【正文】 /m 1 彈簧預(yù)壓縮量， m s 活塞行程， m 1d 彈簧鋼絲直徑， m 1D 彈簧平均直徑， . n 彈簧有效圈數(shù) . G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設(shè)計中，必須考慮負載率 ?的影響，則 : tFpDF ?? 421 ?? (332) 由以上分析得單向作用液壓缸的直徑 : 14( )F FtD p???? (333) 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 ?fG nDGd31418 4333915)1030(8 )( ??? ???? ?? )/( mN? 21 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 )1( sGF ft ?? )( 3N? ???? 所以 ： : 1 64( t ) 4 (529 7 22 0. 6)D= = =0 .4 m m16 10 0. 94FFP? ? ?? ? ?? ? ? 查有關(guān)手冊圓整，根據(jù)實際情況，選取 : 內(nèi)徑 50D mm? 外徑 =68mm? 其簡圖如下： 圖 HSG型活塞桿端外螺紋連接液壓缸 機械手腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計 機械手腕部是小臂和手臂的聯(lián)接部件，其作用是利 用自身的活動度來確定手部夾持工件的空間狀態(tài)，也可以說是確定手部的姿態(tài)。 （ 1）腕部的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。由于本機械手抓取的工件是豎直放置，同 時考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞 Z 軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)，應(yīng)用最多的為伺 22 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 服電動機，因此我們選用伺服電動機。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。 （ 2）腕部的結(jié)構(gòu) 如下圖 33所示，伺服電動機通過工字鋼固定在機架中間，通 過聯(lián)軸器帶動 圖 33 手腕 腕部旋轉(zhuǎn)，進而帶動手部旋轉(zhuǎn)。 回轉(zhuǎn)支承軸承是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時承受較大的軸向、徑向負荷和傾覆力矩。 慣M 慣性力矩 ( cmN? )。 1J 工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 )..( 2scmN 。 1e 桶裝水的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm), ? 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度 (弧度 /s)。 ?? — 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度 (弧度 )。 3e 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm) 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則 11eG 0? . 手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 摩M 25 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 ?摩M )(2 12 dRdRf BA ? (338) 式中 : 1d ， 2d 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑 (cm)。 AR , BR 軸頸處的支承反力。 摩M ? )(2 12 dRdRf BA ? ? 0 . 0 1( 3 0 0 0 . 0 5 1 5 0 0 . 0 3 )2 ? ? ? ?( . )Nm 所以，驅(qū)動手腕的驅(qū)動力矩 M驅(qū) : M M M M? ? ?驅(qū) 慣 偏 摩 ? ?? ).( mN? 由上述數(shù)據(jù)，選擇 SD系列交流伺服電動機中的 SD15型伺服電動機，其簡圖如下： 27 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 36 SD15 型伺服電動機 其技術(shù)參數(shù)如下表 ： 表 SD15型伺 服電機的參數(shù) 型號 最大輸出功率/W 額定電壓 /V 頻率/Hz 空載轉(zhuǎn)速 （ r/min） 額定轉(zhuǎn)矩 / 外形尺寸 /mm 重量 勵磁 控制 機殼外徑 總長 軸徑 /Kg SD15 10 110 110 50 15 392 150 312 28 4 （ 5） 液壓缸輸出力 液壓缸的輸出力 310??PAF 式中： F—液壓缸的輸出力 P—對應(yīng)輸出力的工作壓強 有效工作截面積分無桿腔和有桿腔： 無桿腔： 21 4AD?? (339) 有桿腔： ? ?222 4 dDA ?? ? (340) 28 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 計算單活塞桿 1A ，計算的推力是取單活塞桿時液壓缸拉力取 2A （ 6）液壓缸 阻力 FfFiFeF ??? (341) Fe──工作負載為 0 Ff ──摩擦阻力 NNFf ????? ? （ 342) Fi──慣性負載 i=.gtGVF ?? (343) 式中， G為液壓缸所要移動的總重量，取為 1500N； g 為重力加速度， 2/ sm ； v? 為速度變化量，取 ； t? 啟動或制動時間，一般為 ~ ，取 將各值帶入上式，得 iF =。根據(jù)力平衡原理，單向作用液壓缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為 : zt FFPDF ??? 421 ? (346) 式中 : 1F 活塞桿上的推力， N tF 彈簧反作用力， N zF 液壓缸工作時的總阻力， N P 液壓缸工作壓力， Pa 因為選定的液壓缸與手部的驅(qū)動液壓缸為同一種類型，且其要 求的驅(qū)動力遠大于此液壓缸的驅(qū)動力，因此同樣選?。? 內(nèi)徑 50D mm? 外徑 =68mm? 其結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖 37 HSG 型活塞桿端為外螺紋耳環(huán)連接液壓缸 4 小臂和大臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 30 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 它由執(zhí)行系統(tǒng)的動力關(guān)節(jié)和連桿等構(gòu)成，是用于支承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器的部件。 （ 1） 小臂結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計 本次設(shè)計的手臂如下圖： 圖 41 小臂 其尺寸為：長 寬 高 =800150150，它是手腕和大臂之間的連接件，其 連接方式如下圖 42： 圖 42 小臂連接方式 （ 2）驅(qū)動小臂旋轉(zhuǎn)的液壓缸的計算和選取 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓組件的 31 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 主要依據(jù)。 （ 3）液壓缸輸出力 液壓缸的輸出力： 310??PAF (41) 式中： F——液壓缸的輸出力 P——對應(yīng)輸出力的工作壓強 有效工作截面積分無桿腔和有桿腔： 無桿腔： 21 4AD?? (42) 有桿腔： ? ?222 4 dDA ?? ? (43) 計算單活塞桿 1A ，計算的推力是取單活塞桿時液壓缸拉力取 2A （ 4） 液壓缸阻力 FfFiFeF ??? (44) 式中， Fe──工作負載為 0 Ff ──摩擦阻力 NNFf ????? ? (45) Fi──慣性負載 i=.gtGVF ?? (46) 式中， G 為液壓缸所要移動的總重量，取為 1000N； g為重力加速度， 2/ sm ； v? 為速度變化量，取 ； t? 啟動或制動時間，一般為 ~ ，取 將各值帶入上式，得 iF =102N 32 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 所以： ei f+ F = 9 8 + 1 0 2 + 0 = 2 0 0F F F?? （ 5） 小臂、手腕等全 部重力 Fn 和驅(qū)動力 Fp 的關(guān)系 當(dāng)液壓缸與水平方向的夾角為 ? =30176。 1L 液壓缸頭部和尾部的水平距離，為 300mm 2L 小臂、手腕、手部和桶裝水整體的重心與液壓缸尾部的水平距 離 ,估為 1200mm 由上述數(shù)據(jù)可得： 21sinNP FLF L ?? 1500 1200= 240 ?? = （ 6）驅(qū)動小臂液壓缸的選用 液壓缸選取 HSG型液壓缸，此液壓缸屬于單向作用液壓缸工作壓力為16MPa。手臂自身重 35 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 量較大，還要承受小臂、手腕、末端執(zhí)行器和桶裝水的 重量，以及在運動中產(chǎn)生的動載荷，故其受力情況較復(fù)雜。 （ 1） 大臂的設(shè)計要求 大臂設(shè)計要求有以下幾點： 大臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機械手完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求。 盡量減小大臂重量和相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動裝置的負荷；減小轉(zhuǎn)動的動載荷與沖擊，提高手臂的響應(yīng)速度。 （ 2） 大臂的結(jié)構(gòu)、尺寸及材料 下圖為大臂的結(jié)構(gòu)簡圖： 圖 44 大臂 其尺寸為：長 寬 高 =1500150150，材料選取 Q235A。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行組件的運動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 所以： e i f+F +F =FF? 0 + 7 0 0 + 3 6 7 = 1 0 6 7 N (6) 大臂的承載力 Fn 和驅(qū)動力 Fp 的關(guān)系 當(dāng)液壓缸與豎直方向的夾角為 ? =30176。 1L 液壓缸頭部和大臂和基座連接點的水平距離，為 400mm 2L 大臂、小臂、手腕、手部和桶裝水整體的重心與液壓缸尾部的 水 平距 離 ,估為 1800mm 由上述數(shù)據(jù)可得： 21= cosNP FLF L ? 35 00 18 00= 40 0 6?? =18187N (7) 手部液壓缸的選用 大臂的驅(qū)動選用雙液壓缸 驅(qū)動，液壓缸選取 HSG型液壓缸，此液壓缸屬于單向作用液壓缸工作壓力為 16MPa。腰部的回轉(zhuǎn)運動為力矩電機直接驅(qū)動。這種電機的軸不是以恒功率輸出動力而是以恒力矩輸出動力。它 具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、過載能力強、響應(yīng)快、特性線性度 好、力矩波動小等特點，可直接驅(qū)動負載省去減速傳動齒輪，從而提高了系統(tǒng)的運行精度。 慣M 慣性力矩 ( cmN? )。 ? 腰部轉(zhuǎn)動時的角速度 (弧度 /s)。 42 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 (2)腰部轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 M?摩 )(2 12 dRdRf BA ? (53) 式中 : 1d ， 2d 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑 (cm)。 AR , BR 處的支承反力 (N)，估 AR 為 4000N， BR 為 2