【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無水印，高清圖，壓縮包內(nèi)文檔可直接點(diǎn)開預(yù)覽，需要原稿請自助充值下載，請見壓縮包內(nèi)的文件及預(yù)覽，所見才能所得，請細(xì)心查看有疑問可以咨詢QQ：414951605或1304139763
校園垃圾拾撿機(jī)器人控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)校代碼：10410
序 號：100997
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目： 校園垃圾拾撿機(jī)器人撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 工 學(xué) 院
姓 名： 翁胤容
學(xué) 號： 20100997
專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
年 級： 農(nóng)機(jī)101
指導(dǎo)教師： 饒洪輝
二O一四年 五 月 十 日
3
校園垃圾拾撿機(jī)器人撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，垃圾排放量與日俱增，對環(huán)境的壓力越來越大，特別是校園這種人口密集的地方，每天都在制造大量的垃圾，如廢紙、塑料、廢電池、果皮等。為了讓校園保持清潔就必須要費(fèi)大的人力物力和財(cái)力等。
如果設(shè)計(jì)一種校園拾撿垃圾機(jī)器人就可以解決很大的麻煩， 校園撿垃圾機(jī)器人機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。撿垃圾機(jī)械手是由全液壓控制，機(jī)械手固定在移動(dòng)平臺(tái)上構(gòu)成的一類特殊的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。其中機(jī)械手用來實(shí)現(xiàn)如抓取、操作等動(dòng)作，平臺(tái)的移動(dòng)用來擴(kuò)展機(jī)械手的工作空間，使機(jī)械手能以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù)，機(jī)械手的加入也極大的提高了移動(dòng)機(jī)器人的性能。
關(guān)鍵詞: 校園；垃圾拾撿機(jī)器人；撿拾機(jī)構(gòu)。
Abstract
With the rapid economic development and increasing people's living standards, waste emissions by increasing the pressure on the environment increasing, Specially campus this kind of densely population place , every day is making massive trash , such as waste paper, plastics, batteries, fruit, etc. . In order for the campus must be kept clean on the charges of human material and financial resources and so on.
If you design a campus that is garbage robot can solve a lot of trouble, the campus garbage robot is a robot environment-aware, dynamic decision-making and planning, such as acts of control and the implementation of multiple functions in one integrated system. Manipulator garbage from the entire hydraulic control, mechanical hand fixed in the mobile platform consisting of a special kind of mobile robot system. Manipulator which is used to achieve, such as crawling, operation moves to expand mobile platform, manipulator of the working space, so that robot can be a more appropriate gesture tasks, the addition of robot is also greatly improved the performance of the mobile robot
Key words : campus ; Trash ascends to pick the robot ;Pick mechanism
校園垃圾拾撿機(jī)器人撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
目錄
摘要····································································································I
Abstract·····························································································II
第一章 緒論······················· ······························································1
1.1移動(dòng)機(jī)器人概述·················································································1
1.2·移動(dòng)機(jī)械手平臺(tái)系統(tǒng)········································································· 1
1.3校園垃圾拾撿機(jī)器人意義····································································1
第二章 機(jī)器手整體設(shè)計(jì)································································2
2.1運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及機(jī)械手簡介········································································2
2.2 機(jī)械手整體方案設(shè)計(jì)··········································································2
2.3手腕及手臂的設(shè)計(jì)········································································· 2
2.4機(jī)械手工作原理示意圖······································································ 4
第三章 液壓系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)··························································· 4
3.1液壓系統(tǒng)控制油路圖·········································································· 5
3.2液壓控制優(yōu)點(diǎn)..........................................................................................................7
3.3液壓缸的選擇·····················································································7
3.3.1 爪子液壓缸的選擇······································································7
3.3.2 兩個(gè)手臂的油缸的選擇································································8
3.3.3 擺動(dòng)液壓缸的選擇········································································8
3.4液壓泵的選擇·················································································· 10
3.5校核································································································12
3.6 其它元件的選擇···············································································15
3.7 本章小結(jié)························································································ 15
第四章總結(jié)·····················································································16
參考文獻(xiàn)···························································································17
6
第一章 緒論
1.1移動(dòng)機(jī)器人概述
移動(dòng)機(jī)器人的研究始于60年代末期，斯坦福研究院(SR)I的NiISSen和
CharleSRosen等人，在1966年至1972年中研造出了取名Shakey的自主移
動(dòng)機(jī)器人。目的是研究應(yīng)用人工智能技術(shù)，在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人系統(tǒng)的自主
推理、規(guī)劃和控制。與此同時(shí)，最早的操作式步行機(jī)器人也研制成功，從而
開始了機(jī)器人步行結(jié)構(gòu)方面的研究，以解決機(jī)器人在不平整地域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)問
題，設(shè)計(jì)并研制出了多足步行機(jī)器人。70年代末，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感
器技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人研究又出現(xiàn)了新高潮。特別是在80年代中期，設(shè)
計(jì)和制造機(jī)器人的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司開始研制移動(dòng)機(jī)
器人平臺(tái)，這些移動(dòng)機(jī)器人主要作為大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)的移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，
從而促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)。90年代以來，以研制高水平
的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)，高適應(yīng)性的移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)，真實(shí)
環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，開展了移動(dòng)機(jī)器人更高層次的研究。
1.2移動(dòng)機(jī)械手平臺(tái)系統(tǒng)
移動(dòng)機(jī)械手是由機(jī)械手固定在移動(dòng)平臺(tái)上構(gòu)成的一類移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。其中機(jī)械手用來實(shí)現(xiàn)如抓取、操作等動(dòng)作，平臺(tái)的移動(dòng)用來擴(kuò)展機(jī)械手的工作空間，使機(jī)械手能以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)機(jī)械手的加入也極大提高了移動(dòng)機(jī)器人的性能。移動(dòng)機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是要把感知、建模、規(guī)劃、決策、行動(dòng)等多種模塊有機(jī)地結(jié)合起來，建立在動(dòng)態(tài)環(huán)境中完成目標(biāo)任務(wù)的一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)框架。
1.3校園垃圾拾撿機(jī)器人意義
目前校園中存在著廣泛的一種現(xiàn)象，那就是每天會(huì)產(chǎn)生大量的校園垃圾，如果這些垃圾不能被及時(shí)的撿拾及處理的話，將會(huì)嚴(yán)重的破壞校園形象和影響校園環(huán)境。因此如果能在依賴清潔工之外，設(shè)計(jì)出能在校園平坦的地面上行駛，并能實(shí)現(xiàn)拾撿常見垃圾（如紙張，瓶罐，塑料袋等）動(dòng)作的一種小巧的校園垃圾拾撿機(jī)器人，不僅能減輕清潔工的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)也無疑會(huì)是校園中一道獨(dú)特靚麗的風(fēng)景線。這也就是本次設(shè)計(jì)的目的所在。
0
第二章 機(jī)械手整體設(shè)計(jì)
2.1 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及機(jī)械手簡介
運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 一般由液壓、氣動(dòng)、電氣裝置驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式， 稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6 個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。本設(shè)計(jì)采用5 自由度機(jī)械手。
機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械 手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn) 位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。本設(shè)計(jì)才用液壓式驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊 湊，控制方便，驅(qū)動(dòng)力大。機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述
機(jī)械手由三大部分（機(jī)械部分、傳感部分、控制部分）六個(gè)子系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)）組成。
機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)又主要包括末端操作器、手腕、手臂、機(jī)身（立柱）。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)器是把從動(dòng)力源獲得的能量變換成機(jī)械能，使機(jī)器人各關(guān)節(jié)工作的裝置，常見的驅(qū)動(dòng)形式有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)以及近些年出現(xiàn)的一些特殊的新型驅(qū)動(dòng)（例如超聲波驅(qū)動(dòng)、磁致伸縮驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)等）。
控制系統(tǒng)：機(jī)器人的控制方式多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)不同，主要可分為點(diǎn)位控制方式（PTP）、連續(xù)軌跡控制方式（CP）、力（力矩）控制方式和智能控制方式。
自由度機(jī)械手能夠手抓張合，手部回轉(zhuǎn)，手臂伸縮，手臂回轉(zhuǎn)，手臂升降， 5 個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。
2.2 機(jī)械手整體方案設(shè)計(jì)
考慮本機(jī)械手工作要求的特殊情況，本設(shè)計(jì)采用懸臂式五自由度的機(jī)械手： 自由度具體分配如下： 1）手臂回轉(zhuǎn)自由度。擬采用液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)，液壓馬達(dá)通過齒輪傳動(dòng)通過 帶動(dòng)與之相連的缸體也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)身的回轉(zhuǎn)。其行程角度靠擋塊和限 位行程開關(guān)來調(diào)整。 2）手臂俯仰自由度。機(jī)器人的手臂俯仰運(yùn)動(dòng)，一般采用活塞油（氣）與連 桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)中擬采用單活塞桿液壓缸來實(shí)現(xiàn)，缸體采用尾部耳環(huán)與 機(jī)身連接，而其活塞桿的伸出端則與手臂通過鉸鏈相連。其行程大小靠擋塊和限 位行程開關(guān)來調(diào)整。 3）手臂伸縮自由度。由于油缸或氣缸的體積小，質(zhì)量輕，因而在機(jī)器人手 臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多。設(shè)計(jì)中擬采用單活塞桿液壓缸來實(shí)現(xiàn)，其伸縮行程大小靠擋 塊和限位行程開關(guān)來調(diào)整。 4）手腕俯仰自由度。擬采用液壓缸來實(shí)現(xiàn)。其行程角度靠擋塊和限位行程開關(guān)來調(diào)整。 5）手爪的抓取自由度。擬采用液壓缸來實(shí)現(xiàn)。其行程角度靠擋塊和限位行程開關(guān)來調(diào)整。
2.3 手腕及手臂的設(shè)計(jì)
手腕的設(shè)計(jì)分析：機(jī)器人手腕是連接末端操作器和手臂的部件，它的作用是調(diào)節(jié)或改變工件方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)器人末端操作器適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。此處手腕需實(shí)現(xiàn)手部的翻轉(zhuǎn)（Roll）動(dòng)作,腕部結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在手部相對于臂部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)上。
手臂的設(shè)計(jì)分析：手臂是機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)中重要的部件，它的作用是將被抓取的工件運(yùn)動(dòng)到給定的位置上。手臂的結(jié)構(gòu)要緊湊小巧，才能使手臂運(yùn)動(dòng)輕快、靈活。
手臂一般有伸縮運(yùn)動(dòng)、左右回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)三個(gè)自由度。在一般情況，手臂的伸縮和回轉(zhuǎn)、俯仰均要求勻速運(yùn)動(dòng)，但在手臂的起動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求起動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前速度不能太大，否則引起沖擊和振動(dòng)。伸縮運(yùn)動(dòng)一般采用直線液壓缸驅(qū)動(dòng)，俯仰運(yùn)動(dòng)大多采用伸縮單作用（單活塞桿）驅(qū)動(dòng)，而回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則大多用回轉(zhuǎn)缸或齒條缸來實(shí)現(xiàn)。
本設(shè)計(jì)采用單作用（單活塞桿）缸來實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮。為了增加手臂的剛性，防止手臂在伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生變形，手臂的伸縮機(jī)構(gòu)需設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。
手臂俯仰運(yùn)動(dòng)用單作用（單活塞桿）缸來驅(qū)動(dòng)。直線油缸的缸底與機(jī)身通過鉸鏈相連，而油缸活塞桿的伸出端則與臀部鉸接，這樣當(dāng)壓力油進(jìn)入油缸時(shí)就驅(qū)動(dòng)活塞桿反復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過活塞桿的運(yùn)動(dòng)就使與其相連的手臂形成了俯仰的運(yùn)動(dòng)。由于俯仰油缸是是采用底部耳環(huán)擺動(dòng)式直線缸，所以在活塞桿反復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，缸體可在平面內(nèi)擺動(dòng)。
對于懸臂式的機(jī)械手，還要考慮零件在手臂上的布置，就是要計(jì)算手臂移動(dòng)零件時(shí)的重量對回轉(zhuǎn)、升降、支承中心的偏重力矩。偏重力矩對手臂運(yùn)動(dòng)很不利，偏重力矩過大，會(huì)引起手臂的震動(dòng)，在升降時(shí)還會(huì)發(fā)生一種沉頭現(xiàn)象，也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的靈活性，嚴(yán)重時(shí)手臂與立柱會(huì)卡死。所以在設(shè)計(jì)手臂時(shí)要盡量使手臂重心通過回轉(zhuǎn)力矩，或離回轉(zhuǎn)中心要盡可能地近，以減少偏重力矩。為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：1）可減少手臂運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸 2）減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，盡可能在較小的前伸位置進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作 。
2.4 機(jī)械手工作原理圖
圖 2.1機(jī)械手示意圖
由圖可以看出擺動(dòng)液壓缸4帶動(dòng)上面的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器手轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓缸1的伸縮帶動(dòng)大手臂的擺動(dòng)，液壓缸2的伸縮帶動(dòng)小手臂的擺動(dòng)，液壓缸3的伸縮帶動(dòng)爪子的張開與閉合。
第三章 液壓系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
3.1 液壓系統(tǒng)控制油路圖
由圖2.2可以看出4個(gè)電磁換向閥分別控制4個(gè)油缸，換向閥與油缸之間用鎖緊回路連接這樣就可以使油缸準(zhǔn)確的停在某一個(gè)位置從而提高機(jī)械手的工作精準(zhǔn)度。
1YA 接通時(shí)當(dāng)油路里的壓力過高則開通溢流閥降壓。
2YA 接通時(shí)爪子張開。
3YA 接通時(shí)爪子閉合抓緊垃圾。
4YA 接通時(shí)手臂1向下擺動(dòng)。
5YA 接通時(shí)手臂1向上擺動(dòng)。
6YA 接通時(shí)手臂2向后擺動(dòng)。
7YA 接通時(shí)手臂2向前擺動(dòng)。
8YA 接通時(shí)整個(gè)機(jī)械手順時(shí)針擺動(dòng)。
9YA 接通時(shí)整個(gè)機(jī)械手逆時(shí)針擺動(dòng)。
10S 行程開關(guān)控制爪子的松開。
11S 行程開關(guān)控制擺動(dòng)液壓缸的擺動(dòng)。
調(diào)速閥控制機(jī)械手抓緊垃圾的速度。
電磁比例溢流閥可以按比例控制油路里的壓力從而控制整個(gè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的速度。
工作過程：當(dāng)爪子抓緊垃圾是感應(yīng)開關(guān)同時(shí)使5YA和9YA得電控制手臂油缸1和單葉片擺動(dòng)油缸進(jìn)油，手臂向上擺動(dòng)達(dá)到水平位置5YA失電，同時(shí)單葉片擺動(dòng)油缸逆時(shí)針擺動(dòng)，當(dāng)擺動(dòng)油缸碰到行程開關(guān)10S時(shí)2YA得電爪子開始松開，垃圾放入垃圾箱里。當(dāng)爪子完全張開時(shí)碰到行程開關(guān)11S時(shí)8YA得電單葉片擺動(dòng)油缸順時(shí)針擺動(dòng)，當(dāng)接到撲捉垃圾信號時(shí)8YA失電使擺動(dòng)停下，同時(shí)控制2YA,4YA,6YA,7YA使爪子定位到垃圾上方并抓住垃圾，再執(zhí)行上面動(dòng)作。
2
圖2.2
3.2 液壓控制優(yōu)點(diǎn)
（1）在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。例如同功率液壓馬達(dá)的重量約只有電動(dòng)機(jī)的1/6左右。
(2) 液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置；
(3) 液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向；
(4)操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速(調(diào)速范圍達(dá)2000：1)，它還可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速；
(5) 一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運(yùn)動(dòng)面可自行潤滑，使用壽命長；
(6) 容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；
(7) 既易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，又易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制甚至計(jì)算機(jī)控制后，可實(shí)現(xiàn)大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。
(8) 液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。
5
3.3液壓的缸的選擇
3.3.1 爪子液壓缸選型
由于要使機(jī)械手上的爪子伸縮則液壓缸必須直線運(yùn)動(dòng)又由于液壓缸是固定在機(jī)械手臂上的，則根據(jù)（實(shí)用液壓技術(shù)手冊）表5-1選用 雙作用單桿帶不可調(diào)緩沖裝置的液壓缸。再根據(jù)（實(shí)用液壓技術(shù)手冊）表5-14選擇液壓缸的安裝方式：因?yàn)槭枪潭ㄔ跈C(jī)械手臂上的，則選用“尾部耳環(huán)連接”方式固定，缸中間再用一個(gè)環(huán)套固定在機(jī)械手臂上。
由表6-0和爪子的行程設(shè)定油缸的行程為50mm可以確定爪子液壓缸的行程也為50mm，再根據(jù)（液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊）表6-4，表6-1，表6-2，表6-9，表6-17，表6-18，表6-20，可以選擇出液壓缸的內(nèi)徑為40mm,活塞桿直徑為20mm，供油孔直徑為8mm，導(dǎo)向行程為40mm，液壓缸的外徑為50，缸體和缸蓋的連接為內(nèi)螺紋連接，活塞與活塞桿的連接用螺紋連接，活塞桿端部的螺紋尺寸為M12*15。如圖2.3
圖2.3
3.3.2 兩個(gè)手臂油缸的選型
和3.3.1大體一樣，因?yàn)闄C(jī)械手臂是在擺動(dòng)的，則液壓缸也是隨著手臂擺動(dòng)的，則選用液壓缸缸端部為“尾部耳環(huán)連接”方式連接而不須用環(huán)套，不過活塞桿端部不是用螺紋連接而是用單耳環(huán)連接。單耳環(huán)的尺寸為內(nèi)徑為16mm，外徑為32mm，厚度為20mm。如圖2.4
6
圖2.4
活塞缸的速度比：
3.3.3 擺動(dòng)液壓缸的選擇
現(xiàn)在市場上有兩種擺動(dòng)液壓缸，葉片擺動(dòng)液壓缸和螺旋擺動(dòng)液壓缸。對兩種液壓缸進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)螺旋擺動(dòng)液壓缸的擺動(dòng)效果不好，轉(zhuǎn)矩不大，可密封效果較好，而擺動(dòng)液壓剛結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，密封效果較差。但對于中低壓系統(tǒng)中往復(fù)擺動(dòng)，轉(zhuǎn)位或間歇運(yùn)動(dòng)的地方有很好的優(yōu)勢，則選用擺動(dòng)液壓缸。
7
擺動(dòng)液壓缸有分為單葉片擺動(dòng)液壓缸和多葉片擺動(dòng)液壓缸，單葉片擺動(dòng)液壓缸的最大轉(zhuǎn)角不超過280度，多葉片擺動(dòng)液壓缸的最大轉(zhuǎn)角不超過150度。而本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)角度為180度，則選用單葉片擺動(dòng)液壓缸。
根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊上的經(jīng)兩種擺動(dòng)液壓缸規(guī)格如下表6-43，試選用型號為BM-150。
表6-43 擺動(dòng)液壓缸技術(shù)參數(shù)表
表 6-0 活塞行程系列 (mm)
注，GB 2349-80 按優(yōu)先次序給出了三個(gè)系列值，
本表僅摘錄了第1表（優(yōu)先系列）中至500mm的系列值。
表6-1 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（mm）
見 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列 表6-2
表6-2 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（mm）
8
圖為所選用的擺動(dòng)液壓缸
9
3.4 液壓泵的選擇
目前市場上使用廣泛，而齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)有：
1 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小，工藝性好。
2 自吸性能好，無論在高轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速均能可靠地實(shí)現(xiàn)自吸。
3 轉(zhuǎn)速范圍大，由于齒輪泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分基本上時(shí)平衡的，因而轉(zhuǎn)速可以很高。
4 油液中的污物對其工作影響不嚴(yán)重，并可以傳輸粘度較大的油
雖然齒輪泵的缺點(diǎn)是：噪音大，脈動(dòng)大，限制了壓力的提高。但這些并不影響機(jī)器手的工作。所以選擇齒輪泵為液壓缸提供壓力。
液壓缸的排量：
V1：活塞缸的最大排量。
V2：擺動(dòng)缸的最大排量。
d： 為活塞直徑。
h：為活塞缸的行程。
d1：葉片直徑。
d2：葉片軸直徑。
h1：葉片高度。
根據(jù)上面的總排量和液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊上表2-2選用型號為GB-B40型齒輪油泵。
10
3.5校核
（1）活塞缸推力的計(jì)算。
對于無活塞桿的那邊油腔進(jìn)油時(shí)，油缸活塞桿向外推出的推力為：
式中： p為工作壓力。
：油缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠密封式可取
圖 2-5
對于有活塞桿一端進(jìn)油時(shí)油缸活塞桿向缸內(nèi)收進(jìn)時(shí)的拉力：
（2） 缸體與缸底用電焊連接時(shí)的焊縫應(yīng)力：
焊接材料選用 Z208 其抗拉應(yīng)力為148 kgf/cm3
11
式中 P 為油缸推力。
為焊接效率，可取 。
D1 為缸外徑。
d1 約為缸內(nèi)徑。
式中： 為焊條材料的抗拉強(qiáng)度。
n 為安全系數(shù) 一般取3.3~4。
則焊條材料符合。
（3） 缸體與缸蓋的螺紋連接計(jì)算：
根據(jù)液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊里所說的 油缸缸體的常用材料為20，35，45號鋼的無縫鋼管。20號鋼用的較少，因其機(jī)械性能底而且不能調(diào)質(zhì)。與缸頭，缸底，管接頭，耳軸等零件焊接的缸體用35號鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)。不與其他零件焊接在一起的用45號鋼。我們可以選定缸體的材料為35號鋼。其屈服強(qiáng)度為315 kgf/cm2
螺紋處的拉應(yīng)力：
螺紋處的剪切應(yīng)力：
合應(yīng)力為：
12
許用應(yīng)力：
可以看出
則選用35號鋼可以。
（4）液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度和推力：
活塞缸；
當(dāng)無活塞桿端進(jìn)油時(shí)；
當(dāng)有活塞桿端進(jìn)油時(shí)；
擺動(dòng)液壓缸：
轉(zhuǎn)矩 T
13
轉(zhuǎn)角速度
3.6 其它元件的選擇
（1）液壓油的選擇：液壓油應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼扯群驼硿匦阅埽挥邢菪粤己?，壓縮性小；閃點(diǎn)高，油的蒸氣分離壓力小；流動(dòng)性好；不使密封材料膨脹，硬化等過度變質(zhì)；在各種溫度，壓力，速度等運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，具有良好的潤滑性能?？谷榛院涂寡趸院?。
根據(jù)液壓手冊上所列的類型，選用最普通的為 20號機(jī)械油。
（2）密封圈的選擇： 由于活塞缸是雙作用的，兩邊都受到高壓作用，則根據(jù)液壓手冊選用V型密封圈。
（3） 螺栓的選擇：根據(jù)擺動(dòng)缸上連接孔的大小和螺栓表可以選擇M8型螺栓。
（4） 銷釘?shù)倪x擇： 根據(jù)活塞桿端部的耳環(huán)內(nèi)徑可以選擇直徑為16的銷。
（5） 機(jī)械手臂采用鋁合金材料制造以減少重量。
3.7 本章小結(jié)
本章主要介紹了機(jī)械手的工作原理有手臂的旋轉(zhuǎn)，伸縮和擺動(dòng)。還介紹了各個(gè)部件的設(shè)計(jì)與選擇，主要有液壓缸的 選擇和液壓泵的選擇。最后是各個(gè)小零件的選擇。
14
第四章 總結(jié)
移動(dòng)機(jī)械手是具有機(jī)械手臂的移動(dòng)機(jī)器人，有幾乎無限大的工作空間和
高度運(yùn)動(dòng)冗余等優(yōu)點(diǎn)，并同時(shí)具有移動(dòng)和操作功能，一直是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域
一個(gè)重要的研究課題。近年來，隨著“勇氣號”探測器成功登陸火星并完成
了一系列的考察工作，對更先進(jìn)移動(dòng)機(jī)械手的研究和開發(fā)再一次引起了人們
的注意。目前，國內(nèi)外都在競相開展有關(guān)移動(dòng)機(jī)械手的基礎(chǔ)理論、基本技術(shù)
以及應(yīng)用方面的研究工作。
本論文在參考了國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對撿垃圾機(jī)器手進(jìn)行了粗體設(shè)計(jì)，簡述了機(jī)器手的工作原理和手臂的各個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，對機(jī)器手的控制采用了了全液壓控制方式，控制液壓系統(tǒng)采用了換向閥和行程開關(guān)再加上軟件系統(tǒng)進(jìn)行控制，由攝像頭撲捉垃圾通過信號控制著液壓缸的進(jìn)出油從而控制手臂的擺動(dòng)和爪子的抓緊力再根據(jù)行程開關(guān)控制著手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)和爪子的張開。
文中所述的控制還不是很精準(zhǔn)，好多的細(xì)節(jié)還不是一時(shí)半會(huì)可以解決的，必須經(jīng)過長時(shí)間的研究和摸索才可以使這機(jī)械手達(dá)到真正的可行性工作。
15
參考文獻(xiàn)`
[1] 上海煤礦機(jī)械研究所編，液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊，上海人民出版社，1976。
[2] 成大先主編，機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊，化學(xué)工業(yè)出版社，1997。
[3] 曾志新，呂明主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，武漢理工大學(xué)出版社，2007。
[4] 左鍵民主編，液壓與氣壓傳動(dòng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007。
[5] 張嵐，弓海霞主編，實(shí)用液壓技術(shù)手冊，人民郵電出版社出版社，2008。
[6] 余桂英，郭紀(jì)林主編，CAD 2008基礎(chǔ)教程，大連理工大學(xué)出版社，2008。
[7] 邵立新，夏素民等主編，Pro/ENGINEER Wildfire 3.0中文版標(biāo)準(zhǔn)教材，2007。
[8] 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)分會(huì)，謝里陽主編，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法，機(jī)械工業(yè)出版社，2005 。
[9] 于永泗，齊民主編，機(jī)械工程材料，大連理工大學(xué)出版社，2007 。
[10] 丁玉蘭主編，人機(jī)工程學(xué)，北京理工大學(xué)出版社，2004 。
[11] 陸祥生，楊秀蓮主編，機(jī)械手-理論及應(yīng)用，中國鐵道出版社，1983 。
[12] 譚建榮，張樹有，陸國棟，施岳定主編，圖學(xué)基礎(chǔ)教程，高等教育出版社，2004。
[13] 劉鴻文主編. 材料力學(xué). 北京：高等教育出版社1991。
[14] 《機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)手冊》編委會(huì)編 機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)手冊技術(shù)制圖卷中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 2002。
致 謝
本設(shè)計(jì)是在饒洪輝導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下完成的。在我讀大學(xué)期間，導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的作風(fēng)和精益求精的精神使我受益非淺。在我畢業(yè)課題的設(shè)計(jì)中，導(dǎo)師的想法給予我很多的啟發(fā)和幫助，使我能順利完成課題的研究和論文的撰寫。在本論文即將結(jié)稿時(shí)，我要向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x。
16
,校園垃圾拾撿機(jī)器人撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 指導(dǎo)老師：饒洪輝 姓名： 翁胤容 班級： 農(nóng)機(jī)101,目錄,整體方案設(shè)計(jì) 機(jī)械手原理 各零部件選擇和設(shè)計(jì) 總結(jié),撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇,控制方式 連接方法,采用全液壓驅(qū)動(dòng)控制,采用套筒連接,采用帶輪控制,采用齒輪齒條控制,采用鉸鏈機(jī)構(gòu)連接,,,,,,,,,,液壓控制原理圖,機(jī)械手原理圖,,,,,1,2,3,4,,,A,B,C,,活塞缸,,活塞缸的選擇,表一活塞行程系列,表二液壓缸內(nèi)徑系列,由于爪子從張開到閉合行程為50毫米則可以根據(jù)左邊表格選擇活塞缸的各參數(shù)。,單桿雙作用活塞缸。,擺動(dòng)缸圖,,擺動(dòng)缸的選擇,對比 葉片擺動(dòng)缸 螺旋擺動(dòng)缸,單葉片擺動(dòng)缸,多葉片擺動(dòng)缸,,,擺動(dòng)臺(tái),,擺動(dòng)軸,,液壓泵的選擇,齒輪油泵的主要參數(shù),齒輪泵 柱塞泵 葉片泵,總結(jié),通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)了很多新事物，知道了自己還需要學(xué)習(xí)很多的知識(shí)。由于能力有限本次設(shè)計(jì)做的比較粗糙，很多的細(xì)節(jié)還沒有考慮周到，有待完善。 最后，感謝指導(dǎo)老師的耐心輔導(dǎo)和本次各委評委的點(diǎn)評指正。,