【正文】 領先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種:在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎。2 機械手的總體設計方案本課題是輕型平動搬運機械手的設計及運動仿真。在本章中對機械手的座標形式、自由度、驅動機構等進行了確定。 機械手基本形式的選擇常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài),按坐標形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標型機械手。 ( 3)球坐標(極坐標)型機械手。其中圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設計采用圓柱坐標。圖中機械手的任務是將傳送帶A上的物品搬運到傳送帶B。本設計機械手主要由4個大部件和5個液壓缸組成：（1）手部，采用一個直線液壓缸，通過機構運動實現(xiàn)手抓的張合。（4）機身，采用一個直線缸和一個回轉缸來實現(xiàn)手臂升降和回轉。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。因此，機械手的驅動方案選擇液壓驅動。應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構所需的驅動力大小是不同的。（3） 要求結構緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 典型的手部結構（1） 回轉型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。（3）平面平移型。常用的工業(yè)機械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。本設計機械手采用夾持式手指,夾持式機械手按運動形式可分為回轉型和平移型。若采用典型的平移型手指, 驅動力需加在手指移動方向上,這樣會使結構變得復雜且體積龐大。通過綜合考慮，本設計選擇二指回轉型手抓，采用滑槽杠桿這種結構方式。 手爪的力學分析下面對其基本結構進行力學分析：滑槽杠桿 （a）為常見的滑槽杠桿式手部結構。由=0 得 =0 得 由=0 得h F= （）式中 a——手指的回轉支點到對稱中心的距離（mm）. ——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉支點的夾角。 夾緊力及驅動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據(jù)。一般來說，需要克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度； ——運載時工件最大上升速度 ——系統(tǒng)達到最高速度的時間， ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇。表31 液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa小于5000 50000以上計算：設a=100mm,b=50mm,。(1) 設 == 根據(jù)公式，將已知條件帶入： = （2）根據(jù)驅動力公式得： =1378N （3）取 （4）確定液壓缸的直徑D 選取活塞桿直徑d=,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=, （JB82666），選取液壓缸內徑為：D=63mm則活塞桿內徑為:d==，選取d=32mm 手抓夾持范圍計算為了保證手抓張開角為，活塞桿運動長度為34mm。機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關。 手抓夾持誤差分析示意圖該設計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：工件的平均半徑：手指長,取V型夾角偏轉角按最佳偏轉角確定： 計算 當S時帶入有： 夾持誤差滿足設計要求。計算如下。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細比，本設計彈簧是2端自由，根據(jù)下列選?。? 當兩端固定時，,當一端固定；一端自由時，；當兩端自由轉動時。(8).疲勞強度和應力強度的驗算。現(xiàn)在由于本設計是在恒定載荷情況下，所以只進行靜應力強度驗算。 4 腕部的設計計算 腕部設計的基本要求（1） 力求結構緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔。因此，在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。（3） 必須考慮工作條件對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。它具有結構緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用。(2) 齒條活塞驅動的腕部結構。這種結構外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。它使腕部具有水平和垂直轉動的兩個自由度。 腕部結構和驅動機構的選擇 本設計要求手腕回轉，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結構選擇具有一個自由度的回轉驅動腕部結構，采用液壓驅動。 腕部的驅動力矩計算（1） 腕部的驅動力矩需要的力矩。夾取棒料直徑100mm，長度1000mm，重量60Kg，當手部回轉時，計算 力矩：（1） 手抓、手抓驅動液壓缸及回轉液壓缸轉動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算G= （2） 擦力矩。 （）查取轉動慣量公式有：代入： 腕部驅動力的計算表41 液壓缸的內徑系列（JB82666） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250設定腕部的部分尺寸：根據(jù)表41設缸體內空半徑R=110mm，外徑根據(jù)表32選擇121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題后，其外徑為226mm；動片寬度b=66mm,輸出軸r=。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。 于是得 ()D——動片的外徑；f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取f=螺釘?shù)膹姸葪l件為 ()或 ()帶入有關數(shù)據(jù)，得螺釘材料選擇Q235，則（）螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉和升降運動設置在機身處，將在下一章敘述。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。手臂的各種運動通常用驅動機構和各種傳動機構來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。 臂部設計的基本要求一、 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕（1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。（3） 合理布置作用力的位置和方向。（5） 提高配合精度。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在,最大回轉角速度設計在內，大部分平均移動速度為，平均回轉角速度在。減少慣量具體有3個途徑：（1） 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。（3） 減少回轉半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉動作。三、手臂動作應該靈活為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。（2） 手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結構。（4） 活塞桿和齒輪齒條機構。 手臂直線運動的驅動力計算先進行粗略的估算，或類比同類結構，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關機構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅動力。 () 手臂摩擦力的分析與計算分析：摩擦力的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。圖 機械手臂部受力示意計算如下：由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 a——導向支撐的長度（m）。對于圓柱面：——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅：取鋼對鑄鐵：取計算：導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵 ，L==,將有關數(shù)據(jù)代入進行計算 手臂慣性力的計算本設計要求手臂平動是V=,在計算慣性力的時候,設置啟動時間，啟動速度V=V=, () 密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用O型密封，當液壓缸工作壓力小于10Mpa。經過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅動力： 液壓缸工作壓力和結構的確定經過上面的計算，確定了液壓缸的驅動力F=6210N，=2MPa（1） 確定液壓缸的結構尺寸：液壓缸內徑的計算， 雙作用液壓缸示意圖當油進入無桿腔，當油進入有桿腔中， 液壓缸的有效面積：故有 （無桿腔） () （有桿腔） ()F=6210N，=，選擇機械效率將有關數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表41（JB82666），選擇標準液壓缸內徑系列，選擇D=65mm.（2） 液壓缸外徑的設計根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在7mm，所以該液壓缸的外徑為79mm.（3） 活塞桿的計算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。結論： 活塞桿的強度足夠。一般實現(xiàn)手臂的回轉和升降運動，這些運動的傳動機構都安在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。為了設計出合理的運動機構，就要綜合考慮，分析。常用的機身結構有以下幾種：（1） 回轉缸置于升降之下的結構。其缺點是回轉運動傳