【導讀】動定位、夾緊以及工件的回放。該機構主要由自動安裝夾具，坯料、工件拾取機。械手，動力及控制系統(tǒng)組成。俯仰等運動實現(xiàn)的，這些運動均由氣缸驅動獲得。上下料，單臂機械手的運動與漲胎心軸的張合需進行緊密配合。

　　

【正文】 =得： 活塞式氣缸內徑 64 2 5 9 . 21 . 2 6 1 . 2 6 2 6 . 1 90 . 6 1 0D m mpp??? ? ? ? ?? （ 4— 2） 根據標準化氣缸系列的數(shù)值進行圓整，得 D=32mm。 （ 5）活塞桿直徑的確定與驗算 取活塞桿直徑 d=10mm，按下式進行驗算： ? ? ? ?4 1 .1 3ppd ? ? ??? （ 4— 3） 代入數(shù)值，得 62 6 9 .21 .1 3 2 .45 8 1 0d m m???， 成立。 故活塞桿直徑滿足強度要求。 （ 6）氣缸筒壁厚的確定與驗算 哈爾濱工業(yè)大學成人高等教育本科生畢業(yè)設計（論文） 22 氣缸內徑確定后，根據機械設計手冊，其壁厚選取為 t=5mm,根據下式進行強度驗算： ? ?2pDt ?? （ 4— 4） 代入數(shù)值得 660 .6 1 0 3 2 3 .22 3 1 0t m m??????， 成立。 故該缸筒壁厚滿足強度要求。 （ 7）氣缸進排氣口螺孔直徑的確定 氣缸進排氣口螺孔的大小與空氣消耗量（缸徑、活塞桿直徑、活塞的平均速度等）及供氣壓力均有關系，故難于準確計算。根據機械設計手冊，按缸徑查取。 根據 D=32mm，查得，進排氣口螺孔直徑規(guī)格為 d=M6 1。 （ 8）活塞的厚度取決于密封圈的種類和排數(shù)。氣缸筒與活塞、活塞桿與活塞、氣缸筒與氣缸蓋、活塞桿與氣缸蓋之間均選用 0 形橡膠密封圈，其溝槽尺寸皆為標準值。 （ 9）連接螺栓直徑的確定與驗算 根據螺栓材料與載荷，初定螺栓直徑 d=6mm，按下式進行驗算： 2bApd xn?? （ 4— 5） 代入數(shù)值，得： 2682 3 2 0 .6 1 042 .214 1 0 48d m m?? ? ? ???? ? ?，成立。 故螺栓直徑符合要求。 臂部設計 工業(yè)機器人的臂部一般具有 2～ 3個自由度，即伸縮、回轉或俯仰。臂部總重量較大，受力一般較復雜，在運動時，直接承受腕部、手部和工件（或工具）的靜、動載荷，尤其高速運動時，將產生較大的慣性力（或慣性力矩），引起沖擊，影響定位的準確性。 臂部 設計的基本要求 臂部的結構形式必須根據機器人的運動形式、抓取重量、動作自由度、運動哈爾濱工業(yè)大學成人高等教育本科生畢業(yè)設計（論文） 23 精度等因素來確定。同時，設計時必須考慮到手臂的受力情況，油（氣）缸及導向裝置的布置、內部管路與手腕的連接形式等因素。因此設計手臂時一般要注意下述要求： （ 1）剛度要求高 為防止臂部在運動過程中產生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。工字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭轉剛度都比實心軸大的多，所以常用鋼管作臂桿及導向桿，用工字鋼和槽鋼作支撐板。 （ 2）導向性要好 為防止手臂在直線運動中，沿運動軸線發(fā)生相對轉 動，或設置導向裝置，或設計方形、花鍵等形式的臂桿。 （ 3）重量要輕 為提高機器人的運動速度，要盡量減小臂部運動部分的重量，以減小整個手臂對回轉軸的轉動慣量。 （ 4）運動要平穩(wěn)，定位精度要高 由于臂部運動速度越高，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運動既不平穩(wěn)，定位精度也不高。因此，除了臂部設計上要力求結構緊湊、重量輕外，同時要采用一定形式的緩沖措施。 手臂的常用機構 （ 1）手臂直線運動機構 機器人手臂的伸縮、橫向移動均屬于直線運動。實現(xiàn)手臂往復直線運動的機構形式比較多，常用的有活塞油（氣） 缸、齒輪齒條機構、絲杠螺母機構以及連桿機構等。由于活塞油（氣）缸的體積小、重量輕，因而在機器人的手臂結構中應用比較多。 （ 2）手臂回轉運動機構 實現(xiàn)機器人手臂回轉運動的機構形式是多種多樣的，常用的有葉片式回轉缸、齒輪傳動機構、 鏈輪傳動機構、活塞缸和連桿機構等。 機械手手臂需完成的是伸縮運動，故采用活塞氣缸。 手臂伸縮運動氣缸的設計計算 計算臂部運動驅動力，要把臂部所受的全部載荷考慮進去。機械手工作時，臂部所受的負荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。 臂部作水平伸縮運動時，首先要克服摩擦阻力， 包括氣缸與活塞之間的摩擦阻力及導向桿與支撐滑套之間的摩擦阻力等，還要克服啟動過程中的慣性力。其驅動力 Pq可按下式計算 Pq=Fm+Fg （ 4— 6） 式中， Fm— 各支撐處的摩擦阻力， N； 哈爾濱工業(yè)大學成人高等教育本科生畢業(yè)設計（論文） 24 Fg— 啟動過程中的慣性力， N,其大小可按下式估算 Fg=Ma （ 4— 7） 式中， M— 手臂伸縮部件的總質量， kg； a— 啟動過程中的平均加速度， m/s2。 而平均加速度 a 可按下式計算 va t??? （ 4— 8） 式中， v? — 速度增量， m/s； t? — 升降速過程所用時間， s，一般為 ～ 。 （ 1）工件質量 m1=5kg 手爪部件質量 m2=++= 手臂伸出的總質量 M1=5+++++= 取動摩擦系數(shù) f=，則 Fm=fM1g= = 由于手臂的運動速度很小，啟動過程中的慣性力可略去不計。那么，驅動力Pq=Fm= （ 2） 根據機械設計手冊，由預算確定的所需氣缸軸向輸出力 — 推力 Q=得： 活塞式氣缸內徑 61 4 .21 .2 6 1 .2 6 6 .10 .6 1 0QD m mp? ? ? ?? （ 4— 9） 根據標準化氣缸系列的數(shù)值 進行圓整，得 D=32mm。 （ 3）活塞桿直徑的確定與長度的驗算 取活塞桿直徑 d=20mm， L=400mm L/d＞ 10 且活塞桿受壓時，其長度 按下式進行驗算： 53 .6 1 0k mAL L d pn? ? ? （ 4— 10） 式中， m— 與氣缸安裝方式有關的安裝系數(shù)； A— 活塞桿的橫截面積， mm2； p— 活塞桿承受的軸向壓力， N； n— 安全系數(shù)，一般取 n=2～ 4. 代入數(shù)值，得 2653 2 20 1043. 6 10 20 10 27 64 414 .2 3kL L m m? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??， 成立。 哈爾濱工業(yè)大學成人高等教育本科生畢業(yè)設計（論文） 25 故活塞桿長度滿足要求。 （ 4）氣缸筒壁厚的確定與驗算 氣缸內徑確定后，根據機械設計手冊，其壁厚選取為 t=5mm,根據下式進行強度驗算： ? ?2pDt ?? （ 4— 11） 代入數(shù)值得 660 .6 1 0 3 2 3 .22 3 1 0t m m??????， 成立。 故該缸筒壁厚滿足強度要求。 （ 5）氣缸進排氣口螺孔直徑的確定 根據機 械設計手冊，按缸徑 D=32mm，查得，進排氣口螺孔直徑規(guī)格為 d=M6 1。 （ 6）氣缸筒與活塞、活塞桿與活塞、氣缸筒與氣缸蓋、活塞桿與氣缸蓋之間均選用 0 形橡膠密封圈，其溝槽尺寸皆為標準值?；钊暮穸热Q于密封圈的排數(shù)。 （ 7）連接螺栓直徑的確定與驗算 根據螺栓材料與載荷，初定螺栓直徑 d=6mm，按下式進行驗算： 2bApd xn?? （ 4— 12） 代入數(shù)值，得： 2682 3 2 0 .6 1 042 .214 1 0 48d m m?? ? ? ???? ? ?，成立。 故螺栓直徑符合要求。 機身設計 概述 機身，又稱為立柱。機器人必須有一個便于安裝的基礎件，這就是工業(yè)機器人的機座，機座往往與機身做成一體。機身是支撐臂部的部件。一般實現(xiàn)升降、回轉和俯仰等運動，常有 1 至 3 個自由度。 機身設計時要注意下列問題： 哈爾濱工業(yè)大學成人高等教育本科生畢業(yè)設計（論文） 26 （ 1）要有足夠的剛度和穩(wěn)定性； （ 2）運動要靈活，升降運動的導套長度不宜過短，避免發(fā)生卡死現(xiàn)象，一般要有導向裝置； （ 3）結構布置要合理。 通常機身具有回轉、升降、回轉與升降、回轉與 升降以及俯仰共 5 種運動，采用哪一種自由度形式由工業(yè)機器人的總體設計來定。比如，圓柱坐標式機器人把回轉與升降 2 個自由度歸屬于機身；球坐標式機器人把回轉與俯仰 2 個自由度歸屬于機身；關節(jié)坐標式機器人把回轉自由度歸屬于機身；直角坐標式機器人有時把升降，有時把水平移動一個自由度歸屬于機身。 機械手機身需要完成回轉及俯仰運動。回轉運動采用活塞氣缸與齒輪齒條組成的機構驅動；手臂的俯仰運動采用活塞氣缸與連桿機構來實現(xiàn)。驅動手臂俯仰運動的活塞氣缸位于手臂的下方，其活塞桿和手臂用鉸鏈連接，缸體通過采用尾部耳環(huán)方式與支撐立柱相連 接。 臂部俯仰運動氣缸的設計計算 作垂直運動時，除克服摩擦力之外，還要克服自身運動部件的重力和其承受的手臂、手腕、手部、工件等的總重力以及升降運動的全部部件慣性力，其驅動力可按下式計算 Pq=Fm+Fg+W （ 4— 13） 式中， Fm— 各支撐處的摩擦力， N； Fg— 啟動時的總慣性力， N； W— 運動部件的總重力， N。 （ 1）氣缸舉升的總質量為 M2=+++++= W=M2g= =120N Fm=fW= 120= 那么，驅動力 Pq=+120= （ 2）根據機械設計手冊，由預算確定的所需氣缸軸向輸出力 — 推力 Q=得： 活塞式氣缸內徑 61 4 1 . 61 . 2 6 1 . 2 6 1 9 . 40 . 6 1 0QD m mp? ? ? ?? （ 4— 14） 根據標準化氣缸系列的數(shù)值進行圓整，得 D=32mm。 （ 3）活塞桿直徑的確定與驗算 取活塞桿直徑 d=20mm，按下式進行驗算： ? ? ? ?4 1 .1 3ppd ? ? ??? （ 4— 15） 哈爾濱工業(yè)大學成人高等教育本科生畢業(yè)設計（論文） 27 代入數(shù)值，得 61 4 1 .61 .1 3 1 .85 8 1 0d m m???， 成立。 故活塞桿直徑滿足強度要求。 （ 4）氣缸筒壁厚的確定與驗算 氣缸內徑確定后，根據機械設計手冊，其壁厚選取為 t=5mm,根據下式進行強度驗算： ? ?2pDt ?? （ 4— 16） 代入數(shù)值得 660 .6 1 0 3 2 3 .22 3 1 0t m m??????， 成立。 故該缸筒壁厚滿足強度要求。 （ 5）氣缸進排氣口螺孔直徑的確定 根據機械設計手冊，按缸徑 D=32mm，查得，進排氣口螺孔直徑規(guī)格為 d=M6 1。 （ 6）氣缸筒與活塞、活塞桿與活塞、氣缸筒與氣缸蓋、活塞桿與氣缸蓋之間均選用 0 形橡膠密封圈，其溝槽尺寸皆為標準值?；钊暮穸热Q于密封圈的排數(shù)。 （ 7）連接螺栓直徑的確定與驗算 根據螺栓材料與載荷，初定螺栓直徑 d=6mm，按下式進行 驗算： 2bApd xn?? （ 4— 17） 代入數(shù)值，得： 2682 3 2 0 .6 1 042 .214 1 0 48d m m?? ? ? ???? ? ?，成立。 故螺栓直徑符合要求。 回轉運動氣動裝置的設計計算 回轉運動驅動力矩只包括兩項：回轉部件的摩擦總力矩；機身自身運動部件和其攜帶的手臂、手腕、手部、工件等總慣性力矩，故驅動力矩可按下式計算 Mq=Mm+Mg （ 4— 18） 哈爾濱工業(yè)大學成人高等教育本科生畢業(yè)設計（論文） 28 式中， Mm— 總摩擦阻力矩， N m； Mg— 各回轉運動部件總慣性力矩， N m。 而，