mm 大臂回轉(zhuǎn)油缸油孔尺寸確定 油缸每秒進(jìn)入的油量： 22( r ) l2RQ ??? （ ? 為 15度每秒） （ 422） = ? 610 3m 而油孔每秒流入的流量： 2` d v4Q ?油π 由 ： `? 所以： 4Qd=v油π = 取油孔尺寸為 ： 6mm 大臂升降油缸油孔尺寸確定 活塞運(yùn)動(dòng)速度 v 取 ,油的流速為 3m/s 則油缸中每秒通過油量： 2 6200 .0 5 1 04Q V S ?? ? ? ?π （ 423） = ? 610 3m 而油孔中每秒通過的流量： 2` d v4Q?油π 4Qd=v油π = mm 所以取油孔尺寸 d 為 8mm 伸縮臂油缸油孔尺寸確定 活塞運(yùn)動(dòng)速度 v 取 ,油的流速為 3m/s 則油缸 中每秒通過油量： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 2 6200 .0 5 1 04Q V S ?? ? ? ?π =? 610 3m 而油孔中每秒通過的流量： 2` d v4Q ?油π 由 `? 所以： 2d v4Q?油π 4Qd=v油π 64 10=3???π = 所以 ：取油孔尺寸 d=6mm 本章小結(jié) 本章對(duì)各個(gè)部分的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，包括手部夾持器、腕部回轉(zhuǎn)油缸，腕部伸縮油缸、小臂伸縮油缸、大臂回轉(zhuǎn)油缸、大臂升降油缸、伸縮臂油缸的型號(hào)選擇，及其各個(gè)油缸的活塞、活塞桿計(jì)算，各個(gè)油 缸進(jìn)出油口尺寸的確定。在確定握力時(shí)，除考慮抓取物體重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證夾持