【導(dǎo)讀】動(dòng)范圍進(jìn)行規(guī)劃，運(yùn)動(dòng)路線的調(diào)整，及其本機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)一種五自由度搬運(yùn)機(jī)器手，包括。塞桿校核，伸縮油缸活塞桿校核，俯仰油缸活塞桿校核。據(jù)最終確定后，本設(shè)計(jì)還對(duì)機(jī)械手的三維效果圖在第6章進(jìn)行了繪制。

　　

【正文】 圖如下： 圖 411 手臂結(jié)構(gòu)受力圖 設(shè)重心于 `o’處，則有： oM(F)=0? = + + G + G ? ? ?臂 伸 缸 俯 缸（ 4 0 0 ） G （ 124 ） （ 80 ） = + + + ? ? ?? ? ?32 （ 400 ） （ 124 ） （ 80 ） = 9. 2 +3 2 + 2. 2 = 43. 4 kgf總 G 手臂可以近似看成一根桿： L=800mm 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 24 20z=+gGJJ ? =1/12+? +? /10 = 2m 180 / 180 = 0. 36 r a d/s5t = W? ? ??π 所以： 0= = 6 .0 5 ra d /sMJ ????慣 ： D 222d p2= b p d = b /2 ( R r ) pM ??回 回 回 其中： p回 =1MPa b=80mm R=50mm r=20mm 則： 22=b/2 ( R r ) pM 回 回= kgfm `=MM驅(qū) 驅(qū) `2=pb d /8M 2驅(qū) （ D ） 其中 d=4mm 28 d 9 5 m mpbMD ? ? ?驅(qū) ： 0? = s+?? 式子中： ? — 工作載荷 s? — 預(yù)緊力 ? = P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 大臂升降結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大臂是整個(gè)機(jī)械手的支撐部件，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械手大范圍的升降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 （ 1） 要有足夠的承載力 （ 2） 要有足夠的剛度和強(qiáng)度 （ 3） 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 ： 圖 412 大臂受力圖 G— 升降油缸個(gè)部件的重力 f— 摩擦力 P上 — 上升驅(qū)動(dòng)力 G = G + G + G + G + 臂 俯 伸 空 桿Ｇ G臂 = kgf 桿Ｇ = kgf G + G + G俯 伸 空 = kgf G = + + = kgf 根據(jù)力矩平衡方程： G + f = P上 P上 = / () = kgf =kPP驅(qū) 上 k為安全系數(shù) k= P驅(qū) = ? = ： 由式子： 424 p dpdPD ?? ππ （ 421） = 所以取 D 為 110mm ， d 為 60mm ： 0? = s+?? 式子中： ? — 工作載荷 s? — 預(yù)緊力 ? =P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)?強(qiáng)度條件為： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 26 ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 s? — 材料的屈服極限 n— 安全系數(shù) 直到現(xiàn)在，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手的機(jī)構(gòu)尺寸基本確定，其移動(dòng) 將根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求適當(dāng)調(diào)整。 手部驅(qū)動(dòng)油缸油孔尺寸計(jì)算 活塞運(yùn)動(dòng)速度 v 取 , 油的流速為 3m/s 則油缸中每秒通過油量為 ： Q=VS =? 2 620 104? ?π =? 610 3m 則油孔中每秒通過的流量： 2` d v4Q ?油π `? 所以： 2` d v4Q ?油π 得 d = 所以取油孔尺寸為 4mm 腕部回轉(zhuǎn)油缸油孔尺寸確定 油缸每秒進(jìn)入油量 ： 22( r ) l2RQ ??? （ ? 為 45 度每秒） = ? 610 3m 而油孔每秒流入的流量： 2` d v4Q ?油π 由 `? 所以： 2d v4Q?油π 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 4Qd=v油π = 取油孔尺寸為 ： 4mm 大臂回轉(zhuǎn)油缸油孔尺寸確定 油缸每秒進(jìn)入的油量： 22( r ) l2RQ ??? （ ? 為 15度每秒） （ 422） = ? 610 3m 而油孔每秒流入的流量： 2` d v4Q ?油π 由 ： `? 所以： 4Qd=v油π = 取油孔尺寸為 ： 6mm 大臂升降油缸油孔尺寸確定 活塞運(yùn)動(dòng)速度 v 取 ,油的流速為 3m/s 則油缸中每秒通過油量： 2 6200 .0 5 1 04Q V S ?? ? ? ?π （ 423） = ? 610 3m 而油孔中每秒通過的流量： 2` d v4Q?油π 4Qd=v油π = mm 所以取油孔尺寸 d 為 8mm 伸縮臂油缸油孔尺寸確定 活塞運(yùn)動(dòng)速度 v 取 ,油的流速為 3m/s 則油缸中每秒通過油量： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 28 2 6200 .0 5 1 04Q V S ?? ? ? ?π =? 610 3m 而油孔中每秒通過的流量： 2` d v4Q ?油π 由 `? 所以： 2d v4Q?油π 4Qd=v油π 64 10=3???π = 所以 ：取油孔尺寸 d=6mm 本章小結(jié) 本章對(duì)各個(gè)部分的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，包括手部夾持器、腕部回轉(zhuǎn)油缸，腕部伸縮油缸、小臂伸縮油缸、大臂回轉(zhuǎn)油缸、大臂升降油缸、伸縮臂油缸的型號(hào)選擇，及其各個(gè)油缸的活塞、活塞桿計(jì)算，各個(gè)油缸進(jìn)出油口尺寸的確定。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 第 5章 各油缸活塞桿校核 手部驅(qū)動(dòng)油缸活塞桿校核 ： 22500d /4 /4P? ??π π （ 51） = 碳鋼 ??? 取 100 ~120 MPa 所以： ?? ??? 強(qiáng)度條件滿足。 2． 穩(wěn)定性校核： 條件： kkPP n? （ 52） 其中 kP —— 臨界力 ； kn 取 2~4 ； l?? ?? ? 取 ， L取 40mm ? =d/4 = 5mm 則： l?? ?? =4 2? =60 腕部回轉(zhuǎn)油缸活塞桿校核 在本設(shè)計(jì)中，手爪夾緊油缸腕部等效成一個(gè)圓柱體，由上面的論述可知，該圓柱體重量是 33N。 所以： 1 = 133G G G N?? 工 件 腕部活塞桿受力圖如下： 圖 51 腕部活塞桿受力圖 F=G=133N ,相應(yīng)產(chǎn)生的彎矩為 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 30 M=GL= 則應(yīng)力強(qiáng)度校核： 先求支反力 由 0AM?? , 0BM ?? 得 ： 80 70APF? ? ? 80 70APF? ? ? F= 123 N 所以 ： AP =116N 同理可求得： BP = 249 N CMM? = 所以按第三強(qiáng)度理論校核： 2d /32CW ?π = 10 m?? c= CCMW?= 而 : ??? = 0n? =294MPa c? 所以軸強(qiáng)度條件符合。 伸縮油缸活塞桿校核 ： 2d /4P??π = 查表 15— 1 得到： ? ?=650 aMP? 所以： ?? ??? 活塞桿強(qiáng)度條件滿足。 2. 穩(wěn)定性校核 ： 桿長 l 為 300mm ，桿徑 d 為 40mm 因?yàn)? 300 15 ? 40 = 600 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格。 俯仰油缸活塞桿校核 ： 2d /4P??π= MPa 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 查表 15— 1 得到： ? ?=650 aMP? 所以： ?? ??? 活塞桿強(qiáng)度條件滿足。 ： 桿長 l 為 200mm ， 桿徑 d 為 30mm 因?yàn)? 200 15 ? 30 = 450 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格 。 本章小結(jié) 本章設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)各個(gè)油缸的活塞桿進(jìn)行了強(qiáng)度校核。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 32 第 6章 總體三維圖 總體三維圖 經(jīng)過以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總體外觀圖的規(guī)劃，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其調(diào)試， 現(xiàn)繪制出五自由度液壓搬運(yùn)機(jī)械手的總體外觀三維圖如下： 圖 61 總體主視圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 圖 62 一定角度總體視圖 圖 63 手爪放大圖 本章小結(jié) 經(jīng)過以上幾章的方案確定、設(shè)計(jì)分析、校核計(jì)算，本章最終對(duì)總體效果圖進(jìn)行了三維圖的繪制，其效果如上。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 34 結(jié)論 在社會(huì)的發(fā)展中，人類追求效率的提高，離不開機(jī)器人的幫助，機(jī)械手作為機(jī)器人重要的一部分，關(guān)系著機(jī)器人發(fā)展的步伐快慢。本文以搬運(yùn)機(jī)械手為例論述了有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)方面的一些問題，得出以下結(jié)論： 首先，理論分析方面，注重理論與實(shí)際相結(jié)合，考慮到各種驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，最后選擇了液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)驅(qū)動(dòng)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 能方便的進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。 （ 2） 體積小、重量輕、功率大。 （ 3） 控制和調(diào)節(jié)簡單、方便、省力；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過載保護(hù)。 （ 4） 可以實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 （ 5） 因?yàn)閭鲃?dòng)介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤滑的作用，使用壽命長。 （ 6） 液壓元件