自動生產(chǎn)線送料機械手的設(shè)計-液壓驅(qū)動含SW三維及8張CAD圖,自動生產(chǎn)線,機械手,設(shè)計,液壓,驅(qū)動,SW,三維,CAD
XXXXXX
XX設(shè) 計(XX)
課 題 名 稱
自動生產(chǎn)線送料機械手設(shè)計
分 院/專 業(yè)
班 級
學 號
學 生 姓 名
指導教師：
20XX年月日
摘 要
本次畢設(shè)題目是自動生產(chǎn)線送料機械手的設(shè)計。這種機械手是為了配合生產(chǎn)線而設(shè)計的,其主要的作用就是一種可以根據(jù)動物和人體的對肢體來進行動作和對肢體的運動功能,然后根據(jù)對工作的要求和命令進行操作和搬運工件或者是拿著工具進行運動的一種肢體運動機器人。通過大量的歷史事實和研究表明了:目前的送料工件機械手基本上已經(jīng)能夠有效的取代了工人們沉重的生活和工作,并且它可以有效的緩解或者替代工人們高強度的工作,從而降低和改進對工作的要求,進而提高和增進了工作的生產(chǎn)率和工業(yè)自動化的水準。
本次課題的機械手臂和設(shè)計方案通過充分使用先進的機械繪圖計算工具和設(shè)計軟件CAD對本次機械手臂畢業(yè)設(shè)計方案進行了手部的夾緊設(shè)計、腕部的轉(zhuǎn)動設(shè)計和利用液壓系統(tǒng)的工作原理的進行綜合設(shè)計,最后使用Solidworks三維設(shè)計軟件進行三維畫圖設(shè)計本次機械手臂的設(shè)計，更好地呈現(xiàn)出機械手的實際效果。本課題用的是一種可以移動機器人的機械手臂,機械手是完全可編程的,與人類的手臂一樣具有相似的結(jié)構(gòu)和功能;機械手臂的重量可以被認為是機構(gòu)的重量總和,甚至也可以被認為是更復雜的送料機器人。
關(guān)鍵詞：送料機械手；肢體；自動化；替代；勞動
- III -
Abstract
The?graduation?design?topic?is?the?design?of?automatic?production?line?feeding?manipulator.?This?kind?of?manipulator?is?designed?to?cooperate?with?the?production?line,?and?its?main?function?is?a?kind?of?limb?movement?robot?that?can?carry?out?the?movement?and?the?movement?function?of?the?limbs?according?to?the?animal?and?human?body's?limbs,?and?then?operate?and?move?pieces?according?to?the?work?requirements?and?commands?or?carry?out?the?movement?with?tools.?Through?a?lot?of?historical?facts?and?research?shows:?the?current?workpiece?feeding?manipulator?is?basically?can?effectively?replace?the?workers'?life?and?work?hard,?and?it?can?effectively?relieve?or?replace?the?workers?high?strength?work,?so?as?to?reduce?and?improve?the?demands?of?work,?to?improve?and?enhance?the?working?productivity?and?industrial?automation?level.
Mechanical arm and the design scheme of this topic through the full use of advanced mechanical CAD drawing calculation tool and design software for the mechanical arm of graduation design has carried on the hand grip design, the wrist rotation design and use of the working principle of the hydraulic system of comprehensive design, finally using Solidworks 3D design software to design 3D drawing of the mechanical arm, better presents the practical effect of the manipulator.This subject USES a kind of mechanical arm which can move the robot. The manipulator is completely programmable and has similar structure and function with the human arm.The weight of the robotic arm can be thought of as the sum of the weights of the mechanism, or even more complex feeding robots.
Key words：feeding?manipulator; industrial?automatic?control;
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 機械手的介紹 1
1.2 本課題的意義 2
1.3 機械手的設(shè)計內(nèi)容及要求 3
第2章 機械手的組成、分類 6
2.1機械手的組成部分 6
2.2機械手分類 7
第3章 機械手的設(shè)計部分 9
3.1抓取機構(gòu)設(shè)計 9
3.2機械手的機身機座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
3.3機械手的定位與平穩(wěn)性 23
3.4機械手的三維設(shè)計與展示 26
4章液壓系統(tǒng)原理設(shè)計及草圖 36
4.1驅(qū)動系統(tǒng)的分析及選擇 36
4.2機械手的手部抓取缸 37
4.3機械手的腕部擺動液壓回路 39
4.4機械手的小臂伸縮缸液壓回路 40
4.5機械手的液壓總體系統(tǒng)圖 41
第5章 機械手的控制 43
謝辭 45
參考文獻 46
第1章 緒論
1.1 機械手的介紹
工業(yè)機械手是一種由人們自己發(fā)明創(chuàng)造的一種自動操作機器。它用來實現(xiàn)能夠精確地模仿人手和機械手臂的某些基本動作和功能,以此按相同的程序流程進行抓、取、運送工件,操控工具和機器等的自動操縱機械設(shè)備。它的發(fā)明和出現(xiàn)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人力,然后提升勞動的效率,還可以節(jié)省勞動力并節(jié)約部分資源。
在世界范圍內(nèi),先進的自動生產(chǎn)線可以促進機械行業(yè)的快速發(fā)展。許多發(fā)達國家都具有較為先進的自動生產(chǎn)線,我國的自動生產(chǎn)線還需要進一步發(fā)展。自動控制生產(chǎn)線機器人是一種指自動控制的機器人生產(chǎn)體系完成各種生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品的工藝加工和操作流程的一種機器人制造企業(yè)的組織和管理方式。它的特點是在不間斷的生產(chǎn)流水線更進一步地在可持續(xù)發(fā)展的自動化框架上發(fā)展形成的。其主要特點之一就是:加工的操作對象自動地由一臺自動機床直接運送到另一臺自動機床,其所有的生產(chǎn)機器人和設(shè)施都按照標準化的生產(chǎn)節(jié)奏進行運作,制造的流程也是高度連續(xù)不間斷的。應(yīng)用在機械制造中的工業(yè)自動化機械生產(chǎn)線上常用的自動化機器人主要類型是工業(yè)機器。
而機械手是一類機器人，是早期機器人的主要形態(tài)，在工業(yè)界廣泛應(yīng)用，直到現(xiàn)如今機械臂仍然在機器人學中占相當大份額，其中涵蓋的最關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用就是各種驅(qū)動和控制。靈巧的操作一直是機器人操作的一個有趣的話題，由于其與人類精細運動技能的聯(lián)系，以及它可以授予工廠機器人或機械手擁有人類一樣的靈魂。在不久的將來,?靈巧的操作就有可能造就出功能更強大的機械手，從而提高工廠的工作效率，以更加有效的動作完成機械手的工作任務(wù)。近幾十年來，機械臂以外已經(jīng)發(fā)展了許多其他形態(tài)的機械機器人產(chǎn)品，在傳感器、計算能力、規(guī)劃設(shè)計和操控、嵌入式人機交互、AI等多層次有了非常大進展。機械手是一種機器手臂，一般都是可編程的，與人的手臂有相似的功能；手臂可以是機構(gòu)的總和，也可以是更復雜的機器人的一部分。這種機械手的連接通過關(guān)節(jié)連接，容許旋轉(zhuǎn)運動比如在關(guān)節(jié)式機器人中或是平移（線性）以及位移。關(guān)節(jié)式機器人的工作原理其實非常類似于人類手臂的運動特性，人手是通過關(guān)節(jié)與骨骼以及肌肉的組合運動，才實現(xiàn)了聽從大腦指揮并有條件反射等行為；而關(guān)節(jié)式機器人就是根據(jù)人類的這種特性，再通過人類智慧的“結(jié)晶”才成功研制的。
工件加工自動生產(chǎn)線在我國機械工業(yè)的持續(xù)蓬勃發(fā)展中可說是最為迅速的，其應(yīng)用領(lǐng)域也可說是最為廣泛的。其主要的產(chǎn)品有:專門用作和制造加工箱體、外殼體和各種雜類等大型零部件的組合機械設(shè)備自動加工生產(chǎn)線;由國家統(tǒng)一的標準化、專門化或?qū)Ｓ米詣蛹庸C床零部件組成的自動加工生產(chǎn)線;旋轉(zhuǎn)體零部件的加工自動線;專門應(yīng)用于設(shè)計和制造機床加工流程簡單的小型零部件的渦輪自動加工生產(chǎn)線等。
機械手的工作原理：
機器手臂是通過效仿人體手臂動作的機器人，它也可以置放在桁架上，因此這種機械手也可以稱之為桁架機械手。多個梁和機械手總成構(gòu)成是其組成結(jié)構(gòu)，機器手臂的一端被放置在橫向組件之上，在其另一端有手腕和手指，手腕可以多維度進行轉(zhuǎn)動，而且它的手指還可裝夾工件，它們都是可以被人們直接或者遠程操控。但是，桁架機械手它其實只是多種不同機器手臂中的一種。
1.2 本課題的意義
（1）可以培養(yǎng)自身的機械手設(shè)計能力及創(chuàng)新能力；
（2）可以培養(yǎng)自身的計算機應(yīng)用能力，熟練運用二維AutoCAD、三維Solidworks軟件；
（3）可以培養(yǎng)自身學習查閱相關(guān)設(shè)計資料及手冊的能力；
（4）在本研究課題自動機械手的研究和設(shè)計中,我本著一個重要的原則:不僅必須要按照設(shè)計任務(wù)書文件中的設(shè)計數(shù)據(jù)要求進行機械手的設(shè)計,而且還必須同時要充分考慮到機械手加工的環(huán)境等實際狀況,使其加工機構(gòu)的簡化,使其的成本和耐用性大大降低,采用一些標準化的模塊、和標準化配件,在此的同時還必須將自動機械手的成本和耐用性問題展開高效的研究和改善。本著一套符合工業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟等技術(shù)要求的機械設(shè)計技術(shù)準則,加上利用一些理論知識,列如自動控制原理、機械制圖、自動機械設(shè)計、機械原理、自動控制、機械系統(tǒng)自動仿真等在機械設(shè)計中已經(jīng)得到了表現(xiàn)和很好地展示。它的重要技術(shù)作用和意義是非凡的,它可以有效地減少勞動強度,降低了工作的乏味,從而快速地增強和發(fā)展了我國的工業(yè)和企業(yè)的經(jīng)濟活力。但是目前我國機械制造的能力仍與其他外國制造能力有相當一部分的懸殊,不論是從發(fā)展的程度和范圍來說還是產(chǎn)業(yè)化的水平和設(shè)計標準來說,比較起來還是存在有著等許多的差距和問題,都直接影響著中國工業(yè)機械手的深入研究和持續(xù)發(fā)展及其廣泛應(yīng)用,所以說在經(jīng)濟和技術(shù)上發(fā)展工業(yè)機械手都是非常必要的。
（5）在本課題中送料機械手的設(shè)計方向主要是為了適用于全自動洗衣機生產(chǎn)線和裝配自動洗衣機生產(chǎn)線而進行設(shè)計的一種適用于工業(yè)自動洗衣機生產(chǎn)線進行送料的機械手,這一方向的設(shè)計選擇該方向的意義和原因主要是因為我曾經(jīng)在大二的暑假中當過一個多月的制造洗衣機普工,當時工作的公司是南京LG熊貓電器有限公司。公司目前現(xiàn)有員工1000多名中青年員工,公司目前已經(jīng)是一個全球最主要的波輪洗衣機制造商和生產(chǎn)的基地,同時也已經(jīng)是國內(nèi)波輪洗衣機生產(chǎn)和出口最大的洗衣機廠商。經(jīng)過當時一個暑假的洗衣機工作我清楚地觀察到在洗衣機的自動裝配生產(chǎn)線上機械手的應(yīng)用雖然也有但是并不多，而且我發(fā)現(xiàn)大部分的人工進行零件裝配的部分都可以用機械手來代替，經(jīng)過詢問調(diào)查我的結(jié)論是機械手應(yīng)用還沒有太普及，而且公司習慣于雇傭工人進行零件生產(chǎn)線裝配，還有一方面就是大部分機械手的價格太高了以及雇傭工人可以在為社會上沒有工作的人提供工作崗位。于是我就想設(shè)計一個適用于洗衣機自動生產(chǎn)線并且成本盡量低一些價格低一些高性能的送料機械手用于洗衣機零件送料和簡單的裝配。
因此，我本次研究的課題：自動生產(chǎn)線送料機械手設(shè)計是很有意義的。
1.3 機械手的設(shè)計內(nèi)容及要求
（1） 初始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求以及工作原理
1）機械手的初始數(shù)據(jù)：
根據(jù)大量資料調(diào)查得出以下數(shù)據(jù)較為合理。
① 其生產(chǎn)綱領(lǐng)：80000件（本課題采用兩班倒的工作制生產(chǎn)）
② 自由度（采用的是四個自由度）
③ 機械手臂轉(zhuǎn)動設(shè)計為：180o
④ 機械手的臂上下運動設(shè)計為：500mm
⑤ 機械手的臂伸長或收縮設(shè)計為：500mm
⑥ 機械手的手部轉(zhuǎn)動可以設(shè)計為：±180o
2）機械手的工作基本流程：
機械手在原理上可以說是一個機械設(shè)備并具有水平和垂直運動的功能，工作時可以將零件從一個水平方向的工作臺搬運到另一個水平方向的工作臺上。此外機械手還具有左右運動，上下升降運動和夾緊松開運動以及位置控制的功能。普通的機械手可以廣泛適應(yīng)各種類型的全半自動生產(chǎn)線，其最首要的功能就是在相對固定的路線上搬運工件或商品，減輕人們的工作量。
3）機械手的設(shè)計要求：
本次設(shè)計的送料機械手其包括了部件結(jié)構(gòu)設(shè)計圖、部件裝配圖以及各主要零件圖
液壓系統(tǒng)原理圖
機械手設(shè)計的計算說明書
4）機械手的技術(shù)要求
機械手主要參數(shù)的確定：
機械手的坐標形式為：直角坐標系
機械手的臂沿其運動角度行程為:自動伸縮機械手臂的臂沿其運動角度行程一般設(shè)計為500mm,回轉(zhuǎn)臂的臂沿其運動角度行程一般設(shè)計為180o。
機械手的平均運動速率:要使機械手的生產(chǎn)率能夠符合我們的生產(chǎn)管理綱領(lǐng)的運動速率要求就可以了。
機械手的操控方式為：起止設(shè)定位置。
機械手的定位精度設(shè)計為：±0.5mm。
機械手的手指握力為：392N
機械手的驅(qū)動操作方式為：液壓驅(qū)動的方式。
（2）機械手的動作對材料槽形式以及其分析機械手的動作的要求
1）機械手的料槽形式
自重輸送工件一般需要使用自重輸送的設(shè)備來作輸料槽,這種自重輸送設(shè)備的構(gòu)造較為簡單,所以其它種類的自重輸送動力源和特殊的裝置在使用時是并不需要的,因此本課題的設(shè)計需要使用這種的輸料槽。
2）下圖1.2所示的是機械手的動作要求簡述分析
機械手動作一為：送 料
機械手動作二為：預(yù)夾緊
機械手動作三為：手臂上升
機械手動作四為：手臂旋轉(zhuǎn)
機械手動作五為：小臂伸長
機械手動作六為：手腕旋轉(zhuǎn)
Ⅳ手臂旋轉(zhuǎn)
Ⅰ送料
Ⅱ預(yù)夾緊
Ⅵ手腕旋轉(zhuǎn)
Ⅲ手臂上升
Ⅴ小臂伸長
圖1.2 要求簡述分析
第2章 機械手的組成、分類
2.1機械手的組成部分
機械手的主要組成部分主要就是包括了所有機械驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行管理系統(tǒng)和控制機構(gòu),驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行控制系統(tǒng)和機構(gòu)控制驅(qū)動系統(tǒng)另外還有其他的工作位置和運動檢測以及控制驅(qū)動裝置等。
執(zhí)行式手部機構(gòu)零件是指使用工業(yè)機器人完成和抓取各種工件,實現(xiàn)各種機械運動所必需的一種機械手和組成部件。機械手的最重要的手部執(zhí)行機構(gòu)里主要包含的有手部,手腕和手臂以及立柱等執(zhí)行機構(gòu)部件。解除式手部執(zhí)行機構(gòu)指的是與其他工件進行直接解除的手部零件,對于需要送料的機械手來說這也是最重要核心的執(zhí)行機構(gòu)零件之一,手部執(zhí)行機構(gòu)零件的制造和設(shè)計也極其重要,因為這樣的關(guān)系充分考慮到了送料機械手的功能以及操作性能和效率的重要性和高低。
關(guān)于加工機械手腕的具體描述就是一種用于加工機械手部以及與手臂之間連接的機械組件,起到了改變和調(diào)整手部工件運動方向的一種機械作用。手腕的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計多種多樣,一般按照工業(yè)生產(chǎn)的需求進行選擇。手臂就是一個主要用于機器人的聯(lián)接工件支承機座和其他手部的部分,是支承腕部的一個重要部件,作用主要是通過手臂承受機器人對工件的管理和管理荷重,改變工件手部的空間和位置,滿足聯(lián)接機器人的作業(yè)需要利用空間,將各種機械載荷從腕部傳遞給工件到聯(lián)接機座。
驅(qū)動控制系統(tǒng)電機是為了在需要同時執(zhí)行各種任務(wù)的驅(qū)動系統(tǒng)各個重要的驅(qū)動部件之間連接提供一定的驅(qū)動力,并同時通過電機驅(qū)動其部件產(chǎn)生一定動力的一種裝置。常用的傳動有液壓機械傳動、液壓交流傳動、氣壓交流傳動和大型電力交流傳動這四種傳輸形式。
控制執(zhí)行系統(tǒng)主要是通過對控制器驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)的工作和控制進行指揮,使它們所執(zhí)行的系統(tǒng)按照規(guī)定的工作要求正常進行其工作,然后通過檢測它們所執(zhí)行的控制器和指令格式是否正確,當執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)生控制器錯誤或者系統(tǒng)故障時發(fā)出報警的信號。通常常見的情況就是對電子與計算機的電器信號進行回路的控制,計算機的電子信號控制處理系統(tǒng)也在現(xiàn)代社會不斷發(fā)展增多。
檢測控制系統(tǒng)主要是它的作用是通過各種運動檢測控制裝置、傳感器控制裝置等來檢測運動執(zhí)行機構(gòu)的實際運動情況,根據(jù)其需要反饋數(shù)據(jù)給電動機控制管理系統(tǒng),與電動機的設(shè)定控制系統(tǒng)進行了比較,以更好地保證其運動情況完全符合要求。
此外一些機械手還增加了行走機構(gòu)使得機械手的功能更加完善。有的還增設(shè)行走機構(gòu)。
其各個系統(tǒng)之間的相互關(guān)系如下圖所示：
驅(qū)動系統(tǒng)
控制系統(tǒng)
執(zhí)行機構(gòu)
位置檢測裝置
圖7.2關(guān)系示圖
2.2機械手分類
（1）根據(jù)所有人需要同時承擔的工業(yè)機械勞動作業(yè)的基本要求和功能特點,工業(yè)機械手一般可以劃分為以下三類:
1）承擔搬運裝卸工作的機械手:此類工藝機械手主要工作功能是在進行各種工藝設(shè)備正常運行的必要時候,用來執(zhí)行各種輔助的工作,如裝卸各種毛坯、工件和各種加工夾具。
2）生產(chǎn)工業(yè)用的塑料機械手:它的機械實用性很強可以廣泛應(yīng)用于材料生產(chǎn)到組裝完成制造工藝再到生產(chǎn)的全過程及其中的一些復雜機械操作。
3）通用工業(yè)機械手：其主要用途廣泛，可以完成各種生產(chǎn)工藝作業(yè)。
（2）按功能分類
1）專用傳動機械手:這類專用的機械手主要具有操作手勢和姿勢選擇較少,工作的對象單一,構(gòu)造簡單,實用性較為可靠和生產(chǎn)成本較低等特點,適用于大批大量的機械和自動化加工設(shè)備的生產(chǎn)。
2）通用工業(yè)機械手:它指的是一種自動化并具有獨立控制和傳動系統(tǒng)的工業(yè)機械自動控制裝置。它的功能特點主要是工作范圍大、程序簡單可變、通用性強、定位精度高,因此所生產(chǎn)的通用工業(yè)機械手可以廣泛適用于需要持續(xù)生產(chǎn)等等。
3）示教再現(xiàn)機械手:這是一個國際通用的機械手它指的是機器人使用示教法進行編程的工具和方法。示教就是由一個人通過其手動控制,"拎著"一個機械手對每做一遍的操作進行示范,完成全部的動作后,其中的儲存裝置和數(shù)據(jù)即有可能被機器人記憶并儲存下來。機械手可按照規(guī)定的示范要求對操作的規(guī)定程序和行程進行重復的再現(xiàn)和演示工作。
（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）如何使用固定運動程序的控制機械手:這個固定程序控制運動系統(tǒng)中的機械手本身就是一個固定運動程序的控制系統(tǒng)自動控制器。機械手的操作程序簡單,程序運行中的次數(shù)少,而且行程是固定的,行程長度可調(diào)但不能任意點擊或定位。
2）不變可編邏輯程序的自動機械手:對于一種計算機自動控制處理系統(tǒng),這種程序機械手通常是一個基于一種可變可編程序的自動控制器。它的軟件程序結(jié)構(gòu)和軟件編排操作方式都是可以根據(jù)每個用戶的不同個人使用喜好和實際需求隨時進行編,所以它的工作行程很方便用戶進行隨時改變。
第3章 機械手的設(shè)計部分
3.1抓取機構(gòu)設(shè)計
3.1.1機械手的手部設(shè)計計算
機械手對手部設(shè)計的要求
(1)有適當?shù)膴A緊力
機械手的夾緊力手部在進行加工活動的任何時候,應(yīng)該保證手部有著恰當?shù)膴A緊作用力,以確保其夾持穩(wěn)固精確,形變小,且要不至于破壞工件已經(jīng)進行加工的外層。對于剛度較差的工件夾緊力的大小我們應(yīng)當特別要注意設(shè)計成可以自由調(diào)控,對于厚重的中大型工件使用時應(yīng)該特別要注意選擇能夠使用可靠的自鎖安全設(shè)備。
(2)手部夾持的精度盡可能要高。這就要求手部內(nèi)的零件要定位十分精準,而且還不能將零件的表面夾損壞。所以這就要依據(jù)零件的外形進行篩選適當?shù)氖植拷Y(jié)構(gòu)。列如零件如果是柱狀的零件就要用V形的手部去定位。另外如果是表面高精度要求的零件,就要在手部放一些軟質(zhì)材料。
(3)有足夠的開閉范圍
機械手中可以夾持的類型機械手部的每一個手指都需要有一個可以伸開和合上的設(shè)備。在其他手部活動的任何時候,一個機械手指可以開合的姿態(tài)要以最大幅度變動的數(shù)量稱為手指開合的范圍。另外還有一種方法可以用手指的開合角和每一個手指的夾緊端長度的關(guān)系來表示對于機械回轉(zhuǎn)型手部手指可以開合的范圍?；剞D(zhuǎn)型手指開合范圍的定義和要求與工件的整體形狀和尺寸,手指的整體外形和其尺寸等等的許多重要影響因素都是有著密切的關(guān)系,一般而言,對于機械手部工作時間和環(huán)境的允許,開閉的范圍還是比工件要大一些較好,如下圖3.1所示。
圖3.1 機械手開閉示例簡圖
(4）機械手最好構(gòu)造簡單，體積小，重量輕等
機械手的手部處于腕部最前面，在其活動的時候運動姿態(tài)多變，它的結(jié)構(gòu)，體積和總重直接制約著整個機械手的構(gòu)造，抓重，運動速率，定位精度等等效率。所以，在進行設(shè)計手部時，務(wù)必要求構(gòu)造簡單，體積小，重量輕。
(5)作為專業(yè)機械手的使用手指長度應(yīng)該能夠達到設(shè)計要求的并具有一定的運動強度和正常運動時的剛度.
(6)機械手的其它要求
因此對于需要送料和液壓工件夾緊的專用機械手,依據(jù)需要送料和夾緊工件的具體大小和工件外形,選擇最常見的外卡式兩個手指鉗爪,其夾緊的操作方式一般是直接使用常用的閉史自動彈簧鉗鉗進行夾緊,在其完全松開時,使用單個工作用式的自動液壓缸。這種兩個拇指鉗爪組合結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點主要較為簡單制造方便,簡單。
機械手的拉緊裝置原理
如下圖3.2所示:機械手的油缸右腔暫停進油的時候,彈簧力夾緊油缸內(nèi)的物件,當其他手的油缸右腔停止進油的時候松開彈簧夾緊物件。
圖3.2 油缸示意圖
(1)機械手的油缸右腔推力：
FP=（π／4）D2P 公式（3.1）
=（π／4）0.5225103
=4908.7N
F1=（2b／a）（cosα′）2N′ 公式（3.2）
(2)依據(jù)工具機械手的手擺動作用力和鉗爪移動確定工具夾持的正確位置,查出夾持當量力和夾緊作用力的正確計算公式:
其中 N′=498N=392N，帶入公式（3.2）得：
F1=（2b／a）（cosα′）2N′
=(2150/50)（cos30o）2392
=1764N
因此實際加緊力： F1實際=PK1K2/η 公式（3.3）
=17641.51.1/0.85=3424N
經(jīng)圓整F1=3500N
(3)計算機械手的手部活塞桿行程長L：
L=（D/2）tgψ 公式（3.4）
=25×tg30o
=23.1mm
經(jīng)圓整取l=25mm
(4)確定機械手的“V”型鉗爪的L、β為：
取L/Rcp=3 公式（3.5）
在式中： Rcp=P/4=200/4=50 公式（3.6）
由公式（3.5）（3.6）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)機械手的機械運動范圍（速率）
1）機械手的伸縮運動 Vmax=500mm/s
Vmin=50mm/s
2）機械手的上升運動 Vmax=500mm/s
Vmin=40mm/s
3）機械手的下降Vmax=800mm/s
Vmin=80mm/s
4）機械手的回轉(zhuǎn)Wmax=90o/s
Wmin=30o/s
則取手部驅(qū)動活塞速度V=60mm/s
(6)機械手的手部右腔流量為：
Q=sv 公式（3.7）
=60πr2
=60×3.14×252
=1177.5mm3/s
(7)機械手的手部工作壓強為：
P= F1/S 公式（3.8）
=3500/1962.5=1.78Mpa
3.3.2機械手的腕部設(shè)計計算
機械手的腕部機械是一種用來連接機械手部和被夾工件臂部的機械組件,它的腕部動作敏捷,轉(zhuǎn)動的慣性小,所以腕部的運動主要是用來控制和變動被夾工件的活動度和位置。本次研究課題的重點是腕部機械具有回轉(zhuǎn)這一種的自由度,可以自由選擇采用具有一個活動度的齒輪或回轉(zhuǎn)缸進行驅(qū)動的一種腕部機械構(gòu)造。
其要求為：回轉(zhuǎn)±90o
角速度W=45o/s
以最大負荷計算為：
當擺動液壓缸的每個工件擺動扭矩暫時位于整個擺動液壓缸的一個水平擺動位姿時,擺動液壓缸的每個工件擺動扭矩就有可能會暫時處于最大的擺動情況,所以我們通常需要對缸的工件扭矩采用長度估算系數(shù)法的一種方式計算來對其進行扭矩計算,工件擺動扭矩的稱重10kg,長度長度l=650mm。計算公式定義如下表見圖3.3所示。
(1)計算機械手的扭矩M1
假設(shè)重力主要集中在離手指中心200mm處，則扭矩M1：
M1=F×S 公式（3.9）
=10×9.8×0.2=19.6（N·M）
具體表現(xiàn)如下圖3.3所示
圖3.3 腕部受力簡圖
(2)機械手的油缸（伸縮）以及其配件的估算扭矩M2
F=5kg S=10cm
帶入公式（3.9）得
M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）
(3)機械手的擺動缸摩擦力矩M摩
F摩=300（N）（估算值）
S=20mm （估算值）
M摩=F摩×S=6（N·M）
(4)機械手的擺動缸總摩擦力矩M
M=M1+M2+M摩 公式（3.10）
=30.5（N·M）
(5)由公式
T=P×b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×106/8 公式（3.11）
其中： b—葉片密度，此處取b=3cm；
ΦA(chǔ)1—擺動缸內(nèi)徑, 此處取ΦA(chǔ)1=10cm；
Φmm—轉(zhuǎn)軸直徑, 此處取Φmm=3cm。
因此代入上面的公式（3.11）：
P=8T/b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×106
=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×106
=0.89Mpa
又因：
W=8Q/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b
因此：
Q=W（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b/8
=（π/4）（0.12-0.032）×0.03/8
=0.27×10-4m3/s
=27ml/s
3.3.3機械手的臂伸縮機構(gòu)設(shè)計
機械手的主要作用機械手臂通常是現(xiàn)代人類運動機械手主要進行操作以及執(zhí)行的重要組件。其主要運動作用也就是為了能夠起到通過轉(zhuǎn)動手臂臂來承托我們的身體腕部和其他人的手部,然后通過轉(zhuǎn)動手臂臂來帶動它們在一定的長度空間中連續(xù)進行的手部運動。
機械手臂部受力運動的工作目的,一般而言其目的就是為了把手部的載荷傳送達到一定的空間和運動范圍內(nèi)的任意一個受力點上,當從機械手臂部的結(jié)構(gòu)和受力的情況兩個角度來看,它在工作中主要是直接地承受位于手部、腕部和其他工件的靜、動載荷,此外其自身的運動比較多,所以臂部的受力較為復雜。
機械手的精確性最后是集中體現(xiàn)在手部的位置精確性上。因此在采用恰當?shù)膶蛟O(shè)備和定位方案就顯得特別重要了。
機械手的兩個手臂左右伸縮的運動速率及其設(shè)計公式為:200m/s
其行程設(shè)計為：L=500mm
(1)機械手的手臂右腔流量，公式（3.7）得：
Q=sv
=200×π×402
=1004800mm3/s
=0.1/102m3/s
=1000ml/s
(2)機械手的手臂右腔工作壓力，公式（3.8）得：
P=F/S 公式（3.12）
在式中：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（3.12）得：
P=（F+ F摩）/S
=（30×9.8+1000）/π×402
=0.26Mpa
(3)繪制機構(gòu)工作參數(shù)表如表3.1所示：
表3.1機構(gòu)工作參數(shù)表
機構(gòu)名稱
工作速度
行程
工作壓力
流量
手部抓緊
60mm/s
25mm
1.78Mpa
117.8m/s
腕部回轉(zhuǎn)
45°/s
±90°
0.89Mpa
27m/s
小臂伸縮
200mm/s
500mm
0.26Mpa
1000ml/s
(4)由初步計算選液壓泵
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)驗算腕部擺動缸：
T=PD（ΦA(chǔ)12-Φmm2）ηm×106/8 公式（3.13）
W=8θηv/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b 公式（3.14）
式中：Ηm—機械效率?。? 0.85～0.9
Ηv—容積效率?。? 0.7～0.95
所以代入公式（3.13）得：
T=0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×106/8
=25.8（N·M）
T
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