焊接機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】

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學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 班 級(jí)： 姓 名 ： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 題 目： 焊接機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) of 導(dǎo)教師： 職稱 : 職稱 : 20**年 **月 **日 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 目 錄 摘 要 ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 前言 ..................................................................................................................................................................業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介 ..................................................................................................................................................................................................................................................................國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 ......................................................................................................................要設(shè)計(jì)的機(jī)械手 .............................................................................................................................. 手部結(jié)構(gòu) ..........................................................................................................................................................述 ........................................................................................................................................................計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題 ..................................................................................................................動(dòng)力的計(jì)算 ......................................................................................................................................支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 ............................................................................................. 11 章小結(jié) ............................................................................................................................................. 腕部的結(jié)構(gòu) ....................................................................................................................................................述 ....................................................................................................................................................部的結(jié)構(gòu)形式 .........................................................................................................................................................................................................................................................章小結(jié) ............................................................................................................................................ 臂部的結(jié)構(gòu) ....................................................................................................................................................述 .................................................................................................................................................................................................................................................................................臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ....................................................................................................................................臂的橫向移動(dòng) ................................................................................................................................部運(yùn) 動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 ........................................................................................................................章小結(jié) ............................................................................................................................................ 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) .................................................................................................................................................................................................................................章小結(jié) ............................................................................................................................................ 論 ................................................................................................................................................................考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................................ 謝 ................................................................................................................................................................ 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 摘 要 本次設(shè)計(jì)的焊接液壓機(jī)械手根據(jù)規(guī)定的動(dòng)作順序，綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，完 成對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，并繪制必要裝配圖、液壓系統(tǒng)圖。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機(jī)械器件組成；在液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，機(jī)械手的手臂伸縮采用伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)采用齒條油缸，機(jī)械手的升降采用升降油缸，立柱的橫移采用橫向移動(dòng)油缸；在 按下連續(xù)啟動(dòng)后， 過控制電磁閥的開關(guān)來控制機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作循環(huán)，當(dāng)按下連續(xù)停止按鈕后，機(jī)械手在完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)后停止運(yùn)動(dòng)。 本設(shè)計(jì)擬開發(fā)的焊接液壓機(jī)械手動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，可焊接較大 的工件。 關(guān)鍵詞 機(jī)械手、液壓、控制回路 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 he of of to In of of LC in of to a of to of of on up in 充值后就可以下載此設(shè)計(jì)說明書。全套資料包含有相應(yīng)的 明書（附帶：外文翻譯）和 紙（共計(jì) 8 張圖紙）。 需要全套資料的朋友請(qǐng) 加 1： 1459919609 或 2： 1969043202， 需要其他設(shè)計(jì)題目直接聯(lián)系?。?！ 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 1 前言 業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介 幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便將人類從繁重的勞動(dòng)中解脫出來。如古希臘神話《阿魯哥探險(xiǎn)船》中的青銅巨人泰洛斯（ 猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時(shí) 刻激勵(lì)著人們一定要把美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動(dòng)木人和一些簡(jiǎn)單的機(jī)械偶人。 到了近代 ，機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世之后，不同功能的機(jī)器人也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領(lǐng)域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進(jìn)入尋常百姓家。機(jī)器人的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變 批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工 業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)： （ 1） . 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從 91年的 10． 3萬美元降至 97年的 6． 5萬美元。 （ 2）．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 （ 3）．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （ 4）．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 （ 5）．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。 （ 6）．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系 統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 (7)．機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從 94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。 國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國勞動(dòng)力資源豐富，發(fā)展機(jī)器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會(huì)主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來高度的生 產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。 我國的工業(yè)機(jī)器人從 80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工 業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè) 化進(jìn)程。 我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“ 863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000 米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系 統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 要設(shè)計(jì)的機(jī)械手 力的確定 目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大，國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手的臂力最小為 大為8000N。本液壓機(jī)械手的臂力為 N 臂 =1650（ N），安全系數(shù) K 一般可在 ，本機(jī)械手取安全系數(shù) K=2。定位精度為± 1 作范圍的確定 機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的 動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。本機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角度± 115° 手臂伸長量 150臂回轉(zhuǎn)角度± 115° 手臂升降行程 170臂水平運(yùn)動(dòng)行程 100 確定運(yùn)動(dòng)速度 機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。液壓上料機(jī)械手要完成整個(gè)上料過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素 ，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。 機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)間應(yīng)考慮以下要求： ① 給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時(shí)間； ② 伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較底的運(yùn)動(dòng)速度。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)方式、緩沖方式、定位方式都有 很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。 ③ 在工作拍節(jié)短、動(dòng)作多的情況下，常使幾個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。為此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，以保證動(dòng)作的同步。 焊接液壓機(jī)械手機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)速度如下： 手腕回轉(zhuǎn)速度 = 40° /s 手臂伸縮速度 = 50 mm/s 手臂回轉(zhuǎn)速度 = 40° /s 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 手臂升降速度 = 50 mm/s 立柱水平運(yùn)動(dòng)速度 = 50 mm/s 手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度 = 50 mm/s 臂的配置形式 機(jī)械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。運(yùn)動(dòng)要求、操作環(huán)境、工作對(duì)象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。本機(jī)械手采用機(jī)座式。機(jī)座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機(jī)器人所采用，機(jī)座上可以裝上獨(dú)立的控制裝置，便于搬運(yùn)與安放，機(jī)座底部也可以安裝行走機(jī)構(gòu)，已擴(kuò)大其活動(dòng)范圍，它分為手臂配置在機(jī)座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式，本 機(jī)械手采用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。手臂配置在機(jī)座立柱上的機(jī)械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作范圍較大。 置檢測(cè)裝置的選擇 機(jī)械手常用的位置檢測(cè)方式有三種：行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機(jī)械手采用行程開關(guān)式。利用行程開關(guān)檢測(cè)位置，精度低，故一般與機(jī)械擋塊聯(lián)合應(yīng)用。在機(jī)械手中，用行程開關(guān)與機(jī)械擋塊檢測(cè)定位既精度高又簡(jiǎn)單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。 動(dòng)與控制方式的選擇 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式是根據(jù)它們的特點(diǎn)結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來選擇的，要盡量 選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式。 控制系統(tǒng)也有不同的類型。除一些專用機(jī)械手外，大多數(shù)機(jī)械手均需進(jìn)行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 驅(qū)動(dòng)方式一般有四種：氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。 參考《工業(yè)機(jī)器人》表 9照設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手采用的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，控制方式為固定程序的 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 2 手部結(jié)構(gòu) 述 手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械手手臂的前端。機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不象人 手，它的手指形狀也不象人的手指、，它沒有手掌，只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場(chǎng)合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。其傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式??等，這里采用滑槽杠桿式。 計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題 ① 應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的 握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 ② 手指間應(yīng)有一定的開閉角 兩個(gè)手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。 ③ 應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶‘ V’形面的手指，以便自動(dòng)定心。 ④ 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕。 ⑤ 應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求 應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。 動(dòng)力的計(jì)算 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 圖 1 滑槽杠桿式手部受力分析 如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿 3作用下銷軸 2向上的拉力為 P，并通過銷軸中心 O 點(diǎn)，兩手指 1 的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為 其力的方向垂直于滑槽中心線 指向 O 點(diǎn) ， 延長線交 A 及 B， 由于 △ △ 為直角三角形 ， 故 ∠ 。 根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 ∑ ,2;∑ P=2 (22 (2銷軸對(duì)手指的作用力為 手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以 手指的力矩平衡條件，即 ∑ )=0 得 h= (2因 ah= (2所以 P=2b(2 N/a (2式中 a—— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離（毫米）。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 α —— 工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線 間的夾角。 由上式可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 角增大則握力 α角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取α =30° ~40°。這里取角α =30度。 這種手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有動(dòng)作靈活，手指開閉角大等特點(diǎn)。查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》中表 2力的計(jì)算公式 N=合前面驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法，可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動(dòng)以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力 算，即： P 實(shí)際 = 式中 η —— 手部的機(jī)械效率，一般取 安全系數(shù)，一般取 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， +a/g，其中 本機(jī)械手的工件只做水平和垂直平移，當(dāng)它的移動(dòng)速度為 500毫米 /秒，移動(dòng)加速度為 1000毫米 /秒 2 ，工件重量 8牛頓， 20° ,α =30°時(shí)，拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力 實(shí)際計(jì)算如下： 根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式 N= (2把已知條件代入得當(dāng)量夾緊力為 N=49（ N） 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式 P=2b(2 N/a 得 P=2? 45/27()2 ? 49=) (21 取η = +1000/9810≈ 1 2 2 8 5??=238(N) (2支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 圖 2 帶浮動(dòng)鉗口的 鉗爪 鉗口與鉗爪的連接點(diǎn) E 為鉸鏈聯(lián)結(jié) ,如圖示幾何關(guān)系 ,若設(shè)鉗爪對(duì)稱中心 O 到工件中心O′的距離為 x,則 x= 22 )s ?? ? (2當(dāng)工件直徑變化時(shí) ,x 的變化量即為定位誤差△ ,設(shè)工件半徑 R 由 其最大定位誤差為 △ =∣ 22 )s x /( ?? ?- 22 )s n /( ?? ?∣ (2其中 l=45b=5a=272? =120° ,50入公式計(jì)算得 最大定位誤差△ =∣ = (2故符合要求 . 章小結(jié) 本章闡述的主要是手部結(jié)構(gòu)，對(duì)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的問題加以說明，并且對(duì)手指的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算和兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 3 腕部的結(jié)構(gòu) 述 腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部 的作用。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： ① 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。 ② 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。 ③ 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個(gè)自由度的位置檢測(cè)、管線的布置以及潤滑、維修、調(diào)整等問題 ④ 要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。 另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過，以便手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。 部的結(jié)構(gòu)形式 本機(jī)械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為± 115° . 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體 和前蓋均用螺釘和銷子進(jìn)行連接和定位，動(dòng)片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也指座固連成一體。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動(dòng)，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 圖 3 機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重 力矩。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： M 驅(qū) =M 慣 +M 偏 +M 摩 （ (3式中 — 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩 M 慣 —— 慣性力矩 （ M 偏 —— 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動(dòng)片）對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 （ M 摩 —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩 （ 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 圖 4 腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖 ⑴ 摩擦阻力矩 M 摩 =2f（ 2 （ (3式中 f—— 軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取 f=動(dòng)軸承取 f= — 軸承支承反力 （ N） ； — 軸 承直徑 （ m） 由設(shè)計(jì)知 00N 00N 8N e= = ? ?0 . 1 2 0 0 0 . 0 3 5 + 8 0 0 0 . 0 5 42? ? ? (3 得 = ⑵ 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩 =G1 e （ (3式中 工件重量（ N） e—— 偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當(dāng)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時(shí) ， 零 當(dāng) e=8= N2 m） ⑶ 腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩 ① 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度 ? 時(shí)，可用下式計(jì)算 =（ J+t?（ N2 m） (3式中 ? —— 手腕回轉(zhuǎn)角速度 （ 1/s） 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 T—— 手腕啟動(dòng)過程中所用時(shí)間（ s），（假定啟動(dòng)過程中近為加速運(yùn)動(dòng)） J—— 手腕回轉(zhuǎn)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ J 工件 —— 工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量 （ 按已知計(jì)算得 J==? =t=2 故 M 慣 = N2 m） ② 當(dāng)知道啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度 ? 時(shí)，也可以用下面的公式計(jì)算 （ J+??22 （ N2 m） (3 式中 ? —— 啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度（ ; ? —— 手腕回轉(zhuǎn)角速度 （ 1/s）。 考慮到驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失等因素，一般將 取 M = ） （ M = （ = (3章小結(jié) 本章主要闡述的是腕部結(jié)構(gòu)，對(duì)腕部的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行說明，并且對(duì)手腕的驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行計(jì)算。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 4 臂部的結(jié)構(gòu) 述 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的。；立柱的橫 向移動(dòng)即為手臂的橫向移動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大?。幢哿Γ┖投ㄎ痪鹊榷贾苯佑绊憴C(jī)械手的工作性能，所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度及其定位精度的要求來設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求： ① 剛 度要大 為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 ② 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。 ③ 偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要 盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 ④ 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時(shí)要采取一定的緩沖措施。 機(jī)械手手臂的伸縮、升降及橫向移動(dòng)均屬于直線運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)以 及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)。 臂伸縮運(yùn)動(dòng) 這里實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是采用液壓驅(qū)動(dòng)的活塞油缸。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較多。如下圖所示為雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)。手臂和手腕是通過連接板安裝在升降油缸的上端，當(dāng)雙作用油缸 1的兩腔分別通入壓力油時(shí)，則 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 推動(dòng)活塞桿 2（即手臂）作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向桿 3在導(dǎo)向套 4內(nèi)移動(dòng)，以防止手臂伸縮時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)（并兼做手腕回轉(zhuǎn)缸 6及手部 7的夾緊油缸用的輸油管道）。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，故 受力簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊?？捎糜谧ブ卮蟆⑿谐梯^長的場(chǎng)合。 圖 5 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向裝置 液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手 臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿和其他的導(dǎo)向裝置，本機(jī)械手采用的是雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 雙導(dǎo)向桿配置在手臂伸縮油缸兩側(cè)，并兼做手部和手腕油路的管道。對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。 如圖 5所示，對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。如圖 導(dǎo)向桿 1的尾端用支承架 4將兩個(gè)導(dǎo)向桿連接起來，支承架的 兩側(cè)安裝兩個(gè)滾動(dòng)軸承 2，當(dāng)導(dǎo)向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動(dòng)時(shí)，支承架上的滾動(dòng)軸承就在支承板 3的支承面上滾動(dòng)。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 圖 6 雙導(dǎo)向桿手臂結(jié)構(gòu) 臂的升降運(yùn)動(dòng) 如圖 6所示為手臂的升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)升降缸上下兩腔通壓力油時(shí)，活塞杠 4做上下運(yùn)動(dòng)，活塞缸體 2固定在旋轉(zhuǎn)軸上。由活塞桿帶動(dòng)套筒 3做升降運(yùn)動(dòng)。其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵 9實(shí)現(xiàn)。圖中 6 為位置檢測(cè)裝置。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 圖 7 手臂 升降和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖 臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。本機(jī)械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖 6所示，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿 8驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過缸體上的平鍵 9帶動(dòng)外套一起轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。 臂的橫向移動(dòng) 如圖 7所示為手臂的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)。手臂的橫向移動(dòng)是由活塞缸 5 來驅(qū)動(dòng)的，回轉(zhuǎn)缸體與滑臺(tái) 1用螺釘聯(lián)結(jié)，活塞桿 4通過兩塊連接板 3用螺釘固定在滑座 2上。當(dāng)活塞缸 5通壓力油時(shí)，其缸體就 帶動(dòng)滑臺(tái) 1，沿著燕尾形滑座 2做橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 圖 8 手臂橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu) 部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。 水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等，還要克服啟動(dòng)過程中的慣性力。其驅(qū)動(dòng)力 N) (4式中 各支承處的摩擦阻力； 啟動(dòng)過程中的慣性力，其大小可按下式估算： (N) (4式中 W —— 手臂伸縮部件的總重量