【正文】 ………… .6 第二章 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 …………………………… .7 工業(yè)機(jī)械手的組成 ……………………………… ………… 7 規(guī)格參數(shù) …………………………………………………… 8 設(shè)計(jì)路線與方案 …………………………………………… 8 本章小結(jié) ………………………………… ………………… 9 第三章 機(jī)械手各部分的計(jì)算與分析 .……………… … … ..10 手部計(jì)算與分析 …………………………………… .… … 10 輸入輸出力的比率分析 …………………………………… ...… 10 腕部計(jì)算與分析 …………………………………… … … 13 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 …………………………………… .…… ..13 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 ………………… ..… …………… … ..… ..13 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì) … ...…………………………………… …… .16 選鍵并校核強(qiáng)度 .…………………………………………… …… 17 臂部計(jì)算與分析 …………………………… …… .....…… .18 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 …………………… ..………… ..………… 18 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………… ..…………………… ..…… 20 機(jī)身計(jì)算與分析 ………… … ...……… …………… … .… .28 本章小結(jié) …………………………… …………… ........… .28 第四章 液壓系統(tǒng) .…………………………………… ...… ..29 液壓缸 ………………………………………………… ..… 29 計(jì)算和選擇液壓元 件 ………………… ……………… … ..31 液壓泵的選取要求及其具體選取 …………… …………… … … .31 選擇液壓控制閥的原則 ……… ……… .…………………… ...… .33 選擇液壓 輔助元件的要求 ……… ……… .………………… ...… ..33 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 具體選擇液壓原件 …… .…… ……… .… ……………… ...… ...… .33 本章小結(jié) …………………………………… … ..……… ..34 第 五 章 液壓缸的保養(yǎng)與維修 ………… ……………… ..…… 36 液壓元件的安裝 ………………………… ………… .…… 36 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護(hù) ……………………… …… ...36 一般技術(shù)安全事項(xiàng) …………… ……………… .………… ..36 第 六 章 機(jī)械手控制系統(tǒng) …… ..…… …… ……… ..………… 37 結(jié)論 ……………………………………………… ...… .……… 38 參考文獻(xiàn) ………………… ………………………… ...…… .… 39 致謝 ………………………………………………… ..… ...…… 40 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 1 章 緒 論 工業(yè)機(jī)械手概況 工業(yè)機(jī)械手是人類(lèi)創(chuàng)造的一種機(jī)器 ,機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的， 1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工作或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)裝備。工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)械手，由于 使用場(chǎng)合和工作要求的不同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差別。實(shí)踐證明：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，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。 工業(yè)機(jī)械手的 分類(lèi) 按用途分可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī) 械手 （ 1）專(zhuān)業(yè)機(jī)械手 是指附屬于主機(jī)，動(dòng)作程序固定，一般沒(méi)有獨(dú)立控制系統(tǒng)，只制作專(zhuān)門(mén)用途的自動(dòng)抓取或操作裝置。通用工作機(jī)械手工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。其主要特點(diǎn)是：抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。 （ 2）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30 公斤以下，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng) 力是由工作機(jī)械傳遞的。它常被用于為工作主機(jī)的上、下料。 按控制方式分 （ 1）點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)分為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其遠(yuǎn)動(dòng)軌跡。 工業(yè)機(jī)械手 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 擴(kuò)大機(jī)械手在熱加工行業(yè)上的應(yīng)用 因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復(fù)雜、環(huán)境溫度高等，給機(jī)械手的設(shè)計(jì)、制造帶來(lái)不少困難，這就需要解決技術(shù)上的難點(diǎn)，使機(jī)械手更好地為熱加工作業(yè)服務(wù)。機(jī)械手工作性能中的重復(fù)定位精度和工作速度兩個(gè)指標(biāo)，是決定機(jī)械手能否保質(zhì)保量地完成操作任務(wù)的關(guān)鍵因素。 發(fā)展組合式機(jī)械手 為了適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域分門(mén)別類(lèi)的要求，可將機(jī)械手的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)成可以組合的型式。它便于標(biāo)準(zhǔn)化，系列化設(shè)計(jì)和組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，有利于提高機(jī)械手的質(zhì)量和降低造價(jià)。因此，人們對(duì)機(jī)械手提出了更高的要求，希望具有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”的功能，使之對(duì)物件進(jìn)行判斷、選擇，并能進(jìn)行“手 —— 眼”協(xié)調(diào)工作。 隨著工業(yè)機(jī)械手工作性能不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)一步開(kāi)展，工業(yè)機(jī)械手必將在工業(yè)生產(chǎn)中大量推廣應(yīng)用。工業(yè)機(jī)械手在國(guó)民生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，許多機(jī)械設(shè)備都用到工業(yè)機(jī)械手，它是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一種新型的技術(shù)裝備。細(xì)分則可列為以下數(shù)項(xiàng)： 手部（或稱(chēng)抓取機(jī)構(gòu)） 包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的作用。 驅(qū) 動(dòng)部分 是驅(qū)動(dòng)前兩部分的動(dòng)力，因此也成動(dòng)力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動(dòng)四種形式。 控制部分 是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng)，由它來(lái)控制動(dòng)作的順序（程序）、位置和時(shí)間（甚至速度與加速度）等。 其它部分 如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測(cè)裝置和傳感裝置等： （ 1）機(jī)體（也稱(chēng)機(jī)身） 是用以支承和連接其他零件、部件的基礎(chǔ)件。而本身又包括動(dòng)力源、傳動(dòng)（減速）機(jī)構(gòu)、滾輪或連桿機(jī)構(gòu)等。 （ 4）傳感裝置 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 其中裝有某種傳感器，是手指具有敏感性和自控性，用以反應(yīng)手指與物件是否接觸、物件有無(wú)滑下或脫落、物件的方位是否正確、手指對(duì)物件的握緊力是否與物件的重量相適應(yīng)等。 抓重（或臂力） 抓重是機(jī)械手所能抓取或搬運(yùn)物件的最大重量，它是機(jī)械手規(guī)格中的主要參數(shù)。一般將抓重 1 公斤以下的定為微型；1~5 公斤的定為小型； 5~30 公斤的定位中型； 30 公斤以上的定為大型。 自由度數(shù)和坐標(biāo)型式 機(jī)械手的自由度數(shù)和坐標(biāo)型式的選擇，應(yīng)根據(jù)機(jī)械手現(xiàn)場(chǎng)具體的生產(chǎn)情況和工藝的要求而定。 行程范圍 機(jī)械手的手臂運(yùn)動(dòng)行程大小與機(jī)械手的抓重大小、坐標(biāo)型式、驅(qū)動(dòng)方式以及使用性能有關(guān)系，一般對(duì)于通用機(jī)械手的手臂回轉(zhuǎn)應(yīng)盡可能的大些使機(jī)械手具有一定的通用性，因此一般地手臂回轉(zhuǎn)行程范圍應(yīng)大于 180 度；手臂伸縮行程大多數(shù)在500~1000 毫米范圍內(nèi)選取。 研究方法和措施 使用現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)方法和液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（四個(gè)自由度，可以繞橫，縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)和上下左右擺動(dòng)）。 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3章 機(jī)械手各 部分的 計(jì)算與分析 手部 計(jì)算與分析 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類(lèi)。 夾鉗式手部是由手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤(pán)，套類(lèi)零件，一般情況下 可 采用兩個(gè)手指。 ～ 輸 出力的比率分析 手部的主要功用是當(dāng)工件在傳送過(guò)程中抓取和釋放工件，當(dāng)手指牢固地抓緊工件時(shí) ，可把整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)做靜止?fàn)顟B(tài)看待 ，這時(shí)就可 以用傳統(tǒng)的靜力分析方法來(lái)確定各種力的關(guān)系及大小，從而保證機(jī)器人可靠地工作。 由 A（ A`）點(diǎn)力矩平衡方程式可求的抓取力 （輸出力）： 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 F= F2312hh = F5612hh = rPsin2 47′ ~7176。上述方法 還不是一種簡(jiǎn)便而直觀的方法，最直觀而又有效的方法就是虛功原理。 VC的垂直分量 VC1 為： VC1= VCcosθ =Locosθ 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 將 Vm=Rψ 和 VC1= Locosθ代入21PV1=FVC 中可以求得輸入 — 輸出力的比率為： ε =FP=R2Lcosθ 另一實(shí)例瞬時(shí)中心確定在 O3,由于 Δ O1O1’ O3∽ Δ O2O4O3 則 dl=clh? 即lhl=ddc? 再根據(jù)平衡條件得： Pδ pFbr=0 即 P δ φ 2 － F δ φ 1=0 由圖所示的幾何關(guān)系可得 ： Lb 腕部 計(jì)算與分析 腕部設(shè)計(jì) 的基本要求 手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動(dòng)也采用回轉(zhuǎn)油缸。 ，它連同手部的動(dòng)靜載荷均由臂部承受。因此在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 （如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控電測(cè)元件的耐熱性等問(wèn)題）。 f軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 f= 為簡(jiǎn)化計(jì)算取 M摩 ? 總 阻 力 矩 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 腕部回轉(zhuǎn)支承處的受力圖 1G 工件重量（ kgf） ， 2G 手部重量（ kgf） ， 3G －手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量（ kgf） 1G 重心偏置所引起的力矩 M偏 M偏 ＝ 1G e? （ kgf） 式中 e－工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（ m） ，所需的力矩 M慣 啟動(dòng)過(guò)程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度 ? 及啟動(dòng)所用的角速度?起 ： M慣 ＝ ? ? 20 .0 1 7 5 2JJ ? ?? ? ? ?工 件 () 式中： J工 件 －工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? J－手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? ? －手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角加速 ? ?度 秒 ? －啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（度） 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈?xiàng)之和。 (2)摩擦阻力矩 M摩 ＝ 阻 力 矩 (3)設(shè)起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 ?起 ＝ 20 ,等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速 度 100 s? ?? 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 計(jì)算：求 M偏 ＝ ? ? 20 .0 1 7 52JJ ? ?? ?