單臂回轉(zhuǎn)式機械手機械系統(tǒng)的設(shè)計(參考版)
2025-07-17 15:17本頁面
【正文】 在此，僅以綿薄的謝語，向袁老師致以最誠摯的謝意和最崇高的敬意！其次我要感謝機械學(xué)院的老師們，他們不僅教會我們專業(yè)方面的知識，而且教會我們做人做事的道理，他們循循善誘，不辭辛苦，為我在畢業(yè)設(shè)計能夠運用到相關(guān)的知識，打下了堅實的基礎(chǔ)。袁老師不僅在學(xué)習(xí)上精心指導(dǎo)我，同時還在思想和生活上給我無微不至的關(guān)懷。本次的畢業(yè)設(shè)計，正是在袁老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。l Van Damme,Bram Vanderbht,Ronald Van Ha,Bj246。此外，由于本人知識水平和經(jīng)驗有限，設(shè)計中難免有一些不足之處，懇請各位老師批評和指正。同時液壓原件標(biāo)準(zhǔn)化易于選取； 第三，此次設(shè)計中機械手動作固定，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性較高，易于拆裝，可用于機械設(shè)計和液壓相關(guān)課程實驗教學(xué)中的演示和拆裝練習(xí)。本機械手主要以液壓為驅(qū)動方式，采取吸附式手部結(jié)構(gòu)，具有升降和回轉(zhuǎn)兩個行程。圖 31第四章 總結(jié) 隨著工業(yè)自動化的前進與發(fā)展，機械手在工業(yè)生產(chǎn)的比重越來越大，它可以代替人工在很多危險狀況下工作，大大降低了生產(chǎn)過程中的勞動力，改善了工人的工作環(huán)境。簡單來講就是，如果單純研究機構(gòu)的運動只需要使用“機械設(shè)計”分析功能；如果需要進一步分析機構(gòu)受力、外界輸入力和力矩等，則必須使用“機械動態(tài)”分析功能。同時可以觀察和分析某零件運動狀況，測量其速度、加速度等運動特征，并通過圖形直觀的表述出來；“機械動態(tài)”分析功能可在此基礎(chǔ)上定義力、力矩和彈簧、阻尼等特征。它是一款集 CAD/CAM/CAE 功能為一體的綜合性三維設(shè)計軟件，在目前世界范圍內(nèi)三維造型軟件領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位，并作為當(dāng)今世界機械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界人士的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM 軟件之一。本設(shè)計中采用 Pro/E 來實現(xiàn)機械手的運動過程仿真。優(yōu)化修改之后可以再次用運動仿真模塊分析，很方便地進行反復(fù)分析和優(yōu)化，從而得出最優(yōu)的設(shè)計結(jié)果。它可以進行機構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件上各點的運動軌跡，分析整個運動機構(gòu)中零件的速度、加速度和受力等情況。17 / 31第三章 回轉(zhuǎn)式機械手的仿真在進行了機械結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計后，我們進行了相關(guān)的運動仿真。（4）最終液壓缸型號與校核根據(jù)以上幾個步驟確定了液壓缸型號為：CDT3ME6/25/18/100F11/B44HDUMWW 升降液壓缸的安全性能校核數(shù)據(jù)結(jié)果如圖 261 所示，由圖中數(shù)據(jù)可知該液壓缸安全性滿足要求。2. 6 回轉(zhuǎn)式機械手立柱部分的設(shè)計在立柱上，我們在氣壓缸上面安置了一個伸縮的液壓缸，使得機械手能夠進行提升的操作，下面是對這個伸縮液壓缸的選型以及設(shè)計校核。與設(shè)計一開始所提出的1kg的物體來說，足夠滿足要求。所以我們可以把小臂所伸出的軸的下端，設(shè)計成為M3的螺紋，這樣子在連接方面，就比較方便簡潔。為了與小臂中的軸做配合，所以我們就選取了型號為ZYE1P20/15的吸盤式電磁鐵。 這種電磁鐵也被廣泛應(yīng)用于自動化配送生產(chǎn)線，分揀機器、機械手、實驗設(shè)備、醫(yī)療、研磨、切割、切削等自動化加工生產(chǎn)線上材料或產(chǎn)品的輸送，傳遞，控制簡單，省力省電，安全可靠，并可進行遠程操作。為了使機械手能夠平穩(wěn)的搬動工件，選擇了ZYE1P20/15的吸盤式電磁鐵，吸盤內(nèi)的磁力由電磁鐵提供。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體，適合用于本方案。支架用于液壓缸于大臂的連接，采用鋁合金材料，根據(jù)伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)對支架的13 / 31結(jié)構(gòu)及尺寸做了確定，如圖 244 和 245：圖 244 支架正視圖圖 245 支架俯視圖2．5 回轉(zhuǎn)式機械手的抓取部分的機械設(shè)計這次設(shè)計是磁吸式機械手的設(shè)計。根據(jù)以上幾個步驟確定了液壓缸型號為：CDT3MS2/25/18/100F11/B11HDUMWW伸縮液壓缸的安全性能校核數(shù)據(jù)結(jié)果如圖 242 所示，由圖中數(shù)據(jù)可知該液壓缸安全性滿足要求。 伸縮液壓缸所需驅(qū)動的力包括夾持器及工件的移動慣性力和系統(tǒng)自身阻力，總的作用力較小，所以選擇系統(tǒng)壓力 P==8bar，則系統(tǒng)最大壓力Pmax==8=12bar，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選擇 CD 型單桿液壓缸，選擇 MS2 型底座安裝形式，如圖 241：圖 241 液壓缸結(jié)構(gòu)以下是選擇液壓缸活塞和活塞桿直徑所需要的一些數(shù)據(jù)，推力：F=R W+RM+RF≈10N,其中 RW為軸向外作用力；R M為慣性力； R F為系統(tǒng)阻力。由于是靜聯(lián)接，所以我們可以得出： ??3p2T10=kldp???σ則有300MPa(附：鋁合金的許用擠壓應(yīng)力大于 300MPa)??所以大臂與立柱之間采用鍵聯(lián)接是合理的2．4 回轉(zhuǎn)式機械手小臂的機械設(shè)計 對于機械手的小臂，我們放置了一個用于升降的液壓缸，以及使之與大臂所連接的用在液壓缸上面的支架。由于是靜聯(lián)接，所以我們可以得出： ??3p2T10=kldp???σ式中：T—傳遞的轉(zhuǎn)矩k—鍵于鍵槽接觸的高度11 / 31l—鍵的工作長度d—軸的直徑300MPa(附：鋁合金的許用擠壓應(yīng)力大于 300MPa)???所以大臂與立柱之間采用鍵聯(lián)接是合理的。所以在設(shè)計中要根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸，提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離，合理布置作用力的位置和方向，注意簡化結(jié)構(gòu)，提高配合精度。m所以運用這個旋轉(zhuǎn)氣壓缸是合理的。m)M 總=*（+2）=（Nm)式中，J 腕—手腕的轉(zhuǎn)動部件對其運動軸線的轉(zhuǎn)動慣量；J 手—手部對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量；J 工—工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量；W—手腕轉(zhuǎn)動的角速度（1/s）；t—手腕啟動過程所需用的時間（s） 由于此次回轉(zhuǎn)缸被我們安放在立柱的底端部分，我們可以把工件以及手部假設(shè)為一個整體，我們假設(shè)物體連同工件的質(zhì)量為 8kg，回轉(zhuǎn)缸的質(zhì)量為 ，w 為 3（1/s）,啟動的時間為 秒。m)式中，G—工件自身的重力（N）e—工件重心到手腕轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m）（3）慣性力矩 M 慣的計算。M 偏=G*e（N由于回轉(zhuǎn)缸為氣壓缸,所以在這方面的摩擦可以忽略。M 摩=f/2*(N1*D1+N2*D2)(Nm)；M 慣——手腕運動的慣性力矩(N．m)。m）式中，M摩——手腕支撐處的摩擦阻力矩(N本次所設(shè)計的回轉(zhuǎn)式機械手，我們設(shè)定它能旋轉(zhuǎn)任何角度，所以回轉(zhuǎn)缸以及立柱能夠進行任何角度的轉(zhuǎn)動。液壓缸提供升降的運動和氣壓缸提供回轉(zhuǎn)的運動，夾持力由電磁鐵的吸附力所產(chǎn)生?；剞D(zhuǎn)式機械手的簡要的原理圖，如圖21：7 / 31圖 211 機械手原理圖根據(jù)上面對機械手的運動部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計及選型，以及選定的夾持的方式（我們將在 中設(shè)涉及） ，定出機械手的總體結(jié)構(gòu)（如圖 21213）,其主要包括兩個相互平行的液壓缸和一個氣壓缸、
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