機械手的設計畢業(yè)論文

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1、 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 南京工業(yè)職業(yè)技術學院 機械手的設計 畢 業(yè) 論 文 課題名稱 機械手的設計 院/專 業(yè) 機械工程學院/數(shù)控設備的應用與維護 班 級 學 號

2、 學生姓名 指導教師： 2013 年 5 月 31 日 共 41 頁 第 40 頁 機械手的設計 摘要 本文介紹了機械手的概念、組成和分類，機械手的自由度和坐標型式，氣動技術的特點，對機械手進行了總體方案設計，確定了機械手的坐標類型和自由度，確定了機械手的技術參數(shù)。 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)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 關鍵詞：機械手；液壓系統(tǒng)；方案設計 Ab

3、stract This article describes the robot concept, composition and classification of robot freedom and coordinate type, pneumatic technology characteristics of the robot for the overall program design, determine the robot coordinate types and degrees of freedom to determine the robot's technical para

4、meters. Industrial production often bulky workpiece handling and frequent long, monotonous operations, the use that the robot is valid. In addition, it can heat, cold, deep water, the universe, radioactive and other toxic, polluting the environment under the conditions of operation, but also shows

5、its superiority, has a broad development prospects. Key words: Robot；Hydraulic system；Program design 目錄 機械手的設計…………………………………................................................................................1 第1章 緒論………………………………………………………………......................................4

6、 1.1 機械手概述……………………………………………………………………………….4 1.2 機械手的組成和分類…………………………………………………………………….4 第2章 機械手的設計方案………………………………………………………………………10 2.1 機械手的坐標型式與自由度…………………………………………………...............10 2.2 機械手手部結構設計………………………………………………...............................11 2.3 機械手手腕結構設計………………………………………………

7、…...........................12 2.4 機械手手臂結構設計…………………………………………………...........................13 2.5 其他部件圖紙………………………………………………………………………...…14 第3章 抓取機構設計……………………………………………………………………………15 3.1 手部設計………………………………………………………………………...............15 3.2 腕部設計………………………………………………………………………...............18

8、 3.3 臂伸縮機構……………………………………………………………………...............19 第4章 液壓系統(tǒng)的原理設計及草圖繪制………………………………………………………22 4.1 手部抓取缸的液壓原理圖……………………………………………………………...22 4.2 腕部擺動的液壓回路…………………………………………………………………...23 4.3 小臂伸縮缸的液壓回路………………………………………………………...............24 4.4 總體系統(tǒng)圖…………………………………………………………………….........

9、.....25 第5章 機身機座的結構設計……………………………………………………………………27 5.1 電機的選擇……………………………………………………………………...............27 5.2 減速器選擇……………………………………………………………….......................28 5.3 螺柱的設計和校核……………………………………………………………...............28 第6章 機械手的定位與平穩(wěn)性…………………………………………………………………30 6.1 常用的定位方法…………………………

10、……………………………………...............30 6.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素………………………………………………...............30 6.3 機械手運動的緩沖裝置………………………………………………………………...31 總結………………………………………………………………………………………………..33 參考文獻…………………………………………………………………………………………..34 附錄………………………………………………………………………………………………..35

11、 第1章 緒論 1.1 機械手概述 可以模仿一些人類和手臂的運動功能，抓取一個固定的程序，處理對象或自動操作裝置的操作工具。機械手是最早的工業(yè)機器人，也是首次亮相的現(xiàn)代機器人，它可代替人的勞動，以達到在危險的情況下，重型機械化和自動化生產(chǎn)，以保護人身安全的操作，它被廣泛應用于機械制造，冶金，電子，輕工和核行業(yè)。 工業(yè)機器人是由操作員（機本體），控制器，伺服驅(qū)動系統(tǒng)與檢驗傳感裝置所構成的一種人形操作，自動控制，可以被重新編程，在三維空間中完成多種任務的機電一體化自動生產(chǎn)設備。多運用于多品種的，變批量的柔性生產(chǎn)中。它對提高產(chǎn)品的質(zhì)

12、量，提高生產(chǎn)的效率，改善勞動的條件和產(chǎn)品的迅速升級換代，起著很重要的作用。 機械手并不是僅僅代替人工的勞動，而是融合了人和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，不僅有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應能力和分析判斷能力，而且有機器可連續(xù)操作、精確高、抗惡劣環(huán)境的能力，在一定意義上，它是工業(yè)和非工業(yè)界生產(chǎn)和服務的一系列重要的，但也是不可缺少的先進制造技術自動化的設備。 啟動機器人的結構比較簡單，高度特異性的，只有一個單一的機和卸載裝置，是機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，由程序控制，可以實現(xiàn)獨立的重復操作，范圍廣泛的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。因為通用機器人可以迅速改變工作程序，適應性，所以

13、它是不斷變化的各種小批量的生產(chǎn)，獲得了廣泛的引用。 1.2 機械手的組成和分類 1.2.1機械手的組成 機械手主要是由執(zhí)行機構、驅(qū)動機構和控制系統(tǒng)三部分組成。用手握住工件（或工具），根據(jù)被夾持對象物的形狀，尺寸，重量，材料和操作要求的各種各樣的結構形式，如夾持型，保持和吸附型等。驅(qū)動機構，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動），移動或復雜的運動來實現(xiàn)規(guī)定的變動，更改把持的位置和姿勢的對象。運動機構的升降，伸縮和旋轉(zhuǎn)的獨立運動模式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中的任何對象的位置和方向，有六個自由度的需要。自由度的設計是關鍵參數(shù)。自由度越多的機械手，其靈活性越大，通用性更廣泛，結構也是更復雜的。一

14、般專用機械手有2～3個自由度。機械手控制系統(tǒng)由電機控制每個自由度，以執(zhí)行特定的動作。接收傳感器反饋的信息，以形成一個穩(wěn)定的閉環(huán)控制。通常是由微控制器或DSP和微控制器芯片結構，控制系統(tǒng)的核心，通過對其編程實現(xiàn)所需的功能。 各系統(tǒng)相互之間的關系如圖1-1所示。 圖1-1 機械手的組成方框圖 1)執(zhí)行機構 機械手的執(zhí)行機構主要分為手部、手臂、軀干。如圖1-2所示 圖1-2 機構簡圖 ①手部 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔因為裝有傳動軸，所以可以旋轉(zhuǎn)，彎曲手腕，使手指打開和關閉。 機械手手部的構造是以模仿人的手指為基礎的，分為無接頭，固定接頭和聯(lián)合3種自由。手指的數(shù)目

15、可以分為二個手指、三個手指、四個手指等。把持對象具有多種形狀和尺寸，以適應操作員的需求夾頭的形狀和大小。所謂的沒有手指的手部，一般指的是真空吸盤或電磁吸盤。 ②手臂 手臂是支撐捕獲的對象、手部、手腕的重要組成部分。其作用是引導手指精準地抓住工件，并運輸?shù)剿璧奈恢?。為了使機械手能夠正常工作，必須準確定位手臂的三個自由度。 手臂可能實現(xiàn)的運動如下: 手臂在進行拉伸或升降運動時，為了防止其軸線轉(zhuǎn)動，都需要有導向裝置，以保證手指的正確運動。此外，導向裝置也可以承接臂遭受彎矩和扭矩以及臂轉(zhuǎn)動的啟動和制動力矩產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量，運動部件應力狀態(tài)很簡單。 ③軀干 軀干是用于安裝手臂、動力源

16、和各種執(zhí)行機構的支架。 2)驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是一種由控制裝置、動力源和輔助裝置組成，驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置。一般的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、電力傳動、氣壓傳動和機械傳動。 ①液壓驅(qū)動式 液壓驅(qū)動式機械手通常由液動機（各種油箱，機油）、伺服閥、泵、油箱和其他組件組成驅(qū)動系統(tǒng)，由機械手執(zhí)行機構進行工作。通常它具有很高的抓舉能力（高達幾百公斤以上），其特點是動作流暢、結構緊湊、耐沖擊、抗震動、防爆性好，但液壓元件制造精度要求高，密封性能好，否則漏油會造成環(huán)境污染。 ②氣壓驅(qū)動式 它的驅(qū)動系統(tǒng)通常由氣閥、氣缸、氣罐和空氣壓縮機組成，其特點是氣源方便、動作迅捷、結構簡單、成本

17、低、維護方便。但難以控制速度，壓力不可太高，所以抓舉能力較低。 ③電氣驅(qū)動式 這是機械手最常用的一種驅(qū)動方式。其特點是電源方便，響應速度快，驅(qū)動力較大（關節(jié)型的持重達到400kg），信號的檢測、傳輸、便于操作，并可以控制使用各種靈活的解決方案。驅(qū)動電機一般采用步進電機，DC伺服電動機作為主驅(qū)動器（AC）。由于電機速度快，通常需要減速機構（如RV擺線的諧波驅(qū)動器，驅(qū)動器，齒輪傳動，螺桿驅(qū)動和多桿機構等）的使用。有些機械手已經(jīng)開始采用無減速機構的大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速電機進行直接驅(qū)動（DD），它可以使各機構能夠簡化，但也提高了控制精度。 ④機械驅(qū)動式 機械驅(qū)動只用于固定場合的運動。通常用凸輪連桿

18、機構來實現(xiàn)動作。其特點是動作運行可靠，工作速度快，成本低，但不易調(diào)整。 其他還有采用混合驅(qū)動，即液體-氣體或電動-液壓混合動力驅(qū)動。 3)控制系統(tǒng) 機械手控制元件包括機械手控制分為兩個點控制，連續(xù)軌跡控制，以達到的位置，運動時間，速度，加速和減速等。 根據(jù)要求，采用數(shù)字順序控制。它必須首先被存儲在編制方案，然后按照規(guī)定程序，控制機械手的工作程序存儲方法有分離存儲和集中存儲。各種控制因素的信息被分離存儲分別存儲于兩個或兩個以上的信息存儲裝置中，如順序的信息存儲在插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存儲于時間繼電器、恒速回轉(zhuǎn)鼓等；集中存儲是將所有的信息集中存儲于一種存儲設備內(nèi)，如磁帶、鼓等

19、。這種方式在順序、方位、時間、速度等都同時控制的場合下使用，即連續(xù)控制的情況下才能使用。 在需要快速更改程序的場合用插銷板。換一種程序需要交換一種插銷板，相同的插件可以反復使用；穿孔紙帶長度可容納的程序沒有限制，但如果發(fā)生錯誤的時候，我們就要更換所有；穿孔卡的信息容量是有限的，但是，容易更換、保存，可以重復使用；磁蕊和磁鼓只有在存儲容量較大的場合下使用。至于選擇什么樣的控制元件，則根據(jù)動作的復雜性和精確性來確定。 對與動作復雜的機械手，一般采用求教再現(xiàn)的控制系統(tǒng)。更復雜的機械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計算機或微處理器控制的系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)用的最多的是插銷板，其次是凸輪轉(zhuǎn)鼓。附帶多個凸輪，

20、每一個凸輪被分配給一個運動軸，轉(zhuǎn)鼓運動一周便完成一個循環(huán)。 4) 位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構運動的位置，并及時將執(zhí)行機構的位置反饋給控制系統(tǒng)，然后與設定的位置相比較，隨后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構能夠達到設定位置。 1.2.2機械手的分類 關于分類的問題，有許多不同種類的機械手，目前在全國都沒有統(tǒng)一的分類標準，暫時按使用范圍、驅(qū)動和控制系統(tǒng)進行分類。 1) 按用途分 可分為通用機械手和專用機械手兩種: ①通用機械手 它是一種擁有獨立的控制系統(tǒng)、動作靈活、程序可變的機械手。只要在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動作程序均是可變的，通過調(diào)整可以在不同的場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)以及控制系

21、統(tǒng)均是獨立存在的。通用機械手的定位精度高、工作范圍大、通用性很強，適用于改變生產(chǎn)品種的中小批量的自動化生產(chǎn)。 ②專用機械手 它是連接到主機，有固定程序卻沒有獨立控制系統(tǒng)的裝置。專用機械手動作少、結構簡單、工作對象單一、可靠和成本低，適用于大批量自動化生產(chǎn)，如自動機床、“加口加工中心”下屬的自動換刀和自動線裝卸機械手。 2) 按驅(qū)動方式分 ①液壓傳動機械手 是用液壓來驅(qū)動執(zhí)行機構運動的。 ②氣壓傳動機械手 是用壓縮空氣的壓力來讓執(zhí)行機構運動。 ③機械傳動機械手 即通過由機械傳動機構(如凸輪、連接桿、齒輪和齒條、間歇機構等)驅(qū)動。 ④電力傳動機械手 有特殊結構，是由感應電機、

22、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構運動的，因為沒有中間轉(zhuǎn)換機制，所以機械結構簡單。 3) 按控制方式分 ①點位控制 在幾個點的位置及其之間的動點的空間運動，可以控制移動，無法控制它的軌跡。如果你想更多的控制點，會增加電控系統(tǒng)的復雜性。目前使用的特殊和一般的工業(yè)機械手都屬于這一類。 ②連續(xù)軌跡控制 其空間軌跡為任何連續(xù)的曲線，作為一個無限的設定點，其特征在于，整個過程是移動的控制下，可以實現(xiàn)平滑精確運動，使用范圍很廣，但電氣控制系統(tǒng)復雜。這種工業(yè)機械手一般采用小型計算機控制。 第2章 機械手的設計方案 機械

23、手的基本要求是能快速，準確地拾取和搬運物件，這需要它具有精度高，響應速度快，一定承載能力，足夠的工作空間和自由度和靈活性能夠自動地定位在任何位置和其他特征。機械手的設計原則是：充分分析的工作對象（工件）的操作技術要求，制定最合理的工作工序和流程，在滿足功能要求的系統(tǒng)和環(huán)境條件下，工件的形狀和材料的性能，定位精度要求結構清晰，抓取、搬運著力特性，尺寸和質(zhì)量參數(shù)，以便進一步定義結構和操作的機械手控制的要求;嘗試使用標準組件的刻板，從而簡化了設計和制造過程，兼顧通用和專業(yè)性，并能實現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)換和編程控制 2.1機械手的座標型式與自由度 按不同的運動形式，其座標型式可分為圓柱座標式、直角座標式、關

24、節(jié)式和球座標式。由于機械手工作時有升降，收縮和旋轉(zhuǎn)運動，因此，使用圓柱坐標系。 圖 2-1是圓柱坐標機械手的機構運動簡圖 圖 2-1圓柱坐標機械手的機構運動簡圖 相應機械手有三個自由度，以補償小行程升降運動，手臂擺動機構增加，從而增加了擺動的手臂的自由度。 圖2-2是機械手的手指、手腕和手臂的運動圖。 圖 2-2 機械手運動圖 2.2 機械手手部結構設計 為了使機械手更通用，就把可更換的結構用來設計它的手部結構，當工件是板料的時候，使用氣流負壓吸盤;當工件是棒料的時候，使用夾持手部。 圖2-3 是機械手手部結構圖

25、 圖2-3機械手手部結構圖 2.3 機械手手腕結構設計 考慮到機械手的通用性，因為被抓取的工件是水平放置的，因此滿足要求的手腕必須要設有回轉(zhuǎn)運動才行。所以，手腕要設計成回轉(zhuǎn)結構，用來實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)的結構叫做回轉(zhuǎn)氣缸。 圖2-4是機械手手腕結構圖 圖 2-4機械手手腕結構圖 2.4 機械手手臂結構設計 按照抓取工件的要求，這個機械手的手臂要有三個自由度，分別是手臂的伸縮、升降(或俯仰)運動與左右回轉(zhuǎn)。手臂的升降運動與回轉(zhuǎn)是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。 圖2-5 是機械手手臂結構圖 圖2-5機械手手臂結構圖 2.5 其他部件圖紙見附錄

26、 第3章 抓取機構設計 3.1 手部設計 設計時要考慮的幾個問題 　1)有足夠的握力(夾緊力) 　當確定手指的握力時，除了考慮工件重量，也應考慮在傳送或操作過程中產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不會產(chǎn)生松動或脫落。 　2)手指應具有一定的開閉角度 兩個手指張開，閉合的角度的兩個極限位置被稱為手指的開閉角度。手指的開閉角度應確保工件能順利進入或脫開，如果持有不同直徑的工件，應以工件的最大直徑考慮。對于移動型手指有打開和閉合的幅度要求。如圖3-1所示。 圖3-1機械手開閉示例簡圖 3) 確保準確的工件定位 手指和工件保持精確的相對位置，根據(jù)被抓

27、取工件的形狀，選擇手指的形狀。例如用“V”形臉的手指，使自定心的圓柱形工件。 4) 有足夠的剛度和強度 手指會受到被加持工件的反作用力和運動過程中的慣性與振動的干擾，需要足夠的剛度與強度，以防斷裂或歪曲，應盡量簡單緊湊，自重輕，讓手部中心處于手腕的回轉(zhuǎn)軸線，讓手腕的扭轉(zhuǎn)力矩達到最小。 5)滿足被抓取工件的要求 根據(jù)機械手的運作需要，通過比較，我們了解了機械手它的手部結構是一支點， 兩指回轉(zhuǎn)型，由于大多工件為圓柱形，所以手指成V型設計。 二、拉緊裝置原理 如圖3-2所示：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進油時松開工件。 圖3-2 油缸示意圖 1、右

28、腔推力為 FP=（π／4）D2P （2.1） =（π／4）0.5215103 =2943.8N 2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當量夾緊力計算公式為： F1=（2b／a）（cosα′）2N′ （2.2） 其中 N′=492N=368N F1=（2b／a）（cosα′）2N′ =(2150/50)（cos30o）2368 =1656N 則實際加緊力為 F1實際=PK1K2/η （2.3） =16561.51.1

29、/0.85=3020N 經(jīng)圓整F1=3100N 3、計算手部活塞桿行程長L,即 L=（D/2）tgψ （2.4） =20×tg30o =18.5mm 經(jīng)圓整取l=20mm 4、確定“V”型鉗爪的L、β。 取L/Rcp=3 （2.5） 式中： Rcp=P/4=100/4=25 （2.6） 由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=75 取“V”型

30、鉗口的夾角2α=120o，則偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定， 查表得： β=22o39′ 5、機械運動范圍（速度） （1）伸縮運動 Vmax=400mm/s Vmin=40mm/s （2）上升運動 Vmax=400mm/s Vmin=30mm/s （3）下降Vmax=700mm/s Vmin=70mm/s （4）回轉(zhuǎn)Wmax=90o/s Wmin=30o/s 所以取手部驅(qū)動活塞速度V=50mm/s 6、手部右腔的流量 Q=sv （2.7） =60πr2 =60×3.14×152 =753.6mm3/s 7、手部工作

31、的壓強 P= F1/S （2.8） =3100/706.5=4.39Mpa 3.2 腕部設計 手腕和手臂的連接部件，腕部運動是用于改變被夾物體的方位，其動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。這個腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可使用有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸所驅(qū)動的腕部結構。 要求：回轉(zhuǎn)±90o 角速度W=30o/s 用最大載荷計算： 當工件處在水平位置時，此時擺動缸的工件扭矩是最大的，采用估算法，工件重8kg，長度l=500mm。如圖3-3所示。 1、計算扭矩M1 設重力集中在離手指中心的

32、200mm處，即扭矩M1為： M1=F×S （2.9） =8×9.8×0.2=15.68（N·M） 工件 F S F 圖3-3 腕部的受力簡圖 2、油缸（伸縮）和其配件的估算扭矩M2 F=5kg S=10cm 帶入公式2.9得 M2=F×S=5×9.

33、8×0.1 =4.9（N·M） 3、擺動缸摩擦力矩M摩 F摩=200（N） S=15mm M摩=F摩×S=3（N·M） 4、擺動缸總摩擦力矩M M=M1+M2+M摩 （2.10） =23.6（N·M） 5.由公式 T=P×b（ΦA12-Φmm2）×106/8 （2.11） 其中： b—葉片密度，這里取b=2cm； ΦA1—擺動缸的內(nèi)徑, 這里取ΦA1=8cm； Φmm—轉(zhuǎn)軸的直徑, 這里取Φmm=2cm。 所以代入（2.11）公式 P=8

34、T/b（ΦA12-Φmm2）×106 =8×23.6/0.02×（0.082-0.022）×106 =1.57Mpa 又因為 W=8Q/（ΦA12-Φmm2）b 所以 Q=W（ΦA12-Φmm2）b/8 =（π/4）（0.082-0.022）×0.02/8 =12ml/s 3.3 臂伸縮機構 手臂是主要的執(zhí)行單元。它的作用是支持腕部和手部，并帶動它們的空間運動。 手臂運動的目的，一般供應的握柄部的運動范圍內(nèi)的任何一點的空間，從臂的力的情況下，它是在直接暴露于動態(tài)和靜態(tài)的手腕，手和工件工作載荷，但自身

35、運動多，所以受力更為復雜。 機械手的精度最終聚焦在反映中手部的位置精度。因此，在選擇適當?shù)膶蚝投ㄎ皇翘貏e重要的。 手臂的伸縮速度為180m/s 行程L=400mm 1、手臂右腔流量，公式（2.7）得： Q=sv =180×π×402 =904320mm3/s =900ml/s 2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得： P=F/S （2.12） 式中：F——取工件重和手臂活動部件總重，估算 F=8+1

36、8=26kg， F摩=800N。 所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F摩）/S =（26×9.8+800）/π×402 =0.54Mpa 3、由初步的計算選取液壓泵 所需液壓的最高壓力 P=4.39Mpa 所需液壓的最大流量 Q=900ml/s 選用CB-D型液壓泵（齒輪泵） 此泵的工作壓力是10Mpa，轉(zhuǎn)速是1800r/min，工作流量Q位于32—70ml/r之間，因此可以滿足需要。 4、驗證腕部擺動缸： T=PD（ΦA12-Φmm2）ηm×

37、106/8 （2.13） W=8θηv/（ΦA12-Φmm2）b （2.14） 式中：Ηm—機械效率取： 0.85～0.9 Ηv—容積效率?。? 0.7～0.95 代入公式（2.13）得： T=0.89×0.02×（0.082-0.022）×0.85×106/8 =11.3（N·M） T

38、力 P=1.57Mpa 流量 Q=12ml/s 手部抓取缸的工作壓力PⅠ=4.39Mpa 流量QⅠ=75ml/s 小臂伸縮缸的工作壓力PⅠ=0.54Mpa 流量QⅠ=900ml/s 第4章 液壓系統(tǒng)的原理設計及草圖繪制 4.1手部抓取缸的液壓原理圖 圖 4 -1手部抓取缸的液壓原理圖 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

39、此，需裝圖4.1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 4.2腕部擺動的液壓回路 圖 4 -2腕部擺動的液壓回路 工作壓力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s 采用： 2FRM5-20/102調(diào)速閥 34E1-10B

40、 換向閥 YF-B10B 溢流閥 4.3小臂伸縮缸的液壓回路 圖 4 -3小臂伸縮缸的液壓回路 工作壓力 P=0.25Mpa 流量 Q=1000ml/s 采用： YF-B10B 溢流閥 2FRM5-20/102 調(diào)速閥 23E1-10B二位三通閥 4.4總體系統(tǒng)圖 圖 4 - 4總體結構示意圖 1、圖4 - 4為總體結構示意圖 2、工作過程： 1小臂伸長 2手部抓緊 3腕部回轉(zhuǎn) 4小臂回轉(zhuǎn) 5小臂收縮 6手部放松 3、電磁鐵的動作順序

41、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 － - + - - 卸荷 ＋ ± ± ± ± 4、確定電機規(guī)格： 液壓泵選用CB-D型液壓泵，額定壓力P=10Mpa，工作流量在32～70ml/r之間，選用50L/min是額定流量的泵， 因此：傳動功率 N=P×Q/η （3.1） 式中：η=0.8 （經(jīng)驗值）

42、 所以代入公式（3.1）得： N=10×60×103×106/50×0.8 =15KN 選取電動機JQZ-61-2型電動機，額定功率17KW， 轉(zhuǎn)速為2940r/min。 第5章 機身機座的結構設計 直接支撐和傳動手臂的部件。用來實現(xiàn)臂部的運動，如升降、回轉(zhuǎn)或俯仰的驅(qū)動裝置或傳動部件直接安裝在機身上。因此，臂部的運動越多，機身結構和受力情況就越復雜，機身既可以是固定的，也可以是行走型的,如圖5-1所示。 圖5-1

43、機身機座結構圖 臂部和機身的配置基本上反映了機械手的整體布局。機械手的機身設計成機座式，所以機械手是獨立的，作為一個系統(tǒng)的完整裝置，便于放置和自由移動，也可以有行走機構。設置在中間的柱基，共同在回轉(zhuǎn)型的機器人臂。手臂沿基列作升降運動，并取得更大的升降行程。吊裝過程由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)螺栓。為首的一個螺栓與他的手臂上下運動。由馬達驅(qū)動的齒輪減速機的臂的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)的身體，從而達到所要求的自由度。 5.1電機的選擇 機身采用兩臺電機，帶動手臂運動的運動，二是使身體的旋轉(zhuǎn)運動。馬達驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)體的電動機驅(qū)動臂，安裝在所述肋板的上下運動，安裝在混凝土地基上。 1、帶動臂部升降電機： 初選上

44、升的速度 V=120mm/s P=8KW 所以n=（120/8）×60=900轉(zhuǎn)/分 選擇Y90S-4型電機，屬于籠型異步電動機。它采用B級絕緣，外殼的防護等級是IP44，冷卻方式是I（014）為全封閉自扇冷卻，其額定電壓是380V，額定功率是50HZ。 2、帶動機身回轉(zhuǎn)的電機： 初選轉(zhuǎn)速 W=30o/s n=1/12轉(zhuǎn)/秒 =5轉(zhuǎn)/分 由于齒輪 i=3 減速器 i=30 所以n=5×3×30=450轉(zhuǎn)/分 選擇Y90L-6型籠型異步電動機 電動機采用B級絕緣。外殼防護等級為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自

45、扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。 5.2減速器選擇 減速器是原動機與工作機之間一種獨立閉式傳動裝置。是用來降低轉(zhuǎn)速、增加 轉(zhuǎn)矩，以滿足工作的需要。 初選WD80型圓柱型蝸桿減速器; WD是蝸桿下置一級傳動阿基米德圓柱型蝸桿減速器。 蝸桿的材料是38siMnMo調(diào)質(zhì) 蝸輪的材料是ZQA19-4 中心矩a=80 Ms×q=4.0×11 （4.1） 傳動比I=30 傳動慣量0.265×10ˉ3kg·m2 5.3螺柱的設計和校核 螺桿是機械手的主支承件，并傳動使手臂上下運動。 螺桿的材料

46、選擇： 從經(jīng)濟角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。 螺距 P=5mm 梯形螺紋 螺紋的工作高度 h=0.5P （4.2） =2.5mm 螺紋牙底寬度 b=0.65P=0.65×5=3.25mm （4.3） 螺桿強度 [σ]= σs/3～5 （4.4） =150/3～5 =30～50Mpa 螺紋牙剪切[τ]=40 彎曲[σb]=45～55 1、當量應力 (4.5) 式中 T——傳遞轉(zhuǎn)

47、矩N·mm [σ]——螺桿材料的許用應力 所以代入公式（4.5）得： σ= （4×200×9.8/πd12）2+3（200×9.8×0.6/0.2d13）2 =6225025/d14+11236/d16≤900～2500×1012 即16471pa＜535340pa 合格 2、剪切強度 Z=H/P=160/5 （4.6） τ=F/πd1bz （4.7） =200×9.8/π×0.029×3.9×（160/5

48、）×10-3 =248.2×103pa =0.248Mpa＜[τ]=40Mpa 3、彎曲強度 σb=3Fh/πd1b2z =3×200×9.8×3/π×2.9×3.92×（160/5） =0.576Mpa＜[σ]=45Mpa 合格 第6章機械手的定位與平穩(wěn)性 6.1常用的定位方式 機械擋塊定位是在行程終點處設置一個機械擋塊。當機械手經(jīng)減速運行到終點時，能夠緊靠擋塊而定位。 如果不是斷言定位之前的減速，定位驅(qū)動器壓力，在這種情況下，機械止動件的位置，以實現(xiàn)高的可重復性。普遍高

49、于±0.5毫米，如果除去的定位和關閉該驅(qū)動器的油壓，則機械手接觸的止動件可能會稍有距離背面，因此，定位的精度低。 6.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 機械手能否正確工作，準確來說是關于三維空間定位問題的研究，是無數(shù)線量和角量來定位的組合。在很多較簡單情況下，最主要的是單個量值。以下因素會影響單個線量和角量定位的誤差 1) 定位 不同的因素的影響，不同的方式定位。如果機械擋塊定位，剛度和止動件抵接的止動器的速度和其他因素的定位精度。 2) 定位速度 定位速度對定位精度有很大的影響。這是因為定位速度是不一樣的，耗散的能量是不同的運動部件。通常情況下，應合理控制，以減少定位誤差定位速度，如

50、提高性能的緩沖裝置的緩沖和緩沖效率，控制驅(qū)動系統(tǒng)使移動部件及時減速。 3) 準確度 機械手的制造精度和安裝精度的速度對定位精度有直接的影響。 4)剛性 機械手結構本身與接觸剛度的剛度是低的，由于產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。 5) 可移動部件的重量 運動件的重量包括機械手本身的重量和配種的重量。 移動部件的重量改變對定位精度的影響更大。通常情況下，增加移動部件的重量，降低定位精度。因此，設計不僅減少運動部件的重量，而且要考慮把持的重量變化的工作。 6) 驅(qū)動源 液壓，氣動壓力波動和電壓，機油溫度，溫度的波動會影響機器人的重復定位精度。因此，要采取必要的措施，監(jiān)管和調(diào)節(jié)油溫。如果

51、穩(wěn)定的液壓蓄能器的加熱器或冷卻器的油溫控制，低轉(zhuǎn)速，溫度，壓力補償流量控制閥。 7) 控制系統(tǒng) 開關控制，電液比例控制和伺服控制位置控制精度是不一樣的。這不僅是因為不同的精確度和靈敏度的各種控制元素，而且還與位置反饋的移動設備的存在或不存在。 電氣聯(lián)動，結構簡單，易于使用，靈活，有多個V型輪傳輸，喂養(yǎng)平穩(wěn)，不間斷的方式無級變速進料，自動上料機，可配備各種型號的無心磨削進給拼接功能。范圍廣泛的進料直徑可定制任何特殊。專門解決小長度的長條外圓磨削加工困難。本機可調(diào)，操作簡單，省工，速度快，分泌物多，一個人就可以操作5無心磨床。 機械手能否準確地工作，實際上是一個三維的定位問題是某些行的量和

52、角定位的因素的不同組合的量的影響不同的定位方法。如果機械擋塊定位，剛度和止動件抵接的止動器的速度和其他因素的定位精度。定位速度對定位精度有很大的影響。這是因為定位速度是不一樣的，耗散的能量是不同的運動部件。通常情況下，應合理控制，以減少定位誤差定位速度，如提高性能的緩沖裝置的緩沖和緩沖效率，控制驅(qū)動系統(tǒng)使移動部件及時減速。機械手的制造精度和安裝精度的速度對定位精度有直接的影響。機械手的結構本身與接觸剛度的剛度是低的，由于產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。 移動部件的重量，包括機械手本身的重量和配重被抓。移動部件的重量改變對定位精度的影響更大。通常情況下，增加移動部件的重量，降低定位精度。因此，設計

53、不僅減少運動部件的重量，而且要考慮把持的重量變化的工作。驅(qū)動源液壓，氣動壓力波動和電壓，油溫，溫度波動會影響機械手重復定位精度。因此，要采取必要的措施，監(jiān)管和調(diào)節(jié)油溫。如果穩(wěn)定的液壓蓄能器的加熱器或冷卻器的油溫控制，低轉(zhuǎn)速，溫度，壓力補償流量控制閥。控制系統(tǒng) 開關控制，電液比例控制和伺服控制位置控制精度是不一樣的。這不僅是因為不同的精確度和靈敏度的各種控制元素，而且還與位置反饋的移動設備的存在或不存在。 6.3機械手運動的緩沖裝置 緩沖裝置被分成兩種形式的內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖器緩沖。內(nèi)側(cè)端部的緩沖缸緩沖電路的緩沖裝置的形式等。緩沖區(qū)外的彈性組件和機械油壓緩沖器的形式。內(nèi)緩沖的優(yōu)點是結構簡單，緊

54、湊。但有時安置名額有限；緩沖區(qū)外的設置位置靈活，操作簡單，良好的緩沖性能調(diào)整等具有優(yōu)勢，但結構較為復雜。 使用緩沖罐裝置的端部的緩沖裝置的話題。 當活塞移動到一定距離時，端帽之間形成的活塞與緩沖室從氣缸端蓋。使用油門，以使臨時緩沖腔背壓產(chǎn)生的阻力的議案減速至停止，避免剛性避震裝置的原理叫做氣缸底緩震裝置。 在緩沖行程中，孔板常數(shù)，叫做節(jié)流式油缸緩沖裝置。 設計此裝置時，amax（最大的加速度）、Pmax（緩沖最大沖擊力）和Vr（殘余速度）三個參數(shù)受工作條件所限制。一般是先選中當中一個參數(shù)，再驗證其余兩個參數(shù)，步驟如下： ① 選取最大加速度 通常，amax值按機械手結構特點和類型選取

55、，并且要考慮速度和載荷大小。對于重載低速機械手，- amax取5m/s2以下，對輕載高速機械手來說，-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） =0.25×103×π×3.62-7 =138N ③ 計算殘余速度Vr Vr=VO/ 1-amaxm/F （5.2） =0.1/0.64=0.15m/s 總結

56、 經(jīng)過幾周的時間，我終于完成了畢業(yè)設計。有過迷茫，有過痛苦，有過喜悅，但還好，一切都過去了。 這次做畢業(yè)設計，我參考了很多的資料，先確定機械手的設計方案，在掌握了一定的理論后，開始實施這些設計方案，還完成了各個原理圖的繪制。 在沒有做畢業(yè)設計以前，我只是覺得這只是對幾年來學習的總結而已，但是通過這次做畢業(yè)設計以后我才發(fā)現(xiàn)自己的想法有多天真。畢業(yè)設計不僅僅是對自己大學學習的知識的一種檢驗，更是對自己能力的一種提高。因為我們所學習到的知識不足以讓我們完成這次畢業(yè)設計，我們還必須查閱資料，向老師請教才能做好這次畢業(yè)設計。通過這次做畢業(yè)設計，我發(fā)現(xiàn)自己所學到的知識還是相當缺乏的。自己需要學習的知

57、識還太多太多。學習不是一朝一夕的，而是需要長期積累的。在以后的工作中，我們要不斷的學習，努力提高自身的知識。 這次完成畢業(yè)設計，也該感謝同學和老師對我的幫助。如果沒有他們的幫助，我肯定完成不了這次畢業(yè)設計。有什么不懂的大家一起商量，一起探討，真的對大家寫論文有很大幫助?？傊x謝所有幫助我的同學和指導老師。有你們的幫助，我才能完成這次畢業(yè)設計。在以后的工作中，也要養(yǎng)成與人互助的習慣。 參考文獻 1、《機械設計手冊3》 機械工業(yè)出版社,徐灝主編 2、《機械設計手冊4》 機械工業(yè)出版社,徐灝主編 3、《機械設計手冊5》 機械工業(yè)出版社,徐灝主編 4、

58、《工業(yè)機器人》 北京理工大學出版社,張建民著 5、《工業(yè)機械手-機械結構上》 上海科學技術出版社《工業(yè)機械手》編寫組 6、《機床設計手冊3》,部件、機構及總體設計 機械工業(yè)出版《機床設計手冊》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》 大連理工大學工程畫教教研室 高等教育出版社 9、《畢業(yè)設計指導書》 青島海洋出版社 李恒權、朱明臣、王德云主編 10、《機械基礎》 中國勞動出版社，王棟梁主編 11、《機械制造技術》 機械工業(yè)出版社，黃鶴汀主編 附錄 1 支承板 2 液壓緩存器 3 運動機構 4 支撐套 5 定位架 6 右手指尖