【正文】 種手爪有可能產生較大的夾緊力。這種手爪通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉，產生手爪的夾緊與松開動作。 結合具體的工作情況，本設計采用齒輪齒條式的手爪。手指的最小開度由加工工件的直徑來調定。： 手爪機械手是由多級聯桿和關節(jié)組成的多自由度的空間運動機構。機械手所采用的傳動機構與一般機械的傳動機構相類似。由于傳動部件直接影響著機器人的精度、穩(wěn)定性和快速響應能力，因此，應設計和選擇滿足傳動間隙小，精度高，低摩擦、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、響應速度快、傳遞轉矩大、諧振頻率高以及與伺服電動機等其它環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配等要求的傳動部件。因此，機械手的傳動機構要力求結構緊湊，重量輕，體積小。，動摩擦力應是盡可能小的正斜率，若為負斜率則易產生爬行，精度降低，壽命減小。減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要。減速器是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉速，增加轉矩。而當dfd6～7mn時，采用齒輪與軸分開為兩個零件的結構，如低速軸與大齒輪。兩軸均采用了深溝球軸承。當軸向載荷較大時，應采用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承與推力軸承的組合結構。箱座中油池的潤滑油，被旋轉的齒輪濺起飛濺到箱蓋的內壁上，沿內壁流到分箱面坡口后，通過導油槽流入軸承。為防止?jié)櫥土魇Ш屯饨缁覊m進入箱內，在軸承端蓋和外伸軸之間裝有密封元件。它是傳動零件的基座，應具有足夠的強度和剛度。單體生產的減速器，為了簡化工藝、降低成本，可采用鋼板焊接的箱體。為了便于軸系部件的安裝和拆卸，箱體制成沿軸心線水平剖分式。軸承座的聯接螺栓應盡量靠近軸承座孔，而軸承座旁的凸臺，應具有足夠的承托面，以便放置聯接螺栓，并保證旋緊螺栓時需要的扳手空間。為保證減速器安置在基礎上的穩(wěn)定性并盡可能減少箱體底座平面的機械加工面積，箱體底座一般不采用完整的平面。檢查孔為檢查傳動零件的嚙合情況，并向箱內注入潤滑油，應在箱體的適當位置設置檢查孔。平時，檢查孔的蓋板用螺釘固定在箱蓋上。軸承蓋為固定軸系部件的軸向位置并承受軸向載荷，軸承座孔兩端用軸承蓋封閉。利用六角螺栓固定在箱體上，外伸軸處的軸承蓋是通孔，其中裝有密封裝置。具體到本設計，因為選用了液壓缸作為機械手的水平手臂、垂直手臂和手爪，由于液壓缸實現直接驅動，它既是關節(jié)機構，又是動力元件。機械手腰部的回轉運動采用步進電機驅動，必須采用傳動機構來減速和增大扭矩。采用大的傳動比120，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。硬齒面減速機是按照國家標準（Gb1900488）生產的，主要包括ZDY（單級）、ZLY（兩級）、ZSY（三級）和ZFY（四級）四大系列。、淬火而成，齒輪硬度達HRC5862。，自然冷卻，當熱功率不能滿足時，可采用循環(huán)油潤滑或風扇，冷卻盤管冷卻。目前，雖然在中等負荷以下的工業(yè)機器人中大量采用電機驅動系統(tǒng)，但是在簡易經濟型、重型的工業(yè)機器人和噴涂機器人中采用液壓系統(tǒng)的還仍然占有很大的比例。液壓動力機構多數情況下采用直線液壓缸或擺動馬達，連續(xù)回轉的液壓馬達用得很少。節(jié)流調速系統(tǒng)，動態(tài)特性好，但是效率低。機器人液壓驅動系統(tǒng)包括程序控制和伺服控制兩類。這類機器人的液壓系統(tǒng)設計要重視以下方面：（1）液壓缸設計：在確保密封性的前提下，盡量選用橡膠與氟化塑料組合的密封件，以減小摩擦阻力，提高液壓缸的壽命。具有點位控制和連續(xù)軌跡控制功能的工業(yè)機器人，需要采用電液伺服驅動系統(tǒng)。由以上各類閥件與液壓動力機構可組成電液伺服馬達，電液伺服液壓缸，電液步進馬達，電液步進液壓缸，液壓回轉伺服執(zhí)行器等各種電液伺服動力機構。如果是分離式的連接方式，要盡量縮短連接管路，這樣可以減少伺服閥到液壓機構間的管道容積，以增大液壓固有頻率。由于高起動力矩、大轉矩低慣量的交、直流電機在機器人中的應用，因此一般情況下，負重在100kg以下的工業(yè)機器人大多數采用電動驅動系統(tǒng)。速度傳感器多數用的是測速發(fā)電機，位置傳感器多數用光電編碼器。［8］機器人的驅動系統(tǒng)電機的選擇要根據機器人的用途、功能、結構特點，結合各類電機自身的特點、性能、結構特點以及性能價格比等綜合考慮進行。［6］有關各類驅動電動機主要特點及性能、結構特點、用途及使用范圍、。其電源電壓為固定不變值，由大功率三極管作為開關元件，以固定的開關頻率動作，但其脈沖寬度可以隨電路控制而改變，改變了脈沖寬度也就可以改變加在電機電樞兩端的平均電壓，從而改變了電機的轉速。末級采用大功率三極管構成橋式開關電路。目前已廣泛應用于各類數控機床、工業(yè)機器人及其它機電一體化產品中用做直流伺服電機的驅動。脈沖發(fā)生器可以按照起、制動及調速要求改變頻率、以控制步進電機。它的作用是把脈沖發(fā)生器送來的一系列脈沖信號按照一定的循環(huán)規(guī)律依次分配給各繞組，以使步進電機按著一定的規(guī)律運動。目前功率放大器多采用高低壓驅動電路。當繞組剛通電瞬間讓繞組接通高電壓，從而使各相電流迅速建立。高電壓加入的時間長短由控制電路來實現。機械手腰部的旋轉運動需要一定的定位控制精度，故采用步進電機驅動來實現；因為采用液壓執(zhí)行缸來做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液壓驅動；同時考慮隨著機床加工的工件的不同，水平手臂伸出長度是不同的。而手爪的張開和夾緊通過液壓缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來實現，即手爪在液壓缸推力作用下通過活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。名 稱特 點適 用 場 合雙活塞桿液壓缸雙向對稱雙向工作的往復場合單活塞桿液壓缸有效工作面積大、雙向不對稱往返不對稱的直線運動，差動連接可實現快進柱塞缸結構簡單單向工作，靠重力或其它外力返回擺動缸單葉片式小于360雙葉片式小于180小于360的擺動；小于180的擺動齒輪馬達結構簡單、價格便宜高轉速、低轉矩的回轉運動葉片馬達體積小、轉動慣量小高速低轉矩、動作靈敏的回轉運動擺線齒輪馬達體積小、輸出轉局大低速、小功率大轉矩的回轉運動軸向柱塞馬達運動平穩(wěn)、轉矩大、轉速范圍寬大轉矩的回轉運動徑向柱塞馬達轉速低，輸出轉矩大低速大轉矩回轉運動 液壓執(zhí)行原件本設計因為機械手的形式為圓柱坐標形式，具有3個自由度，一個轉動，兩個移動自由度。因此，機械手的水平手臂和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實現直線往復運動。方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實現。對高壓大流量的系統(tǒng)，多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。相應的調速方式有節(jié)流調速、容積調速以及二者結合的容積節(jié)流調速。液壓系統(tǒng)的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。容積調速系統(tǒng)多用變量泵供油，用安全閥來限定系統(tǒng)的最高壓力。一般泵的入口要裝粗濾油器，進入系統(tǒng)的油液根據要求，通過精濾油器再次過濾。根據液壓設備所處的環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。為了保證液壓油的潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵的出口安裝精過濾器對循環(huán)的液壓油進行凈化。其中，泵由三相交流異步電動機M拖動；系統(tǒng)壓力由溢流閥V1調定；1DT的得失電決定了動力源的投入與摘除。當5DT得電時，工作液體經由節(jié)流閥V5進入液壓缸，實現手爪的輕緩抓緊；當6DT得電時，工作液體進入液壓缸中，實現手爪迅速松開。 液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的主要參數是壓力和流量，他們是設計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據。［14］根據機構的工作情況液壓缸所受的總機械載荷為 （）式中， 為外加的載荷，因為水平方無外載荷，故為0；為活塞上所受的慣性力；為密封阻力；為導向裝置的摩擦阻力；為回油被壓形成的阻力；（1）的計算 （）式中， 為液壓缸所要移動的總重量，取為100KG；為重力加速度， ；為速度變化量；啟動或制動時間，~，將各值帶入上式，得：=（2）的計算 （）式中，克服液壓缸密封件摩擦阻力所需空載壓力，如該液壓缸工作壓力16 ，查相關手冊取= ；為進油工作腔有效面積； 啟動時： 565N運動時： =283N（3）的計算機械手水平方向上有兩個導桿，內導桿和外導套之間的摩擦力為 （）式中，為機械手和所操作工件的總重量，取為100KG；為摩擦系數，取f=；帶入數據計算得： =98（4）的計算回油背壓形成的阻力按下式計算 （）式中，為回油背壓，~ ，取= 為有桿腔活塞面積，考慮兩邊差動比為2；將各值帶入上式有，分析液壓缸各工作階段受力情況，作用在活塞上的總機械載荷為。帶入數據，計算得 計算驅動力計算公式為： （）式中，為計算驅動力；安全系數，；工作條件系數，；其他同上。因此，先從剛度角度進行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優(yōu)先保證機械手的結構和運動的穩(wěn)定性、安全性。經過仔細分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數如下； :缸內徑mm壁厚mm直徑mm行程mm工作壓力20520803~6：手爪執(zhí)行液壓缸參數注：手爪液壓缸工作壓力由系統(tǒng)壓力閥調定。而且因為機械手要求具有一定的柔性，水平液壓缸活塞桿要求具有比較大的工作行程。因此，在水平伸縮缸的設計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結構布局設計，使其具有盡量大的剛度。另一方面，為增大結構的剛度和穩(wěn)定性，將兩個導向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量，也大大增加了液壓缸的工作剛度。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅動力要求是輕而易舉的，要解決的關鍵問題仍然是它的結構設計能否有足夠的剛度來抗傾覆。［13］（1）缸筒壁厚的較核當 D/時，液壓缸壁厚的較核公式如下： （） 式中，為缸筒內徑；為缸筒試驗壓力，當缸的額定壓力時，取為；為缸筒材料的許用應力，為材料抗拉強度，經查相關資料取為650，為安全系數，此處取；帶入數據計算，上式成立。（2）活塞桿直徑的較核活塞桿直徑的較核公式為 （）式中， 為活塞桿上作用力；為活塞桿材料的許用應力，此處；帶入數據，進行計算較核得上式成立，因此活塞桿的強度能滿足工作要求。因此，可以確定液壓泵的實際工作壓力為（2）確定液壓泵的流量 （）式中，為泄露因數，；為機械手工作時最大流量。根據系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標準元件的產品樣本中選取各控制元件。（1）查閱設計手冊，選擇油管公稱通徑、外徑、壁厚參數，選??；液壓泵吸油管稍微粗些，選擇；其余都選為；（2）確定油箱的容量一般取泵流量的3~5倍，這里取為5倍，有效容積為 電機相關參數和選型（通過滾珠絲杠）則有負載額定功率： （） 負載加速功率： （） 負載力矩（折算到電機軸）： （）負載（折算到電機軸）： （）起動時間： （）制動時間： （）負載額定功率： （） 負載加速功率： （） 負載力矩（折算到電機軸）： （）負載GD（折算到電機軸）： （）起動時間： （）制動時間： （）式中，為額定功率，KW；為加速功率，KW；為負載軸回轉速度，r/min；為電機軸回轉速度，r/min；為負載的速度，m/min；為減速機效率；為摩擦系數；為負載轉矩（負載軸），；為電機啟動最大轉矩，；為負載轉矩（折算到電機軸上），；為負載的，；為負載（折算到電機軸上），；為電機的，；具體到本設計，因為步進電機是驅動腰部的回轉，傳遞運動形式屬于第二種。因為腰部回轉運動只存在摩擦力矩，在回轉圓周方向上不存在其他的轉矩，則在回轉軸上有； （）式中，為滾動軸承摩擦系數，；為機械手本身與負載的重量之和，取100；為回轉軸半徑，R=240；帶入數據，計算得 =； 同時，腰部回轉速度定為=5r/min；傳動比定為1/120； （）帶入數據得： =。根據以上結果，綜合考慮各種因素，選擇國產北京和利時電機技術有限公司（原北京四通電機公司）的步進電機，具體型號為： 110BYG550BSAKRMA0301或110BYG550BSAKRMT0301或 110BYG550BBAKRMT0301,該步進電機高轉矩，低振動，綜合性能很好。驅動方式：升頻升壓； 步距角：176。： 電機參數機械手的動作有水平手臂的伸縮，垂直手臂的升降，執(zhí)行手爪的加緊與松開以及腰部的旋轉。而液壓缸又由相應的電磁閥控制。只有當上升電磁閥通