【正文】 中 maxv —— 運(yùn)載工件時(shí)重力方向最大上升速度 t響 —— 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間， = 3K —— 方位系數(shù)，由手指與工件形狀和它們的位置選定，參見 [1]表 22 G —— 工件重力（ N） 由 24式計(jì)算手指夾緊力 N ① 選定安全系數(shù) 1K = ②由設(shè)計(jì)要求可估算，運(yùn)載工件時(shí)重力方向最大上升速度 m a x 5 /v m s? ? ?，到達(dá) maxv 的時(shí)間 t響 可由設(shè)計(jì)要求推算為 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 20 .5 / 1 .6 70 .3 /rad stsrad s??響 (27) 則 2m a x 0 .7 5= = 0 .4 5 /1 .6 7va m st? 響，取 /g mm s? 故 工況系數(shù)2 0 .4 51 1 1 .0 4 61 .6 7ak g? ? ? ? ? ③由 [1]表 22 查的 3K =（手指水平放置夾水平放置圓棒） 綜 上 ①② ③所 述， 知 1K = ， 2K = ， 3K = 且估 算工 件重 力200 1960GN? ? ? 手指夾緊力 1960 1640NN? ? ? ? ? 手指夾緊缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 由液壓缸驅(qū)動(dòng)力 F與夾緊力 N關(guān)系式 22= co sbFNa ???計(jì) 算 (28) 選定圖 中的 結(jié)構(gòu)參數(shù) a ,b, ? 如下 a =100mm， b=200mm, ? =30 計(jì)算液壓缸驅(qū)動(dòng)力 22 2 0 0= c o s 3 0 1 6 4 0 4 9 2 0100FN? ? ? ?計(jì) 算 (29) 手抓的機(jī)械效率 ? 一般取 ，故取 ?? 4920= 5 7 8 80 .8 5FFN? ??計(jì) 算實(shí) 際 (210) 手指 夾 緊液壓缸的計(jì)算 圖 所示為手指 夾 緊液壓缸的夾緊裝 置 原理圖，如下 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 夾緊裝置原理圖 如圖所示，液壓缸的拉力為 22= 4Fp? ??實(shí) 際 （ D d ） (211) 選取活塞桿直徑 d=，壓力油工作壓力 65 10p pa?? ? 2264 4 5 7 8 8 4 . 4 3 1 0 4 4( 1 0 . 5 ) 5 1 0 0 . 7 5FD m m mp?? ?? ?? ? ? ? ?? ? ? ?實(shí) 際 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ GB/T23481993）選取液壓缸內(nèi)徑為 50D mm? ，則活塞桿直徑為 25d mm? 液壓缸壁厚計(jì)算，在實(shí)際使用中有下列三種公式： （ 1） 中等壁厚：即 16＞ D? ＞ 時(shí) 11( 2 .3 [ ] )pD Cp? ????? (212) 式中 p—— 液壓缸內(nèi)工作壓力 ? —— 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí) ? ＝１） Ｃ —— 計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 Ｄ —— 液壓缸內(nèi)徑（ m） （ 2） 薄壁：即 D? ? 16時(shí) 12[ ]pD? ?? (213) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 （ 3） 厚壁：即當(dāng) D?? 時(shí) 11[ ] 0 .4( 1 )2 [ ] 1 .3 pD p?? ? ?? ? ?? (214) 式中 []bn?? ? b? —— 材料抗拉強(qiáng)度 n—— 安全系數(shù) ,n= 5 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力 []? : 鍛鋼 []? =110 120MPa 鑄鐵 []? =60MPa 無縫鋼管 []? =100 110MPa 選用缸體材料為 鍛鋼 []? =110 120MPa，中等壁厚，則手指夾緊缸壁厚計(jì)算如下： 5 5 0 12 .3 1 2 0 5 mm? ????? 由 JB106867查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑 1 60D? mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和 GB/T23491980選用活塞桿行程 l =50mm。一般來說，夾緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力和慣性力矩），以使工件保持可靠地 加緊狀態(tài)。 “滑槽杠桿式”手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 滑槽杠桿式手部的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下所示 圖 滑槽杠桿式手部受力分析 圖中， F—— 液壓缸拉力 N—— 手指夾緊力 12,FF—— 兩手指的滑槽對(duì)銷軸的反作用力（ O為銷軸中心） 根據(jù)銷軸的平衡條件，即 0xF?? 得 12FF? ； 0yF ?? 得 1 2cosFF ?? (21) 由 1O 點(diǎn)力矩平衡條件1 ( ) 0OMF??得 1F h N b? ? ? cosah ?? (22) 22 cosbFNa ?? ? ? (23) 其中， a —— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離 ? —— 工件夾緊時(shí)手指的滑槽方向與 兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間夾角 故由 23 式知： ? 越大， N越大，但 ? 太大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大以及滑槽尺寸增大，因此 ? =30 40 。 圖 手指運(yùn)動(dòng)型式示意圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，形狀小巧，夾緊力大，制造容易，應(yīng)用廣泛。液壓搬運(yùn)機(jī)械手的手部可以完成手指抓緊和手腕橫移兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 擬 定的液壓搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下 圖 液壓 搬運(yùn) 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 液壓搬運(yùn) 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 手部是機(jī)械手直接用于抓取和緊握工件的部件。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓搬運(yùn)機(jī)械手 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常是先進(jìn)行粗略的估算 ,或類比同類結(jié)構(gòu) ,根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸 ,在進(jìn)行校核計(jì)算 ,修正設(shè)計(jì) ,如此反復(fù)數(shù)次 ,繪出最終的結(jié)構(gòu) 。整個(gè)液壓系統(tǒng)用一套油源，通過 PLC 控制系統(tǒng)來控制電磁換向閥，使機(jī)械手實(shí)現(xiàn)以上動(dòng)作順序。 因此要求 設(shè)計(jì)的液壓搬運(yùn)機(jī)械手 可以 按以下順序動(dòng)作 ：原始位置 —— 卸料動(dòng)作 —— 裝料動(dòng)作。 最后要對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)做一些簡(jiǎn)單的原理性的設(shè)計(jì)。一般專用機(jī)械手有 2～ 3 個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。手部是用來抓持工件（或 工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù) 此次設(shè)計(jì)的液壓搬運(yùn)機(jī)械手是一種用于深孔鏜床上下料的專用工業(yè)機(jī)械手，設(shè)計(jì)工作主要包括 了解 上下料 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)過程，需對(duì) 手指 夾緊，手臂伸縮，手臂回轉(zhuǎn) 以及手臂俯仰等動(dòng)作進(jìn)行分析 、計(jì)算，最終確定其尺寸。 （ 2） 通過本次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)自己獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)的能力，樹立正 確的設(shè)計(jì)思想，掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法和步驟，為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)的目的有如下幾點(diǎn)： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 （ 1） 通過 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，把有關(guān)課程的中所獲得的理論知識(shí)在實(shí)際中綜合的加以運(yùn)用， 使 這些知識(shí)得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識(shí)和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)目的 在機(jī)械制造工業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手常用作在單機(jī)或自動(dòng)線上抓取傳送工件、刀具、材料等，可以使操作工人 從繁重、單調(diào)、重復(fù)的體力勞動(dòng)中解放出來。隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人已成為工業(yè)的現(xiàn)代化程度的標(biāo)志。 從整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域來看，對(duì)工業(yè)機(jī)械手的需求越來越大，性能指標(biāo)越來越高。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，特別是液壓技術(shù)的應(yīng)用，給機(jī)械手帶來了更為廣闊的發(fā)展空間。無論從國(guó)際或國(guó)內(nèi)的角度來看，復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的一條重要途徑就是開發(fā)具有各種功用的機(jī)械手，以求提高機(jī)械手的性能，擴(kuò)大其功能和應(yīng)用領(lǐng)域。它通過一系列可變的程控動(dòng)作來完成各種各樣的任務(wù)。 Hydraulic system。 通過計(jì)算分析校核，液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手承載能力大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和任意位置安全自鎖等性能要求。而后，介紹了搬運(yùn)機(jī)械手液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及液壓元件的選用及設(shè)計(jì)過程。本文 對(duì) 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，其中對(duì)上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)過程都做了詳細(xì)的討論。濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II 摘 要 液壓搬運(yùn)機(jī)械手是一種被設(shè)計(jì)用于深孔鏜床上下料，可以重復(fù)編程、具有多種功能的專用設(shè)備， 它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化 。通過文獻(xiàn)檢索、企業(yè)調(diào)研，對(duì)液壓搬運(yùn)機(jī)械手的整機(jī)結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)進(jìn)行歸納分析，對(duì)國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了總結(jié)。同時(shí)對(duì)機(jī)械手的手指夾緊，小手臂伸縮以及大、小手臂俯仰等動(dòng)作進(jìn)行了分析、 計(jì)算，最終確定其尺寸。最后，簡(jiǎn)要介紹了液壓搬運(yùn)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)部分。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)械手 ； 液壓系統(tǒng) ； 搬運(yùn)機(jī)構(gòu) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) III ABSTRACT Hydraulic carrying manipulator is designed for a deep hole boring machine loading and unloading, reprogrammable, multifunctional equipment. It can replace human heavy labor to achieve the mechanization and automation of production. Through literature search, business research, I have summarized and analyzed the hydraulic manipulator’s whole structure and function characteristics, summarized domestic and foreign industrial robot’s development. In this paper, the main structure of hydraulic carrying manipulator is designed in detail, in which the overall structure of the loading and unloading robot, motion process is discussed in detail. At the same time, the clamping fingers, small telescopic arm, small and large pitch arm and other activities of the manipulator were analyzed, calculated and its size is ultimately determined. Then, working principle of hydraulic drive system and the selection and design process of hydraulic ponents of the hydraulic handling manipulator are introduced. Finally, the electrical control system of the hydraulic handling manipulator is descripted in brief. Through calculation and analysis, the design of hydraulic carrying manipulator has reached the design requirements which is expected, the manipulator carrying capacity, smooth movement and arbitrary position safe selflocking etc performance requirements is realized. Key words： Manipulator。 Handling agencies 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 目 錄 摘要 ……… …………… ………………………… ………………………… ..…… .… .…… .I ABSTRACT… … .……… .…………… ………… .…………………… ..…………… .II 1 前言 …………… .……… .…………………………… ……………… .…