[優(yōu)秀畢業(yè)論文]平面移動式夾持圓形工件的機械手設(shè)計

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1、 平面移動式夾持圓形工件的機械手設(shè)計 摘要：隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。文章主要敘述了機械手的設(shè)計計算過程 。首先，本文介紹機械手的作用，機械手的組成和分類，說明了自由度和機械手整體座標(biāo)的形式。同時，本文給出了這臺機械手的主要性能規(guī)格參量。文章中介紹了搬運機械手的設(shè)計理論與方法。全面詳盡的討論了搬運機械手的手部、腕部、手臂以及機身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。最后使用軟件對機械手的手部實現(xiàn)運動仿真。 關(guān)鍵詞：機械手；運動仿真；液壓傳動；液壓缸； 目錄 主要符號表 5 1 緒論 6 1.2 工業(yè)機械手

2、的簡史 7 1.3 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 8 1.3.1 熱加工方面的應(yīng)用 8 1.3.2 冷加工方面的應(yīng)用 9 1.3.3 拆修裝方面的應(yīng)用 10 1.4 機械手的組成 10 1.4.1 執(zhí)行機構(gòu) 10 1.4.2 驅(qū)動機構(gòu) 11 1.4.3 控制系統(tǒng)分類 11 1.5 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢 11 1.5.1 重復(fù)高精度 11 1.5.2 模塊化 12 1.5.3 無給油化 12 1.5.4 機電氣一體化 12 1.6 本文主要研究內(nèi)容 13 1.7 本章小結(jié) 13 2 機械手的總體設(shè)計方案 14 2.1 機械手基本形式的選擇 14 2.2 機械手的主

3、要部件及運動 14 2.3 驅(qū)動機構(gòu)的選擇 14 2.4 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 15 2.5 本章小結(jié) 15 3 機械手手部的設(shè)計計算 16 3.1 手部設(shè)計基本要求 16 3.2 典型的手部結(jié)構(gòu) 16 3.3 機械手手抓的設(shè)計計算 16 3.3.1 選擇手抓的類型及夾緊裝置 16 3.3.2 手抓的力學(xué)分析 17 3.3.3 夾緊力及驅(qū)動力的計算 18 3.3.4 手抓夾持范圍計算 20 3.4 機械手手抓夾持精度的分析計算 21 3.5 彈簧的設(shè)計計算 23 3.6 本章小結(jié) 25 4 腕部的設(shè)計計算 25 4.1 腕部設(shè)計的基本要求 25 4.2 腕

4、部的結(jié)構(gòu)以及選擇 26 4.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu) 26 4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇 26 4.3 腕部的設(shè)計計算 26 4.3.1 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 26 4.3.2 腕部的驅(qū)動力矩計算 27 4.3.3 腕部驅(qū)動力的計算 28 4.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎?29 4.3.5動片和輸出軸間的連接螺釘 31 4.4 本章小結(jié) 32 5 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算 32 5.1 臂部設(shè)計的基本要求 32 5.2 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 33 5.2.1 手臂的典型運動機構(gòu) 33 5.2.2 手臂運動機構(gòu)的選擇 34 5.3 手臂直線運動的驅(qū)動力計算

5、34 5.3.1 手臂摩擦力的分析與計算 34 5.3.2 手臂慣性力的計算 37 5.3.3 密封裝置的摩擦阻力 37 5.4 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 37 5.5 本章小結(jié) 39 6 結(jié)論 40 致 謝 41 參考文獻 42 英文摘要 43 主要符號表 手指夾緊力 N D 彈簧中徑 彈簧內(nèi)徑

6、 彈簧外徑 C 彈簧旋繞比 n 彈簧有效圈數(shù) M 轉(zhuǎn)動缸的回轉(zhuǎn)力矩 偏重力臂 mm 偏重力矩 t 螺釘間距 mm

7、 螺釘承受的拉力 N 工作載荷 N 預(yù)緊力 N 轉(zhuǎn)動缸起動角 度 轉(zhuǎn)動缸轉(zhuǎn)動角速度 44 1 緒論 1.1 前言 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分

8、動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為工業(yè)機械手。 工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機械手工程。機械手涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的

9、準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。 機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。 機械手是一種能自動控制并可從新

10、編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 1.2 工業(yè)機械手的簡史 機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。他的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺

11、數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標(biāo)式通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。 1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-

12、Vic-arm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于1毫米。 美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到0.1毫米。 德國機器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。

13、 瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。 日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據(jù)報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學(xué)和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產(chǎn)值達443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產(chǎn)量達56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70

14、%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預(yù)計到1990年將有55萬機器人在工作。 第二代機械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。 第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。 隨著

15、工業(yè)機器手（機械人）研究制造和應(yīng)用的擴大，國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多。 1.3 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法;程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%小批量生產(chǎn);金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件

16、真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。 1.3.1 熱加工方面的應(yīng)用 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了實現(xiàn)高效率和工作安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。 機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)揮鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累的勞動條件。因此，國內(nèi)首先是果用鍛造操作機，裝取料機械手來代替人工操作，減輕勞動強度。后來在精鍛機上采用機械手，使精鍛過程自動化，代替人工喂料。近年國內(nèi)進口一條l200噸模壓機生產(chǎn)線，配備四臺機械手用

17、以鍛壓曲軸、車底架等。 國外對鍛造機械手的研制工作十分重視，如美國采用圓柱坐標(biāo)式機械手在1300噸鍛壓機上鍛造齒輪毛坯，瑞典采用Unimate型機械手在壓力機上鍛造曲軸，采用Versatran型機械手生產(chǎn)大型軸承環(huán)，機械手在兩臺液壓機間傳送軸承環(huán)的坯料，聯(lián)邦德國在一條模銀線上采用自動送料裝置和操作機械手，能從滬子內(nèi)取出毛坯，在粗桿、短行程模鍛錘的三個模膛中進行鍛造，然后取出。 鍛壓機械手的手指部位必須采用耐熱鋼制造，相當(dāng)于40Cr2Mo的材料。同時用空氣、水噴霧冷卻。機械手外部裝有防熱護翠，內(nèi)部通水冷卻。 機械手在鑄造、熔煉方面的應(yīng)用，國內(nèi)已研制成功壓鑄機上下料機械手，，仁下箱、合箱、澆

18、注機械手，以及鑄件表面清理機械手等。有些工廠還將機械手和造型機配合組成鑄造生產(chǎn)自動線，徹底改變了鑄造幸產(chǎn)的面貌。 國外對電爐煉飽過程中采用機械手進行了大量的研究.由于強大電流的干擾，影響了機械手的采用，并由于熔渣和鋼水難以區(qū)別，往往在澆注過程中容易液、渣不分，需研究帶有特殊傳感裝置的機械手，才能實現(xiàn)澆注的機械化和自動化。 1.3.2 冷加工方面的應(yīng)用 冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要手段。國內(nèi)機械工業(yè)

19、、鐵路工業(yè)中首先在單機、專機上采用機械手上下料，減輕工人勞動強度。如在軸類、螺性、氣閥和螺撐帽坐等零件的加工機床上配置了機械手，代替人工上下料。在三通閥體、軸瓦、平斜鐵、柴油機搖臂加工生產(chǎn)自動線上采用單臂、雙臂圓柱式機械手，成為聯(lián)接工序、運送工件的重要裝備。并在連桿粗加工自動線上采用數(shù)控機械手，這樣它不僅擔(dān)負自動線上機床工件的裝卸、運輸，并能發(fā)出指令指揮全線工作。國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機械手以加工鐵路車軸、輪對等大、中批量零部件。并和機床設(shè)備共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng) 1.3.3 拆修裝方面的應(yīng)用 拆修裝是鐵路土業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機務(wù)

20、段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機械手，可用以對客車內(nèi)部進行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。 為了改善貨車油漆作業(yè)，日本、美國、蘇聯(lián)、法國等國以貨車、漏斗車、油罐車和TGV電動車組為對象，采用一種帶轉(zhuǎn)向架的貨車涂漆機械手。英國鐵路工程公司采用機械手焊接電動車組零件。美國鐵路維修公司采用機械手進行調(diào)車，還利用懸掛行車式機械手完成有蓋漏斗車內(nèi)部的清洗工作。 采用機械手進行裝配更是目前研制的重點，國外已研究采用攝象機和力的傳感裝置和微型計算機聯(lián)接在一起，能確定零

21、件的方位，達到鑲裝的目的。 1.4 機械手的組成 工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成。 1.4.1 執(zhí)行機構(gòu) （1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。 傳力機構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。 （2） 腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應(yīng)

22、性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部搬運工件。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度小（一般小于 2700）,并且要求嚴格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 （3）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。

23、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)。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。 手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。 （4） 行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)，我國的正處于仿真階段。 1.4.2 驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動

24、和機械驅(qū)動等四類。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 1.4.3 控制系統(tǒng)分類 在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 1.5 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢 1.5.1 重復(fù)高精度 精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān) 。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次，機械手到達同樣位置的精確程度 。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個機器人定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤

25、差是可以預(yù)測的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定 。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。 1.5.2 模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承，使它具

26、有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應(yīng)用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向 。智能閥島的出現(xiàn)對提高模塊化氣動機械手和氣動機器人的性能起到了十分重要的支持作用 。因為智能閥島本來就是模塊化的設(shè)備，特別是緊湊型CP閥島，它對分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別對機械手中的移動模塊。 1.5.3 無給油化 為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進步，新型材料(如燒結(jié)金屬石墨材料)

27、的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。 1.5.4 機電氣一體化 由“可編程序控制器—傳感器—氣動元件” 組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件，使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制”進入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)的發(fā)展，又使PLC在氣動機械手、氣動

28、控制中變得更加得心應(yīng)手。 1.6 本文主要研究內(nèi)容 本文研究了國內(nèi)外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機械手的工作原理，熟悉了搬運機械手的運動機理。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運機械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運機械手的運動進行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機械手機械方面的設(shè)計工作（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）的設(shè)計工作。進而運用Pro/E軟件對機械手的手部作了運動仿真分析。掌握了機械仿真的一般過程。 1.7 本章小結(jié) 本章簡要的介紹了機械手的基本概念。在機械手的組成上，系統(tǒng)的從執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)以及控制部分三個方面說明。比較細致的介紹了機械手的發(fā)展趨勢，簡要的敘述了本文研究的內(nèi)容。

29、 2 機械手的總體設(shè)計方案 本課題是平面移動式夾持圓形工件的機械手設(shè)計設(shè)計及運動仿真。本設(shè)計主要任務(wù)是完成機械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計，以及Pro/E軟件進行簡單的運動仿真。在本章中對機械手的座標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動機構(gòu)等進行了確定。因此，在機械手的執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)是本次設(shè)計的主要任務(wù)，然后通過Pro/E軟件對機械手的手部進行簡單的運動仿真。 2.1 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(biāo)形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標(biāo)型機械手;(2)圓柱坐標(biāo)型機械手; ( 3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機械手; (4)多關(guān)節(jié)型機機械手。其中

30、圓柱坐標(biāo)型機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊,定位精度較高,占地面積小，因此本設(shè)計采用圓柱坐標(biāo)型。圖1.1 是機械手搬運物品示意圖。 圖1.1 機械手基本形式示意 2.2 機械手的主要部件及運動 本設(shè)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(gòu)運動實現(xiàn)手抓的張合。（2） 腕部，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)180度。（3）臂部，采用直線缸來實現(xiàn)手臂平動。 2.3 驅(qū)動機構(gòu)的選擇 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分, 工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采

31、用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)點。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇液壓驅(qū)動。 2.4 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途：搬運:用于車間搬運 二、設(shè)計技術(shù)參數(shù): 1、抓重:60Kg (夾持式手部) 2、自由度數(shù):3個自由度 3、坐標(biāo)型式:圓柱坐標(biāo) 4、最大工作半徑:1600mm 2.5 本章小結(jié) 本章對機械手的整體部分進行了總體設(shè)計，選擇了機械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計采用液壓驅(qū)動，給出了設(shè)計中機械手的一些技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計計算將以次進行。 3 機械手手部的設(shè)計計算 3.1 手部設(shè)計基本

32、要求 （1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。 （2） 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。 （3） 要求結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 （4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。 3.2 典型的手部結(jié)構(gòu) （1） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 （2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運動。 （3）平面平移型。 3.3 機械手手抓的設(shè)計計算 3.3.1 選

33、擇手抓的類型及夾緊裝置 本設(shè)計是設(shè)計平動搬運機械手的設(shè)計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：手抓張合角 =，夾取重量為60Kg。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。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)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(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動,這種手指結(jié)構(gòu)簡單, 適于夾持平板方料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指, 驅(qū)動力需加在手指移動方向上,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。 通過綜

34、合考慮，本設(shè)計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機械手手指張開。 3.3.2 手抓的力學(xué)分析 下面對其基本結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖3.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 (a) (b) 圖3.1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1——手指 2——銷軸 3——杠桿 在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交和的延長線于

35、A及B。 由=0 得 =0 得 由=0 得h F= 式中 a——手指的回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支點的夾角。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=~。 3.3.3 夾緊力及驅(qū)動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作

36、用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 式中 ——安全系數(shù)，通常1.2~2.0； ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估其中a，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，一般選取0.03~0.5s ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇。 G——被抓取工件所受

37、重力（N）。 表3-1 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(shè)a=100mm,b=50mm,<<;機械手達到最高響應(yīng)時間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動力和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。 (1) 設(shè) ==1.02 根據(jù)公式，將已知條件帶入： =1.5 （2）根據(jù)驅(qū)動力公式得：

38、=1378N （3）取 （4）確定液壓缸的直徑D 選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa, 根據(jù)表4.1（JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm 則活塞桿內(nèi)徑為: D=630.5=31.5mm，選取d=32mm 3.3.4 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。 手抓夾持范圍，手指長100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時候，如圖3.2（a）所示，根據(jù)

39、機構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開時，如圖3.2（b）所示，最 大夾持半徑計算如下： 機械手的夾持半徑從 （a） (b) 圖3.2 手抓張開示意圖 3.4 機械手手抓夾持精度的分析計算 機械手的精度設(shè)計要求工件定位準確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。 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(guān) 特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進行機械手

40、的夾持誤差。 圖3.3 手抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。 機械手的夾持范圍為80mm180mm。 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(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計算 當(dāng)S時帶入有： 夾持誤差滿足設(shè)計要求。 3.5 彈簧的設(shè)計計算 選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖3.4所示，計算過程如下。 圖3.4 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù) (1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力 (2).選擇旋繞比C=8，則

41、 (3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=42mm，估算彈簧絲直徑 (4).則彈簧絲直徑 (5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： 選擇標(biāo)準為，彈簧的總?cè)?shù)圈 (6).最后確定，，， (7).對于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗算 對于壓縮彈簧如果長度較大時，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細比，本

42、設(shè)計彈簧是2端自由，根據(jù)下列選取： 當(dāng)兩端固定時，,當(dāng)一端固定；一端自由時，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動時，。 結(jié)論本設(shè)計彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。 (8).疲勞強度和應(yīng)力強度的驗算。 對于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進一步對彈簧的疲勞強度和靜應(yīng)力強度進行驗算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者載荷變化幅度不大時，可只進行靜應(yīng)力強度驗算）。 現(xiàn)在由于本設(shè)計是在恒定載荷情況下，所以只進行靜應(yīng)力強度驗算。計算公式： 選取1.31.7（力學(xué)

43、性精確能高） 結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。 3.6 本章小結(jié) 通過本章的設(shè)計計算，先對滑槽杠桿式的手部結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析，然后分別對滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)的夾緊力、夾緊用的彈簧、驅(qū)動力進行計算，在滿足基本要求后，對手部的夾持精度進行分析計算。 4 腕部的設(shè)計計算 4.1 腕部設(shè)計的基本要求 （1） 力求結(jié)構(gòu)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(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 （2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局

44、 腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。 （3） 必須考慮工作條件 對于本設(shè)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(zhì)中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。 4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 4.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu) (1) 具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用。回轉(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于）。 (

45、2) 齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 (3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。 (4) 機-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。 4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇 本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。 4.3 腕部的設(shè)計計算 4.3.1 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 夾取工件重量60Kg，回轉(zhuǎn)。 4.3.2 腕部的驅(qū)動力矩計算 （1） 腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩。 （2） 腕部回轉(zhuǎn)

46、支撐處的摩擦力矩。 夾取棒料直徑100mm，長度1000mm，重量60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時，計算 力矩： （1） 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算G=3.14 （2）擦力矩。 （3）啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度=0.314rad，等速轉(zhuǎn)動角速度。 查取轉(zhuǎn)動慣量公式有： 代入： 4.3.3 腕部驅(qū)動力的計算 表4-1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66） （mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 9

47、5 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表4-1設(shè)缸體內(nèi)空半徑R=110mm，外徑根據(jù)表3-2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=22.5mm.基本尺寸示如圖4.1所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力，選擇8Mpa 圖4.1 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意 液壓缸內(nèi)徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20鋼P 50 60 76 95 1

48、08 121 133 168 146 180 194 219 245 45鋼 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 表4.2 標(biāo)準液壓缸外徑（JB1068-67） （mm） 4.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 圖4.2 缸蓋螺釘間距示意 表4.3 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系 工作壓力P（Mpa） 螺釘?shù)拈g距t(mm) 小于150 小于120 小于100 小于80 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?，如圖4.2所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作

49、壓強有關(guān)，見表4.3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 計算： 液壓缸工作壓強為P=8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,試選擇8個螺釘，，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=8個 危險截面 所以 =11863.3+10545=19772N 螺釘材料選擇Q235，（） 螺釘?shù)闹睆?

50、 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=16mm. 4.3.5動片和輸出軸間的連接螺釘 (1) 動片和輸出軸間的連接螺釘 動片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 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=0.15 螺釘?shù)膹姸葪l件為 或

51、 帶入有關(guān)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=12mm.選擇M12的開槽盤頭螺釘。 4.4 本章小結(jié) 本章通過四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。并進行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算，同時也計算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆? 5 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算 手臂部件是機械手的主要握持部件。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。手臂運動應(yīng)該包括3個運動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動設(shè)置在機身處，將在

52、下一章敘述。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。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)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)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。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。 5.1 臂部設(shè)計的基本要求 一、 臂部應(yīng)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。 （2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。 （3）

53、合理布置作用力的位置和方向。 （4） 注意簡化結(jié)構(gòu)。 （5） 提高配合精度。 二、 臂部運動速度要高，慣性要小 機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在內(nèi)，大部分平均移動速度為，平均回轉(zhuǎn)角速度在。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。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。 （2） 減少臂部運動件的輪廓尺寸。 （3） 減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡

54、可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作。 （4） 驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 三、手臂動作應(yīng)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。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。 總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設(shè)計出完美的、性能良好的機械手。 5.2 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 5.2.1 手臂的典型運動機構(gòu) 常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種： （1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)。 （2） 手臂的

55、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(zhuǎn)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(zhuǎn)運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 （3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 （4） 活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。 5.2.2 手臂運動機構(gòu)的選擇 通過以上，綜合考慮，本設(shè)計選擇雙導(dǎo)桿伸縮機構(gòu)，使用液壓驅(qū)動,液壓缸選取雙作用液壓缸。 5.3 手臂直線運動的驅(qū)動力計算 先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)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

56、阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算。 5.3.1 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(dǎo)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。上圖是機械手的手臂示意圖，本設(shè)計是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對稱配置在伸縮崗兩側(cè)。 圖 5.1 機械手臂部受力示意 計算如下： 由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。 得 得

57、 式中 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（N）； L——手臂與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m）,參考上一節(jié)的計算; a——導(dǎo)向支撐的長度（m）; ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。 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(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ，，L=1.69-0.028=1.41m,導(dǎo)向支撐a設(shè)計為0.016m 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進行計

58、算 5.3.2 手臂慣性力的計算 本設(shè)計要求手臂平動是V=,在計算慣性力的時候,設(shè)置啟動時間，啟動速度V=V=, 5.3.3 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(shè)計中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。 經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅(qū)動力： 5.4 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力F=6210N，根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa （1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺

59、寸： 液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖5.2所示 圖5.2 雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)油進入無桿腔， 當(dāng)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(guān)數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表4-1（JB826-66），選擇標(biāo)準液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=65mm. （2） 液壓缸外徑的設(shè)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

60、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。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強度計算： 設(shè)計中活塞桿取材料為碳剛，故，活塞直徑d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)在進行校核。 結(jié)論： 活塞桿的強度足夠。 5.5 本章小結(jié) 本章設(shè)計了機械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)，對驅(qū)動的液壓缸的驅(qū)動力進行了詳細的計算，并對液壓缸的基本尺寸進行了設(shè)計。 6 結(jié)論

61、通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我了解了機械手的很多相關(guān)知識。使我也了解了當(dāng)前國內(nèi)外在此方面的一些先進生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機械手設(shè)計的一般過程，通過對機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了系統(tǒng)的設(shè)計，掌握了一定的機械設(shè)計方面的基礎(chǔ)，也學(xué)會了使用Pro/E軟件創(chuàng)建模型，并使用Pro/E軟件對機械手進行簡單的運動仿真。為以后的工作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一定基礎(chǔ)。 (1) 本次畢業(yè)設(shè)計只是對搬運機械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動做了系統(tǒng)的計算設(shè)計，設(shè)計中沒有涉及到機械手的控制問題，對這方面有點模糊，需要在以后的工作學(xué)習(xí)中了解和掌握。 (2) 本次設(shè)計的是輕型平動搬運機械手設(shè)計，相對于通用機械手，因此，動作固定，結(jié)構(gòu)簡單，同時成本低廉，專用性比較高，可

62、實現(xiàn)車間內(nèi)的一些搬運工作。 (3) 采用液壓傳動，液壓出力大，臂力可達1000N以上，且可用電液伺服機構(gòu)，實現(xiàn)連續(xù)控制，使機械手用途更廣，定位精度一般非常高，在1mm內(nèi)。 (4) 該機械手選擇配置二指夾持手指，抓取一般棒料。必要時可以更換手抓，抓取箱體等。 (5) 本次設(shè)計只對機械手的手部進行了運動模擬仿真，對其還只是處于了解階段，做的運動仿真難免有錯誤之處。 (6) 由于經(jīng)驗知識水平的局限，設(shè)計難免有不到之處，望老師見量，指正。 致 謝 在本論文的工作中，自始自終得到了安徽科技學(xué)院工學(xué)院機械教研室的易勇老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、嚴于律己寬以

63、待人的做人風(fēng)范是我終身學(xué)習(xí)的榜樣。另外老師們的課題組活躍的學(xué)術(shù)風(fēng)氣、學(xué)術(shù)觀點與為人上的坦誠也深深的感染了作者，使我獲得了太多的啟發(fā)，在此特表深深謝意！ 在課題研究的整個過程中，易勇老師一直給予了悉心的指導(dǎo)與幫助。在同他的合作中取得了很大的進步，同時他豐富的理論知識及實際工作經(jīng)驗、對待學(xué)術(shù)問題的科學(xué)態(tài)度令本人欽佩。在此表示由衷的感謝！ 在進行機械手機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程當(dāng)中，和我一起研究探討的舍友表示感謝。也對這四年來給予了我各方面極大支持及鼓勵的機械教研室的老師表示感謝。最后向其他關(guān)心我支持我的老師、朋友、同班同學(xué)一并表示感謝。 參考文獻 [1] 劉

64、明保 ，呂春紅等.機械手的組成機構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定.河南高等專科學(xué)校學(xué)報,2004.1.1-4 [2]李超，氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā).陜西科技大學(xué)，2003 [3] 陸祥生 ，楊繡蓮.機械手.中國鐵道出版社,1985.1 [4] 張建民.工業(yè)機械人.北京：北京理工大學(xué)出版社,1992 [5]　史國生.PLC在機械手步進控制中的應(yīng)用.中國工控信息網(wǎng),2005.1-3 [6] 李允文.工業(yè)機械手設(shè)計.機械工業(yè)出版社,1996.4-6 [7] 蔡自興.機械人學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略.機械人技術(shù),2001，4 [8] 周洪.氣動技術(shù)的新發(fā)展.液壓氣動與密封,1999，4 [

65、9] 金茂青，曲忠萍，張桂華.國外工業(yè)機械人發(fā)展的態(tài)勢分析.機械人技術(shù)與應(yīng)用,2001，2 [10] 王雄耀.近代氣動機械人（機械手）的發(fā)展及應(yīng)用.液壓氣動與密封,1999，5 [11] 李明.單臂回轉(zhuǎn)機械手設(shè)計.制造技術(shù)與機床，2004.60-63 [12] 張軍， 封志輝.多工步搬運機械手的設(shè)計.機械設(shè)計,2004.4：21-30 [13] 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計，第七版.北京：高等教育出版社,2001.377-395 [14] ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. The 18th Int. Sym

66、posium on in dustrial robots( ISIR),Sydney,Australia,1988,91-100. [15]Durstewitz,M ;Kiefner,B ,Virtual collaboration environment for aircraft design,Information Visualisation,2002. Proceedings.Sixth International Conference on，10-12 July 2002,Page(s):502- 507 英文摘要 The light stable motion transports manipulators design and the movement simulation Abstract：The applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial aut