【文章內(nèi)容簡介】 手（1）抓取重量 10kg L=250mm。（2）坐標形式和自由度 坐標形式為柱坐標式，有四個自由度。（3）工作行程工作行程由已知條件及方案分析確定：（4）運動速度直線運動速度：手臂伸縮行程l= 500mm，伸縮速度為：v=200mm/s；腕部回轉(zhuǎn)角速度：定為45/s。（5）驅(qū)動方式液壓傳動（6）定位精度定位采用機械擋塊定位，～+。（7）控制方式采用PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制。. 料槽形式及分析動作要求： 料槽形式由于工件的形狀屬于小型回轉(zhuǎn)體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽,該裝置結(jié)構簡單，不需要其它動力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。 動作要求分析如圖22所示動作一：抓取動作二：預夾緊動作三：手臂上升動作四：手臂旋轉(zhuǎn)動作五：小臂伸長動作六：手腕旋轉(zhuǎn) 預夾緊手臂上升 手臂旋轉(zhuǎn) 小臂伸長 手腕旋轉(zhuǎn) 手臂轉(zhuǎn)回圖22 要求分析手臂上升，手臂有沿機座立柱做升降運動，獲得較大的運動行程，升降過程由電動機連接帶動螺柱旋轉(zhuǎn)，由螺柱配合導致了手臂的上下運動。手臂的回轉(zhuǎn)由電動機帶動減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動了機身的旋轉(zhuǎn)，從而使手臂回轉(zhuǎn)。手腕回轉(zhuǎn)和小臂伸縮主要由回轉(zhuǎn)缸控制其回轉(zhuǎn)范圍和伸縮運動。第3章 具體部位的設計 手部的設計計算 有適當?shù)膴A緊力手部在工作時，應具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。 有足夠的開閉范圍夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖31所示。圖31 機械手開閉示例簡圖 力求結(jié)構簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構，重量和體積直接影響整個機械手的結(jié)構，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設計手部時，必須力求結(jié)構簡單，重量輕，體積小。 手指應有一定的強度和剛度 其它要求因此抓取，夾緊機械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉式彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構較為簡單，制造方便。 拉緊裝置原理 拉緊油缸的尺寸設計如圖32所示：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進油時松開工件。圖32 油缸示意圖初步確定：手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據(jù)。必須對其大小、方向和作用點進行分析、計算。手指對工件的夾緊力用式()計算得 （）式中 ——手指對工件的夾緊力； ——傳動銷與定位銷的長度；——連桿長度；——連桿中心線與夾緊力作用線之垂線的夾角。根據(jù)設計要求可知：實際所采用的液壓缸驅(qū)動力 ，查文獻得公式 （）式中 ——安全系數(shù)，一般取 ～；——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，～；——手爪的機械傳動效率，～。由此確定液壓缸直徑 （）設夾緊缸的直徑為 ，則活塞杠的直徑?。海瑝毫τ偷墓ぷ鲏毫?，則根據(jù) GB/T234893 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列?。?，則活塞桿直徑為選取為，行程；根據(jù)GB/T234893液壓缸活塞桿外徑尺寸系列取： 。由于活塞桿的長度較短，所以不用校核它的強度；對于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計算： （）式中，δ——液壓缸缸筒厚度（mm）；——試驗壓力（MPa），工作壓力p≤16MPa時，=；工作壓力p≥16MPa時，=，故==；D——液壓缸內(nèi)徑（mm）；——缸材料體的許用應力（MPa）：——缸體材料的抗拉強度（MPa）；n——安全系數(shù)，n=～5，一般取n=5。對于：鍛鋼 =100～120 MPa鑄鋼 =100～110 MPa鋼管 =100～110 MPa鑄鐵 =60 MPa現(xiàn)選用鑄鐵材料，=60Mpa。將以知數(shù)據(jù)代入上式得因結(jié)構設計需要，取=10mm。c. 缸外徑D0及長度l的計算L≤（20～30），由結(jié)構需要確定，取。d. 液壓缸行程S的確定按GB/T23491980標準系列確定液壓缸活塞行程為40mm。（速度）a. 伸縮運動 b. 上升運動c. 下降d. 回轉(zhuǎn)所以取手部驅(qū)動活塞速度 手部右腔流量 （） （）腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構。要求：回轉(zhuǎn) 角速度以最大負荷計算：當工件處于水平位置時，回轉(zhuǎn)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重，長度。如圖33所示。設重力集中于離手指中心處，即扭矩為： （） 工件 F S F 圖33 腕部受力簡圖 油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 回轉(zhuǎn)缸的摩擦力矩（估算值）（估算值） 回轉(zhuǎn)缸的總摩擦力矩 （） 腕部回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸的確定回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動力矩M與回轉(zhuǎn)缸的壓力p的關系為： （）式中，——回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動力矩；——回轉(zhuǎn)缸的工作壓力；——缸體內(nèi)壁半徑；——輸出軸半徑；——動片寬度。上述驅(qū)動力矩M與壓力p的關系式是對應與壓力腔的背壓為零時的情況而言的，若低壓腔有一定的背壓，則P為工作壓力與背壓的差值。由上式腕部回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動力矩M與回轉(zhuǎn)缸的壓力p的關系推導得缸體內(nèi)壁半徑為；其中輸出軸半徑r由結(jié)構設計定為。查表按標準系列圓整，取，即回轉(zhuǎn)液壓缸內(nèi)徑為， 回轉(zhuǎn)液壓缸回轉(zhuǎn)行程的確定由方案設計可知，腕部回轉(zhuǎn)行程0～180○。如圖34. 圖34 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： （）式中，δ——液壓缸缸筒厚度（mm）；——試驗壓力（MPa），工作壓力p≤16MPa時，=；工作壓力p≥16MPa時，=，故==；D——液壓缸內(nèi)徑（mm）；——缸材料體的許用應力（MPa）： （）——缸體材料的抗拉強度（MPa）；n——安全系數(shù)，n=～5，一般取n=5。對于：鍛鋼 =100～120 MPa鑄鋼 =100～110 MPa鋼管 =100～110 MPa鑄鐵 =60 Mpa現(xiàn)選用鑄鐵材料，=60Mpa。將以知數(shù)據(jù)代入上式得因結(jié)構設計需要，取。a. 液壓缸外徑及寬度b的計算b≤（20～30），由結(jié)構需要確定，取b=30mm。b. 回轉(zhuǎn)液壓缸回轉(zhuǎn)行程的確定由方案設計可知，腕部回轉(zhuǎn)行程0～180○，其結(jié)構形式見圖12由公式 （） 其中： —葉片厚度，這里取；—擺動缸內(nèi)徑, 這里?。弧D(zhuǎn)軸直徑, 這里?。弧剞D(zhuǎn)缸的工作壓力。上述驅(qū)動力矩與壓力的關系式是對應與壓力腔的背壓為零時的情況而言的，若低壓腔有一定的背壓，則P為工作壓力與背壓的差值。由上式腕部回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動力矩與回轉(zhuǎn)缸的壓力的關系推導回轉(zhuǎn)缸的工作壓力為：又因為所以 式中—流量；—回轉(zhuǎn)缸的角速度；—葉片厚度，這里?。弧獢[動缸內(nèi)徑, 這里??；—轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。臂部運動的目的，一般是把手部送達空間運動范圍內(nèi)的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復雜。 機械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為。行程。液壓缸運動時所需克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定液壓缸所需的驅(qū)動力。 計算液壓缸活塞驅(qū)動力 （）式中 ——手臂運動時的摩擦阻力；——起動或制動時，活塞桿所受平均慣性力。① 摩擦阻力計算式中 ——摩擦系數(shù)（鋼對鑄鐵：取，）；——手臂伸縮部件的總重量（含工件的質(zhì)量）。② 起動或制動時，活塞桿所受平均慣性力計算式中 ——手臂伸縮部件的總重力（包括工件重量）（）；——油靜止加速到常速的變化量（）,??； ——起動過程時間（），一般取 ～，對輕載低速運動部件取較小值，對重載高速運動部件取較大值（）。所以所需的總的驅(qū)動力為 根據(jù)驅(qū)動力確定液壓缸結(jié)構尺寸 （）式中 ——液壓缸直徑,其中；——載荷率 取0 .7～；——液壓缸的工作壓力 ??；——液壓缸驅(qū)動力。所以根據(jù) GB/T234893 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列?。?；根據(jù)GB/T234893 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列?。?,行程為； 腔流量由公式（）得：【4】 流量（） 活塞桿速度，取。 手臂右腔工作壓力由公式（） 得： （）式中：——系統(tǒng)總的驅(qū)動力。所以代入公式（）得： 液壓元件的選擇：表31機構工作參數(shù)表所需液壓最高壓力 所需液壓最大流量 選取CBD型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為，轉(zhuǎn)速為，工作流量Q在之間，可以滿足需要。： （） （）式中：—機械效率?。? ～—容積效率取： ～所以代入公式（）得：代入公式（）得： =因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 流量 圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力 流量小臂伸縮缸工作壓力 流量：液壓泵選取CBD型液壓泵，額定壓力，工作流量在之間。選取為額定流量的泵，因此： （）式中 ——電動機功率（）； ——液壓泵最大工作壓力（）； ——液壓泵的輸出流量（）； ——液壓泵總效率，由液壓泵產(chǎn)品樣本查出，（經(jīng)驗值）所以代入公式（）得： 選取電動機JQZ612型電動機，額定功率，轉(zhuǎn)速為。 （） 式中 通過管道內(nèi)的流量（），； 管內(nèi)允許流速（），取，見表32。油液流經(jīng)的管道推