【正文】 （ 5） 因為傳動介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤滑的作用，使用壽命長。本文以搬運機械手為例論述了有關(guān)機械手設(shè)計方面的一些問題，得出以下結(jié)論： 首先，理論分析方面，注重理論與實際相結(jié)合，考慮到各種驅(qū)動的優(yōu)缺點，最后選擇了液壓系統(tǒng)驅(qū)動，因為液壓系統(tǒng)驅(qū)動具有以下幾個優(yōu)點： （ 1） 能方便的進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。 ： 桿長 l 為 200mm ， 桿徑 d 為 30mm 因為 200 15 ? 30 = 450 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格 。 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? = 所以按第三強度理論校核： 2d /32CW ?π = 10 m?? c= CCMW?= 而 : ??? = 0n? =294MPa c? 所以軸強度條件符合。 s? — 材料的屈服極限 n— 安全系數(shù) 大臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計 大臂是整個機械手的支撐部件，能實現(xiàn)機械手的大范圍的回轉(zhuǎn)，設(shè)計時應(yīng)該注意以下幾點： 1. 要有足夠的承載力 2. 要有足夠的剛度和強度 3. 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，盡量減少偏心力矩 大臂回轉(zhuǎn)示意圖如下： 如圖 49 大臂回轉(zhuǎn) 示意圖 大臂回轉(zhuǎn)時的力矩： M 驅(qū) = M 慣 + M 封 +M 回 ：、 ` ``=M M M?封 封 封 式中： ` 1M bbRP??封 `` 13 ( ) CPM b R r PR???封 臂部擺動時受力圖如下： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 410 大臂擺動時受力圖 其中： ? ＝０ .15mm b= 50mm 1b =5mm R= 45mm r = 20 mm p 取 10MPa 3 2 .52CP RrR m m??? 則： ` 1M bbRP??封 = kgfm `` 13 ( ) CPM b R r PR???封 = kgfm ` ``=M M M?封 封 封 = kgfm ： 手臂結(jié)構(gòu)受力圖如下： 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)膹姸葪l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 大臂是整個機械手的支撐部件，能實現(xiàn)機械手大范圍的升降，設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點： 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— 升降油缸個部件的重力 f— 摩擦力 P上 — 上升驅(qū)動力 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)計的機械手的機構(gòu)尺寸基本確定，其移動 將根據(jù)實際應(yīng)用要求適當(dāng)調(diào)整。 ()M 2 2 0 . 58p b D d kg f???驅(qū) 則 `MM?驅(qū) 驅(qū) 所以： 所設(shè)計的相關(guān)尺寸滿足，強度要求合理。 （ 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(yù)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(xué)學(xué)士學(xué)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 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)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。 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。 （ 11） 電磁鐵 9 通電，伸縮臂回縮，實現(xiàn)伸縮臂軸線定位。 /s 大臂升 降 0— 120mm 6. 控制方式： PTP/CP 7. 重復(fù)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(xué)學(xué)士學(xué)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(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 10 通實現(xiàn)手爪旋轉(zhuǎn)缸體的運動。 45176。 （ 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。圖中矩形為包容區(qū)域 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)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。 3． 執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu)是完成各種動作的總稱，具體包括以下幾個部分 （ 1）手部：直接與工件接觸的部分，根據(jù)設(shè)計要求，本機械手的手部用夾鉗式，用來抓取工件，或用來支撐焊條，噴槍（手部用法蘭連接，可以拆換，更換手部，以滿足工作需要） （ 2） 腕部連接手部和臂部的工件用來調(diào)整被抓取物體的方位 （ 3） 臂部：支撐被抓物體的手部和腕部的重要部件，帶動手指去抓取物體，并按預(yù)定要求 將其搬運到指定位置?；谝陨显颍驹O(shè)計暫不考慮對于功能模塊的搭載問題 ，僅僅討論并設(shè)計一種合理可行、盡可能優(yōu)化了的五自由度液壓搬運機械手 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 4 第 2章 總體方案設(shè)計 設(shè)計目標(biāo) 設(shè)計一種 五自由度搬運機器手，包括機器手 的總體設(shè)計，移動方式設(shè)計，動作規(guī)劃設(shè)計，三維 造型設(shè)計等。 （ 4）通用性好，本搬運機械手在設(shè)計過程中，考慮到其通用性，因此留有 余地，因此除搬運外，還可以焊接噴漆等。 工業(yè)機械手能模仿人肢體的一些動作，可以代替人的一些動作，代替人們進行工作，一次機械手自問世以來就受到人們的寵愛而且性能不斷完善，各種優(yōu)良的機械手不斷出現(xiàn)操作越來越靈活，在一些方面與人手相比，幾乎達到了以假亂真的程度，加之各種技能的應(yīng)用，使得機器人有了 自己的頭腦能不受控制而獨立