【正文】 P=2 1P =4N=600（ N） PP??實(shí)=560(N) 1K 為安全系數(shù)： 取 1K 為 = 2K =1+a/g (抓取工件的最大加速度為 a=g) 3K 為方位系數(shù) 3K = P實(shí) =56kg 設(shè)液壓缸直徑為 D 、 d 為半徑。 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(jì)算 手部夾持器的計(jì)算 手部夾持器設(shè)計(jì)要求 夾持兩個(gè)棒料，每個(gè)不大于 5kg 2. 各部分的長(zhǎng)度 手腕： 300mm 手臂： 800mm 俯仰小臂： 200mm 大臂： 500mm 3. 手抓機(jī)構(gòu)分析 手部夾持器是工業(yè)機(jī)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(dòng)作程序 來(lái)完成制定的工作，它的加緊和伸開(kāi)都是自動(dòng)完成的。 （ 3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。 下面介紹各個(gè)液壓 缸體的設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號(hào)的選用， 機(jī)械人手部結(jié)構(gòu)形式多樣，但總的設(shè)計(jì)都有如下幾點(diǎn)基本要求： （ 1） 應(yīng)具有足夠的夾緊力和驅(qū)動(dòng)力，手爪握力（夾緊力）大小要適宜，力量過(guò)大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)；力量過(guò)小則會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。 （ 13）電磁鐵 13 通電，大臂旋轉(zhuǎn)油缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)大臂周向定位。 （ 11） 電磁鐵 9通電，伸縮臂回縮，實(shí)現(xiàn)伸縮臂軸線定位。 （ 9） 電磁鐵 4 通電，手爪旋轉(zhuǎn)油缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手爪的周向定位。 /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(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng) 9. 驅(qū)動(dòng)源 ：液壓油泵 總體外觀圖 外觀圖簡(jiǎn)圖 圖 31 機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì) 圖截圖 圖 35 液壓控制工作原理圖 表 32電 磁鐵動(dòng)作循環(huán)表 現(xiàn)將本機(jī)械手的工作順序過(guò)程介紹如下： （ 1） 電磁鐵 11通電， 大臂旋轉(zhuǎn)油缸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)大臂周向定位 （ 2） 電磁鐵 9通電， 大臂升降油缸伸出，實(shí)現(xiàn)大臂軸向定位 （ 3） 電磁鐵 7通電，伸縮臂伸縮缸伸出，實(shí)現(xiàn)伸縮臂軸線定位 （ 4） 電磁鐵 5通電，小臂伸縮缸伸出，實(shí)現(xiàn)小臂的軸向定位 （ 5） 小臂到達(dá)伸出一定距離，碰到行程開(kāi)關(guān) 14，之后將電磁鐵 3 接哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 通實(shí)現(xiàn)手爪旋轉(zhuǎn)缸體的運(yùn)動(dòng)。 — 90176。 45176。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 第 3章 基本參數(shù)及 二維 外觀圖 基本參數(shù) ： 工業(yè)機(jī)械手 ： 搬運(yùn) ： 5 （腕部轉(zhuǎn)動(dòng)、小臂伸縮、小臂俯仰、大臂回轉(zhuǎn)、大臂升降 ） 4. 抓重：最大 5Kg 5． 工作范圍與速度 工作范圍與速度如下表 31 運(yùn)動(dòng)自由度 動(dòng)作范圍 速度 腕部回轉(zhuǎn) 90176。 （ 3） 傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收沖擊力，可以實(shí)現(xiàn)比較頻繁而平穩(wěn)換向。 因?yàn)楸或?qū)動(dòng)部件的速度快慢取決于油液 容積變化，所以當(dāng)不考慮溫度變化的時(shí)候，被驅(qū)動(dòng)系的滯后幾乎不存在， 而且液壓機(jī)構(gòu)的重量輕，慣性小，他的速度反應(yīng)性好。圖中矩形為包容區(qū)域 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 22 機(jī)械手水平面的運(yùn)動(dòng)范圍 圖 23 空間轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 4． 運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式 運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式是將動(dòng)力源的運(yùn)動(dòng)傳遞到實(shí)現(xiàn)自由度運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，本設(shè)計(jì)中將直線油缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞出去，針對(duì)結(jié)構(gòu)的需要和驅(qū)動(dòng)力的大小，各自由度的運(yùn)動(dòng)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。 搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)及驅(qū)動(dòng)方式 1． 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)包括自由度數(shù)和運(yùn)動(dòng)范圍 本機(jī)械手采用雙抓，這是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)： (a) 運(yùn)動(dòng)靈活 (b) 工作空間大 (c) 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)處容易密封，防塵 (d) 作效力大大的提高了 (e) 工作要求低 2． 自由度數(shù) 自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件所具有的獨(dú)立運(yùn) 動(dòng)的數(shù)目稱為自由度，自由度是衡量機(jī)械手設(shè)計(jì)水平的重要指標(biāo)，自由度越多的機(jī)械手能完成的運(yùn)動(dòng)越復(fù)雜，技術(shù)難度越大，控制定位越困難，安裝越復(fù) 雜，成本高，因此在具體問(wèn)題中盡量減少自由度， 本機(jī)械手是考慮到選用腕部來(lái)回轉(zhuǎn)，小臂伸縮，小臂俯仰，大臂回轉(zhuǎn)，大臂升降等 5 個(gè)自由度完全滿足工作要求。 3． 執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是完成各種動(dòng)作的總稱，具體包括以下幾個(gè)部分 （ 1）手部：直接與工件接觸的部分，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手的手部用夾鉗式，用來(lái)抓取工件，或用來(lái)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(lái)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(dòng)手指去抓取物體，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定位置。 三大系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 1． 控制系統(tǒng) 此系統(tǒng)是控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作從而實(shí)現(xiàn)按預(yù)定程序進(jìn)行工作的機(jī)構(gòu)，并通過(guò)位置檢測(cè)的反饋來(lái)檢測(cè)工作的精度，從而保證能正確實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)， 迅速準(zhǔn)確的完成機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，包括程序控制部分和行程反饋部分?；谝陨显?，本設(shè)計(jì)暫不考慮對(duì)于功能模塊的搭載問(wèn)題 ，僅 僅討論并設(shè)計(jì)一種合理可行、盡可能優(yōu)化了的五自由度液壓搬運(yùn)機(jī)械手 。 功能指標(biāo)包括： 機(jī)械手的各部件的升降、轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)壓力的敏感反映等，使得機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)到達(dá)任何位置的升降、轉(zhuǎn)動(dòng) ，同時(shí)具有重量輕，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 總體方案設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)一種 五自由度搬運(yùn)機(jī)器手，包括機(jī)器手 的總體設(shè)計(jì)，移動(dòng)方式設(shè)計(jì)，動(dòng)作規(guī)劃設(shè)計(jì)，三維造型設(shè)計(jì)等。 諸多的優(yōu)點(diǎn)為機(jī)械人的廣泛應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景，而我國(guó)在這些方面還處于初始階段，因此需要更進(jìn)一步發(fā)展，本次的設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的鞏固與綜合應(yīng)用。 （ 4）通用性好，本搬運(yùn)機(jī)械手在設(shè)計(jì) 過(guò)程中，考慮到其通用性，因此留有 余地，因此除搬運(yùn)外，還可以焊接噴漆等。 （ 2） 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，特別能在多粉業(yè)，以燃燒以爆炸放射性等惡劣哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 環(huán)境下工作。 工業(yè)機(jī)械手能模仿人肢體的一些動(dòng)作，可以代替人的一些動(dòng)作，代替人們進(jìn)行工作，一次機(jī)械手自問(wèn)世以來(lái)就受到人們的寵愛(ài)而且性能不斷完善，各種優(yōu)良的機(jī)械手不斷出現(xiàn)操作越來(lái)越靈活，在一些方面與人手相比，幾乎達(dá)到了以假亂真的程度，加之各種技能的應(yīng)用，使得機(jī)器人有了 自己的頭腦能不受控制而獨(dú)立的處理一些問(wèn)題，因此其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 工業(yè)機(jī)械手的主要應(yīng)用領(lǐng)域是機(jī)械加工過(guò)程中的上、下料及搬運(yùn)、裝配、焊接、沖壓、樹(shù)脂成型加工及其熱處理、鍛壓等。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作。 工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高 勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。 日本機(jī)械手工業(yè)雖比美國(guó)起步晚（六十 年代后期），但是發(fā)展速度更快，根據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1982 年日本擁有工業(yè)機(jī)械手共 13000 余臺(tái)，生產(chǎn)廠家近200 家。 1969 年美國(guó)通用汽車公司自行研制了 SAM 工業(yè)機(jī)械手，并用 21 臺(tái)機(jī)器手組成了點(diǎn)焊轎車車身的自動(dòng)生產(chǎn)線。目前，第二代產(chǎn)品，微機(jī)控制、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的小型工業(yè)機(jī)械手已成產(chǎn)品。目前，由于機(jī)器人的研制和開(kāi)發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此， 研制經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 五自由度液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II 目錄 第 1 章 緒論 ........................................................................................................ 1 課題背景及研究現(xiàn)狀 ................................................................................ 1 機(jī)械手的研究意義及 其本身優(yōu)點(diǎn) ........................................................... 2 機(jī)械手的研究意義 .......................................................................... 2 機(jī)械手本身的優(yōu)點(diǎn) .......................................................................... 2 本章小結(jié) .................................................................................................... 3 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) ........................................................................................ 4 設(shè)計(jì)目標(biāo) .................................................................................................... 4 總體方案分析 ............................................................................................ 4 ........................................................................... 4 ........................................................................... 4 搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)及驅(qū)動(dòng)方式 ................................................................ 5 本章小結(jié) .................................................................................................... 7 第 3 章 基本參數(shù)及二維外觀圖 ........................................................................ 8 基本參數(shù) .................................................................................................... 8 總體外觀圖 ................................................................................................ 8 ....................................................................................... 8 ....................................................................... 9 本章小結(jié) .................................................................................................. 10 第 4 章 各部分的具體計(jì)算 .............................................................................. 11 手部夾持器的計(jì)算 ................................................................................. 11 ........