【導(dǎo)讀】機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)，是機器人的關(guān)鍵部件之一。等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機電一體?；牡湫痛韮x器之一。本文介紹的是機械手的工作過程，機械手抓取機構(gòu)的設(shè)計，以及由PLC輸出三路脈沖，本課題擬開發(fā)的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在。高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。

　　

【正文】 0?手抓? mm1200?手腕? mm900?手臂? mmGGGG GGGG 9 7 8 0 0 0 ???????? ????手臂手腕手抓工件手臂手臂手腕手腕手抓手抓工件工件 ????? 工業(yè)機械手的設(shè)計 20 所以偏轉(zhuǎn)力矩 mNGM ????? 97 2280 0?總偏 式中 ? — 重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 (mm) 升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 ［ 7］ 手臂在 總G 的作用下有向下的趨勢，而立柱導(dǎo)套則防止這種趨勢 。 由力平衡條件得： ?總GhFR ?2 hGFR ?總?2 所謂不 自鎖的條件為： fFFFFG R 2221 22 ????總 取 ?f 即 fhGG ?總總 2? 也即 mmh ???? ? NhGF R ???? ?總 因此在設(shè)計中必須考慮到立柱導(dǎo)套長度大于 mm391 。 式中 f — 摩擦系數(shù) ； h — 立柱導(dǎo)套的長度 ； 手臂升降 驅(qū)動力的計算 由手臂升降驅(qū)動力的公式得： 總密回慣摩驅(qū) GFFFFF ????? （ 1） 摩F 的計算 fFF R22?摩 取 ?f 又因為 NFR ? 所以 NfFF R 5 0 122 2 ?????摩 （ 2） 慣F 的計算 經(jīng)計算 tg vGF ??? 總慣 式中 v? — 由靜止加速到常速的變化量 )/( smm 。 t? — 啟動過程時間 )(t ， 一般取 ss ~ 。 手臂啟動速度 smmv /83?? ，啟動時間 st ?? ， kgNg /? ，帶入數(shù)據(jù)得 ： Ntg vGF 0 00 ??????? 總慣 （ 3） 密F 的計算 21 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O 型密封圈，當液壓缸 工作壓力小于 MPa10 時，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為： 驅(qū)密 FF ? （ 4） 回F 的計算 一般背壓阻力較小，為了計算方便，將其省略。 經(jīng)過以上分析計算，液壓缸的驅(qū)動力為： ????????? 驅(qū)總慣回密摩驅(qū) FGFFFFF 所以 當液 壓缸向上驅(qū)動時 NF ?驅(qū) 當液壓缸向下驅(qū)動時 NF ?驅(qū) 手臂升降液壓缸參數(shù)計算 經(jīng)過上面計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 驅(qū)F ， 因此選擇液壓缸的工作壓力MPaP 1? ，為了滿足要求，此時取 NF ?驅(qū) 進行計算 。 （ 1）液壓缸內(nèi)徑計算： 當油進入無桿腔： ??? 4 211 DPFF ??驅(qū) 當油進入油桿腔： ??? 4 )( 2222 dDPFF ???驅(qū) 液壓缸的有效面積： 1PFS? 所以 ??? 11 PFPFD ?? （ 無桿腔 ） 214 dPFD ?? ?? (有桿腔 ) 式中 驅(qū)F — 手臂升降液壓缸驅(qū)動力 )(N ； D — 液壓缸內(nèi)徑 )(mm ； d — 活塞桿直徑 )(mm ； ? — 液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取 ?? ； 1P — 液壓缸的工作壓力 )(MPa ； 帶入數(shù)據(jù)得： mPFPFD 0 5 1 9 9 611 ??????? ??? 驅(qū)驅(qū) 工業(yè)機械手的設(shè)計 22 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB82666），選取液壓缸的內(nèi)徑為： mmD 55? （ 2） 活塞桿直徑計算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求，對于桿長 l 大于直徑 15 倍 )15( dl? 的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定性。 按強度條件決定活塞桿直徑 d 按拉壓強度計算： ［ 7］ ][42 ??? ?? dF驅(qū) 設(shè)活塞桿材料為碳鋼，碳鋼 M Pa12 0~10 0][ ?? ， 取 MPa100][ ?? 即 mFd ][4 6 ?????? ?? 驅(qū) 根據(jù)活塞桿直徑系列（ JB82666）選取活塞桿直徑 mmd 6? 所以手臂升降液壓缸主要參數(shù)為： 表 手臂升降液壓缸主要參數(shù) 液壓缸內(nèi)徑 D 活塞桿直徑 d 工作壓力 p 驅(qū)動力 F 55mm 6mm 1MPa 機械手手臂 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的計算 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩計算 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩 回密慣驅(qū) MMMM ??? （ 1） 慣M 的計算 tJJM ???? ?? 00慣 gGJJ c 20 ?總?? 而 12 )3( 22 RlmJc ?? 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個高 mm1500 ， 半徑為 mm60 的圓柱體，圓柱體重量為NG 800?總 ， 設(shè)啟動角速度 srad /??? ， 啟動時間 st ?? 。 所以 22222 2512 )( 2 9 612 )3( smNRlmJ c ???????? 2220 2 2 2 smNgGJJ c ???????? ?總 mNtJJM ???????? 00 ??慣 （ 2） 密M 與 回M 的計算 23 為了計算方便，密封處的摩擦阻力矩 驅(qū)密 MM ? ，由于回油背差一般非常的 小，故在這里忽略不計，即 0?回M 。 因此 ?????? 驅(qū)回密慣驅(qū) MMMMM 即 mNM ?? 476驅(qū) 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)計算 設(shè) mmb 60? ，液壓缸工作壓力 MPaP 4? ， mmd 50? ，則由 8 )( 22 dDPbM ??驅(qū) 得 mdbPMD 47688 262 ???????? 驅(qū) 所以取液壓缸內(nèi)徑為 mm140 式中 D— 液壓缸內(nèi)徑 )(mm ； P — 回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力 )(MPa ； b — 動片寬度 )(mm ； d — 輸出軸與動片聯(lián)接處的直徑 )(mm ； 所以手臂回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù)為： 表 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù) 工作壓力 p 液壓缸內(nèi)徑 R 輸出軸直徑 r 驅(qū)動力矩 M 動片寬度 B 4MPa 140mm 50mm 476N?m 60mm 液壓缸蓋螺釘計算 由表 4 可以看出螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系： t 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓力有關(guān)，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為： ??? Qss FFF QF 為工作載荷 ， ?QsF 為預(yù)緊力 液壓缸工作壓力為 MPaP 4? ,所以螺釘間距 t 小于 mm100 ,試選擇 8 個螺釘mmD 3 ?????? ，所以選擇螺釘數(shù)目合適 8?Z 個 ,危險截面面積 22222 0 1 2 5 mrRS ?????? ?? NZSPF Q 62808 6 ????? 工業(yè)機械手的設(shè)計 24 ）（ ~??? KKFF s 取 ?K 則 NKFF s ????? 所以 NFFF Qss 1 5 7 0 09 4 2 06 2 8 0 ?????? 螺釘?shù)膹姸葪l件為： ][421??? ??? d FQs合 式中 D — 動片外徑 )(mm ； ][? — 螺釘材料的許用拉應(yīng)力 )(MPa ； 1d — 螺釘螺紋內(nèi)徑 )(mm ； 螺釘材料選擇 235Q ， 取 MPas 240?? ， 則 )~(][ ???? nM P an s?? 即 mFd Qs 0 1 2 1 5 7 0 ][ 61 ??? ????? ?? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 mmd 141 ? 經(jīng)過以上的計算，需要螺釘來聯(lián)接，最終確定液壓缸的截面尺寸，內(nèi)徑為 mm140 ，外徑為 mm240 ， 輸出軸直徑為 mm50 。 動片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘 由 2)(8 22 dZfFdDbPQs ??? 得 NdDZ f dbPF Qs 15996)( )(4 22622 ????? ?????? 式中 f — 被聯(lián)接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對銅取 ?f ； D — 動片外徑 )(mm ； d — 動片與輸出軸配合處直徑 )(mm ； ?QsF — 動片和輸出軸間聯(lián)接螺釘?shù)念A(yù)緊力 )(N ； b — 動片寬度 )(mm ； 螺釘?shù)膹姸葪l件為： ][421??? ???? d FQs合 P — 回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力 （ Pa ） ； 25 螺釘材料選擇 235Q ， 取 MPas 240?? ， 則 )~(160][ ???? nM P an s?? 即 mFd Qs 0 1 2 1 5 9 9 ][61 ????????? ?? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 mmd 141 ? ， 選擇 14M 的開槽盤頭螺釘 。 式中 ][? — 螺釘材料的許用拉應(yīng)力 )(MPa ； 1d — 螺釘?shù)闹睆?)(mm ； 小結(jié)與展望 26 第三 章 小結(jié) 與展望 本次設(shè)計的是送料機械手，相對與專用機械手，送料機械手的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用范圍更廣。采用的是液壓傳動，動作迅速，反映靈敏，能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。工作環(huán)境適應(yīng)好，不會因環(huán)境的變化影響傳動及控制性能，阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境，同時成本低廉。 機械手采用PLC 控制，具有可靠性高改變程序靈活等優(yōu)點，無論是進行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定 PLC 程序來實現(xiàn)?？筛鶕?jù)機械手的動作程序來修改程序，使機械手通 用性更強。 通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我了解了機械手的很多相關(guān)知識，使我也了解了當前國內(nèi)外在此方面的一些先進生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機械手設(shè)計的一般過程，通過對機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了系統(tǒng)的分析，掌握了一定的機械設(shè)計方面的知識，為以后的工作學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。 現(xiàn)在工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，代替人從事繁重、危險的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明顯，至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部門，機械手的應(yīng)用情況不能說是很好的，其原因之一是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些工業(yè)部門的要求，適合機械手工作的范 圍很狹小，另外經(jīng)濟性問題也很重要，利用機械手節(jié)約人力從經(jīng)濟上看不一定總是合算的。然而利用機械手實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題獲得解決，機械手的應(yīng)用必將飛躍發(fā)展。 本次畢業(yè)設(shè)計只是對機械手的手部、腕部、臂部以及機身做了系統(tǒng)的設(shè)計計算，由于經(jīng)驗知識水平的局限，設(shè)計難免有不到之處，望老師見量、指正。 27 參考文獻 [1] 徐灝 .機械設(shè)計手冊 [M]. 機械工業(yè)出版社 .2020. [2] 濮良貴 .機械設(shè)計 .高等教育出版社 [M].2020. [3] 丁樹模 等 .液壓 與氣壓傳動 [M]. 機械工業(yè)出版社 .2020. [4] 唐立新 .馬建華 .工業(yè)機械手 的設(shè)計 [J]. 中小企業(yè)管理與科技（下旬刊） .2020. [5] 孫恒 等 .機械原理 [M].高等教育出版社 .2020. [6] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室 [M].理論力學(xué) . 高等教育出版社 .2020. [7] 劉鴻文 .材料力學(xué) .高等教育出版社 [M].2020. 致謝 28 致 謝 本設(shè)計及論文是在我的指導(dǎo)老師于瀟澤 及 機械工程學(xué)院 諸位老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他們嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精 的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從 論文 的選擇到項目的最終完成， 于 老師和各位專業(yè)老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此謹向各老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過四年生活的 08 農(nóng)機班各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們 !