【正文】 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 螺釘材料選擇 Q235，則（） 螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d M12 的開槽盤頭螺釘。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。 （ ） 查取轉(zhuǎn)動慣量公式有： 代入： 腕部驅(qū)動力的計算 表 41 液壓缸的內(nèi)徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 41 設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R 110mm，外徑根據(jù)表 32 選擇 121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題 后，其外徑為 226mm；動片寬度 b 66mm,輸出軸 r 示如圖 所示。 夾取棒料直徑 100mm，長度 1000mm，重量 60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時，計算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑 120mm，其重力估算 G 擦力矩。 腕部的驅(qū)動力矩計算 腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇 本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由 度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 2 齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用。 （ 3） 必須考慮工作條件 對于本設(shè)計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 4 腕部的設(shè)計計算 腕部設(shè)計的基本要求 （ 1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。 現(xiàn)在由于本設(shè)計是在恒定 載荷情況下，所以只進行靜應(yīng)力強度驗算。 8 .疲勞強度和應(yīng)力強度的驗算。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細比，本設(shè)計彈簧是 2 端自由，根據(jù)下列選取： 當(dāng)兩端固定時， ,當(dāng)一端固定；一端自由時，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動時。如圖 所示，計算如下。 一般夾持誤差不超過 1mm,分析如下： 工件的平均半徑： 手指長 ,取 V 型夾角 偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計算 當(dāng) S 時帶入有： 夾持誤差滿足設(shè)計要求。 圖 手抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。 機械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關(guān)。 設(shè) 根據(jù)公式，將已知條件帶入： （ 2）根 據(jù)驅(qū)動力公式得： 1378N （ 3）取 （ 4）確定液壓缸的直徑 D 選取活塞桿直徑 d ,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P , 根據(jù)表 （ JB82666），選取液壓缸內(nèi)徑為： D 63mm 則活塞桿內(nèi)徑為 : d ，選取 d 32mm 手抓夾持范圍計算 為了保證手抓張開角為，活塞桿運動長度為 34mm。 表 31 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 小于 5000 50000 以上 計算：設(shè) a 100mm,b 50mm, ?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度； ――運載時工件最大上升速度 ――系統(tǒng)達到最高速度的時間，一 ―― 方位系數(shù)，根據(jù)手指與 工件位置不同進行選擇。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 夾緊力及驅(qū)動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。 由 0 得 0 得 由 0 得 h F （ ） 式中 a――手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離（ mm） . ――工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。 手爪的力學(xué)分析 下面對其基本結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖 （ a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 通過綜合考慮，本設(shè)計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。若采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動力需加在手指移動方向上 ,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。本設(shè)計機械手采用夾持式手指 ,夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移 型。常用的工業(yè)機械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類。 （ 3）平面平移型。 典型的手部結(jié)構(gòu) （ 1） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 （ 3） 要 求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇液壓驅(qū)動。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。（ 4）機身，采用一個直線缸和一個回 轉(zhuǎn)缸來實現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。 本設(shè)計機械手主要由 4 個大部件和 5 個液壓缸組成：（ 1）手部，采用一個直線液壓缸，通過機構(gòu)運動實現(xiàn)手抓的張合。圖中機械手的任務(wù)是將傳送帶 A 上的物品搬運到傳送帶 B。其中圓柱坐標(biāo)型機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小，因此本設(shè)計采用圓柱坐標(biāo)。 3 球坐標(biāo) 極坐標(biāo) 型機械手 。 機械手基本形式的選擇 常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) ,按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4 種 : 1 直角坐標(biāo)型機械手 。在本章中對機械手的座標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動機構(gòu)等進行了確定。 機械手的總體設(shè)計方案 本課題是輕型平動搬運機械手的設(shè)計及運動仿真。其中最為突出的是水下機器人， 6000m 水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機 器人、管道機器人等機種 :在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國外產(chǎn)品 :機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距 。我國的工業(yè)機器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基 本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人 。 7 機器人化機械開始興起。 6 當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。 4 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 3 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機 。 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢 1 工業(yè)機器人性能不斷提高 高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 ，而單機價格不斷下降，平均單機價格從 91 年的 萬美元降至 97 年的 萬美元。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采 用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。 （ 3）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮? 2700） ,并且要求嚴格 密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。 （ 2） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 機械手的組成 工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成。 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面，國內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t、 5t、 10t 模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機械手成一定角度布置早爐前，實現(xiàn)進出料自動化。目前機械手在沖床上應(yīng)用有兩個方面：一是 160t 以上的沖床用機械手的較多。由于這方面的使用已有成功的經(jīng)驗，國內(nèi)一些機床廠已在這類產(chǎn)品出廠是就附上機械手，或為用戶安裝機械手提供條件。 在實現(xiàn)單機自動化方面 各類半自動車床，有自動加緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上下料；裝上機械手，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，一人看管多臺機床。國內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機廠的 4 號和 5 號電動機加工自動線（軸類），上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類）等。下面具體說明機械手在工業(yè)方面的應(yīng)用。目前在我國機械手常用于完 成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割 、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。 隨著工業(yè)機器手（機械人）研究制造和應(yīng)用的擴大，國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。它設(shè)有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。預(yù)計到 1990 年將有 55 萬機器人在工作。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50%～ 60%的速度增長。智能機械手約為 17億日元，為 1978 年的 6 倍。其中固定程序和可變程序約占一半，達 222 億日元，是 1978 年的二倍。 1976 年個大學(xué)和國家研究部門用在機械手的研究費用 42%。自 1969 年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。 瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種 點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 1 毫米。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1962 年美國機械鑄造公司 也試驗成功一種叫 Versatran 機械手，原意是靈活搬運。不少球坐標(biāo)式通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。商名為 Unimate 即萬能自動 。他的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 機械 手首先是從美國開始研制的。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。工業(yè)機械手也是