【文章內(nèi)容簡介】 運到指定位置。 （ 4） 腰部 :機身是支撐機器手所有部件的部位及其零件，是整個機械手的基礎(chǔ)。 搬運機械手的運動及驅(qū)動方式 1． 機械手的運動 機械手的運動包括自由度數(shù)和運動范圍 本機械手采用雙抓，這是因為它具有以下優(yōu)點： (a) 運動靈活 (b) 工作空間大 (c) 關(guān)節(jié)驅(qū)動處容易密封，防塵 (d) 作效力大大的提高了 (e) 工作要求低 2． 自由度數(shù) 自由度是機械手設(shè)計中的重要參數(shù)，每個運動部件所具有的獨立運動的數(shù)目稱為自由度，自由度是衡量機械手設(shè)計水平的重要指標，自由度越多的機械手能完成的運動越 復雜，技術(shù)難度越大，控制定位越困難，安裝越復 雜，成本高，因此在具體問題中盡量減少自由度， 本機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 個自由度完全滿足工作要求。 3． 運動范圍 關(guān)節(jié) 3 結(jié)構(gòu)的運動范圍和形狀取決于大臂和小臂的長度比，本機械手大臂長 600mm，小臂長 800mm，具體范圍見后圖。圖中矩形為包容區(qū)域 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 6 圖 22 機械手水平面的運動范圍 圖 23 空間轉(zhuǎn)動范圍 4． 運動傳動方式 運動傳 動方式是將動力源的運動傳遞到實現(xiàn)自由度運動的過程，本設(shè)計中將直線油缸的直線運動轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)運動傳遞出去，針對結(jié)構(gòu)的需要和驅(qū)動力的大小，各自由度的運動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． 機械手的驅(qū)動方式 采用液壓驅(qū)動的優(yōu)點是： （ 1） 速度反映性好 。 因為被驅(qū)動部件的速度快慢取決于油液 容積變化，所以當不考慮溫度變化的時候，被驅(qū)動系的滯后幾乎不存在，而且液壓機構(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） 傳動平穩(wěn)，能吸收沖擊力，可以實現(xiàn)比較頻繁而平穩(wěn)換向。 （ 4） 在產(chǎn)生相同驅(qū)動力的條件下，液壓驅(qū)動比其他驅(qū)動方式體積小， （ 5） 定位精度高 哈爾濱理工大學學士學位論文 7 （ 6） 驅(qū)動力或力矩大 存在的不利因素有： （ 1） 液壓系統(tǒng)存在泄漏對機構(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機構(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的性能 本章小結(jié) 本章對總體方案的設(shè)計進行了確定，規(guī)劃了搬運機械手的三大組成部分，進而對三大組成部分進行了設(shè)計分析，確定了搬運機械手的運動方式及其驅(qū)動源，設(shè)計了運動范圍及回轉(zhuǎn)角 度，對液壓驅(qū)動方式的優(yōu)缺點進行了比較。 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 8 第 3章 基本參數(shù)及 二維 外觀圖 基本參數(shù) ： 工業(yè)機械手 ： 搬運 ： 5 （腕部轉(zhuǎn)動、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 運動自由度 動作范圍 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. 重復定位精度： +2mm 8. 驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動 9. 驅(qū)動源 ：液壓油泵 總體外觀圖 外觀圖簡圖 圖 31 機械手結(jié)構(gòu)簡圖 1— 手腕 2— 小臂 3— 俯仰缸 4— 大臂 哈爾濱理工大學學士學位論文 9 液壓原理 設(shè)計 圖截圖 圖 35 液壓控制工作原理圖 表 32電 磁鐵動作循環(huán)表 現(xiàn)將本機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)油缸順時針旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)大臂周向定位 （ 2） 電磁鐵 9通電， 大臂升降油缸伸出，實現(xiàn)大臂軸向定位 （ 3） 電磁鐵 7通電，伸縮臂伸縮缸伸出，實現(xiàn)伸縮臂軸線定位 （ 4） 電磁鐵 5通電，小臂伸縮缸伸出，實現(xiàn)小臂的軸向定位 （ 5） 小臂到達伸出一定距離，碰到行程開關(guān) 14，之后將電磁鐵 3 接哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 10 通實現(xiàn)手爪旋轉(zhuǎn)缸體的運動。 （ 6） 電磁鐵 3通電，手爪旋轉(zhuǎn)缸順時針旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手爪的周向定位 （ 7） 電磁鐵 1通電，手爪伸縮缸伸出，實現(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)油缸逆時針旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手爪的周向定位。 (10) 電磁鐵 6 通電，小臂伸縮油缸回縮，實現(xiàn)小臂的軸向定位。 （ 11） 電磁鐵 9 通電，伸縮臂回縮，實現(xiàn)伸縮臂軸線定位。 （ 12）電磁鐵 11 通電， 大臂升降油缸下降，實現(xiàn)大臂軸向定位。 （ 13）電磁鐵 13 通電，大臂旋轉(zhuǎn)油缸逆時針旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)大臂周向定位。 在參考了眾多機械手手部 的結(jié)構(gòu)后，結(jié)合自己的設(shè)計要求，現(xiàn)在設(shè)計出如上圖的液壓機械手及其驅(qū)動液壓原理裝置。 下面介紹各個液壓缸體的設(shè)計計算及其型號的選用， 機械人手部結(jié)構(gòu)形式多樣，但總的設(shè)計都有如下幾點基本要求： （ 1） 應(yīng)具有足夠的夾緊力和驅(qū)動力，手爪握力（夾緊力）大小要適宜，力量過大則動力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟；力量過小則會產(chǎn)生松動、脫落。在確定握力時，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，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載。 本章小結(jié) 本章對機械手的基本參數(shù)進行了確定，并且繪制出了總體外觀圖及液壓原理圖，同時對 液壓原理圖的工作原理進行了電磁鐵的動作表繪制，對工作周期做了具體介紹。 哈爾濱理工大學學士學位論文 11 第 4章 各部分的具體計算 手部夾持器的計算 手部夾持器設(shè)計要求 夾持兩個棒料，每個不大于 5kg 2. 各部分的長度 手腕： 300mm 手臂： 800mm 俯仰小臂： 200mm 大臂： 500mm 3. 手抓機構(gòu)分析 手部夾持器是工業(yè)機械手的關(guān)鍵部位之一，它的主要用途是夾持工件或工具按規(guī)定的動作程序來完成制定的工作，它的加緊和伸開都是自動完成的。 手部夾持器應(yīng)具有以下幾點： （ a） 足夠的夾緊力 （ b） 保證工件在手指的準確定位 ( c ) 能適應(yīng)工作環(huán)境所提出的要求 （ d）保證在強度和剛度的前提下，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 2— 手指 3— 工件 手部夾持器設(shè)計計算 進分析可知，此手抓作單支點運動，由此可知： 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 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=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 =56kg 設(shè)液壓缸直徑為 D 、 d 為半徑。 =d4PP221實 π（ D ） （ 45） 1 2 3 1 16P120 m m m mPN K K K G K P D m mD? ? ?實實 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： 30mm，活塞桿總長為 60mm 油的工作壓力 ： 2=13kgf/cmP1 Q ??1 預緊力： = kgfQ K Q Q?? 總拉長： bbmC= Q P+ C + CQF（ ）= (47) 相對剛度 : bbmCC +C（ ） =, 總拉力需增加 30% 所以： 哈爾濱理工大學學士學位論文 13 ? ?4 1 . 3 Qd 3 .2 m m????π （ 48） ? ? s s 3 sA 24 0 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)油缸計算 腕部是臂部和手部的連接部位，其作用實在臂部運動的基礎(chǔ)上進一 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，擴大手部的工作范圍。 本設(shè)計將運用回轉(zhuǎn)油缸來驅(qū)動，設(shè)計時我將考慮以下幾點： a、 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 b、 動作靈活平穩(wěn) c、 保證有足夠的剛度和強度 =+M M M M?驅(qū) 回偏 封 如下圖所示： 圖 42 腕部驅(qū)動力矩計算圖 除工件以外，將擺動體等效為一直徑 D=70mm， 長為 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= 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 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） 腕部擺動時受力圖如下 : 圖 43 腕部擺動受力圖 M 0 .01 7 5 J + J t??慣 工 件起（ ）哈爾濱理工大學學士學位論文 15 其中 ?? 50b mm? 1 5b mm? 45R mm? 20r mm? 10MPap取