【正文】 ............................................................. 11 ..................................................................... 11 ................................................................................. 12 腕部回轉(zhuǎn)油缸計算 .................................................................................. 13 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 .......................................................................................... 17 俯仰缸設(shè)計 .............................................................................................. 20 大臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................. 22 大臂升降結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................. 24 .................................................................. 26 腕部回轉(zhuǎn)油缸油孔尺寸確定 .................................................................. 26 大臂回轉(zhuǎn)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 本章小結(jié) ................................................................................................ 28 第 5 章 各油缸活塞桿校核 .............................................................................. 29 手部驅(qū)動油缸活塞桿校核 ..................................................................... 29 腕部回轉(zhuǎn)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(jié) ................................................................................................. 31 第 6 章 總體三維圖 .......................................................................................... 32 總體三維圖 ............................................................................................. 32 本章小結(jié) ................................................................................................. 33 結(jié)論 .................................................................................................................... 34 致謝 .................................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 36 附錄 .................................................................................................................... 38 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 課題背景及研究 現(xiàn)狀 機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計算機(jī)、自動控制與驅(qū)動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品。機(jī)器人產(chǎn)品的實(shí)用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實(shí)際問題，又促進(jìn)了工業(yè)自動化的進(jìn)程。 機(jī)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(yīng)用機(jī)械手的國家，早在 1967 年就定型批量生產(chǎn)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(jī)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(chǎn)的機(jī) 械手 ，瑞典的 ASEA 公 司、ELECTROLUX 公司和 KAVIELDT 公 司 生 產(chǎn) 的 機(jī) 械 手 ， 德 國 的VOLKSVAGEN 公司生產(chǎn)的機(jī)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(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長期頻繁，單調(diào)的 操作，如果沒有機(jī)械手那么工人的勞動強(qiáng)度是很高的，有時候還要用行車員工件，生產(chǎn)速度大大延緩，這種情況采用機(jī)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(jī)械手在各個行業(yè)所占比例 （ %） 年份 裝 配 弧焊 噴漆 點(diǎn)焊 樹脂成型 鍛鑄熱處理 機(jī)械加工 其他 2022 2022 11， 0 2022 機(jī)械手的研究意義及其本身優(yōu)點(diǎn) 機(jī)械手的研究意義 機(jī)械人手技術(shù)是近 30 年來發(fā)展比較快的一種新技術(shù)，機(jī)械手是一門新興的的綜合性科學(xué)，他設(shè)計機(jī)械設(shè)計制造控制工程計算機(jī)傳感技術(shù)仿真生學(xué)，人工智能等領(lǐng)域 ，工業(yè)機(jī)械手是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要設(shè)備，它本身是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品 。 機(jī)械手本身的優(yōu)點(diǎn) 搬運(yùn)機(jī)械手是機(jī)器人家族中的重要一員，其應(yīng)用最廣泛，在自動化流水線生 產(chǎn)中勞動強(qiáng)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(yùn)機(jī)械手則能夠迎難而上，獨(dú)樹一幟，而且其能不知疲倦的工作，搬運(yùn)機(jī)械手具有許多人沒法相比的優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）工作時間持久，不會出現(xiàn)人的疲勞，可以重復(fù)不間斷的勞動，能 持流水線的持續(xù)工作。 （ 3）運(yùn)動靈活精確，能夠延伸到人手所不能到達(dá)的空間區(qū)域內(nèi)進(jìn)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(chǎn)效率，同時也降低了成本。 本章小結(jié) 本章介紹了五自由度液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計研究背景及其研究現(xiàn)狀，列舉了一些國家的研究成果，重點(diǎn)講述了機(jī)械手的研究在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用領(lǐng)域，還介紹了機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展前景。 重點(diǎn)是機(jī)器手的結(jié)構(gòu) 設(shè)計，即如何在綜合 考慮機(jī)器人的功能和特性要求后，能夠完整的設(shè)計出合理而優(yōu)化的機(jī)器手 。 由于本設(shè)計并沒有工業(yè)實(shí)際的問題的要求，也就是沒有要功能模塊的具體設(shè)計，并且，設(shè)計者所希望的創(chuàng)新性也大過實(shí)用性。 總體方案分析 搬運(yùn)機(jī)械手的組成 圖 21 組成 框架圖 參考諸多的搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計理念，以及對于本題目 —— 五自由度搬運(yùn)機(jī)械手的理解，現(xiàn)將 總體分為五大部件，分別為： 大臂升降結(jié)構(gòu)、大臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、伸縮臂結(jié)構(gòu)、小臂伸縮結(jié)構(gòu)、手爪回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、手爪伸縮結(jié)構(gòu)。 2． 驅(qū)動系統(tǒng) 用來為各個部件的運(yùn)動提供動力，是實(shí)現(xiàn)一切運(yùn)動的動力來源，有氣動、液動電動和機(jī)械式四種形式，根據(jù)設(shè)計要求和各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，本控制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 機(jī)械手采用液壓驅(qū)動實(shí)現(xiàn)，五個自由度。 （ 4） 腰部 :機(jī)身是支撐機(jī)器手所有部件的部位及其零件，是整個機(jī)械手的基礎(chǔ)。 3． 運(yùn)動范圍 關(guān)節(jié) 3 結(jié)構(gòu)的運(yùn)動范圍和形狀取決于大臂和小臂的長度比，本機(jī)械手大臂長 600mm，小臂長 800mm，具體范圍見后圖。 5． 機(jī)械手的驅(qū)動方式 采用液壓驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是： （ 1） 速度反映性好 。 （ 2） 調(diào)速范圍大，還可以無極調(diào)速，適用于不同的工作要求。 （ 4） 在產(chǎn)生相同驅(qū)動力的條件下，液壓驅(qū)動比其他驅(qū)動方式體積小， （ 5） 定位精度高 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 （ 6） 驅(qū)動力或力矩大 存在的不利因素有： （ 1） 液壓系統(tǒng)存在泄漏對機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的剛性，影響定位精度，產(chǎn)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(jié) 本章對總體方案的設(shè)計進(jìn)行了確定，規(guī)劃了搬運(yùn)機(jī)械手的三大組成部分，進(jìn)而 對三大組成部分進(jìn)行了設(shè)計分析，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動方式及其驅(qū)動源，設(shè)計了運(yùn)動范圍及回轉(zhuǎn)角度，對液壓驅(qū)動方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。 — 90176。 /s 小臂伸縮 0— 300mm 小 臂俯仰 0— 100mm 大臂回轉(zhuǎn) 90176。 15176。 （ 6） 電磁鐵 3通電，手爪旋轉(zhuǎn)缸順時針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手爪的周向定位 （ 7） 電磁鐵 1通電，手爪伸縮缸伸出，實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)手爪的軸向定位。 (10) 電磁鐵 6通電，小臂伸縮油缸回縮，實(shí)現(xiàn)小臂的軸向定位。 （ 12）電磁鐵 11通電， 大臂升降油缸下降，實(shí)現(xiàn)大臂軸向定位。 在參考了眾多機(jī)械手手部 的結(jié)構(gòu)后，結(jié)合自己的設(shè)計要求，現(xiàn)在設(shè)計出如上圖的液壓機(jī)械手及其驅(qū)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(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)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(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度）。 本章小結(jié) 本章對機(jī)械手的基本參數(shù)進(jìn)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(jìn)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(yīng)具有以下幾點(diǎn)： （ a） 足夠的夾緊力 （ b） 保證工件在手指的準(zhǔn)確定位 ( c ) 能適應(yīng)工作環(huán)境所提出的要求 （ d）保證在強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，重輕。 =d4PP221實(shí) π（ D ） （ 45） 1 2 3 1 16P120 m m m mPN K K K G K P D m mD? ? ?實(shí)實(shí) 2π （ ）取 為 ， 所 以 d 為 10mm , 壁 厚 取 10 。 腕部回轉(zhuǎn)油缸計算 腕部是臂部和手部的連接部位，其作用實(shí)在臂部運(yùn)動的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變手部或調(diào)整手部在空間的方向，從而增加手部工作的靈活性，擴(kuò)大手部的工作范圍。則重量