【正文】 26 （ 1）查閱設(shè)計手冊，選擇油管公稱通徑、外徑、壁厚參數(shù) 液壓泵出口流量以 ，選取 6? ；液壓泵吸油管稍微粗些，選擇 8? ；其余都選為 5? ； （ 2）確定油箱的容量 一般取泵流量的 3~5 倍，這里取為 4 倍，有效容積為 V=4 qp=4 = 機械手爪各結(jié)構(gòu)尺寸的計算 我所需夾持的工件是一方形料。 （ 2）活塞桿直徑的較核 活塞桿直徑的較核公式為 ][4?? Fd? （ 311） 式中， F —— 為活塞桿上作用力； ][? —— 為活塞桿材料的許用應(yīng)力，此處 ][ b?? ? ； 帶入數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算較核得上式成立，因此活塞桿的強度能滿足工作要求。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計能否有足 24 夠的剛度來抗傾覆。 因此，在水平伸 縮缸的設(shè)計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，使其具有盡量大的剛度。經(jīng)過仔細(xì)分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數(shù)如下； 表 32 手爪執(zhí)行柱塞缸參數(shù) 缸內(nèi)徑 mm 壁厚 mm 桿直徑 mm 行程 mm 工作壓力 MPa 40 5 20 12 2 注：手爪柱塞缸工作壓力由系統(tǒng)壓力閥調(diào)定。 4=3768mm2 將各值帶入上式有， bF = 分析液壓缸各工作階段受力情況，作用在活塞上的總機械載荷為 F=2735N 液壓缸所需壓力為 P2=F247。 A2= 手爪要能抓起工件必須滿足： GkkkN 321? （ 36） 式中， N —— 為所需夾持力； 20 1k —— 安全系數(shù)，通常取 ~2； 2k —— 為動載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響可按 gak ??12 估算， a 為機械手在搬運工件過程的加速度 2 2m/s ， g 為重力加速度； 3k —— 方位系數(shù)，查表選取 13?k ； G —— 被抓持工件的重 量 8kg ； 帶入數(shù)據(jù)，計算得： N=192N； 理論驅(qū)動力的計算： ???12 NRbp （ 37） 式中， p —— 為柱塞缸所需理論驅(qū)動力； b —— 為夾緊力至回轉(zhuǎn)支點的垂直距離； R —— 為扇形齒輪分度圓半徑 ,R =20mm； N —— 為手指夾緊力； ?—— 齒輪傳動機構(gòu)的效率，此處選為 ； 其他同上。 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。 17 擬定液壓執(zhí)行元件運動控制回路 液壓執(zhí)行元件確定后，其運動方向和運動速度的控制是液壓回路的核心問題。 16 第 3 章 理論分析和設(shè)計計算 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 確定液壓系統(tǒng)基本方案 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，前者實現(xiàn)直線運動，后者實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。 活塞式平衡系統(tǒng)有液壓和氣動兩種：液壓平衡系統(tǒng)平衡力大，體積小， 15 有一定的阻尼作用；氣動平衡系統(tǒng)，具有很好的阻尼作用，但體積比較大。關(guān)節(jié)機械手手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅(qū)動器的負(fù)荷，同時縮短啟動時間。 設(shè)計具體采用方案 具體到本設(shè)計，在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素。齒輪齒條驅(qū)動也能實現(xiàn)機身的旋轉(zhuǎn)，但齒輪齒條也也要有驅(qū)動部分，如電機、馬達(dá)等，這也比較復(fù)雜。它既是關(guān)節(jié)機構(gòu)，又是動力元件。 （ 3） 對慣量比較大的運動軸的液壓缸兩側(cè)最好加設(shè)安全保護(hù)回路，防止因碰撞過載而損壞機械結(jié)構(gòu)。機器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括程序控制和伺服控制兩類。液壓動力機構(gòu)多數(shù)情況下采用直線液壓缸或擺動馬達(dá)，連續(xù)回轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)用得很少。直流有刷電機不能直接用于要求防爆的工作環(huán)境中，成本上也較其他兩種驅(qū)動系統(tǒng)高。但是因難于實現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機器人中，如在上、下料和沖壓機器人中應(yīng)用較多。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機器人。 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 機械手各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點 工業(yè)機械手的驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。 鋼絲繩輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟，成本較低等優(yōu)點。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。 同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈輪鏈條傳動優(yōu)點的一種新型傳動，它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合 齒，通過帶齒與輪齒作嚙合傳動。后者雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但是其最大的優(yōu)點是摩擦阻力矩小、傳動效率高（ 92%~98%），其運動平穩(wěn)性好，靈活度高。諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似，它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯齒來傳遞動力與運動的，故諧波齒輪傳動與一般的齒輪傳動具有本質(zhì)上的差別。因此，要采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承等。 在設(shè)計機械手的傳動機構(gòu)時要注意以下問題： ，要求機器人各運動部件的重量要輕，慣量要小。除直接驅(qū)動型機械手以外，機械手各聯(lián)桿及各關(guān)節(jié)的運動都是由驅(qū)動器經(jīng)過各種機械傳動機構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動的。所以我選擇的是齒輪齒條結(jié)構(gòu)手爪。 液壓驅(qū)動系統(tǒng)傳動剛度大，可實現(xiàn)連續(xù)位置控制。 電動驅(qū)動手爪應(yīng)用也較為廣泛。按夾持方式來分，有外夾式和內(nèi)撐式兩種。 ，易于實現(xiàn)計算機控制。目前，能用于生產(chǎn)的還是那些結(jié)構(gòu)簡單、萬能性不強的機械手末端執(zhí) 9 行器。通過合理的計算，計算出機械手所加持工件的長度范圍。因此，根據(jù)作業(yè)的需要和人們的想象力而創(chuàng)造的新的機械手末端執(zhí)行器，將不斷的擴大機械手的應(yīng)用領(lǐng)域。機器人末端執(zhí)行器的種類很多，以適應(yīng)機械手的不同作業(yè)及操作要求。因此，在設(shè)計時另外增設(shè)了導(dǎo)桿機構(gòu)，盡量增加其剛度；大臂增設(shè)了兩個導(dǎo)桿，為減小質(zhì)量，各個導(dǎo)桿均采用空心結(jié)構(gòu)。液壓缸實現(xiàn)直線運動，控制簡單，易于實現(xiàn)計算機的控制。 設(shè)計具體采用方案 機械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸縮運動都為直線運動。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機構(gòu)。工作空間的形狀和大小與機器人手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動 范圍有密切的關(guān)系。 設(shè)計具體采用方案 腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動形式要么是電機通過減速機構(gòu)來實現(xiàn)，要么是通過擺動液壓缸或液壓馬達(dá)來實現(xiàn)。 、調(diào)整。它是機械手的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機械手的運動部分全部安裝在腰座上，它承受了機械手的全部重量。該機械手在工作中需要 3 種運動 ,其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個直線運動 ,另一個為機身的回轉(zhuǎn)運動 ,綜合考慮，機械手自由度數(shù)目取為 3，坐標(biāo)形式選擇圓柱坐標(biāo)形式，即一個轉(zhuǎn)動自由度兩個移動自由度，其特點是 :結(jié)構(gòu)比較簡單 ,手臂運動范圍大 ,且有較高的定位準(zhǔn)確度。 5. SCARA 型機械手 SCARA 型機械手有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，其周線相互平行，可在平面內(nèi)進(jìn)行定 4 位和定向。關(guān)節(jié)型機械手動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。這種機械手結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。 圓柱坐標(biāo)機械手的空間 運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，如圖 。但是，這種直角坐標(biāo)機械手的運動空間相對機械手的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。 3 第 2 章 設(shè)計方案的論證 機械手的總體設(shè)計 機械手總體結(jié)構(gòu)的類型 工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)形式主要有 直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)， SCARA 型五 種。 設(shè)計原則 在設(shè)計之前，必須要有一個指導(dǎo)原則。 目前，機械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。不少球坐標(biāo)通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的 廠商加入到制造業(yè)。因此，進(jìn)行機械手的研究設(shè)計是非常有意義的。 single chip microputer III 目 錄 摘要 ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． I 第 1 章 緒論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．． 1 選題背景 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ......1 設(shè)計目的 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 設(shè)計原則 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 第 2 章 設(shè)計方案的論證 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 機械手的總體設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 機械手總體結(jié)構(gòu)的類型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 設(shè)計具體采用方案 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．． 4 機械手腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 機械手腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 具體設(shè)計采用方案 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 機械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．． 6 機械手手臂的設(shè)計要求 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6 設(shè)計具體采用方案 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7 設(shè)計機械手手部連接方式 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7 機械手末端執(zhí)行器（手部）的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 機械手末端執(zhí)行器的設(shè)計要求 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 機械手夾持器的運動和驅(qū)動方式 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 機械手夾持器的典型結(jié)構(gòu) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 機械手的機械傳動機構(gòu)的設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 10 工業(yè)機械手傳 動機構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 10 工業(yè)機械手傳動機構(gòu)常用的機構(gòu)形式 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 10 設(shè)計具