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目錄
摘要 1
第一章 機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書 1
1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)目的 1
1.2本課題的內(nèi)容和要求 2
第二章 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
2.1手部設(shè)計(jì)計(jì)算 4
2.2腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 7
2.3臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
第三章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)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(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1電機(jī)的選擇 16
4.2減速器的選擇 17
4.3螺柱的設(shè)計(jì)與校核 17
第五章 機(jī)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)性和定位精度的因素 19
5.3機(jī)械手運(yùn)動的緩沖裝置 20
第六章 機(jī)械手的控制 21
第七章 機(jī)械手的組成與分類 22
7.1機(jī)械手組成 22
7.2機(jī)械手分類 24
第八章 機(jī)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(jì)感想 35
參考資料 36
摘 要
本課題是為普通車床配套而設(shè)計(jì)的上料機(jī)械手。工業(yè)機(jī)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(shí)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)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)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(yùn)和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)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(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動原理設(shè)計(jì)，運(yùn)用Solidworks技術(shù)對上料機(jī)械手進(jìn)行三維實(shí)體造型，并進(jìn)行了運(yùn)動仿真，使其能將基本的運(yùn)動更具體的展現(xiàn)在人們面前。它能實(shí)行自動上料運(yùn)動；在安裝工件時(shí)，將工件送入卡盤中的夾緊運(yùn)動等。上料機(jī)械手的運(yùn)動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定。
關(guān)鍵字 機(jī)械手，AutoCAD，Solidworks 。
Abstract
This topic is on the manipulator is designed for ordinary lathe equipment. Industrial machinery hand is the inevitable product of industrial production, it is a copy of the upper part of the human body function, the requirements of automation technology equipment for transporting workpieces or hold the tools to operate in accordance with, automation of industrial production, it plays an important role in promoting the further development of industrial production. Has strong vitality by the widespread attention and welcome. Practice has proved, the heavy labor industrial robot can replace the staff, greatly reduce the labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and automation level. Industrial production in the often cumbersome workpiece handling and frequent the long-term, monotonous operation, a mechanical hand to be effective. In addition, it can operate in high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic, environmental pollution condition, but also show its superiority, there are broad prospects for the development.
This topic through the application of AutoCAD technology to design the structure and principle of hydraulic transmission design of mechanical hand, use Solidworks technology for 3D entity of manipulator modeling, and the movement simulation, which can be the basic motion more specific show in front of people. It can carry out the automatic feeding movement; in the installation of the workpiece, the workpiece to the chuck clamping movement. On the manipulator movement speed is to meet productivity requirement set.
Keywords： mechanical hand, AutoCAD, Solidworks.
第一章 機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書
1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)目的
畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)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(dú)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(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)計(jì)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(gè)自由度）
臂轉(zhuǎn)動180o
臂上下運(yùn)動 500mm
臂伸長（收縮）500mm
手部轉(zhuǎn)動 ±180o
（2、）設(shè)計(jì)要求：
a、上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）
b、液壓原理圖（一張）
c、機(jī)械手三維造型
d、動作模擬仿真
e、設(shè)計(jì)計(jì)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(yùn)動行程：伸縮運(yùn)動500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動180o。
c、運(yùn)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，不需要其它動力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。
圖1.1機(jī)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1手部設(shè)計(jì)計(jì)算
一、對手部設(shè)計(jì)的要求
1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力
手部在工作時(shí)，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(jì)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(shí)，一個(gè)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(jī)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(shí)運(yùn)動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，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(qiáng)度和剛度
5、其它要求
因此送料，夾緊機(jī)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(shí)，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(shí)，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開工件。
圖2.2 油缸示意圖
1、右腔推力為
FP=（π／4）D2P （2.1）
=（π／4）0.5225103
=4908.7N
2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為：
F1=（2b／a）（cosα′）2N′ （2.2）
其中 N′=498N=392N，帶入公式2.2得：
F1=（2b／a）（cosα′）2N′
=(2150/50)（cos30o）2392
=1764N
則實(shí)際加緊力為 F1實(shí)際=PK1K2/η （2.3）
=17641.51.1/0.85=3424N
經(jīng)圓整F1=3500N
3、計(jì)算手部活塞桿行程長L,即
L=（D/2）tgψ （2.4）
=25×tg30o
=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=3×Rcp=150
取“V”型鉗口的夾角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(jī)械運(yùn)動范圍（速度）【1】
（1）伸縮運(yùn)動 Vmax=500mm/s
Vmin=50mm/s
（2）上升運(yùn)動 Vmax=500mm/s
Vmin=40mm/s
（3）下降Vmax=800mm/s
Vmin=80mm/s
（4）回轉(zhuǎn)Wmax=90o/s
Wmin=30o/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）
=60πr2
=60×3.14×252
=1177.5mm3/s
7、手部工作壓強(qiáng)
P= F1/S （2.8）
=3500/1962.5=1.78Mpa
2.2腕部設(shè)計(jì)計(jì)算
腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)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(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。
要求：回轉(zhuǎn)±90o
角速度W=45o/s
以最大負(fù)荷計(jì)算：
當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，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(jì)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=F×S （2.9）
=10×9.8×0.2=19.6（N·M）
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=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）
3、擺動缸的摩擦力矩M摩〖4〗
F摩=300（N）（估算值）
S=20mm （估算值）
M摩=F摩×S=6（N·M）
4、擺動缸的總摩擦力矩M〖4〗
M=M1+M2+M摩 （2.10）
=30.5（N·M）
5.由公式
T=P×b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×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)12-Φmm2）×106
=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×106
=0.89Mpa
又因?yàn)?
W=8Q/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b
所以
Q=W（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b/8
=（π/4）（0.12-0.032）×0.03/8
=0.27×10-4m3/s
=27ml/s
2.3臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
手臂是機(jī)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(yùn)動。
臂部運(yùn)動的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動范圍內(nèi)的任意點(diǎn)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(yùn)動又較多，故受力較復(fù)雜。
機(jī)械手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
=200×π×402
=1004800mm3/s
=0.1/102m3/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——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
=（30×9.8+1000）/π×402
=0.26Mpa
3、繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如圖2.4所示：
圖2.4機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表
4、由初步計(jì)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，工作流量Q在32—70ml/r之間，可以滿足需要。
5、驗(yàn)算腕部擺動缸：
T=PD（ΦA(chǔ)12-Φmm2）ηm×106/8 （2.13）
W=8θηv/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b （2.14）
式中：Ηm—機(jī)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=0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×106/8
=25.8（N·M）
T
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