【正文】 整個(gè)機(jī)械手爪通過齒輪和螺紋傳動(dòng)，增加了傳動(dòng)的平穩(wěn)性和抓取力矩 ,使得抓取平穩(wěn)可靠 。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，液壓轉(zhuǎn)角伺服閥響應(yīng)快、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 好 、運(yùn)動(dòng)精度高，帶動(dòng)機(jī)械手手爪抓取力強(qiáng)，抓取精度 高。通過重新編程，機(jī)器人能很容易地完成許多不同的 任務(wù)，然而一臺(tái)機(jī)器人能完成任務(wù)的范圍卻受其自身的機(jī)械結(jié)構(gòu)限制。對(duì)于一些不可預(yù)知的作業(yè)任務(wù)或不斷變化的作業(yè)，就無法選擇機(jī)器人的最佳結(jié)構(gòu)，需要應(yīng)用許多具有不同運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的機(jī)器人來完成作業(yè)任務(wù)，這種做法往往耗資巨大，甚至于不可行?？芍貥?gòu)機(jī)器人的研究正是在此類應(yīng)用背景下開始的?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境與任務(wù)是多變的，需要采用能夠快速適應(yīng)任務(wù)的制造系統(tǒng)。 可重構(gòu)液壓機(jī)器人因輸出力矩大精度高而廣泛受到國(guó)內(nèi)外的別是發(fā)達(dá)國(guó)家的關(guān)注 ,可重構(gòu)液壓機(jī)器人的研究目前已經(jīng)成為機(jī)器人研究的一個(gè)重要方向 ,并已取得一些重要的成果。液壓伺服技術(shù)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、無需減速器就能實(shí)現(xiàn)大力矩傳 動(dòng)、調(diào)速范圍大、單位功率重量?jī)H為電機(jī)的1/易于控制等優(yōu)點(diǎn) ,國(guó)內(nèi)外有多家單位在機(jī)器人液壓伺服技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的研究。目前，許多研究者己對(duì)常規(guī)機(jī)械手、欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手等作了許多的理論與實(shí)驗(yàn)研究，但目前的機(jī)械手一般機(jī)構(gòu)復(fù)雜、很難控制。 本課題主要對(duì)一種通過以液壓轉(zhuǎn)角伺服閥提供大轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力源 ，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手爪的抓取。 1 概述 設(shè)計(jì)題目及參數(shù)要求 設(shè)計(jì)題目：可重構(gòu)液壓機(jī)械手設(shè)計(jì) 主要技術(shù)參數(shù)及要求： 設(shè)計(jì)液壓機(jī)械手，設(shè)計(jì)中應(yīng)用液壓轉(zhuǎn)角自伺服技術(shù)，讓機(jī)械手的抓取力矩大于，盡量減小尺寸。 液壓系統(tǒng)最大工作壓力： 5MPa。系統(tǒng)原理圖見圖 。該設(shè)計(jì)的主要工作就是兩個(gè)方面，一是對(duì)液壓轉(zhuǎn)角伺服閥進(jìn)行設(shè)計(jì)，二是對(duì)機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和力的仿真，得到想要的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。 機(jī)械手原理圖如圖 。 由于液壓傳動(dòng)技術(shù)對(duì)于直線傳動(dòng)上比較容易實(shí)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要經(jīng)過一定的機(jī)械機(jī)構(gòu)才能得以實(shí)現(xiàn)，而轉(zhuǎn)角伺服技術(shù)極好的解決了這一難題。該技術(shù)是將伺服技術(shù)和電機(jī)控制結(jié)合起來，用小尺寸小力矩的電機(jī)通過液壓伺服技術(shù)控制大力矩的液壓關(guān)節(jié)，利用液壓伺服閥中的轉(zhuǎn)角伺服技術(shù)，無需減速機(jī)構(gòu)，減小關(guān)節(jié)尺寸。擬定的液壓轉(zhuǎn)角伺服閥的截面圖如圖 所示。因此伺服閥可以由較小的力控制閥芯，進(jìn)而控制隨動(dòng)閥套的旋轉(zhuǎn)。圖 中 E 塊為擺動(dòng)缸缸體， D 塊為隨動(dòng)閥套， C 塊為伺服閥芯。當(dāng)給舵機(jī)發(fā)出一轉(zhuǎn)角信號(hào)后，舵機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過一角度，如圖 ，壓力油液流進(jìn)擺動(dòng)缸的 A 腔 , 另一腔 (B 腔 )與回油油路相通 ,隨動(dòng)閥套在壓差作用力下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過輸出軸帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。 液壓轉(zhuǎn)角伺服閥閥芯截面圖如圖 ，該液壓轉(zhuǎn)角伺服閥閥芯在一定的工作范圍內(nèi)閥口開度連續(xù)，且開口面積與旋轉(zhuǎn)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)角度成正比，增益恒定，流量連續(xù)，抗污染能力強(qiáng)，可靠性高，控制靈敏，且閥芯受力平衡，角度伺服精度高。隨動(dòng)閥套上有 4 個(gè)與之對(duì)應(yīng)的臺(tái)肩， 4 個(gè)臺(tái)肩剛好能切斷 4 條油路，這4 個(gè)臺(tái)肩沿隨動(dòng)閥套圓周均布，每 2 個(gè)相對(duì)的臺(tái)肩中心線的連線垂直正交。隨動(dòng)閥套中 A 口和 B 口是對(duì)稱于圓心的閥口， 2 個(gè) A口中心線的連線與 2個(gè) B口中心線的連線垂直正交。 。缸體壁厚，最終取 ,底部厚度取 10mm，吸油管道 吸d =6mm，壓油管道 壓d =3mm，回油管道 回d =4mm。液壓油通過滑環(huán)，從缸體進(jìn)入閥套，還需要進(jìn)入閥芯，由閥芯控制油的走向?；h(huán)上的高壓油類似柱塞泵中柱塞上的均壓槽，同時(shí)導(dǎo)通油路，且潤(rùn)滑接觸面，利于閥套轉(zhuǎn)動(dòng)。高壓油進(jìn)入閥芯后，分三個(gè)油口導(dǎo)通至工作腔，目的是使油液流動(dòng)順暢，保證 轉(zhuǎn)角伺服閥的旋轉(zhuǎn)速度和精度。在其間安裝軸承，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此轉(zhuǎn)角液壓缸的旋轉(zhuǎn)范圍為 ??165 ，旋轉(zhuǎn)速度為 srad3? ， 軸承受徑向載荷 kN10?rF 。圓柱滾子軸承系列中， NUP 型（內(nèi)圈單擋邊帶平擋圈的圓柱滾子軸承）的特性是： （ 1） 承載能力大，額定動(dòng)載荷比 ~3； （ 2） 能承受較小的雙 向軸向載荷； （ 3） 能限制軸和外殼的雙向軸向位移； （ 4） 屬分離型軸承，安裝、拆卸非常方便； （ 5） 極限轉(zhuǎn)速高。由于軸承的使用狀況：轉(zhuǎn)速 10r/min，要求壽命 1500h，計(jì)算軸承所受載荷，根據(jù)公式： arTn dmh CCPff fffC 或?? () 式中 C—— 基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值（ N）； P—— 當(dāng)量動(dòng)載荷（ N）； hf —— 壽命因數(shù)，按系列表選??； nf —— 速度因數(shù)，按系列表選取； mf —— 力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí) mf =，力矩載荷較大時(shí) mf =2； df —— 沖擊載荷因數(shù)，按系列表選取； Tf —— 溫度因數(shù)，此處可取 1； rC —— 軸承尺寸及 性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷（ N）； aC —— 軸承尺寸及性能表中所列軸向基本額定動(dòng)載荷（ N）。 所以： ??????? .Pff fffC Tn dmh 對(duì)于低速旋轉(zhuǎn)軸承應(yīng)將動(dòng)靜載荷分別計(jì)算，靜載荷徑向： a00 ooror CCPSC 或?? () 式中： 0C —— 基本額定靜載荷計(jì)算值（ N）； 0S —— 安全因數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表得，此處可取 3； orP —— 當(dāng)量靜載荷（ N）； orC —— 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷（ N）； aoC —— 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷（ N）。 ??? CC r ； ??? oor CC ； 所以此處所選的軸承合適。此基礎(chǔ)模塊，即旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的輸入接口，設(shè)計(jì)如圖 和圖 所示，中心的孔道是控制電線通道，對(duì)稱的兩個(gè)孔道是油道。 圖 輸入接口模塊背面 圖 輸入接口模塊正面 端蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該端蓋要作為缸筒的外端蓋，同時(shí)也有與機(jī)械手手爪連接。 6 ????? ??? ???ParFb 因此，取法蘭厚度不小于 10mm，足夠?qū)⒖刂凭€路的孔道設(shè)計(jì)在法蘭中，如上面敘述。m ， 轉(zhuǎn)速 n1= r/min設(shè)定 錐齒輪 1（主動(dòng)齒輪，下面正文中全部稱為齒輪 1）， 錐齒輪 2（從動(dòng)齒輪，下面正文中全部稱為齒輪 2）。 確定 錐 齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1）選用直齒 錐 齒輪傳動(dòng)，齒輪配合為外嚙合。 2） 齒輪 1 傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=40 N 3） 由 文獻(xiàn) [20]表 107 選取齒寬系數(shù) Φd=1/3。 5） 由 文獻(xiàn) [21]表 查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ?Ez 6） 由 文獻(xiàn) [20]圖 1021d 查得 齒輪 1 的接觸疲勞強(qiáng)度極限 σHlim 1=1300 Mpa； 齒輪 2 的接觸疲勞強(qiáng)度極限 σHlim 2=1300 Mpa。 8） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概論為 1%，安全系數(shù) S=，由 文獻(xiàn) [20]式 1012 得 MpaMpaSK HNH 13001][ 1lim11 ???? ?? MpaMpaSK HNH 13001][ 1lim12 ???? ?? （ 2） 計(jì)算 1） 試算齒輪 1 分度圓直徑 d1t，代入 [σH]中較小的值。 smnd t /100 060 3055. 23100 060 11 ? ????? ??? = m/s 3） 由文獻(xiàn) [21]，圖 按 6 級(jí)精度查得動(dòng)載荷系數(shù) KV=. 4） 由文獻(xiàn) [21]，表 查得使用系數(shù) KA=. 由文獻(xiàn) [21], 圖 查得齒向載荷分布系數(shù) ?K =. 計(jì)算載荷系數(shù) K=KV? KA? ?K =. 4） 修正小齒輪 1 分度圓直徑 d1= 31 mm=57mm。 5） 大端分度圓直徑 d1=mz1= d2=mz2=84mm 6） 齒錐頂距 R= mmud 221 ???? 7） 齒寬 b=ΦdR=? 1/3= 取 b= 20mm 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由 文獻(xiàn) [21]式（ ） ? ?FSFdtF YYbm KF ?? ???? )( () 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1) K,b， m， Φd 同前； 2) 圓周力 Ft 可由文獻(xiàn) [21]式（ ）算得 Ft = ? ?ddT ?? 211 = ? ?6/ 400002 ??? =1 3) 齒形系數(shù) YF和應(yīng)力修正系數(shù) Ys 由文獻(xiàn) [21]式（ ） cos 783 221 ????? u u? cos 62 111 222 ????? u? 由文獻(xiàn) [21]式（ ）得 Zv1= 19cos 11 ???Z Zv2= 24cos 22 ???Z 由文獻(xiàn) [21]圖 得 YF1=， YF2= 由文獻(xiàn) [21]圖 得 Ys1=， Ys2= 4) 計(jì)算彎曲許用應(yīng)力 由文獻(xiàn) [21]式（ ）得 ? ?FFNF SY lim?? ? （ ） 由 文獻(xiàn) [21]圖 (f)、 (b)查得 彎曲疲勞極限應(yīng)力 M P aFF 6 3 02l i m1l i m ?? ?? 彎曲疲勞壽命系數(shù) 1NY = 2NY = ； 由 文獻(xiàn) [21]表 得 疲勞安全系數(shù) S=，得