【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，安裝越復(fù)雜，成本高，因此在具體問題中盡量減少自由度，本機(jī)械手是考慮到選用腕部來回轉(zhuǎn)，小臂伸縮，小臂俯仰，大臂回轉(zhuǎn)，大臂升降等 5 個(gè)自由度完全滿足工作要求。 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。圖中矩形為包容區(qū)域 6 圖 22 機(jī)械手水平面的運(yùn)動(dòng)范圍 圖 23 空間轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 4．運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式 運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式是將動(dòng)力源的運(yùn)動(dòng)傳遞到實(shí)現(xiàn)自由度運(yùn)動(dòng)的過程，本設(shè)計(jì)中將直線油缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞出去，針對(duì)結(jié)構(gòu)的需要和驅(qū)動(dòng)力的大小，各自由度的運(yùn)動(dòng)采用不同的傳遞方式，大臂回轉(zhuǎn)，腕部回轉(zhuǎn)都采用回轉(zhuǎn)油缸，小臂俯仰、小臂伸縮、大臂升降都采用直線油缸。 5．機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式 采用液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是： （ 1） 速度反映性好 。 因?yàn)楸或?qū)動(dòng)部件的速度快慢取決于油液容積變 化，所以當(dāng)不考慮溫度變化的時(shí)候，被驅(qū)動(dòng)系的滯后幾乎不存在，而且液壓機(jī)構(gòu)的重量輕，慣性小，他的速度反應(yīng)性好。 （ 2） 調(diào)速范圍大，還可以無極調(diào)速，適用于不同的工作要求。 （ 3） 傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收沖擊力，可以實(shí)現(xiàn)比較頻繁而平穩(wěn)換向。 （ 4） 在產(chǎn)生相同驅(qū)動(dòng)力的條件下，液壓驅(qū)動(dòng)比其他驅(qū)動(dòng)方式體積小， （ 5） 定位精度高 7 （ 6） 驅(qū)動(dòng)力或力矩大 存在的不利因素有： （ 1）液壓系統(tǒng)存在泄漏對(duì)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性有一定的影響 （ 2）油液中如果混有空氣將降低傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛性，影響定位精度，產(chǎn)生爬行 （ 3）油液的溫度和黏度的變化影響傳動(dòng)的性能 本章小結(jié) 本章對(duì)總體方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了確定，規(guī)劃了搬運(yùn)機(jī)械手的三大組成部分，進(jìn)而對(duì)三大組成部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式及其驅(qū)動(dòng)源，設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)范圍及回轉(zhuǎn)角度，對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。 8 第 3章 基本參數(shù)及二維外觀圖 基本參數(shù) ： 工業(yè)機(jī)械手 ： 搬運(yùn) ： 5 （腕部轉(zhuǎn)動(dòng)、小臂伸縮、小臂俯仰、大臂回轉(zhuǎn)、大臂升降 ） 4. 抓重：最大 5Kg 5．工作范圍與速度 工作范圍與速度如下表 31 運(yùn)動(dòng)自由度 動(dòng)作范圍 速度 腕部回轉(zhuǎn) 90176。 — 90176。 45176。 /s 小臂伸縮 0— 300mm 小臂俯仰 0— 100mm 大臂回轉(zhuǎn) 90176。 — 90176。 15176。 /s 大臂升降 0— 120mm 6. 控制方式： PTP/CP 7. 重復(fù)定位精度： +2mm 8. 驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng) 9. 驅(qū)動(dòng)源 ：液壓油泵 總體外觀圖 外觀圖簡(jiǎn)圖 圖 31 機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1— 手腕 2— 小臂 3— 俯仰缸 4— 大臂 9 液壓原理設(shè)計(jì)圖截圖 圖 35 液壓控制工作原理圖 表 32電磁鐵動(dòng)作循環(huán)表 現(xiàn)將本機(jī)械手的工作順序過程介紹如下： （ 1） 電磁鐵 11 通電，大臂旋轉(zhuǎn)油缸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)大臂周向定位 （ 2） 電磁鐵 9通電，大臂升降油缸伸出，實(shí)現(xiàn)大臂軸向定位 （ 3） 電磁鐵 7通電，伸縮臂伸縮缸伸出，實(shí)現(xiàn)伸縮臂軸線定位 （ 4） 電磁鐵 5通電，小臂伸縮缸伸出，實(shí)現(xiàn)小臂的軸向定位 （ 5） 小臂到達(dá)伸出一定距離，碰到行程開關(guān) 14，之后將電磁鐵 3 接 10 通實(shí)現(xiàn)手爪旋轉(zhuǎn)缸體的運(yùn)動(dòng)。 （ 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。 （ 9） 電磁鐵 4 通電，手爪旋轉(zhuǎn)油缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手爪的周向定位。 (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。 （ 11）電磁鐵 9 通電，伸縮臂回縮，實(shí)現(xiàn)伸縮臂軸線定位。 （ 12）電磁鐵 11 通電，大臂升降油缸下降，實(shí)現(xiàn)大臂軸向定位。 （ 13）電磁鐵 13 通電，大臂旋轉(zhuǎn)油缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)大臂周向定位。 在參考了眾多機(jī)械手手部的結(jié)構(gòu)后，結(jié)合自己的設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)在設(shè)計(jì)出如上圖的液壓機(jī)械手及其驅(qū)動(dòng)液壓原理裝置。下面介紹各個(gè)液壓缸體的設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號(hào)的選用， 機(jī)械人手部結(jié)構(gòu)形式多樣，但總的設(shè)計(jì)都有如下幾點(diǎn)基本要求： （ 1）應(yīng)具有足夠的夾緊力和驅(qū)動(dòng)力，手爪握力（夾緊力）大小要適宜，力量過大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)；力量過小則會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。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)，以保證夾持安全可靠； （ 2）手爪具有一定的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度）。 （ 3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的基本參數(shù)進(jìn)行了確定，并且繪制出了總體外觀圖及液壓原理圖，同時(shí)對(duì)液壓原理圖的工作原理進(jìn)行了電磁鐵的動(dòng)作表繪制，對(duì)工作周期做了具體介紹。 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)作程序來完成制定的工作，它的加緊和伸開都是自動(dòng)完成的。 手部夾持器應(yīng)具有以下幾點(diǎn)： （ a） 足夠的夾緊力 （ b） 保證工件在手指的準(zhǔn)確定位 ( c ) 能適應(yīng)工作環(huán)境所提出的要求 （ d）保證在強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重輕。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： 12 12 cosP P a? 1 2cosPP a? （ 41） 力矩平衡： 125 50PN? ? ? （ 42） N=100 122PPP?? (43) 夾緊力： 1 2 3K K K G? （ 44） = 2 10 0? ? ? = 150 P=2 1P=4N=600（ N） PP ??實(shí)=560(N) 1K為安全系數(shù)： 取 1K為 = 2=1+a/g (抓取工件的最大加速度為 a=g) 3為方位系數(shù) 3K= P實(shí)=56kg 設(shè)液壓缸直徑為 D 、 d 為半徑。 =d4 22 1實(shí) π（ D ） （ 45） 1 2 3 1 16P120 m m m mPN K K K GK P D mmD? ? ?實(shí)實(shí) 2π （ ）取 為 ， 所 以 d 為 10mm , 壁 厚 取 10 。 （ 46） 端蓋螺釘校核 彈簧剛度： k= n/m ,行程 ： 15mm 彈簧總長(zhǎng)： 30mm，活塞桿總長(zhǎng)為 60mm 油的工作壓力： 2=13kgf/cmP1 Q kgf4PA??1 預(yù)緊力： = kgfQ K Q Q?? 總拉長(zhǎng)： bbmC=Q P + C +CQF（ ）= (47) 相對(duì)剛度 : bbmCC +C（ ）=, 總拉力需增加 30% 所以： 13 ? ?4 1 .3 Qd 3 .2 m m????π （ 48） ? ? s s 3 sA 240 M P aN N .5d 8 m m? ? ? ????1 為 普 通 碳 素 鋼 鋼 ，安 全 系 數(shù) ， 由 于 是 靜 截 面 ， 取 =1 所 以 ： 完 全 符 合 要 求 。 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。 本設(shè)計(jì)將運(yùn)用回轉(zhuǎn)油缸來驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)我將考慮以下幾點(diǎn)： a、 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 b、 動(dòng)作靈活平穩(wěn) c、 保證有足夠的剛度和強(qiáng)度 =+M M M M?驅(qū) 回偏 封 如下圖所示： 圖 42 腕部驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算圖 除工件以外，將擺動(dòng)體等效為一直徑 D=70mm， 長(zhǎng)為 200mm 的圓柱體。則重量 m=pv =pπ D2L/4 （ 49） =6kg 取物重 10kg 平均直徑 D=50mm， 則由 G=mg=pvg 所以： L=4m / pπ D2 = 653mm （ 410） 將手部等效為 150mm，直徑為 60mm 的圓柱體，則 m=pv= 14 （ 411） 其中： 2 2 2m122m12J= R +m x 1 .J = + m x = 2. 1 kg. mk g m?22 2 2工 件（ 1 + 3 ）（ 1 3R ） + 所以：M 175 J+J t??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. 017 5 J+ J t??慣 工 件起（ ） 15 其中?? 50b mm? 1b? 45R mm? 20r 10MPap取 cpR mm??? 則 M封= 2封= 12=+M M封 封 封= = kgfm （ 414） ： D /2 22pd/2= bp 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 pd/2= bp d =b/ 2 ( R r ) p?回 回 回 == ： =+M M M M M??驅(qū) 回偏 封 慣 = + + + =14. 19kgf 22 () 220 .58pb D d k gf?驅(qū) 則 `MM?驅(qū) 驅(qū) 所以： 所設(shè)計(jì)的相關(guān)尺寸滿足，強(qiáng)度要求合理。 ： QS = Q +Q