【正文】 ............................................................. 11 ..................................................................... 11 ................................................................................. 12 腕部回轉油缸計算 .................................................................................. 13 小臂結構設計 .......................................................................................... 17 俯仰缸設計 .............................................................................................. 20 大臂回轉機構設計 .................................................................................. 22 大臂升降結構設計 .................................................................................. 24 .................................................................. 26 腕部回轉油缸油孔尺寸確定 .................................................................. 26 大臂回轉油缸油孔尺寸確定 .................................................................. 27 大臂升降油缸油孔尺寸確定 ................................................................ 27 伸縮臂油缸油孔尺寸確定 .................................................................... 27 哈爾濱理工大學學士學位論文 III 本章小結 ................................................................................................ 28 第 5 章 各油缸活塞桿校核 .............................................................................. 29 手部驅動油缸活塞桿校核 ..................................................................... 29 腕部回轉油缸活塞桿校核 ..................................................................... 29 伸縮 油缸活塞桿校核 ............................................................................. 30 俯仰油缸活塞桿校核 ............................................................................. 30 本章小結 ................................................................................................. 31 第 6 章 總體三維圖 .......................................................................................... 32 總體三維圖 ............................................................................................. 32 本章小結 ................................................................................................. 33 結論 .................................................................................................................... 34 致謝 .................................................................................................................... 35 參考文獻 ............................................................................................................ 36 附錄 .................................................................................................................... 38 哈爾濱理工大學學士學位論文 1 第 1章 緒論 課題背景及研究 現狀 機器人是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動控制與驅動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，隨著經濟的發(fā)展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機器人技術得到了迅速發(fā)展，出現了各種各樣的機器人產品。機器人產品的實用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實際問題，又促進了工業(yè)自動化的進程。 機械手自六十年代以來問世以來，發(fā)展非常迅速。 美國是最早研制和應用機械手的國家，早在 1967 年就定型批量生產了 UNIMATE4000 型前身。 70 年代，美國克萊斯勒汽車公司的 32 條沖繩自動線的 448 臺沖床，全部采用了機械手傳送工件。 此外，瑞典、挪威、德國、意大利、俄國等國家也是發(fā)展迅速，例如挪威的 TRLLFA 公司生產的機 械手 ，瑞典的 ASEA 公 司、ELECTROLUX 公司和 KAVIELDT 公 司 生 產 的 機 械 手 ， 德 國 的VOLKSVAGEN 公司生產的機械手在歐洲市場，甚至在北美市場都占有很大的比重。工業(yè)生產中經常出現的笨重工件的搬運和長期頻繁，單調的 操作，如果沒有機械手那么工人的勞動強度是很高的，有時候還要用行車員工件，生產速度大大延緩，這種情況采用機械手是很有效的。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 表 11 機械手在各個行業(yè)所占比例 （ %） 年份 裝 配 弧焊 噴漆 點焊 樹脂成型 鍛鑄熱處理 機械加工 其他 2022 2022 11， 0 2022 機械手的研究意義及其本身優(yōu)點 機械手的研究意義 機械人手技術是近 30 年來發(fā)展比較快的一種新技術，機械手是一門新興的的綜合性科學，他設計機械設計制造控制工程計算機傳感技術仿真生學，人工智能等領域 ，工業(yè)機械手是實現工業(yè)生產自動化的重要設備，它本身是機電一體化的典型產品 。 機械手本身的優(yōu)點 搬運機械手是機器人家族中的重要一員，其應用最廣泛，在自動化流水線生 產中勞動強度最大，工作條件差，熱塵煙霧毒氣等使得環(huán)境惡化，使得人的工作受到了種種限制，此時搬運機械手則能夠迎難而上，獨樹一幟，而且其能不知疲倦的工作，搬運機械手具有許多人沒法相比的優(yōu)點 ： （ 1）工作時間持久，不會出現人的疲勞，可以重復不間斷的勞動，能 持流水線的持續(xù)工作。 （ 3）運動靈活精確，能夠延伸到人手所不能到達的空間區(qū)域內進行工作，而不受外界因素的干擾。 （ 5） 工作效率高，提高了勞動生產效率，同時也降低了成本。 本章小結 本章介紹了五自由度液壓搬運機械手的設計研究背景及其研究現狀，列舉了一些國家的研究成果，重點講述了機械手的研究在現實中的應用領域，還介紹了機械手的優(yōu)點及發(fā)展前景。 重點是機器手的結構 設計，即如何在綜合 考慮機器人的功能和特性要求后，能夠完整的設計出合理而優(yōu)化的機器手 。 由于本設計并沒有工業(yè)實際的問題的要求，也就是沒有要功能模塊的具體設計，并且，設計者所希望的創(chuàng)新性也大過實用性。 總體方案分析 搬運機械手的組成 圖 21 組成 框架圖 參考諸多的搬運機械手的設計理念，以及對于本題目 —— 五自由度搬運機械手的理解，現將 總體分為五大部件，分別為： 大臂升降結構、大臂回轉結構、伸縮臂結構、小臂伸縮結構、手爪回轉結構、手爪伸縮結構。 2． 驅動系統 用來為各個部件的運動提供動力，是實現一切運動的動力來源，有氣動、液動電動和機械式四種形式，根據設計要求和各自的優(yōu)點和缺點，本控制系統 驅動系統 執(zhí)行系統 哈爾濱理工大學學士學位論文 5 機械手采用液壓驅動實現，五個自由度。 （ 4） 腰部 :機身是支撐機器手所有部件的部位及其零件，是整個機械手的基礎。 3． 運動范圍 關節(jié) 3 結構的運動范圍和形狀取決于大臂和小臂的長度比，本機械手大臂長 600mm，小臂長 800mm，具體范圍見后圖。 5． 機械手的驅動方式 采用液壓驅動的優(yōu)點是： （ 1） 速度反映性好 。 （ 2） 調速范圍大，還可以無極調速，適用于不同的工作要求。 （ 4） 在產生相同驅動力的條件下，液壓驅動比其他驅動方式體積小， （ 5） 定位精度高 哈爾濱理工大學學士學位論文 7 （ 6） 驅動力或力矩大 存在的不利因素有： （ 1） 液壓系統存在泄漏對機構的穩(wěn)定性有一定的影響 （ 2） 油液中如果混有空氣將降低傳動機構的剛性，影響定位精度，產生爬行 （ 3）油液的溫度和黏度的變化影響傳動的性能 本章小結 本章對總體方案的設計進行了確定，規(guī)劃了搬運機械手的三大組成部分，進而 對三大組成部分進行了設計分析，確定了搬運機械手的運動方式及其驅動源，設計了運動范圍及回轉角度，對液壓驅動方式的優(yōu)缺點進行了比較。 — 90176。 /s 小臂伸縮 0— 300mm 小 臂俯仰 0— 100mm 大臂回轉 90176。 15176。 （ 6） 電磁鐵 3通電，手爪旋轉缸順時針旋轉，實現手爪的周向定位 （ 7） 電磁鐵 1通電，手爪伸縮缸伸出，實現手爪的軸向定位 （ 8） 手爪抓取工件，工件與手爪夾緊到一 定壓力，壓力繼電器通電使得電磁鐵 1 斷電 ，電磁鐵 2 通電手爪收縮，實現手爪的軸向定位。 (10) 電磁鐵 6通電，小臂伸縮油缸回縮，實現小臂的軸向定位。 （ 12）電磁鐵 11通電， 大臂升降油缸下降，實現大臂軸向定位。 在參考了眾多機械手手部 的結構后，結合自己的設計要求，現在設計出如上圖的液壓機械手及其驅動液壓原理裝置。在確定握力時，除考慮抓取物體重量外，還應考慮傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動，以保證夾持安全可靠； （ 2）手爪具有一定的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉過的角度）。 本章小結 本章對機械手的基本參數進行了確定，并且繪制出了總體外觀圖及液壓原理圖，同時對液壓原理圖的工作原理進行了電磁鐵的動作表繪制，對工作周期做了具體介紹。 手部夾持器應具有以下幾點： （ a） 足夠的夾緊力 （ b） 保證工件在手指的準確定位 ( c ) 能適應工作環(huán)境所提出的要求 （ d）保證在強度和剛度的前提下，盡可能使結構緊湊，重輕。 =d4PP221實 π（ D ） （ 45） 1 2 3 1 16P120 m m m mPN K K K G K P D m mD? ? ?實實 2π （ ）取 為 ， 所 以 d 為 10mm , 壁 厚 取 10 。 腕部回轉油缸計算 腕部是臂部和手部的連接部位，其作用實在臂部運動的基礎上進一步改變手部或調整手部在空間的方向，從而增加手部工作的靈活性，擴大手部的工作范圍。則重量