液壓機械手設(shè)計 1 畢業(yè)設(shè)計

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1、 目錄 摘要 1 第一章 機械手設(shè)計任務(wù)書 1 1.1畢業(yè)設(shè)計目的 1 1.2本課題的內(nèi)容和要求 2 第二章 抓取機構(gòu)設(shè)計 4 2.1手部設(shè)計計算 4 2.2腕部設(shè)計計算 7 2.3臂伸縮機構(gòu)設(shè)計 8 第三章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計及草圖 11 3.1手部抓取缸 11 3.2腕部擺動液壓回路 12 3.3小臂伸縮缸液壓回路 13 3.4總體系統(tǒng)圖 14 第四章 機身機座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 4.1電機的選擇 16 4.2減速器的選擇 17 4.3螺柱的設(shè)計與校核 17 第五章 機械手的定位與平穩(wěn)性 19 5.1常用的定位方式 19 5.2影響平穩(wěn)性和定位精度

2、的因素 19 5.3機械手運動的緩沖裝置 20 第六章 機械手的控制 21 第七章 機械手的組成與分類 22 7.1機械手組成 22 7.2機械手分類 24 第八章 機械手Solidworks三維造型 25 8.1上手爪造型 26 8.2螺栓的繪制 30 畢業(yè)設(shè)計感想 35 參考資料 36 送料機械手設(shè)計及Solidworks運動仿真 摘要 本課題是為普通車床配套而設(shè)計的上料機械手。工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動化技術(shù)設(shè)備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作

3、用。因而具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 本課題通過應(yīng)用AutoCAD 技術(shù)對機械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和液壓傳動原理設(shè)計，運用Solidworks技術(shù)對上料機械手進(jìn)行三維實體造型，并進(jìn)行了運動仿真，使其能將基本的運動更具體的展現(xiàn)在人們面前。它能實行自動上料運動；在安裝工件時，將工件送入卡盤中

4、的夾緊運動等。上料機械手的運動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定。 關(guān)鍵字 機械手，AutoCAD，Solidworks 。 第一章 機械手設(shè)計任務(wù)書 1.1畢業(yè)設(shè)計目的 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計劃的最后一個極為重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運用所學(xué)過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。 其主要目的： 一、 培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識。 二、 培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，設(shè)計構(gòu)思和創(chuàng)新

5、思維，掌握工程設(shè)計的一般程序規(guī)范和方法。 三、 培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進(jìn)行設(shè)計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。 四、 培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。 1.2本課題的內(nèi)容和要求 （一、）原始數(shù)據(jù)及資料 （1、）原始數(shù)據(jù)： a、 生產(chǎn)綱領(lǐng)：100000件（兩班制生產(chǎn)） b、 自由度（四個自由度） 臂轉(zhuǎn)動180 臂上下運動 500mm 臂伸長（收縮）500mm 手部轉(zhuǎn)動 180 （2、）設(shè)計要求： a、上料機械手結(jié)構(gòu)設(shè)

6、計圖、裝配圖、各主要零件圖（一套） b、液壓原理圖（一張） c、機械手三維造型 d、動作模擬仿真 e、設(shè)計計算說明書（一份） （3、）技術(shù)要求 主要參數(shù)的確定： a、坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)系 b、臂的運動行程：伸縮運動500mm，回轉(zhuǎn)運動180。 c、運動速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可。 d、控制方式：起止設(shè)定位置。 e、定位精度：0.5mm。 f、手指握力：392N g、驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。 （二、）料槽形式及分析動作要求 （ 1、）料槽形式 由于工件的形狀屬于小型回轉(zhuǎn)體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽,如圖1.1所示，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，不需要其它動

7、力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。 圖1.1機械手安裝簡易圖 （2、）動作要求分析如圖1.2所示 動作一：送 料 動作二：預(yù)夾緊 動作三：手臂上升 動作四：手臂旋轉(zhuǎn) 動作五：小臂伸長 動作六：手腕旋轉(zhuǎn) 預(yù)夾緊 手臂上升 手臂旋轉(zhuǎn) 小臂伸長 手腕旋轉(zhuǎn) 手臂轉(zhuǎn)回 圖1.2 要求分析 第二章 抓取機構(gòu)設(shè)計 2.1手部設(shè)計計算 一、對手部設(shè)計的要求 1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力 手部在工作

8、時，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。 2、有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖2.1所示。 圖2.1 機械手開閉示例簡圖 3、力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)

9、，重量和體積直接影響整個機械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。 4、手指應(yīng)有一定的強度和剛度 5、其它要求 因此送料，夾緊機械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。 二、拉緊裝置原理 如圖2.2所示【4】：油缸右腔停止進(jìn)油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時松開工件。 圖2.2 油缸示意圖 1、右腔推力為 FP=（π／4）DP （2.1） =（π／4）0.

10、52510 =4908.7N 2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計算公式為： F1=（2b／a）（cosα′）N′ （2.2） 其中 N′=498N=392N，帶入公式2.2得： F1=（2b／a）（cosα′）N′ =(2150/50)（cos30）392 =1764N 則實際加緊力為 F1實際=PK1K2/η （2.3） =17641.51.1/0.85=3424N 經(jīng)圓整F1=3500N 3、計算手部活塞桿行程長L,即 L=（D/2）t

11、gψ （2.4） =25tg30 =23.1mm 經(jīng)圓整取l=25mm 4、確定“V”型鉗爪的L、β。 取L/Rcp=3 （2.5） 式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6） 由公式（2.5）（2.6）得：L=3Rcp=150 取“V”型鉗口的夾角2α=120，則偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定， 查表得： β=2239′ 5、機械運

12、動范圍（速度）【1】 （1）伸縮運動 Vmax=500mm/s Vmin=50mm/s （2）上升運動 Vmax=500mm/s Vmin=40mm/s （3）下降Vmax=800mm/s Vmin=80mm/s （4）回轉(zhuǎn)Wmax=90/s Wmin=30/s 所以取手部驅(qū)動活塞速度V=60mm/s 6、手部右腔流量 Q=sv （2.7） =60πr =603.1425 =1177.5mm/s 7、手部工作壓強 P= F1/S （2.8）

13、 =3500/1962.5=1.78Mpa 2.2腕部設(shè)計計算 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 要求：回轉(zhuǎn)90 角速度W=45/s 以最大負(fù)荷計算： 當(dāng)工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長度l=650mm。如圖2.3所示。 1、計算扭矩M1〖4〗 設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩M1為： M1=FS

14、 （2.9） =109.80.2=19.6（NM） 工件 F S F 圖2.3 腕部受力簡圖 2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩M2〖4〗 F=5kg S=10cm 帶入公式2.9得 M2=FS=59.80.1 =4.9（NM） 3、擺動缸的摩擦力矩M摩〖4〗 F摩=300（N）（估算值

15、） S=20mm （估算值） M摩=F摩S=6（NM） 4、擺動缸的總摩擦力矩M〖4〗 M=M1+M2+M摩 （2.10） =30.5（NM） 5.由公式 T=Pb（ΦA(chǔ)1-Φmm）106/8 （2.11） 其中： b—葉片密度，這里取b=3cm； ΦA(chǔ)1—擺動缸內(nèi)徑, 這里取ΦA(chǔ)1=10cm； Φmm—轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取Φmm=3cm。 所以代入（2.11）公式 P=8T/b（ΦA(chǔ)1-Φmm）106 =830.5/0.03（0.1-0.03）106

16、 =0.89Mpa 又因為 W=8Q/（ΦA(chǔ)1-Φmm）b 所以 Q=W（ΦA(chǔ)1-Φmm）b/8 =（π/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s 2.3臂伸縮機構(gòu)設(shè)計 手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。 臂部運動的目的，一般是把手部送達(dá)空間運動范圍內(nèi)的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復(fù)雜。 機械手

17、的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。 手臂的伸縮速度為200m/s 行程L=500mm 1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】 Q=sv =200π40 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s 2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得：〖4〗 P=F/S （2.12） 式中：F—

18、—取工件重和手臂活動部件總重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。 所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F摩）/S =（309.8+1000）/π40 =0.26Mpa 3、繪制機構(gòu)工作參數(shù)表如圖2.4所示： 圖2.4機構(gòu)工作參數(shù)表 4、由初步計算選液壓泵〖4〗 所需液壓最高壓力 P=1.78Mpa 所需液壓最大流量 Q=1000ml/s 選取CB-D型液壓泵（齒輪泵） 此泵工作壓力為10Mpa，轉(zhuǎn)速為1800r/min，工作

19、流量Q在32—70ml/r之間，可以滿足需要。 5、驗算腕部擺動缸： T=PD（ΦA(chǔ)1-Φmm）ηm106/8 （2.13） W=8θηv/（ΦA(chǔ)1-Φmm）b （2.14） 式中：Ηm—機械效率?。? 0.85～0.9 Ηv—容積效率取： 0.7～0.95 所以代入公式（2.13）得： T=0.890.03（0.1-0.03）0.85106/8 =25.8（NM） T

20、d/s W<π/4≈0.785rad/s 因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s 圓整其他缸的數(shù)值： 手部抓取缸工作壓力PⅠ=2Mpa 流量QⅠ=120ml/s 小臂伸縮缸工作壓力PⅠ=0.25Mpa 流量QⅠ=1000ml/s 第三章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計及草圖 3.1手部抓取缸 圖 3.1手部抓取缸液壓原理圖〖7〗 1、

21、手部抓取缸液壓原理圖如圖3.1所示 2、泵的供油壓力P取10Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q=1300ml/s。 因此，需裝圖3.1中所示的調(diào)速閥，流量定為7.2L/min，工作壓力P=2Mpa。 采用： YF-B10B溢流閥 2FRM5-20/102調(diào)速閥 23E1-10B二位三通閥 3.2腕部擺動液壓回路 圖 3.2腕部擺動液壓回路〖7〗 1、腕部擺

22、動缸液壓原理圖如圖3.2所示 2、工作壓力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s 采用： 2FRM5-20/102調(diào)速閥 34E1-10B 換向閥 YF-B10B 溢流閥 3.3小臂伸縮缸液壓回路 圖 3.3小臂伸縮缸液壓回路〖7〗 1、小臂伸縮缸液壓原理圖如圖3.3所示 2、工作壓力 P=0.25Mpa 流量 Q=1000ml/s 采用： YF-B10B 溢流閥 2FRM5-20

23、/102 調(diào)速閥 23E1-10B二位三通閥 3.4總體系統(tǒng)圖 圖 3.4總體系統(tǒng)圖〖7〗 1、總體系統(tǒng)圖如圖3.4所示 2、工作過程 小臂伸長→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松 3、電磁鐵動作順序表 元件 動作 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 小臂伸長 － + + - - 手部抓緊 － + - - - 腕部回轉(zhuǎn) － + - + - 小臂收縮 － - - - - 手部放松 － - + - -

24、卸荷 ＋ 圖 3.5總體系統(tǒng)圖 4、確電機規(guī)格： 液壓泵選取CB-D型液壓泵，額定壓力P=10Mpa，工作流量在32～70ml/r之間。選取80L/min為額定流量的泵， 因此：傳動功率 N=PQ/η （3.1） 式中：η=0.8 （經(jīng)驗值） 所以代入公式（3.1）得： N=1080103106/600.8 =16.7KN 選取電動機JQZ-61-2型電動機，額定功率17KW， 轉(zhuǎn)速為2940r/min。 第四章 機身機座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機身的

25、直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者就直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜，機身既可以是固定式的，也可以是行走式的,如圖4.1所示。 圖4.1機身機座結(jié)構(gòu)圖 臂部和機身的配置形式基本上反映了機械手的總體布局。本課題機械手的機身設(shè)計成機座式，這樣機械手可以是獨立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動，也可具有行走機構(gòu)。臂部配置于機座立柱中間，多見于回轉(zhuǎn)型機械手。臂部可沿機座立柱作升降運動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機帶動螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運動。手臂的回

26、轉(zhuǎn)由電動機帶動減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動了機身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求。 4.1電機的選擇 機身部使用了兩個電機，其一是帶動臂部的升降運動；其二是帶動機身的回轉(zhuǎn)運動。帶動臂部升降運動的電機安裝在肋板上，帶動機身回轉(zhuǎn)的電機安裝在混凝土地基上。 1、帶動臂部升降的電機：〖10〗 初選上升速度 V=100mm/s P=6KW 所以n=（100/6）60=1000轉(zhuǎn)/分 選擇Y90S-4型電機，屬于籠型異步電動機。采用B級絕緣，外殼防護(hù)等級為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。 如圖4.1 Y9

27、0S-4電動機技術(shù)數(shù)據(jù)所示： 型號 額定功率KW 滿載時 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 電流A 轉(zhuǎn)速r/min 效率% 功率因素 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.2 圖4.1 Y90S-4電動機技術(shù)數(shù)據(jù) 2、帶動機身回轉(zhuǎn)的電機：〖10〗 初選轉(zhuǎn)速 W=60/s n=1/6轉(zhuǎn)/秒 =10轉(zhuǎn)/分 由于齒輪 i=3 減速器 i=30 所以n=10330=900轉(zhuǎn)/分 選擇Y90L-6型籠型異步電動機 電動機采用B級絕緣。外殼防護(hù)等級為I

28、P44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。 如圖4.2 Y90S-6電動機技術(shù)數(shù)據(jù)所示： 圖4.2 Y90L-6電動機技術(shù) 4.2減速器的選擇 減速器的原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。用來降低轉(zhuǎn)速和增 轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要?！?〗 初選WD80型圓柱蝸桿減速器。 WD為蝸桿下置式一級傳動的阿基米德圓柱蝸桿減速器。 蝸桿的材料為38siMnMo調(diào)質(zhì) 蝸輪的材料為ZQA19-4 中心矩a=80 Msq=4.011 （4.1） 傳動比I=30

29、 傳動慣量0.26510ˉkgm 4.3螺柱的設(shè)計與校核 第五章 機械手的定位與平穩(wěn)性 5.1常用的定位方式 機械擋塊定位是在行程終點設(shè)置機械擋塊。當(dāng)機械手經(jīng)減速運行到終點時，緊靠擋塊而定位。 若定位前已減速，定位時驅(qū)動壓力未撤除，在這種情況下，機械擋塊定位能達(dá)到較高的重復(fù)精度。一般可高于 0.5mm，若定位時關(guān)閉驅(qū)動油路而去掉工作壓力，這時機械手可能被擋塊碰回一個微小距離，因而定位精度變低。 5.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 機械手能否準(zhǔn)確地工作，實際上是一個三維空間的定位問題，是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡單情況下，單個量值可能

30、是主要的。影響單個線量或角量定位誤差的因素如下： （1、）定位方式 不同的定位方式影響因素不同。如機械擋塊定位時，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關(guān)。 （2、）定位速度 定位速度對定位精度影響很大。這是因為定位速度不同時，必須耗散的運動部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動系統(tǒng)使運動部件適時減速。 （3、）精度 機械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對定位精度有直接影響。 （4、）剛度 機械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時，因易產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。 （5、）運動件的重量 運動件的重量包括機械手本身的重

31、量和被抓物的重量。 運動件重量的變化對定位精度影響較大。通常，運動件重量增加時，定位精度降低。因此，設(shè)計時不僅要減小運動部件本身的重量，而且要考慮工作時抓重變化的影響。 （6、）驅(qū)動源 液壓、氣壓的壓力波動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機械手的重復(fù)定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時，用溫度、壓力補償流量控制閥控制。 （7、）控制系統(tǒng) 開關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個不相同的。這不僅是因為各種控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無有關(guān)。 本課題所采用的定位精度為機械擋塊定位 5.

32、3機械手運動的緩沖裝置 緩沖裝置分為內(nèi)緩沖和外緩沖兩種形式。內(nèi)緩沖形式有油缸端部緩沖裝置和緩沖回路等。外緩沖形式有彈性機械元件和液壓緩沖器。內(nèi)緩沖的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。但有時安置位置有限；外緩沖的優(yōu)點是安置位置靈活，簡便，緩沖性能好調(diào)等，但結(jié)構(gòu)較龐大。 本課題所采用的緩沖裝置為油缸端部緩沖裝置。 當(dāng)活塞運動到距油缸端蓋某一距離時能在活塞與端蓋之間形成一個緩沖室。利用節(jié)流的原理使緩沖室產(chǎn)生臨時背壓阻力，以使運動減速直至停止，而避免硬性沖擊的裝置，稱為油缸端部緩沖裝置。 在緩沖行程中，節(jié)流口恒定的，稱為恒節(jié)流式油缸端部緩沖裝置。 設(shè)計油缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時，amax（最大加速度）

33、、Pmax（緩沖腔最大沖擊壓力）和Vr（殘余速度）三個參數(shù)是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個參數(shù)，然后校驗其余兩個參數(shù)。步驟如下： ① 選擇最大加速度 通常，amax值按機械手類型和結(jié)構(gòu)特點選取，同時要考慮速度與載荷大小。對于重載低速機械手，- amax取5m/s2以下，對于輕載高速機械手，-amax取5～10 m/s2 ② 計算沿運動方向作用在活塞上的外力F 水平運動時： F=PSA-Ff （5.1） =0.25103π3.62-7 =138N

34、③ 計算殘余速度Vr Vr=VO/ 1-amaxm/F （5.2） =0.1/0.64=0.15m/s 第六章 機械手的控制 控制系統(tǒng)是機械手的重要組成部分。在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用。機械手的手部、腕部、臂部等的動作以及相關(guān)機械的協(xié)調(diào)動作都是通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動作的順序，動作的位置與路徑、動作的時間。 機械手要用來代替人完成某些操作，通常需要具有圖6.1所示的機能〖3〗。 實現(xiàn)上述各種機能的控制方式有多種多樣。機械手的程序控制方式可分為兩大類，即固定程序控制方式

35、和可變程序控制方式。 本課題所用的是固定程序控制類別的機械式控制。 常用凸輪和杠桿機構(gòu)來控制機械手的動作順序、時間和速度。一般常與驅(qū)動機構(gòu)并用，因此結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，壽命較長，工作比較可靠。適用于控制程序步數(shù)少的專用機械手。 裝卸工件 狀別識別 環(huán)境識別 操作機能 檢測、識別機能 控制機能 示教機能 動作控制機能 動作

36、順序控制機能 運動控制機能 圖6.1機械手的控制機能 第七章 機械手的組成與分類 7.1機械手組成 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成?！?〗 （1、）執(zhí)行機構(gòu)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)如7.1所示。 圖7.1機構(gòu)簡圖 ① 手部：是機械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務(wù)。 ② 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部

37、件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。 ③ 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 ④ 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱通常為固定不動的。 ⑤ 機座：是機械手的基礎(chǔ)部分。機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支承和聯(lián)接的作用。 （2、）驅(qū)動系統(tǒng)：機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。 （3、）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機構(gòu)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測其正確與否。一般常見的為電器與電子回路控制，計算機控制系統(tǒng)也不斷增多

38、。 7.2機械手分類 （1、）根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點，工業(yè)機械手可分為以下三類： ① 承擔(dān)搬運工作的機械手：這種機械手在主要工藝設(shè)備運行時，用來完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。 ② 生產(chǎn)工業(yè)用機械手：可用于完成工藝過程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。 ③ 通用工業(yè)機械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)。 （2、）按功能分類 ① 專用機械手：它是附屬于主機的具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少，工作對象單一，結(jié)構(gòu)簡單，實用可靠和造價低等特點，適用于大批大量的自動化生產(chǎn)，如自動機床，自動線的上、下料機械手和“加工中心”附

39、屬的自動換刀機械手。 ② 通用機械手：又稱工業(yè)機器人。它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強的特點，適用于不斷變換品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。 ③ 示教再現(xiàn)機械手：采用示教法編程的通用機械手。所謂示教，即由人通過手動控制，“拎著”機械手做一遍操作示范，完成全部動作后，其儲存裝置即能記憶下來。機械手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。 （3、）按驅(qū)動方式分 ① 液壓傳動機械手 ② 氣壓傳動機械手 ③ 機械傳動機械手 （4、）按控制方式分 ① 固定程序機械手：控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)

40、但不能任意點定位。 ② 可編程序機械手：控制系統(tǒng)是一個可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變。 第八章 機械手Solidworks三維造型 首先我要對Solidworks進(jìn)行介紹一下，它是一種先進(jìn)的，智能化的參變量式CAD設(shè)計軟件，在業(yè)界被稱為“3D機械設(shè)計方案的領(lǐng)先者”，易學(xué)易用，界面友好，功能強大，在機械制圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，掌握和使用Solidworks已經(jīng)成為最基本的技能之一。 與傳統(tǒng)的2D機械制圖相比，參變量式CAD設(shè)計軟件具有許多優(yōu)越性，是當(dāng)代機械制圖設(shè)計軟件的主流和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計通常是按照一定的比例關(guān)系，從正視，側(cè)視，俯視等

41、角度，根據(jù)投影，透視效果逐步繪出所需要的各個單元，然后標(biāo)注相應(yīng)尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標(biāo)注尺寸發(fā)生變化，幾何圖形的尺寸不會同步變更；如果改變了幾何圖行，其標(biāo)注尺寸也不會發(fā)生變化，還要重新繪制，標(biāo)注，因此繪圖工作相當(dāng)繁重。 參變量式CAD設(shè)計軟件，是參數(shù)式和變量式的統(tǒng)稱。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數(shù)值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進(jìn)入完全定義狀態(tài)，這就是參數(shù)式模式。由于軟件自動加入了關(guān)聯(lián)屬性，如果修改了標(biāo)注尺寸，幾何圖形的尺寸就會同步更新。也可以暫時不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模態(tài)。 Solidworks模形

42、由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒有生成零件之前的圖紙稱為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時，如果修改了草圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和工程圖會同步更新；相反，如果修改了工程圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和草圖也會同步更新。軟件使用起來非常方便，大大減少了設(shè)計人員的工作量，提高了工作效率。 通常，從打開一個零件文件或建立一個新零件文件開始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導(dǎo)入曲面或幾何實體開始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設(shè)計方法，也就是自下而上的設(shè)計方法。 草圖繪制從零件文件開始，對于一個新的產(chǎn)品設(shè)計，要首先建立零件文件

43、。 由于零件、裝配體及工程圖的相關(guān)性，所以當(dāng)其中一個視圖改變時，其他兩個視圖也會自動改變。 SolidWorks2004允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統(tǒng)選項”和”文件屬性”選項卡. SolidWorks2004可以自動保存工作.自動恢復(fù)功能可以自動保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統(tǒng)死機時不會丟失數(shù)據(jù).如果設(shè)定此選項,則選擇”工具”_”選項”菜單命令.在”系統(tǒng)選項”選項卡上,單擊”備份”選項,選擇”每(n)次更改后,自動恢復(fù)信息”復(fù)選框,然后設(shè)定信息自動保存前應(yīng)發(fā)生的變更次數(shù). SolidWorks2004具有很強的文件交換功能,可以輸入

44、,輸出數(shù)十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進(jìn)行文件交換。 SolidWorks2004在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網(wǎng)格線和捕捉網(wǎng)格線功能?？蓪⒕W(wǎng)格線與模型邊線對齊，還可捕捉到角度。網(wǎng)格線和捕捉功能在SolidWorks2004中不太使用，因為SolidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關(guān)系已提供了所需的精度。 8.1上手爪造型 8.1.1、上手爪的幾何造型結(jié)構(gòu)簡析 從圖8-1可看出手爪為一個拉伸長出的基體板，其端面五段直線、一段圓弧、一個導(dǎo)向槽和一個圓構(gòu)成封閉的草圖，并對其拉伸基體，然后再創(chuàng)建根除草圖。切

45、除實體，可依據(jù)以下的順序進(jìn)行建模。 圖8-1上手爪 8.1.2、創(chuàng)建上手爪 草圖繪制 1． 啟動Solidworks后，單擊“標(biāo)準(zhǔn)”工具欄上的“新建”（）命令按鈕，或選擇“文件”——“新建”菜單命令，打開“新建Solidworks文件”對話框如圖8-2所示。 圖8-2新建Solidworks文件對話框 2． 單擊“零件”圖標(biāo)（或單擊“高級”按鈕，進(jìn)入Tutrial窗口，然后選擇“零件”圖標(biāo)）。 3． 單擊“確定”按鈕，這時就會創(chuàng)建一個新的零件文件。 首先要繪制草圖，然后拉伸生成零件的基體特征。由于該草圖是減速器正箱體，為了保證對稱，要先繪制中心線，然后利用中

46、心線鏡向草圖。 4． 在Feture.Manager設(shè)計樹中選擇前視基準(zhǔn)面。 5． 單擊草圖繪制工具欄的“草圖繪制”（）命令按鈕，此時在前視基準(zhǔn)面上打開一張草圖。 6． 單擊草圖繪制工具欄上的“中心線”（）命令按鈕，將指針移到草圖原點處。當(dāng)指針變?yōu)辄c時，表示指針正位于原點上。單擊鼠標(biāo)左鍵，向上移動指針，生成中心線如圖8-3所示。 圖8-3繪制中心線 7． 單擊草圖繪制工具欄上的“直線”（）命令按鈕，或選擇“工具”——“草圖繪制實體”—“直線”菜單命令，須繪制如圖8-4草圖。指針形變筆形。單擊放置第一點，然后拖動拉出第一段，第二段（或直接繪制一個矩行） 圖8-4上手爪草圖繪制

47、 8． 單擊草圖繪制工具欄上的“圓”（）命令按鈕，或選擇“工具”——“草圖繪制工具”——“圓”菜單命令， 繪制圓和圓孤。 9． 草圖為藍(lán)色：表示欠定義，因此可以自由調(diào)動形狀和大小。 10.單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄的選擇命令。選擇上手爪的直線，雙擊此直線上的尺寸可以任意改變它的數(shù)值，按其上手爪的零件圖寫入正確的尺寸。 拉伸基體特征 通過拉伸所繪制的草圖來生成基體的操作步驟如下： 1． 單擊“特征”工具欄上的“拉伸凸臺基體”（）命令按鈕，拉伸PropertyManager出現(xiàn)。 2． 在“方向1”組框中，執(zhí)行如下操作。 將終止條件設(shè)置為“給定深度”。設(shè)置深度為52mm?？墒褂梅较蜴I或直接輸入

48、數(shù)值來增加數(shù)值。圖形區(qū)域中顯示拉伸的預(yù)覽。 3． 單擊確定按鈕，生成拉伸。新特征“拉伸1”出現(xiàn)在Feature Manager設(shè)計樹中和圖形區(qū)域如圖8-5。 圖8-5拉伸基體 4． 單擊Feature Manager設(shè)計樹中“拉伸1”旁的加號，用于拉伸特征的“草圖1”現(xiàn)已列在特征的下面。 5． 單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄上的保存命令按鈕，在“文件名”文本框中鍵入“上手爪”，單擊“保存”按鈕。 6． 選中拉伸表面，單擊草圖繪制工具欄的“草圖繪制”（）命令按鈕，此時在拉伸表面上打開一張草圖如圖8-6所示。 圖8-6拉伸表面草圖 7． 單擊“特征”工具欄上的“切除凸臺基體”（）命令按鈕，切

49、除PropertyManager出現(xiàn)。 8． 在“方向1”組框中，執(zhí)行如下操作。 將終止條件設(shè)置為“給定深度”。設(shè)置深度為33mm?？墒褂梅较蜴I或直接輸入數(shù)值來增加數(shù)值。圖形區(qū)域中顯示拉伸的預(yù)覽。 單擊確定按鈕，生成切除。新特征“切除1”出現(xiàn)在Feature Manager設(shè)計樹中和圖形區(qū)域如圖8-7 圖8-7切除凸臺基體 9.同理挖兩個圓柱如圖8-8所示 圖8-8上手爪 8.2螺栓的繪制 1． 新建一個文件，并將其命名為“螺紋。Sldprt”. 2． 調(diào)出模板庫特征以建立派生螺栓。如圖8-9所示. 在一個空白文件中依次選擇菜單“工具“/”FeaturePalat

50、te”命令。將彈出“FeaturePalatte”窗口，切換到“安裝目錄data＼palette parts＼Hardware”下，按住鼠標(biāo)左鍵，將法蘭螺栓拖到空白文件的圖形區(qū)域，彈出一樣詢問對話框詢問是否建立一個派生零件。單擊”是“按扭，繪圖區(qū)出現(xiàn)了一個法蘭螺栓。 圖8-9派生螺栓 3.編輯特征管理器中箭頭的“flange.bolt”名稱，在彈出的快捷菜單中選擇“關(guān)聯(lián)中編輯”命令，該調(diào)色板特征分解為所包含的單個特征。右擊“Thread Cut”的名稱，在彈出的快捷鍵菜單中選擇“編輯草圖”命令，將值為0.05mm的尺寸D1修改為1.30mm,并單擊確定“命令按扭.” 如圖8-10所

51、示 圖8-10螺栓 4.添加螺紋主體 1) 繪制截面草圖 以plane2為草繪平面,繪制等邊三角行草圖,作為螺紋掃描是截面.按住[ctrl]鍵并單擊其中的兩條邊,在屬性管理器中單擊”相等約束”按扭,再另外選兩條邊,并添加同樣的約束.三角形邊長為1.5mm.其中一邊與螺紋圓柱體縱剖面邊線重合,且該邊的一個端點與梯面的投影線重合. 如圖8-11所示 圖8-11螺紋截面草圖 2) 繪制螺旋線基圓 以階梯面為草繪平面,繪制一個階梯面與螺紋圓柱面的交線圓重合的圓,此圓控制著螺旋線的直經(jīng). 3) 添加基準(zhǔn)軸 單擊基準(zhǔn)軸按扭或依次選擇菜單 “插入”/“參考幾何體”/“基準(zhǔn)軸”命令；

52、將彈出基準(zhǔn)軸屬性管理器，然后在繪圖區(qū)域選擇螺紋圓柱面，此時面〈1〉出現(xiàn)在基準(zhǔn)軸對話框中的所選項目中，選擇定義方式為“圓柱/圓錐面”，單擊“確定”按扭，生成基準(zhǔn)軸。 4）添加螺旋線 選取步驟2）中所繪制的草圖圓，依次選擇菜單“插入”/“曲線”/“螺旋線”/“渦壯線”命令，將彈出“螺旋線”對話框，選擇定義方式為“螺 距 和圈數(shù)”，螺距改為1.50mm，圈數(shù)為19,起始角度為0,選中順時針旋轉(zhuǎn)，單擊“確定”按扭，生成螺旋線。如圖8-12所示 圖8-12生成螺旋線 5）添加掃描特征 在特征工具欄中單擊“掃描”按扭或依次選擇菜單“插入”/“凸臺”/“掃描”命令，將彈出掃描特征屬性管理

53、器在圖形區(qū)域分別選取步驟1）和4） 中。方向和扭轉(zhuǎn)類型選擇隨路徑變化，單擊“確定”按扭；螺紋生成。 5.添加螺紋尾段 （1） 添加基準(zhǔn)面 在參考幾何體工具欄中單擊“基準(zhǔn)面”按鈕或依次選擇菜單“插入”/“參考幾何體”/“基準(zhǔn)面”命令，將彈出基準(zhǔn)面屬性管理器，在其中選擇兩面夾角，其值為45，選擇Plane3和Axisl，單擊“確定”按鈕生成基準(zhǔn)面。 （2）添加第二截面 在上一步生成的基準(zhǔn)面上繪制等腰三角形，其底邊與螺紋圓柱的生命，高為0.65mm，底邊的一個端點與曙紋底部的螺旋線重合。如圖8-13所示 圖8-13第二截面 （3）添加第三截面 采用與前兩步類似的方法，繪制草

54、圖，該草圖為一點，其所在平面與Plane3成90度角如圖8-14所示。 圖8-14第三截面 （4）添加放樣特征 依次選擇圖形區(qū)域中3個截面，單擊“確定”按鈕，螺紋一端的放樣特征生成。 采用上述步驟在螺紋的另一端生成螺紋過渡放樣特征；最終得到一個完整的法蘭螺栓。 畢業(yè)設(shè)計感想 兩個月的畢業(yè)設(shè)計轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段，在這兩個月的設(shè)計學(xué)習(xí)過程中，我取得了長足的進(jìn)步。 我的畢業(yè)設(shè)計的課題是機械手的設(shè)計，這是一個我以前所沒有接觸的。我對它來說完全是一個陌生者，經(jīng)過

55、指導(dǎo)老師的幫助和對參考資料的拜讀，我已經(jīng)對機械手有了一定的了解[2]。 機械自動化作為工業(yè)發(fā)展的一個方向，它有著廣闊的市場，屬于實際需要去研制的一種項目。機械手能模仿人體上肢的某些動作，就需要有一定的靈敏度，對設(shè)計的要求較高。通過這次設(shè)計，提高了我分析和解決問題的能力，擴寬和深化了學(xué)過的知識，掌握了設(shè)計的一般程序規(guī)范和方法，培養(yǎng)了我們正確使用機身材料、國家標(biāo)準(zhǔn)、圖冊等工具書的能力。 畢業(yè)設(shè)計是對未來工作的一種模擬。 通過這次設(shè)計，我對未來所從事的工作充滿了信心！ 參考資料 1、《機械設(shè)計手冊3》 機械工業(yè)出版社,徐灝主編

56、2、《機械設(shè)計手冊4》 機械工業(yè)出版社,徐灝主編 3、《機械設(shè)計手冊5》 機械工業(yè)出版社,徐灝主編 4、《工業(yè)機器人》 北京理工大學(xué)出版社,張建民著 5、《工業(yè)機械手-機械結(jié)構(gòu)上》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 《工業(yè)機械手》編寫組 6、《機床設(shè)計手冊3》,部件、機構(gòu)及總體設(shè)計 機械工業(yè)出版 《機床設(shè)計手冊》編寫組 7、《液壓傳動》 機械工業(yè)出版社,丁樹模主編 8、《機械制圖》 大連理工大學(xué)工程畫教教研室 高等教育出版社 9、《畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書》 青島海洋出版社 李恒權(quán)、朱明臣、王德云主編 10、《機械基礎(chǔ)》 中國勞動出版社，王棟梁主編 11、《solidworks設(shè)計與應(yīng)用》 電子工業(yè)出版社 隆生主編 12、《機械制造技術(shù)》 機械工業(yè)出版社，黃鶴汀主編 34