《四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真（65頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 摘要 在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用，改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境，顯著地加快了生產(chǎn)節(jié)奏，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化程度得到了提高。 本文先對(duì)機(jī)械手的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用背景和需求分析進(jìn)行分析，對(duì)本課題任務(wù)進(jìn)行了四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)。首先，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的自由度為四自由度；其次，本文設(shè)計(jì)了四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)、手臂結(jié)構(gòu)、機(jī)身、機(jī)座、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部分，實(shí)現(xiàn)了四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的水平回轉(zhuǎn)，軸向移動(dòng)，豎直升降，手部的旋轉(zhuǎn)四個(gè)自由度及手爪的開合。本文通過(guò)針對(duì)四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了一種具有模塊化、高可靠性物料的搬運(yùn)機(jī)械手，對(duì)其他

2、經(jīng)濟(jì)型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)也有一定的借鑒作用。 關(guān)鍵詞：四自由度；機(jī)械手；氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 I Abstract In machinery manufacturing, robots have been widely used to improve workers labor environment, significantly speed up production, increase labor productivity, and increase the degree of mechanization and automation of industrial prod

3、uction. This paper first analyzes the research status of manipulators both at home and abroad, as well as the application background and demand analysis of the handling robots. The overall program design of the four-degree-of-freedom transport manipulator is performed on the tasks of this project.

4、 Firstly, the degree of freedom of the handling robot is determined to be four degrees of freedom. Secondly, this paper designs the gripping hand structure, arm structure, fuselage, frame and drive system of the four-degree-of-freedom handling robot and realizes four freedoms. Degree of rotation of

5、the handling robot, axial movement, vertical lifting, four degrees of rotation of the hand and the opening and closing of the hand. In this paper, by designing the overall design of a four-degree-of-freedom handling robot, a handling robot with a modular, high-reliability material is designed, which

6、 also has a certain reference for the design of other economical handling robots. Keywords: four degrees of freedom; manipulator; pneumatic drive; kinematics simulation 目錄 第1章 緒論 1 1.1選題背景及研究意義 1 1.2 機(jī)械手概述 1 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3.1國(guó)外機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3.2國(guó)內(nèi)機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.4課題的主要研究?jī)?nèi)容 3 第2章 四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的

7、總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1工作原理 4 2.2 基本參數(shù)要求 4 2.2.1基本參數(shù)的確定 4 2.2.2設(shè)計(jì)要求 5 2.3整體方案 5 2.4小結(jié) 6 第3章 四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3.1底座的設(shè)計(jì) 7 3.2手部的設(shè)計(jì) 7 3.2.1機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)的計(jì)算 7 3.2.2豎直升降模塊的設(shè)計(jì) 8 3.2.3水平伸縮模塊的設(shè)計(jì) 9 3.3腕部的設(shè)計(jì) 10 3.3.1 概述 10 3.3.2 手腕驅(qū)動(dòng)力矩的確定 10 3.4臂部的設(shè)計(jì) 12 3.4.1手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 12 3.4.2手臂偏重力矩的確定 12 3.5小結(jié) 13 第4章 四自

8、由度機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 4.1氣動(dòng)元件的選用 14 4.2氣動(dòng)系統(tǒng)中各控制和輔助元件的選用 15 4.2.1方向控制閥的選用 15 4.2.2流量控制閥的選用 16 4.2.3壓力控制閥的選用 16 4.3液壓模塊計(jì)算 16 4.3.1 液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 16 4.3.2液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 19 4.4活塞桿的設(shè)計(jì) 21 4.4.1活塞桿的計(jì)算 21 4.4.2活塞桿的穩(wěn)定性校核 21 4.5手臂旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì) 23 4.6 手臂升降設(shè)計(jì) 25 4.6.1臂部做升降運(yùn)動(dòng)時(shí)油缸的相關(guān)計(jì)算 26 4.6.2油缸內(nèi)徑的計(jì)算 26 4.6.3油缸壁厚的計(jì)算 27

9、 4.6.4活塞桿的計(jì)算 28 4.7小結(jié) 29 第5章 四自由度機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 5.1機(jī)械手液壓缸的受力情況 30 5.1.1 大臂升降缸的受力情況 30 5.1.2 手爪夾緊缸的受力情況 30 5.1.3 手臂伸縮缸的受力情況 30 5.2液壓元件的選擇 30 5.3液壓系統(tǒng)原理圖 31 5.4小結(jié) 31 第6章結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 附錄 36 V 第1章 緒論 1.1選題背景及研究意義 機(jī)械手的研制，加快了世界科技發(fā)展的進(jìn)程；機(jī)械手的誕生，是工業(yè)制造史上的重大突破，提高了工業(yè)制造生產(chǎn)的水平。在這樣的背景下，

10、制造業(yè)里面的機(jī)械手發(fā)展的很是迅速，并且有著十分廣泛的應(yīng)用范圍。機(jī)械手的動(dòng)作都是設(shè)計(jì)好的，主要通過(guò)程序來(lái)控制機(jī)械手去完成規(guī)定制定的行為動(dòng)作，它主要用于枯燥重復(fù)的流水線工作的完成，特別在一些高溫、危險(xiǎn)的環(huán)境里，去完成對(duì)人來(lái)說(shuō)有困難的工作。雖然目前的機(jī)械手是比較成熟的，但是由于機(jī)械手的制造成本昂貴，因此目前僅應(yīng)用于航天航空等高端領(lǐng)域。所以制造成本低、可以滿足低端領(lǐng)域使用的四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)就刻不容緩了。 一旦這種新型機(jī)械手問世，人類不僅會(huì)從傳統(tǒng)的手工加工方式中解脫出來(lái)，還能讓人類的生產(chǎn)率得到大幅的提高，進(jìn)而改善人類的工作環(huán)境，從而讓人類的生活變得越來(lái)越美好。這種機(jī)械手主要功能是代替人去完成繁

11、重而單調(diào)的重物搬運(yùn)和物品分揀工作[1]。機(jī)械手的研制不僅有利于生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化程度的提高，還可以減少人力的浪費(fèi)，加快生產(chǎn)的節(jié)奏，因此對(duì)這種機(jī)械手的進(jìn)一步研制就顯得尤為重要。 1.2 機(jī)械手概述 本課題研究設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手的自由度個(gè)數(shù)是四個(gè)。四自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)原理基本相同，但是由于使用領(lǐng)域的不同，所以其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還是有很大的區(qū)別。雖然結(jié)構(gòu)上有些差異，但是機(jī)械手的設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)機(jī)械手的控制系統(tǒng)還有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)這三方面。只有這三方面設(shè)計(jì)的合理，機(jī)械手才能正常運(yùn)行。 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.3.1國(guó)外機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀 世界上第一臺(tái)機(jī)械手是

12、1958年美國(guó)聯(lián)合公司發(fā)明出來(lái)的，控制系統(tǒng)是簡(jiǎn)單的示教型的。后來(lái)科學(xué)家在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)出了第二代機(jī)械手，對(duì)新一代的機(jī)械手設(shè)計(jì)了更多的新功能，實(shí)用性也增加了不少。隨后的時(shí)間里，美國(guó)機(jī)械鑄造公司、Unimate公司等公司對(duì)機(jī)械手的研發(fā)都很熱情，研究出了具有更多功能的機(jī)械手。 日本從1969年在美國(guó)進(jìn)口了一批機(jī)械手后，充分發(fā)揮了其學(xué)習(xí)模仿的能力，經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)械手的研究，日本工業(yè)迅速崛起，尤其是汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，成就了“工業(yè)發(fā)展最迅速”的神話。 現(xiàn)在國(guó)外對(duì)機(jī)械手的研發(fā)已經(jīng)很先進(jìn)了，已經(jīng)開始從觸覺和視覺方面去研制新型的機(jī)械手了。這樣的機(jī)械手能夠感應(yīng)外界實(shí)物，不僅能夠聽到外界的聲音，還能夠看到

13、外界的視野，這樣高端的功能是非常厲害的。目前國(guó)外工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展方向是柔性制造系統(tǒng)的一整條生產(chǎn)線的全自動(dòng)化生產(chǎn)。 圖1.1 美國(guó)早期機(jī)械手圖 圖1.2 日本機(jī)械手圖 1.3.2國(guó)內(nèi)機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀 在上個(gè)世紀(jì)八十年代，國(guó)內(nèi)才開始對(duì)機(jī)械手進(jìn)行研究，足足比發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)械手的研究要晚了幾十年。我國(guó)的第一臺(tái)機(jī)械手是在上海被研發(fā)成功的，隨后其他城市對(duì)機(jī)械手的研究才開始進(jìn)行。隨著經(jīng)濟(jì)改革開放，國(guó)家對(duì)機(jī)械手的研究力度提高了，并且投入了大量的科研人員和大量資金。 圖1.3 國(guó)內(nèi)機(jī)械手圖 現(xiàn)在我國(guó)研發(fā)的機(jī)械手主要還是用在工業(yè)方面，在其他

14、領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)境不是太好。雖然我國(guó)的機(jī)械手運(yùn)用在了工業(yè)方面，但是自主研發(fā)的機(jī)械手因?yàn)楫a(chǎn)量少，且達(dá)不到一些精密儀器生產(chǎn)的要求。一些高精度加工還是引進(jìn)國(guó)外淘汰的機(jī)械手，引進(jìn)機(jī)械手的成本較高，所以我國(guó)能用得起機(jī)械手的工業(yè)企業(yè)還是很少的。 1.4課題的主要研究?jī)?nèi)容 機(jī)械手主要是用在工業(yè)制造生產(chǎn)上，對(duì)物品做流水線式的搬運(yùn)工作。對(duì)于機(jī)械手的功能要求并不多，主要完成大的工作是實(shí)現(xiàn)物體的來(lái)回搬運(yùn)。本文機(jī)械手設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容如下： （1）機(jī)械手的工作原理 機(jī)械手的定位；機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作和抓取動(dòng)作；機(jī)械手的復(fù)位功能。 （2）機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括機(jī)械手底座、手部、腕部、臂部的設(shè)計(jì)

15、。 （3）機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)包括氣動(dòng)和液壓兩部分。 （4）機(jī)械手的液壓系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 機(jī)械手的液壓模塊設(shè)計(jì)包括機(jī)械手工作時(shí)液壓缸的受力情況、液壓元件的選取和機(jī)械手工作時(shí)的液壓原理圖的設(shè)計(jì)。  第2章 四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì) 2.1工作原理 四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理是仿造人類手臂關(guān)節(jié)的活動(dòng)結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)的，一般機(jī)械手都運(yùn)用在環(huán)境惡劣、流水線或者是危險(xiǎn)性的工作環(huán)境下。本文設(shè)計(jì)的這種四自由度搬運(yùn)機(jī)械手主要功能是搬運(yùn)，具體來(lái)說(shuō)就是把一個(gè)地方的物品搬運(yùn)到固定位置上去，這樣的自動(dòng)化設(shè)備可以有效減輕勞動(dòng)力。本文設(shè)計(jì)的這種四自由度

16、搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)用在流水工作線上[2]，所以對(duì)四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的活動(dòng)順序和對(duì)時(shí)間的掌控都有比較高的要求了。四自由度搬運(yùn)機(jī)械手在搬運(yùn)物體時(shí)，要保證機(jī)械手能平穩(wěn)，快速，精準(zhǔn)的運(yùn)行。機(jī)械手原理圖如圖2.1所示。 圖2.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.2 基本參數(shù)要求 2.2.1基本參數(shù)的確定 機(jī)械手的設(shè)計(jì)主要包括結(jié)構(gòu)、功能和各種驅(qū)動(dòng)及動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，機(jī)械手的基本參數(shù)的確定應(yīng)該是機(jī)械手的第一步。本文設(shè)計(jì)機(jī)械手的基本參數(shù)如下表所示[3]。 表2-1 機(jī)械手工作過(guò)程中的主要參數(shù) 2.2.2設(shè)計(jì)要求 本課題設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手，要求由四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，分別是手臂可以旋轉(zhuǎn)，還

17、有手臂能夠繞著軸來(lái)擺動(dòng)，最后是手臂可以?shī)A緊松開，達(dá)到加持物品的效果。 機(jī)械手的工作過(guò)程可分為： 1）機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是利用電機(jī)傳遞的動(dòng)力，帶動(dòng)傳動(dòng)軸、齒輪運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)； 2）手部的運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是靠凸輪驅(qū)動(dòng)擺桿，進(jìn)而帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，最后經(jīng)過(guò)內(nèi)部機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)； 3）利用凸輪的運(yùn)動(dòng)原理，使圓通實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)手臂進(jìn)行擺動(dòng)； 4）轉(zhuǎn)盤的往復(fù)回轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)圓柱凸輪帶動(dòng)齒條、齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)完成的。 2.3整體方案 在設(shè)計(jì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)時(shí)候，要對(duì)實(shí)際的工作環(huán)境還有使用情況詳細(xì)分析，然后根據(jù)情況來(lái)設(shè)計(jì)能夠符合要求的機(jī)械手才行。機(jī)械手的設(shè)計(jì)需要滿足的條件：①要留足機(jī)械

18、手的工作空間，并且設(shè)計(jì)的機(jī)械手應(yīng)能夠以多種運(yùn)動(dòng)形式完成不同要求的工作。②機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該在滿足機(jī)械手具體的工作環(huán)境和要求的前提下，通過(guò)對(duì)人的手臂功能的模仿學(xué)習(xí)之后，進(jìn)行機(jī)械手的具體結(jié)構(gòu)、機(jī)械手的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)[4]。 圖2.2機(jī)械手實(shí)物圖 圖中1—機(jī)座，2—液壓缸，3—旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，4—手臂，5—手爪，6—法蘭盤7—手桿。 2.4小結(jié) 本章對(duì)四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的描述，確定了機(jī)械手的基本參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，明確了機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)方案。 第3章 四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1底座的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的底座的主要作用是承重，不僅要承受機(jī)器人全部

19、重量，還要承受機(jī)械手的工作載荷，因此需要有較大的強(qiáng)度和剛度。機(jī)械手能否正常工作，取決于底座的安裝基面的大小。 由于機(jī)械手對(duì)底座的結(jié)構(gòu)要求較低，只要機(jī)械手的定位合理即可，本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手其底座如圖所示。 圖3.1底座三維圖 3.2手部的設(shè)計(jì) 3.2.1機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)的計(jì)算 機(jī)械手夾持爪要根據(jù)手爪的工作環(huán)境來(lái)選取，主要參考依據(jù)有被搬運(yùn)物品的質(zhì)量、大小、形狀和機(jī)械手夾持爪的工作行程，本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的參數(shù)為:M=30.0kg,夾持點(diǎn)和轉(zhuǎn)軸中心的最大力臂為46.0mm,由這些參數(shù)來(lái)確定夾持手爪的規(guī)格。夾持手爪夾持物品的夾持力的計(jì)算如下[5]：

20、 公式(3.1) 式中 ——安全系數(shù)，(取值為1.2~2)； ——工況系數(shù)，一般情況下受器件慣性力的影響較大, a——被搬運(yùn)物品的加速度， g——被搬運(yùn)物品的重力加速度； ——位置系數(shù)； G——被搬運(yùn)物品的重量； 分別取,,;則由能公式(3.1)可得: 公式(3.2) 所以?shī)A持力矩(取最小的夾持力計(jì)算) 為: 公式(3.3) 由計(jì)算結(jié)果知，

21、可選取型號(hào)為SMC,MHC2- 16D- A198S的手爪，其主要參數(shù)：（1）手爪開合時(shí)間0.03s；（2）手爪的夾持力矩75N.m；（3）重復(fù)定位精度為0.02mm。 圖3.2手爪結(jié)構(gòu)圖 3.2.2豎直升降模塊的設(shè)計(jì) 豎直臂的作用是控制機(jī)械手的升降，它的驅(qū)動(dòng)方式是氣壓驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樨Q直臂不易定位，考慮到工作中工作行程和工作壓力等因素的影響，所以本設(shè)計(jì)選取了雙聯(lián)氣缸。 由于活塞桿要克服載荷收縮做工，所以氣缸的內(nèi)徑D的大小要結(jié)合機(jī)械手工作壓力和工作載荷來(lái)確定，具體過(guò)程如下： 公式(3.4)

22、 式中 D——?dú)鈮焊椎膬?nèi)徑m； F——?dú)鈮夯钊艿降妮d荷N； P——?dú)鈮焊资艿降膲毫a； η——?dú)飧卓偟臋C(jī)械效率（的取值范圍0.3~0.5）； 考慮到氣缸中活塞桿的直徑和具體工作情況的影響： 公式 (3.5) 將 ，代入公式（3.5）計(jì)算得： 公式（3.6） 式中 t——豎直臂氣缸的伸縮時(shí)間， s——豎直臂氣缸的收縮行程， F——豎直臂氣缸的收縮行程， 3.2.3水平伸縮模塊的設(shè)計(jì) 因?yàn)樗奖壑辉谄矫鎯?nèi)運(yùn)動(dòng)，且僅有

23、一端需要定位，所以采用水平鋼桿和氣壓缸組合使用的方法來(lái)保證了水平臂的剛性，選用筆形氣缸就可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 將 ，代入式（3.5）計(jì)算得： 公式（3.7） 式中 t——豎直臂氣缸的伸縮時(shí)間， s——豎直臂氣缸的收縮行程， F——豎直臂氣缸的收縮行程， 根據(jù)3.2.2和3.2.3的計(jì)算結(jié)果，選取型號(hào)為SMC,CXSM10-70-Z75的氣缸，其重復(fù)定位精度為0.020mm。 3.3腕部的設(shè)計(jì) 3.3.1 概述 機(jī)械手的手部與臂部是靠腕部進(jìn)行連接的，腕部對(duì)手部有支承作用。因?yàn)橥蟛孔饔玫闹匾裕酝蟛康慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量緊湊

24、，材料選取密度較小的，這樣的腕部重量較輕，轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)比較靈活[6]。 本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手腕部具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖3.3腕部結(jié)構(gòu)圖 3.3.2 手腕驅(qū)動(dòng)力矩的確定 機(jī)械手手腕回轉(zhuǎn)時(shí)，啟動(dòng)產(chǎn)生的慣性力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔之間的摩擦阻力矩、密封裝置的摩擦阻力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)的重心與軸線不重合產(chǎn)生的偏重力矩對(duì)手腕的回轉(zhuǎn)影響較大，因此在設(shè)計(jì)手腕時(shí)就不得不從這幾方面進(jìn)行入手。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩具體可按下式來(lái)計(jì)算[7]： 公式（3.8） 式中 M驅(qū)——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩 M慣——慣性力矩 M偏——參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩

25、 M摩——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩 腕部回轉(zhuǎn)時(shí)受力如圖所示。 圖3.4腕部回轉(zhuǎn)力矩圖 ⑴ 摩擦阻力矩M摩 公式（3.9） 式中 f——軸承摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取f=0.020，滑動(dòng)軸承取f=0.10； N1 、N2 ——軸承的支承反力； D1 、D2 ——軸承直徑 由設(shè)計(jì)參數(shù)得,, ,,， f=0.10。 由公式（3.9）代入數(shù)值計(jì)算可得 公式（3.10） ⑵ 工件重心偏置力引起的偏置力矩M偏

26、 公式（3.11） 式中 G1——工件重量（N） e——偏心距 將e=0.02，G1=300N代入公式（3.11）計(jì)算得 公式（3.12） ⑶ 腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩M慣 公式 （3.13） 式中 ——手腕回轉(zhuǎn)角速度（1/s） t——手腕啟動(dòng)過(guò)程中所用時(shí)間（s） J——手腕回轉(zhuǎn)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm） J工件——工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（

27、kgm） 由已知計(jì)算得J=3.0，J工件 =6.0，=0.30m/ m,t=1.50s,代入公式（3.13） 得 公式（3.14） 由于受到驅(qū)動(dòng)缸密封處摩擦損失的影響，設(shè)計(jì)時(shí)M的取值應(yīng)該比理論值偏大 ，一般按下式進(jìn)行計(jì)算[8]。 公式（3.15） 將公式（3.10）、（3.12）、（3.14）計(jì)算的結(jié)果代入得 公式（3.16） 綜上計(jì)算知手腕驅(qū)動(dòng)力矩為12.12 3.4臂部的設(shè)計(jì) 3.4.1手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 臂部不僅是用來(lái)支承手部和腕部的主要部件，也是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它

28、不僅承受手臂自身的重量，還要承受手部、手腕、和被抓取工件的重量。手臂的設(shè)計(jì)是否合理將直接影響機(jī)械手的工作性能，因此手臂的設(shè)計(jì)必須考慮以下因素的影響[8]： ①機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)速度和定位精度的要求 ② 手臂受力情況、導(dǎo)向裝置和油缸的分布、手腕與內(nèi)部管路的連接方式。 綜合剛度、導(dǎo)向性、偏重力矩和穩(wěn)定性等因素對(duì)機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)的影響，本設(shè)計(jì)選擇的手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng),液壓缸選取雙聯(lián)液壓缸。 3.4.2手臂偏重力矩的確定 手臂偏重力矩的計(jì)算公式 公式（3.17） 經(jīng)過(guò)初步計(jì)算可得，，，。 所以手臂所受

29、的外力為 公式（3.18） 初步取各部分長(zhǎng)度為，，， 計(jì)算出平均偏重長(zhǎng)度為 公式（3.19） 由公式（3.17）代入數(shù)據(jù)計(jì)算得偏重力矩為 公式（3.20） 3.5小結(jié) 本章確定了機(jī)械手的機(jī)身底座、手爪的相關(guān)數(shù)據(jù)以及確定了水平升降模塊和垂直升降模塊的氣缸內(nèi)徑和型號(hào),對(duì)機(jī)械手的手臂、腕部和臂部進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 第4章 四自由度機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1氣動(dòng)元件的選用 氣壓泵是氣壓回路的心臟，主要為回路提供動(dòng)力。進(jìn)行氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)時(shí)，首先要完成氣壓泵的選擇。而氣壓泵的選擇主要確定氣壓泵的類型和氣壓泵具體型號(hào)，氣

30、壓泵的類型要根據(jù)氣壓回路對(duì)氣壓的特性要求來(lái)確定，氣壓泵的具體型號(hào)是由氣壓回路中氣壓缸的耗氣量總和、所需的氣體壓力、氣壓泵的吸入流量和氣壓泵的輸出氣壓進(jìn)行參考選取的[10]。 氣缸的換氣量Q主要受氣缸的直徑D、氣缸的動(dòng)作時(shí)間、行程S、氣缸管道內(nèi)的容積、換向閥到氣缸管道的容積等因素的影響，為了方便計(jì)算，一般忽略這些因素的影響，因此在單位時(shí)間內(nèi)氣缸內(nèi)空氣耗氣量Q的計(jì)算過(guò)程如下： ， 公式（4.1） 式中 Q——在單位時(shí)間內(nèi)氣缸壓縮氣體的消耗量(m3s)； Q1——無(wú)活塞桿端氣缸進(jìn)氣的情況下壓縮氣體的消耗量（m3s)； Q2——有

31、活塞桿端氣缸進(jìn)氣的情況下壓縮氣體的消耗量（m3s)； t1、t2——?dú)飧變?nèi)活塞的往返程時(shí)間（s）； S——?dú)飧變?nèi)活塞的行程（m）； D——?dú)飧變?nèi)部的直徑（m）； d——?dú)飧變?nèi)活塞桿的直徑（m）； ①水平臂氣缸內(nèi)的壓縮空氣耗氣量計(jì)算過(guò)程如下： 由公式（4.1）計(jì)算得： 公式（4.2） 式中 t——水平臂氣缸壓縮空氣的時(shí)間，t=0.6s s——水平臂氣缸壓縮空氣的行程，s=60mm D——水平臂氣缸的缸徑，D=13mm ②豎直臂氣缸內(nèi)的壓縮空氣耗氣量計(jì)算過(guò)程如下[10]： 由公式（4.1）計(jì)算得：

32、 公式（4.3） 式中 t——豎直臂氣缸壓縮空氣的時(shí)間，t=0.5s s——豎直臂氣缸壓縮空氣的行程，s=70mm D——豎直臂氣缸的缸徑，D=35mm 綜上①②兩部分的計(jì)算,本課題最后選用參數(shù)為：LB:0.0178; 220V50HZ; 0.80MPa；0.245kw的氣壓泵。 4.2氣動(dòng)系統(tǒng)中各控制和輔助元件的選用 在氣動(dòng)系統(tǒng)中，氣壓泵、控制閥、氣動(dòng)回路和執(zhí)行氣動(dòng)缸的相互配合是機(jī)械手完成指定的工作要求和任務(wù)的關(guān)鍵。氣動(dòng)控制閥保證了整個(gè)氣動(dòng)回路的有序運(yùn)行，氣動(dòng)回路中的各類控制閥控制各執(zhí)行元件的動(dòng)作順序和速度

33、的方式是通過(guò)改變壓縮空氣的方向和流量來(lái)控制的，氣壓泵的壓縮空氣進(jìn)而帶動(dòng)各氣壓缸等執(zhí)行元件的工作。 4.2.1方向控制閥的選用 在氣壓回路中，執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止和方向變化是由方向控制閥來(lái)控制的。它的工作原理是通過(guò)改變壓縮氣體的方向及通斷，來(lái)控制氣動(dòng)回路中的執(zhí)行元件完成指定要求的工作。方向控制閥種類較多，可以將其分為如下3類[11]： （1）按閥內(nèi)空氣流通方向分為：①單向型控制閥；②雙向控制閥。 （2）按控制方式分為：①電磁控制型換向閥；②氣壓控制換向閥；③機(jī)械換向閥；④人力控制閥。 （3）按照定義分為：①按閥內(nèi)換氣端口的數(shù)量定義為幾通閥②按閥內(nèi)閥芯有、切換工作位置的數(shù)目定義為幾位閥

34、。 所研究的機(jī)械手要滿足①自動(dòng)控制的要求②氣缸工作時(shí)的具體要求，綜合考慮了機(jī)械手的技術(shù)要求，所以本課題選擇了先導(dǎo)性2位5通電磁換向閥。 4.2.2流量控制閥的選用 通過(guò)流量控制閥對(duì)機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作元件的速度進(jìn)行有效的控制，機(jī)械手才能保證其動(dòng)作過(guò)程的完整進(jìn)行。流量控制閥是通過(guò)控制流過(guò)流量控制閥的氣流流通截面積的改變來(lái)控制氣動(dòng)回路中的流量，流量控制閥大體上可以分為3種：①排氣節(jié)流閥②節(jié)流閥③單向節(jié)流閥。因?yàn)楸菊n題所選用的是雙向工作氣缸，所以需要2個(gè)單向節(jié)流閥組合的來(lái)實(shí)現(xiàn)。 4.2.3壓力控制閥的選用 壓力控制閥作為氣動(dòng)回路中首選氣壓元件，它的功能是控制回路中氣流壓力的變化，按照功能可以

35、將其分為：①減壓閥；②順序閥；③溢流閥（安全閥）。本課題所選用的是溢流閥，它主要用于氣壓泵的出口處，當(dāng)回路中壓力過(guò)大時(shí)，可以對(duì)整個(gè)回路起到過(guò)載保護(hù)作用。 4.3液壓模塊計(jì)算 4.3.1 液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 本課題所設(shè)計(jì)機(jī)械手的手臂伸縮速度為250.0mm/s，其行程L=400.0mm，其抓重300.0N； 公式（4.4） 式中 ——摩擦阻力； ——密封裝置處的摩擦阻力； ——液壓缸回油腔內(nèi)的低壓油液所造成的阻力； ——啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，活

36、塞桿所受到平均慣性力。 其中、、、的具體計(jì)算如下。 （1）的計(jì)算。 本課題設(shè)計(jì)導(dǎo)向桿是截面為圓柱面的雙向?qū)驐U，導(dǎo)向桿對(duì)稱均布在伸縮缸的兩側(cè)，啟動(dòng)開始時(shí)，導(dǎo)向桿受到摩擦阻力較大，具體計(jì)算如下: 由于導(dǎo)向桿的配置是對(duì)稱的，兩個(gè)導(dǎo)向桿的受力情況是相同的，因此計(jì)算過(guò)程中只計(jì)算一個(gè)導(dǎo)向桿。 公式（4.5） 公式（4.6） 公式 （4.7）

37、 公式（4.8） 公式（4.9） 由公式（4.5）、（4.6）、（4.7）、（4.8）、（4.9）聯(lián)合得 公式（4.10） 公式（4.11） 式中 ——參與運(yùn)動(dòng)的零部件和工件所受的總重力,本設(shè)計(jì)具體值為 L——支承桿和手臂結(jié)構(gòu)的重量的中心的距離,； a——導(dǎo)向支承桿的長(zhǎng)度,; ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值受導(dǎo)向支承桿的截面形狀影響。 對(duì)于圓柱面來(lái)說(shuō) 的計(jì)算如下: 取=1.5 ——摩擦系數(shù) 常見材料的摩擦系數(shù)如下：①鋼對(duì)青銅: 取 ②鋼對(duì)鑄鐵:

38、 取， 取，代入已知數(shù)據(jù)得 公式（4.12） （2）的計(jì)算 液壓缸密封處的總摩擦力計(jì)算如下: 公式（4.13） 公式（4.14）式中 ——驅(qū)動(dòng)力， d——伸縮油管的直徑,d=70mm； P——工作壓力(Pa)；P<10.0MPa,μ取值范圍為0.0230~0.050,取p=4.0Mpa,=0.050； L——密封的有效長(zhǎng)度。 公式（4.

39、15） 公式（4.16） 公式（4.17）取=10mm,K=0.1代入公式（4.17）計(jì)算得 公式（4.18） 公式(4.19) （3）的計(jì)算 由于背壓阻力較小，F(xiàn)回的計(jì)算一般取 （4）的計(jì)算 公式（4.20） 公式(4.21) 式中 ——參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力(包括工件重量)（N） g——重力加速度，取10 ——靜止加速到常速的速度變化量 ——啟動(dòng)過(guò)程的時(shí)間(s)，其取值范圍為，取=0.050s。 綜上（1）、（2）、（3

40、）、（4）的計(jì)算，所求驅(qū)動(dòng)力為， F=453.13N 公式（4.22） 4.3.2液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 （1） 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 ①油進(jìn)入無(wú)桿腔的情況如下： 公式（4.23） ② 油進(jìn)入有桿腔的情況如下： 公式（4.24） 液壓的有效面積: 公式（4.25） 由公式（4.23）、（4.24）代入數(shù)值計(jì)算得 公式(4.26) 公式(4.27) 由計(jì)算結(jié)果查表4-1得，液壓缸內(nèi)徑

41、D取整D=40mm 式中 F——驅(qū)動(dòng)力〔N)； ——液壓缸的工作壓力,取=4Mpa； D——活塞缸內(nèi)徑〔m)； d——活塞桿直徑(m)； ——液壓缸機(jī)械效率，取。 表4-1 液壓缸工作壓力表 表4-2液壓缸內(nèi)徑系列JB826-66（mm） （2） 液壓缸壁厚計(jì)算 在實(shí)際應(yīng)用中，液壓缸壁厚計(jì)算有下列三種情況[11]: ①中等壁厚，時(shí)， 公式（4.28） 公式（4.29）式中 ——液壓缸內(nèi)的工作壓力 ——鋼管的強(qiáng)度系數(shù)，其中無(wú)縫鋼管=1 ——計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度 D——液壓缸內(nèi)徑（m）

42、②壁薄，時(shí)， 公式（4.30） 公式（4.31） ③壁厚，時(shí)，由得 公式（4.32） 公式（4.33） 式中 ——材料的抗拉強(qiáng)度（） n——安全系數(shù)，n的取值范圍為3.5~5 ——常用缸體材料的許用應(yīng)力 常見幾種材料的許用應(yīng)力如下，鍛鋼的取值范圍為110.0~120.0Mpa,本文取用=120.0Mpa；鑄鐵=60.0Mpa；無(wú)縫鋼管的取值范圍為100.0~110.0Mpa。 表4-3 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸徑（JB68

43、~67）（mm） 4.4活塞桿的設(shè)計(jì) 4.4.1活塞桿的計(jì)算 因?yàn)榛钊麠U直d由強(qiáng)度條件決定,故具體計(jì)算要考慮拉、壓強(qiáng)度的影響，計(jì)算過(guò)程如下[12]: 公式 (4.34) 公式（4.35） 碳鋼,取;一般不小于1.4，取 由公式（4.34）、（4.35）計(jì)算得 公式 (4.36) 由公式（4.36）結(jié)果得，活塞桿直徑d取整d=10mm 4.4.2活塞桿的穩(wěn)定性校核 由活塞桿長(zhǎng)度和直徑的關(guān)系來(lái)確定是否進(jìn)行穩(wěn)定性校核。當(dāng)括塞桿長(zhǎng)度

44、L＞15d時(shí)，就必須進(jìn)行校核了，校核過(guò)程如下[11]： 公式（4.37） 式中 ——臨界力（N），由材料力學(xué)中的有關(guān)公式計(jì)算可得。 ——安全系數(shù)，其取值范圍為 活塞桿的臨界力有三種情況，具體情況如下： （1）大柔度桿 當(dāng)時(shí)，臨界力為 公式(4.38) 式中 ——柔度系數(shù)，活塞桿的計(jì)算柔度 i——活塞桿橫截面的慣性半徑（m）, J——活塞桿截面對(duì)中性軸的慣性矩（）， E——彈性橫量，E=210GPa ——長(zhǎng)度折算系數(shù)， ——特定的柔度值，，為比例極限。 （2

45、）中柔度桿 當(dāng)時(shí)，臨界力為 公式（4.39） 式中 F——活塞桿橫截面積（） a、b——與材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)， ——特定的柔度值，，為屈服極限 （3）短壓桿 短壓桿的時(shí)候，由于，此時(shí)活塞桿L<15d,因此不進(jìn)行壓桿穩(wěn)定的校核。 4.5手臂旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì) 由機(jī)械手手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)確定機(jī)械手手臂的回轉(zhuǎn)液壓缸，回轉(zhuǎn)液壓缸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受力情況如圖4.1所示。 圖4.1 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受力圖 機(jī)械手手臂的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算如下： 公式（4.40） （1）密封裝置處的摩擦力矩

46、公式（4.41） 估計(jì)取 ,；取回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 ,輸出軸與動(dòng)片聯(lián)接處的直徑為, 公式(4.42) 公式 (4.43) 公式(4.44) (2)手臂啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩 公式 (4.45) 式中——?jiǎng)悠撬俣鹊淖兓?，啟?dòng)時(shí)，。 ——啟動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間（s）,取 公式（4.46） 式中 ——回轉(zhuǎn)零件相對(duì)于重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 公式（4.47） 將手臂回轉(zhuǎn)零件質(zhì)量，回轉(zhuǎn)時(shí)手臂長(zhǎng)度代入公式（4.45）、（4.

47、46）、（4.47）中計(jì)算得 公式(4.48) 公式(4.49) 公式(4.50) （3）回轉(zhuǎn)液壓缸回油腔的背壓反力矩 公式（4.51） 取, 公式 (4.52) 公式(4.53) ①驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 公式（4.54） 圖4.2 回轉(zhuǎn)液壓缸計(jì)算圖 ②回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D的計(jì)算 根據(jù) 公式（4.5

48、5） 公式（4.56） 公式（4.57）式中D——回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑（m） M驅(qū)——作用在動(dòng)片的外載荷力矩 b——?jiǎng)悠瑢挾龋╩） p——回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（Pa） d——輸出軸和動(dòng)片聯(lián)接處的距離（m），初步設(shè)計(jì)時(shí)按D=2d計(jì)算 b——?jiǎng)悠膶挾? 公式（4.58）選擇動(dòng)片寬度b（即液壓缸寬度）時(shí),考慮到動(dòng)片的懸伸長(zhǎng)度和動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷的影響，可采用如下約束 公式（4.59） 由公式（4.59）的約束關(guān)系結(jié)合公式（4.58）的計(jì)算，最終得

49、出下列結(jié)果 4.6 手臂升降設(shè)計(jì) 4.6.1臂部做升降運(yùn)動(dòng)時(shí)油缸的相關(guān)計(jì)算 機(jī)械手臂部做升降運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 公式 （4.60）式中 ——摩擦阻力（N），，??； ——臂部運(yùn)動(dòng)的零部件和被抓取工件的總重力，單位（N）。 （注：必須加上不自鎖的條件） 計(jì)算結(jié)果為驅(qū)動(dòng)力為45000牛，即 。 4.6.2油缸內(nèi)徑的計(jì)算 手臂升降液壓缸內(nèi)徑如圖所示 圖4.3 油缸內(nèi)徑圖 ①油進(jìn)入無(wú)桿腔的情況如下： 公式（4.61） ②油進(jìn)入有桿腔的情況如下： 公式（4.62） 油

50、缸的有效面積： 公式（4.63） 由公式（4.61）、（4.62）、（4.63） 得 公式（4.64） 公式（4.65） 式中 P——活塞受到的驅(qū)動(dòng)力（N）； P1——油缸的工作壓力（）； D——油缸的內(nèi)徑（mm）； d——活塞桿的直徑（mm）； ——油缸的機(jī)械效率。 表4-4 壓力選擇參考表 查表4-4知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力為4~5萬(wàn)牛時(shí)，油缸工作壓力應(yīng)選取為

51、4MPa。再由公式計(jì)算得： 公式（4.66） 表4-5 液壓缸缸內(nèi)徑表（GB/T2348-93） 注：括號(hào)內(nèi)的尺寸為理論尺寸，能不用盡可能不選用。 由公式（4-66）計(jì)算結(jié)果選取的油缸內(nèi)徑，查表4-5可選出油缸內(nèi)徑為125mm 。 4.6.3油缸壁厚的計(jì)算 油缸壁厚的具體計(jì)算如下： 中等壁厚（） 公式 （4.67） 式中 D——油缸內(nèi)徑（mm）； ——計(jì)算壓力，P計(jì)的取值范圍為； ——油缸材料的許用應(yīng)力（）； ——強(qiáng)度系數(shù)； C——油缸的附加厚度； 由公式（4.67）代入數(shù)值計(jì)算得出油缸外徑為

52、 公式（4.68） 查表4-6油缸外徑表，可知C可取17，因此壁厚mm 。 表4-6 油缸外徑表 注：缸體為無(wú)縫鋼管 4.6.4活塞桿的計(jì)算 活塞桿的尺寸設(shè)計(jì)是必須要符合活塞運(yùn)動(dòng)的要求及強(qiáng)度的要求。當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度超過(guò)直徑的15倍時(shí)，必須要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性校核。具體計(jì)算如下： 因?yàn)榛钊麠U是直桿，所以應(yīng)按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： 公式(4.69) 公式(4.70) 式中 P——活塞桿所受的總載荷（N）； ——活塞桿材料的許用應(yīng)力（） 。 公式(4.71) 通過(guò)查活塞桿直徑系列表表4-7，選用了直徑為d=2

53、5mm的活塞桿。 表4-7 活塞桿直徑系列表 由活塞桿長(zhǎng)度L=300.0mm，知，，此時(shí)不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核，因?yàn)樵摶钊麠U滿足設(shè)計(jì)要求。 4.7小結(jié) 本章首先完成了氣動(dòng)元件和液壓閥的選取，然后完成了液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力和液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)，最后完成了活塞桿的設(shè)計(jì)、校核以及手臂回轉(zhuǎn)、升降液壓缸的設(shè)計(jì)和油缸壁厚的確定。  第5章 四自由度機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1機(jī)械手液壓缸的受力情況 5.1.1 大臂升降缸的受力情況 大臂升降缸無(wú)論是否工作都會(huì)受到力的作用，具體情況分析如下[10]： ①機(jī)械手下降時(shí)，升降缸除了受活塞桿自身的重力，還受機(jī)械手組件啟動(dòng)慣性力和機(jī)械手組件

54、的重力。 ②機(jī)械手上升過(guò)程中，升降缸除了受到各組件的重力外，還要克服運(yùn)動(dòng)部件重載運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力。 ③機(jī)械手動(dòng)作完成時(shí)，升降缸停止動(dòng)作，升降缸依然受到各組件的重力的影響。 5.1.2 手爪夾緊缸的受力情況 手爪夾緊缸的受力情況主要有三種，具體分析如下[10]： ①當(dāng)手爪夾緊工件夾緊缸豎直向下時(shí)，由于重載運(yùn)動(dòng)，夾緊缸不僅受到下降的啟動(dòng)慣性力和夾緊缸活塞桿自身的重力，還受到手部組件的重力。 ②夾緊缸放松工件時(shí)，夾緊缸和手部組件的位置是水平的，夾緊缸的外載荷受到連動(dòng)部件的啟動(dòng)慣性力和手部滑槽桿摩擦力的影響。 ③機(jī)械手手部上下翻轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)夾緊缸動(dòng)作保持不變，所受外載荷是擺動(dòng)產(chǎn)生的離心力。

55、 5.1.3 手臂伸縮缸的受力情況 手臂伸縮缸主要?jiǎng)幼饔袃煞N，分別是手臂延伸動(dòng)作和手臂收縮動(dòng)作。手臂的動(dòng)作狀態(tài)只受啟動(dòng)慣性力地影響。手臂伸縮缸除了動(dòng)作狀態(tài)之外，均為動(dòng)作保持階段，此時(shí)手臂伸縮缸不受外部載荷。 5.2液壓元件的選擇 對(duì)機(jī)械手動(dòng)作進(jìn)行分析，考慮到立柱工作次數(shù)較多、能量的損耗、系統(tǒng)的溫度等因素帶來(lái)的影響，本文選用了電機(jī)型號(hào)為J02-51-4，功率7.50KW，電壓380v的液壓泵；選用了雙聯(lián)齒輪泵，其中一個(gè)是額定流量為18.0L/min；額定工作壓力為2.5.0MPa的高壓小流量泵，一個(gè)是額定流量為125.0L/min，額定工作壓力為2.50MPa的低壓大流量泵。 5

56、.3液壓系統(tǒng)原理圖 機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理原理如圖5.1所示 圖5.1 機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖 1—油箱；2—過(guò)濾器；3—高壓小流量泵；4—低壓大流量泵；5—單向閥；6—二位二通電磁閥；7—溢流閥；8—三位四通電磁閥；9—二位五通電磁閥；10—調(diào)速閥；11—單向順序閥。 機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理如下： 油箱1里的液壓油經(jīng)過(guò)過(guò)濾器2分為兩路：①經(jīng)過(guò)高壓小流量泵3流經(jīng)單向閥5，流經(jīng)三位四通電磁閥8、二位五通電磁閥9，依據(jù)系統(tǒng)油壓的大小，電磁閥8、9依次打開，機(jī)械手完成相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)壓力超載時(shí)，溢流閥7將會(huì)打開，對(duì)整個(gè)回路進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。②經(jīng)過(guò)低壓大流量泵4流經(jīng)單向閥，流經(jīng)二位五通電磁閥9，

57、依據(jù)系統(tǒng)油壓的大小，電磁閥9打開，機(jī)械手完成抓取動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)壓力過(guò)載時(shí)，卸壓回路對(duì)回路進(jìn)行卸荷，維持回路壓力穩(wěn)定。 5.4小結(jié) 本章完成了大臂升降液壓缸、夾緊液壓缸、手臂伸縮液壓缸的受力情況的確定，選取了合適的液壓缸，構(gòu)建了液壓原理圖。 第6章結(jié)論 本論文通過(guò)查閱分析四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)比國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的發(fā)展情況，了解機(jī)械手的不同設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)對(duì)比了各個(gè)設(shè)計(jì)方案。從目前國(guó)內(nèi)外對(duì)機(jī)械手研制的投入可以看出，機(jī)械手是未來(lái)的工業(yè)發(fā)展必不可少的東西。 總結(jié)本論文，本論文的主要研究?jī)?nèi)容有： （1）查閱機(jī)械手相關(guān)資料，對(duì)國(guó)內(nèi)外目前對(duì)四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行

58、詳細(xì)闡述。 (2)本文設(shè)計(jì)了機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，使用UG對(duì)四自由度搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行了三維建模，驗(yàn)證了機(jī)械手設(shè)計(jì)方案合理性。 致謝 時(shí)光如白駒過(guò)隙，四年時(shí)間轉(zhuǎn)眼就過(guò)去了，大學(xué)生活也要結(jié)束了，與此同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)也漸入尾聲了。 在這段日子里，我為能夠按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，去查閱機(jī)械手相關(guān)方面的書籍；為了解決一些專業(yè)性較強(qiáng)的問題，去咨詢我的指導(dǎo)老師。整個(gè)過(guò)程都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。在開題報(bào)告、論文框架的確定方面，老師都給出了詳細(xì)的指導(dǎo)；在論文的細(xì)節(jié)修改方面，老師也給出了正確的建議。老師的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的教學(xué)風(fēng)格、不懈于心的敬業(yè)精神、精益求精的工作作風(fēng)和勇于創(chuàng)新的精神給我留下了深刻的

59、印象。她豐富的知識(shí)、開闊的視野和開放的思維教會(huì)了我看待問題要從多個(gè)方面去考慮，在老師的精心指導(dǎo)下，我的論文才完成的這么順利。此外，還要感謝所有給我授業(yè)的老師，沒有你們的諄諄教誨和專業(yè)知識(shí)的傳授，我的論文未必能如此順利完成。 在這四年時(shí)光里，感謝那些曾給予我?guī)椭耐瑢W(xué)和老師，感謝的父母，最后感謝西安文理學(xué)院給我提供學(xué)習(xí)的平臺(tái)。作為一個(gè)文理學(xué)子，我應(yīng)該把文理的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)下去。最后再次感謝我的指導(dǎo)老師吳老師！  參考文獻(xiàn) [1] 岳宗風(fēng)，陳家兌，徐玉梁.自動(dòng)送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代機(jī)械，2012(3):10-11. [2]李超.氣動(dòng)通用上下料機(jī)械

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62、IEEE SENSORS JOURNAL,2002,4(2):107-119. [14]P.J.Drazan and R. Kennett .An Opto-Pneumatic Manipulating Arm[J].Industrial Robot: An International Journal, 2005，2,(1):7-10.  附錄 Manipulator Robotdevelopedinrecentdecadesashigh-techautomatedproductionequipment.Industrialrobotisanimportantb

63、ranchofindustrialrobots.Itfeaturescanbeprogrammedtoperformtasksinavarietyofexpectations,inbothstructureandperformanceadvantagesoftheirownpeopleandmachines,inparticular,reflectsthepeoplesintelligenceandadaptability.Theaccuracyofrobotoperationsandavarietyofenvironmentstheabilitytocompletetheworkinthef

64、ieldofnationaleconomyandtherearebroadprospectsfordevelopment.Withthedevelopmentofindustrialautomation,therehasbeenCNCmachiningcenter,itisinreducinglaborintensity,whilegreatlyimprovedlaborproductivity.However,theupperandlowercommoninCNCmachiningprocessesmaterial,usuallystillusemanualortraditionalrela

65、y-controlledsemi-automaticdevice.Theformertime-consumingandlaborintensive,inefficient;thelatterduetodesigncomplexity,requiremorerelays,wiringcomplexity,vulnerabilitytobodyvibrationinterference,whiletheexistenceofpoorreliability,faultmoremaintenanceproblemsandotherissues.ProgrammableLogicControllerPLC-controlledrobotcontrolsystemformaterialsupanddownmovementissimple,circuitdesignisreasonable,withastronganti-jammingcapability,ensuringthesystemsreliability,reducedmaintenancerate,andimproveworkefficiency.Robottechnologyrelatedtomechanics,mechanics,electricalhydraulictechnology,a