編 號 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 材 料專 業(yè)學(xué)生姓名材 料 目 錄序號 附 件 名 稱 數(shù)量 備注年 月題 目,,題目：關(guān)節(jié)型機械手的機構(gòu)設(shè)計 姓名：班級： 學(xué)號：指導(dǎo)老師：,旅程,圓柱坐標(biāo)式機械手運動簡圖,主要的執(zhí)行機構(gòu),1.手爪部分 采用兩指式的回轉(zhuǎn)型的手爪，因其結(jié)構(gòu)簡單易懂。手爪的外形采用向內(nèi)抓取的方式，并截面為梯形的手指使棒料在機械手搬運過程中更加平穩(wěn)牢靠。在傳力機構(gòu)方面采用液壓動力及彈簧的伸縮來實現(xiàn)。通過控制油量漸而影響油壓來實現(xiàn)整個抓取動作的完成。 2.手腕 主要需要完成的就是手腕的回轉(zhuǎn)動作。手腕部分的回轉(zhuǎn)軸需設(shè)計成一端開槽式以便安裝彈簧。3.手臂部分 本文的手臂只有一個自由度。采用圓柱坐標(biāo)式。在伸縮過程中的傳力機構(gòu)也是液壓缸，并利用了如緩沖節(jié)流閥等機構(gòu)來實現(xiàn)對手臂運動的速度控制。 4.腰部 支撐起整個手臂的重量。這里我有點小偷懶就把腰部和手臂部焊接在一起了。腰部能夠?qū)崿F(xiàn)兩個自由度，腰部的回轉(zhuǎn)以及腰部的升降。腰部的回轉(zhuǎn)與腕部的回轉(zhuǎn)十分相似。,腰部的升降,液壓油從缸底蓋右下端的油管進入油腔中，給予一定的油壓使得活塞和活塞桿以一定的速度向上運動從而推動機械手的臂部、腕部和手部的整體上下運動?；爻踢^程時由右側(cè)缸蓋上方的油管充入一定量的液壓油使活塞和活塞桿整體下降。由圖可知，此機械手腰部的升降距離就由這個空腔的垂直高度決定。,腰部的回轉(zhuǎn),由圖可知，標(biāo)號為3處的液壓缸動片由鍵同回轉(zhuǎn)軸固定在一起。此時當(dāng)液壓油從5左油孔進油時就會產(chǎn)生一定的油壓，由于動片與回轉(zhuǎn)軸是固定的，所以油缸就產(chǎn)生了相對的轉(zhuǎn)動同時也帶動整個臂部旋轉(zhuǎn)。同樣的，當(dāng)油從6右油孔進入時油壓就會使缸體及臂部向相反的方向轉(zhuǎn)動,手臂的伸縮,工作時，液壓油從左側(cè)缸體下部的油孔進入，回轉(zhuǎn)軸通過螺紋與緩沖套連在一起，由于兩邊緩沖套、軸肩的軸向定位以及缸筒的周向約束，活塞和活塞桿就被連在一起。當(dāng)活塞桿左端受到油壓時，活塞桿與活塞就會一起向右邊伸展運動。（左側(cè)的回油路可以在回程過程中起到維持液壓油流速及油壓的作用。）回程時油從左側(cè)的油孔進入油腔。其中的緩沖節(jié)流閥可以在往返過程中控制油腔中的油量以維持活塞桿伸縮的速度。,手腕的回轉(zhuǎn),手腕部回轉(zhuǎn)液壓缸的原理與腰部的回轉(zhuǎn)相似。區(qū)別在于這里是缸體固定，動片和回轉(zhuǎn)軸在油壓的作用下完成回轉(zhuǎn)動作 。,手爪的抓取,手爪的抓取閉合：左側(cè)的油管進油產(chǎn)生油壓推動活塞漸而推動彈簧壓縮使得楔塊向右直線運動，類似凸輪機構(gòu)一樣讓兩手爪閉合抓取物料。在搬運過程中保持一定的油壓讓手爪處的彈簧處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)要卸料時就在油孔端減小油量使油壓降低讓彈簧都緩慢的恢復(fù)到初始位置完成下料動作,Thank you！,畢業(yè)吧,1摘 要本說明書所設(shè)計的關(guān)節(jié)型機械手應(yīng)用圓柱坐標(biāo)式整體機構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)夾取、安放、搬運棒形工件等功能。這個機械手主要由手爪、手腕、手臂、腰部和機座等部分組成，主要的活動功能體現(xiàn)在整個機械手的四個自由度以及手爪的閉合。其中四個自由度包括腰部的回轉(zhuǎn)，腰部的升降，手臂的伸縮，手腕部的回轉(zhuǎn)。這個機械手的整體規(guī)模一般，適用于小巧型工業(yè)零件的抓取和搬運，如電子加工業(yè)等。該機械手主要就是靠液壓缸的油壓變化來實現(xiàn) 4 個自由度和手爪的夾取。在油路的布置和規(guī)劃中應(yīng)用了液壓傳動的原理以及機械制造的原理，使得油路能夠更加的符合機械設(shè)計過程中的合理性和可靠性，安全性和經(jīng)濟性。充分利用好機構(gòu)的相互配合關(guān)系，合理布置零件間的空間結(jié)構(gòu)，使本設(shè)計更加的合理完善。關(guān)鍵字：關(guān)節(jié)型機械手 圓柱坐標(biāo) 液壓缸 四自由度2AbstractThis explanation is designed articulated robot application type cylindrical coordinates overall organization, to achieve gripping, put the rod work piece handling functions. The robot gripper mainly by the wrists, arms, waist and base and other components, the main event features embodied in the entire four degrees of freedom and the robot gripper closure. Four degrees of freedom, including rotation, waist lifting, telescopic arm, wrist rotation of the waist. The overall size of the robot is generally suitable for compact industrial parts crawl and handling, such as electronic processing industry. The robot is mainly by hydraulic cylinders to achieve change gripping four degrees of freedom and a gripper. In the oil circuit layout and planning of the application of the principles and the principles of hydraulic transmission machinery manufacturing, making the oil to be more in line with the mechanical design process rationality and reliability, safety and economy. Take full advantage of a good relationship with each other agencies, rational arrangement of space between the structural components, making the design more reasonable and perfect.Keywords: articulated manipulator cylindrical coordinates cylinder four degrees of freedom3目 錄摘 要 .2目 錄 .41.1 研究目的 .51.2 研究意義 .52 機械手的總體設(shè)計 .72.1 關(guān)節(jié)型機械手的組成 .72.1.1 執(zhí)行機構(gòu) .102.1.2 驅(qū)動機構(gòu) .112.2 圓柱坐標(biāo)式機械手運動簡圖 .113 關(guān)節(jié)型機械手機械系統(tǒng)設(shè)計 .123.1 手部 .123.1.1 夾緊力的計算 .123.1.2 夾緊缸驅(qū)動力計算 133.2 腕部 .143.2.1 腕部設(shè)計的基本要求 .143.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算 .143.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計計算 .163.3 臂部 .173.3.1 手臂伸縮液壓缸 .173.3.2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 24結(jié) 論 .27參考文獻 .28致 謝 .29+41 緒論機械手這幾十年在中國已經(jīng)發(fā)展起來成為一種高新技術(shù)自動化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點是可通過編程來控制各種預(yù)期的工作任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的靈活性和適應(yīng)性。機械手工作的準(zhǔn)確性和耐各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在社會化大生產(chǎn)中的各個領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前途。1.1 研究目的本次畢業(yè)設(shè)計是關(guān)節(jié)型機械手的機構(gòu)設(shè)計，在社會生產(chǎn)中關(guān)節(jié)型機械手的使用已經(jīng)十分廣泛，被大量的應(yīng)用于重工業(yè)、輕工業(yè)等領(lǐng)域。實際上這個課題的設(shè)計在國內(nèi)外都已有了相當(dāng)先進的科學(xué)研究成果。國外對機械手的研究早已在上個世紀(jì)九十年代就達到了機電一體化的程度，他們現(xiàn)在更多地是在研究如何用人們的思維或人體的簡單動作去完成去機械手的控制與操作。國內(nèi)這幾年在這些領(lǐng)域也有了快速的發(fā)展，在各大院校的研究室以及各個科研機構(gòu)的研究室都積極地開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。所以，我此次的設(shè)計是在參考閱讀了大量相關(guān)已有的技術(shù)資料，并在符合指導(dǎo)老師肖老師所提出的各類要求下對大學(xué)四年所學(xué)知識的一次應(yīng)用和升華。此次的設(shè)計過程需應(yīng)用到大學(xué)學(xué)到的許多門相關(guān)課程如機械設(shè)計、機械原理、液壓與氣壓傳動等等。同時也要求我熟悉的使用操作 CAD、Pro-E 軟件以及機械制圖中的相關(guān)知識。這一切也算是對我大學(xué)畫上的最好的一個句號！1.2 研究意義關(guān)節(jié)型機械手在當(dāng)今工業(yè)快速發(fā)展的中國有著舉足輕重的地位。在許多工業(yè)制造機械制造領(lǐng)域工業(yè)機械手具有許多人類無法比擬的優(yōu)點，大大提高了社會生產(chǎn)力滿足了社會化大生產(chǎn)的需要，其主要優(yōu)點如下：1 可以在危險和有害操作代替人。只要根據(jù)工作環(huán)境的合理設(shè)計，選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)，機器人可以在一個不正常的高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，輻射效應(yīng)，以及沖壓，火災(zāi)等危險環(huán)境做的工作。許多類型的事故，如沖壓，鑄造，熱處理，鍛造，繪畫和電弧焊接等作業(yè)的強紫外線照射，并應(yīng)促進工業(yè)機器人或機器人。2 能長時間工作，不怕疲勞，人們可以從繁重單調(diào)的勞動被釋放，并拓展和延5伸人類的能力。經(jīng)過幾個小時的連續(xù)工作的人總是感到疲倦或疲勞，只要注意機器人的維護，檢修，合格的努力長期單調(diào)重復(fù)。3 動作準(zhǔn)確，這樣你就可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時避免人為錯誤。4 機械臂尤其是常見的工業(yè)機器人的通用性，柔韌性好，能更好地適應(yīng)不斷變化的產(chǎn)品品種，滿足柔性生產(chǎn)的需要?？梢燥@著提高生產(chǎn)力并降低成本。62 機械手的總體設(shè)計2.1 關(guān)節(jié)型機械手的組成工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)組成的。執(zhí)行機構(gòu)的自由度實現(xiàn)形式主要如下：1）腰部的升降如圖所示腰部升降液壓缸的工作原理如下：液壓油從缸底蓋右下端的油管進入油腔中，給予一定的油壓使得活塞和活塞桿以一定的速度向上運動從而推動機械手的臂部、腕部和手部的整體上下運動。回程過程時由右側(cè)缸蓋上方的油管充入一定量的液壓油使活塞和活塞桿整體下降。由圖可知，此機械手腰部的升降距離就由這個空腔的垂直高度決定。72）腰部的回轉(zhuǎn)如圖所示腰部回轉(zhuǎn)液壓缸的工作原理如下：此圖中表示的腰部的回轉(zhuǎn)運動是由回轉(zhuǎn)液壓缸來實現(xiàn)的。由圖可知，標(biāo)號為3處的液壓缸動片由鍵同回轉(zhuǎn)軸固定在一起。此時當(dāng)液壓油從5左油孔進油時就會產(chǎn)生一定的油壓，由于動片與回轉(zhuǎn)軸是固定的，所以油缸就產(chǎn)生了相對的轉(zhuǎn)動同時也帶動整個臂部旋轉(zhuǎn)。同樣的，當(dāng)油從6右油孔進入時油壓就會使缸體及臂部向相反的方向轉(zhuǎn)動。3）手臂的伸縮如圖所示：8工作時，液壓油從左側(cè)缸體下部的油孔進入，回轉(zhuǎn)軸通過螺紋與緩沖套連在一起，由于兩邊緩沖套、軸肩的軸向定位以及缸筒的周向約束，活塞和活塞桿就被連在一起。當(dāng)活塞桿左端受到油壓時，活塞桿與活塞就會一起向右邊伸展運動。（左側(cè)的回油路可以在回程過程中起到維持液壓油流速及油壓的作用。）回程時油從左側(cè)的油孔進入油腔。其中的緩沖節(jié)流閥可以在往返過程中控制油腔中的油量以維持活塞桿伸縮的速度。4）手腕的回轉(zhuǎn)如圖所示9手腕部回轉(zhuǎn)液壓缸的原理與腰部的回轉(zhuǎn)相似。區(qū)別在于這里是缸體固定，動片和回轉(zhuǎn)軸在油壓的作用下完成回轉(zhuǎn)動作。油路的分布也有所不同。5）手爪的抓取如圖所示手爪的抓取閉合左側(cè)的油管進油產(chǎn)生油壓推動活塞漸而推動彈簧壓縮使得楔塊向右直線運動，類似凸輪機構(gòu)一樣讓兩手爪閉合抓取物料。在搬運過程中保持一定的油壓讓手爪處的彈簧處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)要卸料時就在油孔端減小油量使油壓降低讓彈簧都緩慢的恢復(fù)到初始位置完成下料動作。2.1.1 執(zhí)行機構(gòu)1.手爪部分 也就是機械手直接與件料接觸的部分，采用兩指式的回轉(zhuǎn)型的手爪，因其結(jié)構(gòu)簡單易懂。手爪的外形采用向內(nèi)抓取的方式，并截面為梯形的手指使棒料在機械手搬運過程中更加平穩(wěn)牢靠。在傳力機構(gòu)方面采用液壓動力及彈簧的伸縮來實現(xiàn)。通過控制油量漸而影響油壓來實現(xiàn)整個抓取動作的完成2.手腕部分 是連接手爪部分和手臂的部件，主要需要完成的就是手腕的回轉(zhuǎn)動作。手腕部分主要由回轉(zhuǎn)液壓缸組成。在設(shè)計過程中還把手爪部分所需要的液10壓傳力機構(gòu)的油路設(shè)計在回轉(zhuǎn)軸內(nèi)并設(shè)計合理的回程。設(shè)計時需要在油缸上開設(shè)有兩個油孔來實現(xiàn)液壓回轉(zhuǎn)功能3.手臂部分 手臂是用來支持手腕及手爪各種運動以及具有伸縮功能的部分。本文的手臂只有一個部分和一個自由度。采用圓柱坐標(biāo)式。在伸縮過程中的傳力機構(gòu)也是液壓缸，并利用了如緩沖節(jié)流閥等機構(gòu)來實現(xiàn)對手臂運動的速度控制。4.腰部 腰部是連接手臂和底座的部分，需要支撐起整個手臂的重量。這里我有點小偷懶就把腰部和手臂部焊接在一起了。腰部能夠?qū)崿F(xiàn)兩個自由度，腰部的回轉(zhuǎn)以及腰部的升降。腰部的回轉(zhuǎn)與腕部的回轉(zhuǎn)十分相似。2.1.2 驅(qū)動機構(gòu)該機械手的驅(qū)動機構(gòu)主要采用液壓缸驅(qū)動模式。采用液壓缸的方式來驅(qū)動的驅(qū)動力范圍跨度大，成本也較低。主要就是有升降液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸等。在合理安排液壓油路的同時也增設(shè)了緩沖節(jié)流閥等來控制液壓油速2.2 圓柱坐標(biāo)式機械手運動簡圖本設(shè)計的機械手設(shè)計成如下簡圖形式：圖 2.2 圓柱坐標(biāo)式機械手113 關(guān)節(jié)型機械手機械系統(tǒng)設(shè)計3.1 手部手爪部分是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機械手的手部結(jié)構(gòu)多種多樣，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而定的。歸結(jié)起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持和吸附兩大類。 3.1.1 夾緊力的計算手指加在工件上的夾緊力，是計算手部的主要依據(jù)。必須對其大小、方向和作用力進行分析、計算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩） ，以及工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按下式計算：式中 K ——安全系數(shù)，通常取 1.2~2.0;1K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。 可近似按下式估算K2=1+ ga其中 a—運載工件時重力方向的最大上升速度； g—重力加速度，g ≈ 9.8m/s ;2a= 響tvmax——運載工件時重力方向的最大上升速度； t ——系統(tǒng)達到最高速度的maxv 響時間；根據(jù)設(shè)計參數(shù)選取。一般取 0.03~0.5s。 K ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工3件形狀以及手指與工件位置不同進行選定。G—被抓工件所受重力（N） 。3.1.2 夾緊缸驅(qū)動力計算12如圖是液壓夾緊裝置。手爪殼和缸殼連成一體，當(dāng)壓力油從液壓缸右邊油管進油時，活塞桿向左移動，推動手爪閉合；當(dāng)壓力油從液壓缸左邊進油時，拉動手爪張開。缸的拉力（或推力） （N）為： pF）（拉 2dD4???推式中 D—活塞直徑（ ）;m——活塞桿直徑（ ）;d——驅(qū)動壓力（ ） 。paP圖 3.1 液壓缸驅(qū)動裝置3.2 腕部手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是連接手爪部分以及手臂部分，關(guān)鍵是他應(yīng)具有大約 260 度的回轉(zhuǎn)能力。手腕部件具有一個的自由度。一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)運動或再增加一個上下擺動即可滿足工作要求并且要求嚴(yán)格密封，否則就很難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此，在要求較大或轉(zhuǎn)角的情況下，應(yīng)用齒輪傳動來實現(xiàn)。3.2.1 腕部設(shè)計的基本要求1、力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于臂部的最前端，它連同手部的精、動載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕13部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。2、綜合考慮，合理布局腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，有承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運動的要求以及具有足夠的強度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局。如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，腕部各個自由度的位置檢測，管線布置，以及潤滑、維修、調(diào)整等問題。3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算腕部回轉(zhuǎn)時，需要克服以下幾種阻力。1、腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 一般為了簡化計算，取 =0.1 阻力矩2、克服由于工件重心偏置所需的力矩=式中 e——工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m）。3、克服啟動慣性所需的力矩啟動過程近似等加速運動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度 ω 及啟動所用時間 ，按下式計算或者根據(jù)腕部角速度 ω 及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度φ啟按下式：式中 J工件 ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（N m ）；J ——手腕回轉(zhuǎn)部分對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（N m ）；14ω ——手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度（1/s）；t啟 ——啟動過程中所需時間（s），一般取 0.05-0.3s；——啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）。手腕回轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動力矩相當(dāng)于上述三項之和。3.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計計算回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力距，為了使該機械手具有更好的通用性，以及與相應(yīng)的機構(gòu)尺寸相吻合，設(shè)回轉(zhuǎn)的基本尺寸如下：回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 D=40mm輸出軸與動片連接處的直徑 d=10mm動片寬度 b=45mm回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 p=3M∴ 因為 ，所以是符合要求的。3.3 臂部手臂部件是機械手的主要支持手腕運動的部分。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具） ，并帶動它們作空間運動。 臂部運動的目的：利用自身的伸縮自由度來搬運物料并支撐物料的拿起與放下。臂部的自由度主要由伸縮液壓缸來實現(xiàn)。從臂部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動又較多，故受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機械手的工作性能。15機械手的總體設(shè)計可知該臂部分兩部分：回轉(zhuǎn)缸、伸縮缸回轉(zhuǎn)缸實現(xiàn)的是手臂旋轉(zhuǎn)，伸縮缸實現(xiàn)的是手臂升降，俯仰缸實現(xiàn)的是手臂的俯仰。3.3.1 手臂伸縮液壓缸3.3.1.1作水平伸縮直線運動液壓缸的驅(qū)動力式中 ——摩擦阻力。手臂運動時，為運動件表面的摩擦阻力。若是導(dǎo)向裝置，則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力?！芊庋b置處的摩擦阻力。——液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力?！獑踊蛑苿訒r，活塞桿所受平均慣性力。1） 的計算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進行估算。圖 3.5 水平移動液壓缸受力圖圖 3.5 為雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向，其導(dǎo)向桿截面形狀為圓柱面，導(dǎo)向桿對稱配置在伸縮缸的兩側(cè)，啟動時，導(dǎo)向裝置的摩擦阻力較大，計算如下：由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。16得 =0得 =∴式中 ——參與運動的零部件所受的總重力（含工作重力） （N） ；L——手臂參與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支承前端的距離（m）;a——導(dǎo)向支承的長度（m） ；——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支承的截面形狀有關(guān)。對于圓柱面：=（1.27~1.57）——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時；鋼對青銅：取 =0.1~0.5鋼對鑄鐵：取 =0.18~0.3取 =0.2，設(shè)手爪、手爪驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸所受重力為 G=400N，手臂伸17縮液壓缸所受重力為 G=150N，則 =400+150+300=850N，L=50mm，a=100mm，則=0.2×1.3×850( =442N2） 的計算 不斷密封圈其摩擦阻力不同，此處選用“Y”形密封圈。= pπdl式中 ——摩擦系數(shù)， =0.06~0.08P——密封處的工作壓力（ ） ；d——密封處的直徑（m）l——沿軸向的密封長度，相當(dāng)于唇部的寬度（m） 。根據(jù)活塞桿的直徑選“Y”形密封圈型號為 B16407ACM，內(nèi)徑為 16mm，唇部寬度為 7mm，設(shè)密封處工作壓力為 2.5 ，則= pπdl=0.07×2.5× π×0.016×0.007=61.58N3） 的計算 一般背壓阻力較小，可按 =0.05p,此處忽略不計。4） 的計算0.7式中 ——參與運動的零部件所受的總重力（包括工件重量） （N） ；g——重力加速度，取 9.8m/ ;——由靜止加速到常速的變化量（m/s） ；——啟動過程時間（s） ，一般取 0.01~0.5s。18已知 =0.07m/s，取 =0.5s∴ = =12.14N手臂作水平直線運動液壓缸的驅(qū)動力為=12.14+442+61.58+0=515.72N3.3.1.2 手臂作升降運動的液壓缸驅(qū)動力±G式中 ——摩擦阻力，如下圖所示。 =2 f，取 f=0.16G——零部件及工件所受總重力。其他阻力的計算與上相同，省略。注意，須按 h0.32ρ 計算不自鎖的條件。圖 3.6 手臂各部件重心位置圖3.3.1.3 伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸3.3.1.3.1 液壓缸內(nèi)徑的計算19圖 3.7 雙作用液壓缸示意圖如圖 3.7 所示，當(dāng)油進入無桿腔當(dāng)油進入有桿腔液壓缸的有效面積：固有（無桿腔）（有桿腔）式中 F——驅(qū)動力（N） ；——液壓缸的工作壓力（ ） ；d——活塞桿直徑（m） ；D——液壓缸內(nèi)徑（m） ；——液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取 =0.95。由總體設(shè)計知，手臂在收縮是液壓油進入的有桿腔，取 =0.95，則由于前面的手部和腕部的液壓缸內(nèi)徑都選的是 40mm，為了使該機械手具有更20好的通用性，這里也取 D=40mm。3.3.1.3.2 液壓缸壁厚計算初選壁厚 δ=5mm，則：因為 16 3.2 時屬于中等壁厚，所以該壁厚屬于中等壁厚，計算公式為：式中 ——液壓缸內(nèi)工作壓力（ ） ；——強度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時 =1） ；C——讓管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值；D——液壓缸內(nèi)徑（m） 。該鋼臂為無縫鋼管，則=0.001mm所以選取的壁厚滿足條件。取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑為 50mm，則壁厚為 5mm。3.3.1.3.3 塞桿的計算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求。對于桿長 l大于直徑 d 的 15 倍（即 l15d）的活塞桿還必須具有足夠的穩(wěn)定性。①按強度條件決定活塞桿直徑 d0.002m所以 d=16mm 是滿足要求的。②活塞桿的穩(wěn)定性校核 當(dāng)活塞桿 l15d 時，一般應(yīng)進行穩(wěn)定性校核。因為此處活塞桿長度為 200mm，直徑為 16mm，200/1615，所以這里不用進行活塞桿的穩(wěn)定性校核。3.3.2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸213.3.2.1 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計此工作原理采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。標(biāo)號為3處的液壓缸動片由鍵同回轉(zhuǎn)軸固定在一起。此時當(dāng)液壓油從5左油孔進油時就會產(chǎn)生一定的油壓，由于動片與回轉(zhuǎn)軸是固定的，所以油缸就產(chǎn)生了相對的轉(zhuǎn)動同時也帶動整個臂部旋轉(zhuǎn)。同樣的，當(dāng)油從6右油孔進入時油壓就會使缸體及臂部向相反的方向轉(zhuǎn)動。手臂回轉(zhuǎn)時，需要克服以下幾種阻力：1、回轉(zhuǎn)處的摩擦阻力 ，一般為了簡化計算，取 =0.12、啟動慣性所需的力矩式中 ——手臂回轉(zhuǎn)部分對軸線的轉(zhuǎn)動慣量（Nm ）——工件對回轉(zhuǎn)軸線處的轉(zhuǎn)動慣量（Nm ）——手臂回轉(zhuǎn)過程的角速度（1/s）——啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）22結(jié) 論兩個多月的痛并快樂即將步入尾聲，我也快要離開這有著四年美好回憶的地方?；叵肫鹪O(shè)計的過程各色各位，以后一定會讓我回味無窮的。雖然時間的緊迫和就業(yè)的壓力始終徘徊在設(shè)計的過程中，但我還是堅持下來了，我相信堅持就是勝利。本次畢業(yè)設(shè)計課題內(nèi)容覆蓋面廣。涉及到機械等主干課程，通過認真學(xué)習(xí)專研查閱大量資料，我就要完成我的畢業(yè)設(shè)計了。這次的設(shè)計中，我也發(fā)現(xiàn)自己在基礎(chǔ)課和專業(yè)課上存在的缺陷，在萍姐的悉心指導(dǎo)和同組同學(xué)的幫助下，我也逐漸地彌補自己的缺陷，努力做到更好。通過此次畢業(yè)設(shè)計，我了解和掌握了機械手設(shè)計的基本要求、步驟、方法及應(yīng)考慮的有關(guān)問題，并鞏固和深化了大學(xué)四年中幾乎所有專業(yè)知識，為將來的工作打下基礎(chǔ)。在本次設(shè)計中，由肖麗萍老師指導(dǎo)。肖老師工作細致，近人愛笑，在設(shè)計中給予我了極大的幫助，指導(dǎo)我完成工作。萍姐我永遠不會忘記。當(dāng)然還要感謝我的室友劉強陳明以及余高峰同學(xué)，學(xué)霸宋科輝同學(xué)。大家一起加油畢業(yè)吧。23參考文獻[1]李允文.工業(yè)機械手設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.[2]左健民.液壓與氣壓傳動[M].第四版 北京：機械工業(yè)出版社,2007.[3]濮良貴.機械設(shè)計[M].第八版. 北京：高等教育出版社，2006.[4]唐增寶.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].湖北：華中理工大學(xué)出版社,1999.[5]付亞子.機械手控制系統(tǒng)[C].湖北：湖北工業(yè)大學(xué)，2006.[6]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué).高等教育出版社，2009.[7]密封技術(shù)網(wǎng)信息中心.常用橡膠密封件的類型和適用條件. 密封技術(shù)網(wǎng)，http://www.mfw365.com．2010-10-7.[8]鄭文緯.機械原理.第七版 北京：高等教育出版社，1997.[9]何銘新.機械制圖.第六版 北京：高等教育出版社，2010.24致 謝經(jīng)過兩個多月緊張的工作，我的畢業(yè)設(shè)計終于做完了。在這里，我首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師肖麗萍老師(萍姐)。這期間如果不是肖老師的督促和鼓勵，我想我是很難完成這次畢業(yè)設(shè)計的。在剛拿到“關(guān)節(jié)型機械手”這個畢業(yè)設(shè)計題目的時候，我感覺一片茫然，不知道從哪里做起，這時肖老師給了我很大的幫助，她指導(dǎo)我該借哪些參考資料以及怎么做。每次都是通過網(wǎng)絡(luò)將我做的進度傳給謝老師，從開題報告到畢業(yè)設(shè)計的初稿我都是這樣傳給肖老師，然后她再根據(jù)我做的提出修改意見，盡管這樣很麻煩，但肖老師每次都盡心做好，這點讓我相當(dāng)敬佩。機械手的設(shè)計要用到大學(xué)里所學(xué)的各種知識，所以我不光要感謝肖老師，還要感謝大學(xué)四年里我所有的任課老師，當(dāng)讓也要感謝我親愛的室友，那兩個月是我們一起艱苦奮戰(zhàn)的大學(xué)最美好的時光，還在制圖方面給予我很大幫助。是他們讓我鞏固了機械設(shè)計的各種基礎(chǔ)知識。最后，再次感謝謝老師、各位任課老師、劉強、余高峰、宋科輝同學(xué)和所有對我的畢業(yè)設(shè)計提供幫助的人，謝謝你們！ 編 號 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 材 料專 業(yè)學(xué)生姓名材 料 目 錄序號 附 件 名 稱 數(shù)量 備注年 月題 目,,題目：關(guān)節(jié)型機械手的機構(gòu)設(shè)計 姓名：班級： 學(xué)號：指導(dǎo)老師：,旅程,圓柱坐標(biāo)式機械手運動簡圖,主要的執(zhí)行機構(gòu),1.手爪部分 采用兩指式的回轉(zhuǎn)型的手爪，因其結(jié)構(gòu)簡單易懂。手爪的外形采用向內(nèi)抓取的方式，并截面為梯形的手指使棒料在機械手搬運過程中更加平穩(wěn)牢靠。在傳力機構(gòu)方面采用液壓動力及彈簧的伸縮來實現(xiàn)。通過控制油量漸而影響油壓來實現(xiàn)整個抓取動作的完成。 2.手腕 主要需要完成的就是手腕的回轉(zhuǎn)動作。手腕部分的回轉(zhuǎn)軸需設(shè)計成一端開槽式以便安裝彈簧。3.手臂部分 本文的手臂只有一個自由度。采用圓柱坐標(biāo)式。在伸縮過程中的傳力機構(gòu)也是液壓缸，并利用了如緩沖節(jié)流閥等機構(gòu)來實現(xiàn)對手臂運動的速度控制。 4.腰部 支撐起整個手臂的重量。這里我有點小偷懶就把腰部和手臂部焊接在一起了。腰部能夠?qū)崿F(xiàn)兩個自由度，腰部的回轉(zhuǎn)以及腰部的升降。腰部的回轉(zhuǎn)與腕部的回轉(zhuǎn)十分相似。,腰部的升降,液壓油從缸底蓋右下端的油管進入油腔中，給予一定的油壓使得活塞和活塞桿以一定的速度向上運動從而推動機械手的臂部、腕部和手部的整體上下運動?；爻踢^程時由右側(cè)缸蓋上方的油管充入一定量的液壓油使活塞和活塞桿整體下降。由圖可知，此機械手腰部的升降距離就由這個空腔的垂直高度決定。,腰部的回轉(zhuǎn),由圖可知，標(biāo)號為3處的液壓缸動片由鍵同回轉(zhuǎn)軸固定在一起。此時當(dāng)液壓油從5左油孔進油時就會產(chǎn)生一定的油壓，由于動片與回轉(zhuǎn)軸是固定的，所以油缸就產(chǎn)生了相對的轉(zhuǎn)動同時也帶動整個臂部旋轉(zhuǎn)。同樣的，當(dāng)油從6右油孔進入時油壓就會使缸體及臂部向相反的方向轉(zhuǎn)動,手臂的伸縮,工作時，液壓油從左側(cè)缸體下部的油孔進入，回轉(zhuǎn)軸通過螺紋與緩沖套連在一起，由于兩邊緩沖套、軸肩的軸向定位以及缸筒的周向約束，活塞和活塞桿就被連在一起。當(dāng)活塞桿左端受到油壓時，活塞桿與活塞就會一起向右邊伸展運動。（左側(cè)的回油路可以在回程過程中起到維持液壓油流速及油壓的作用。）回程時油從左側(cè)的油孔進入油腔。其中的緩沖節(jié)流閥可以在往返過程中控制油腔中的油量以維持活塞桿伸縮的速度。,手腕的回轉(zhuǎn),手腕部回轉(zhuǎn)液壓缸的原理與腰部的回轉(zhuǎn)相似。區(qū)別在于這里是缸體固定，動片和回轉(zhuǎn)軸在油壓的作用下完成回轉(zhuǎn)動作 。,手爪的抓取,手爪的抓取閉合：左側(cè)的油管進油產(chǎn)生油壓推動活塞漸而推動彈簧壓縮使得楔塊向右直線運動，類似凸輪機構(gòu)一樣讓兩手爪閉合抓取物料。在搬運過程中保持一定的油壓讓手爪處的彈簧處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)要卸料時就在油孔端減小油量使油壓降低讓彈簧都緩慢的恢復(fù)到初始位置完成下料動作,Thank you！,畢業(yè)吧,1摘 要本說明書所設(shè)計的關(guān)節(jié)型機械手應(yīng)用圓柱坐標(biāo)式整體機構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)夾取、安放、搬運棒形工件等功能。這個機械手主要由手爪、手腕、手臂、腰部和機座等部分組成，主要的活動功能體現(xiàn)在整個機械手的四個自由度以及手爪的閉合。其中四個自由度包括腰部的回轉(zhuǎn)，腰部的升降，手臂的伸縮，手腕部的回轉(zhuǎn)。這個機械手的整體規(guī)模一般，適用于小巧型工業(yè)零件的抓取和搬運，如電子加工業(yè)等。該機械手主要就是靠液壓缸的油壓變化來實現(xiàn) 4 個自由度和手爪的夾取。在油路的布置和規(guī)劃中應(yīng)用了液壓傳動的原理以及機械制造的原理，使得油路能夠更加的符合機械設(shè)計過程中的合理性和可靠性，安全性和經(jīng)濟性。充分利用好機構(gòu)的相互配合關(guān)系，合理布置零件間的空間結(jié)構(gòu)，使本設(shè)計更加的合理完善。關(guān)鍵字：關(guān)節(jié)型機械手 圓柱坐標(biāo) 液壓缸 四自由度2AbstractThis explanation is designed articulated robot application type cylindrical coordinates overall organization, to achieve gripping, put the rod work piece handling functions. The robot gripper mainly by the wrists, arms, waist and base and other components, the main event features embodied in the entire four degrees of freedom and the robot gripper closure. Four degrees of freedom, including rotation, waist lifting, telescopic arm, wrist rotation of the waist. The overall size of the robot is generally suitable for compact industrial parts crawl and handling, such as electronic processing industry. The robot is mainly by hydraulic cylinders to achieve change gripping four degrees of freedom and a gripper. In the oil circuit layout and planning of the application of the principles and the principles of hydraulic transmission machinery manufacturing, making the oil to be more in line with the mechanical design process rationality and reliability, safety and economy. Take full advantage of a good relationship with each other agencies, rational arrangement of space between the structural components, making the design more reasonable and perfect.Keywords: articulated manipulator cylindrical coordinates cylinder four degrees of freedom3目 錄摘 要 .2目 錄 .41.1 研究目的 .51.2 研究意義 .52 機械手的總體設(shè)計 .72.1 關(guān)節(jié)型機械手的組成 .72.1.1 執(zhí)行機構(gòu) .102.1.2 驅(qū)動機構(gòu) .112.2 圓柱坐標(biāo)式機械手運動簡圖 .113 關(guān)節(jié)型機械手機械系統(tǒng)設(shè)計 .123.1 手部 .123.1.1 夾緊力的計算 .123.1.2 夾緊缸驅(qū)動力計算 133.2 腕部 .143.2.1 腕部設(shè)計的基本要求 .143.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算 .143.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計計算 .163.3 臂部 .173.3.1 手臂伸縮液壓缸 .173.3.2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 24結(jié) 論 .27參考文獻 .28致 謝 .29+41 緒論機械手這幾十年在中國已經(jīng)發(fā)展起來成為一種高新技術(shù)自動化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點是可通過編程來控制各種預(yù)期的工作任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的靈活性和適應(yīng)性。機械手工作的準(zhǔn)確性和耐各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在社會化大生產(chǎn)中的各個領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前途。1.1 研究目的本次畢業(yè)設(shè)計是關(guān)節(jié)型機械手的機構(gòu)設(shè)計，在社會生產(chǎn)中關(guān)節(jié)型機械手的使用已經(jīng)十分廣泛，被大量的應(yīng)用于重工業(yè)、輕工業(yè)等領(lǐng)域。實際上這個課題的設(shè)計在國內(nèi)外都已有了相當(dāng)先進的科學(xué)研究成果。國外對機械手的研究早已在上個世紀(jì)九十年代就達到了機電一體化的程度，他們現(xiàn)在更多地是在研究如何用人們的思維或人體的簡單動作去完成去機械手的控制與操作。國內(nèi)這幾年在這些領(lǐng)域也有了快速的發(fā)展，在各大院校的研究室以及各個科研機構(gòu)的研究室都積極地開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。所以，我此次的設(shè)計是在參考閱讀了大量相關(guān)已有的技術(shù)資料，并在符合指導(dǎo)老師肖老師所提出的各類要求下對大學(xué)四年所學(xué)知識的一次應(yīng)用和升華。此次的設(shè)計過程需應(yīng)用到大學(xué)學(xué)到的許多門相關(guān)課程如機械設(shè)計、機械原理、液壓與氣壓傳動等等。同時也要求我熟悉的使用操作 CAD、Pro-E 軟件以及機械制圖中的相關(guān)知識。這一切也算是對我大學(xué)畫上的最好的一個句號！1.2 研究意義關(guān)節(jié)型機械手在當(dāng)今工業(yè)快速發(fā)展的中國有著舉足輕重的地位。在許多工業(yè)制造機械制造領(lǐng)域工業(yè)機械手具有許多人類無法比擬的優(yōu)點，大大提高了社會生產(chǎn)力滿足了社會化大生產(chǎn)的需要，其主要優(yōu)點如下：1 可以在危險和有害操作代替人。只要根據(jù)工作環(huán)境的合理設(shè)計，選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)，機器人可以在一個不正常的高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，輻射效應(yīng)，以及沖壓，火災(zāi)等危險環(huán)境做的工作。許多類型的事故，如沖壓，鑄造，熱處理，鍛造，繪畫和電弧焊接等作業(yè)的強紫外線照射，并應(yīng)促進工業(yè)機器人或機器人。2 能長時間工作，不怕疲勞，人們可以從繁重單調(diào)的勞動被釋放，并拓展和延5伸人類的能力。經(jīng)過幾個小時的連續(xù)工作的人總是感到疲倦或疲勞，只要注意機器人的維護，檢修，合格的努力長期單調(diào)重復(fù)。3 動作準(zhǔn)確，這樣你就可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時避免人為錯誤。4 機械臂尤其是常見的工業(yè)機器人的通用性，柔韌性好，能更好地適應(yīng)不斷變化的產(chǎn)品品種，滿足柔性生產(chǎn)的需要。可以顯著提高生產(chǎn)力并降低成本。62 機械手的總體設(shè)計2.1 關(guān)節(jié)型機械手的組成工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)組成的。執(zhí)行機構(gòu)的自由度實現(xiàn)形式主要如下：1）腰部的升降如圖所示腰部升降液壓缸的工作原理如下：液壓油從缸底蓋右下端的油管進入油腔中，給予一定的油壓使得活塞和活塞桿以一定的速度向上運動從而推動機械手的臂部、腕部和手部的整體上下運動。回程過程時由右側(cè)缸蓋上方的油管充入一定量的液壓油使活塞和活塞桿整體下降。由圖可知，此機械手腰部的升降距離就由這個空腔的垂直高度決定。72）腰部的回轉(zhuǎn)如圖所示腰部回轉(zhuǎn)液壓缸的工作原理如下：此圖中表示的腰部的回轉(zhuǎn)運動是由回轉(zhuǎn)液壓缸來實現(xiàn)的。由圖可知，標(biāo)號為3處的液壓缸動片由鍵同回轉(zhuǎn)軸固定在一起。此時當(dāng)液壓油從5左油孔進油時就會產(chǎn)生一定的油壓，由于動片與回轉(zhuǎn)軸是固定的，所以油缸就產(chǎn)生了相對的轉(zhuǎn)動同時也帶動整個臂部旋轉(zhuǎn)。同樣的，當(dāng)油從6右油孔進入時油壓就會使缸體及臂部向相反的方向轉(zhuǎn)動。3）手臂的伸縮如圖所示：8工作時，液壓油從左側(cè)缸體下部的油孔進入，回轉(zhuǎn)軸通過螺紋與緩沖套連在一起，由于兩邊緩沖套、軸肩的軸向定位以及缸筒的周向約束，活塞和活塞桿就被連在一起。當(dāng)活塞桿左端受到油壓時，活塞桿與活塞就會一起向右邊伸展運動。（左側(cè)的回油路可以在回程過程中起到維持液壓油流速及油壓的作用。）回程時油從左側(cè)的油孔進入油腔。其中的緩沖節(jié)流閥可以在往返過程中控制油腔中的油量以維持活塞桿伸縮的速度。4）手腕的回轉(zhuǎn)如圖所示9手腕部回轉(zhuǎn)液壓缸的原理與腰部的回轉(zhuǎn)相似。區(qū)別在于這里是缸體固定，動片和回轉(zhuǎn)軸在油壓的作用下完成回轉(zhuǎn)動作。油路的分布也有所不同。5）手爪的抓取如圖所示手爪的抓取閉合左側(cè)的油管進油產(chǎn)生油壓推動活塞漸而推動彈簧壓縮使得楔塊向右直線運動，類似凸輪機構(gòu)一樣讓兩手爪閉合抓取物料。在搬運過程中保持一定的油壓讓手爪處的彈簧處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)要卸料時就在油孔端減小油量使油壓降低讓彈簧都緩慢的恢復(fù)到初始位置完成下料動作。2.1.1 執(zhí)行機構(gòu)1.手爪部分 也就是機械手直接與件料接觸的部分，采用兩指式的回轉(zhuǎn)型的手爪，因其結(jié)構(gòu)簡單易懂。手爪的外形采用向內(nèi)抓取的方式，并截面為梯形的手指使棒料在機械手搬運過程中更加平穩(wěn)牢靠。在傳力機構(gòu)方面采用液壓動力及彈簧的伸縮來實現(xiàn)。通過控制油量漸而影響油壓來實現(xiàn)整個抓取動作的完成2.手腕部分 是連接手爪部分和手臂的部件，主要需要完成的就是手腕的回轉(zhuǎn)動作。手腕部分主要由回轉(zhuǎn)液壓缸組成。在設(shè)計過程中還把手爪部分所需要的液10壓傳力機構(gòu)的油路設(shè)計在回轉(zhuǎn)軸內(nèi)并設(shè)計合理的回程。設(shè)計時需要在油缸上開設(shè)有兩個油孔來實現(xiàn)液壓回轉(zhuǎn)功能3.手臂部分 手臂是用來支持手腕及手爪各種運動以及具有伸縮功能的部分。本文的手臂只有一個部分和一個自由度。采用圓柱坐標(biāo)式。在伸縮過程中的傳力機構(gòu)也是液壓缸，并利用了如緩沖節(jié)流閥等機構(gòu)來實現(xiàn)對手臂運動的速度控制。4.腰部 腰部是連接手臂和底座的部分，需要支撐起整個手臂的重量。這里我有點小偷懶就把腰部和手臂部焊接在一起了。腰部能夠?qū)崿F(xiàn)兩個自由度，腰部的回轉(zhuǎn)以及腰部的升降。腰部的回轉(zhuǎn)與腕部的回轉(zhuǎn)十分相似。2.1.2 驅(qū)動機構(gòu)該機械手的驅(qū)動機構(gòu)主要采用液壓缸驅(qū)動模式。采用液壓缸的方式來驅(qū)動的驅(qū)動力范圍跨度大，成本也較低。主要就是有升降液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸等。在合理安排液壓油路的同時也增設(shè)了緩沖節(jié)流閥等來控制液壓油速2.2 圓柱坐標(biāo)式機械手運動簡圖本設(shè)計的機械手設(shè)計成如下簡圖形式：圖 2.2 圓柱坐標(biāo)式機械手113 關(guān)節(jié)型機械手機械系統(tǒng)設(shè)計3.1 手部手爪部分是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機械手的手部結(jié)構(gòu)多種多樣，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而定的。歸結(jié)起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持和吸附兩大類。 3.1.1 夾緊力的計算手指加在工件上的夾緊力，是計算手部的主要依據(jù)。必須對其大小、方向和作用力進行分析、計算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩） ，以及工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按下式計算：式中 K ——安全系數(shù)，通常取 1.2~2.0;1K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。 可近似按下式估算K2=1+ ga其中 a—運載工件時重力方向的最大上升速度； g—重力加速度，g ≈ 9.8m/s ;2a= 響tvmax——運載工件時重力方向的最大上升速度； t ——系統(tǒng)達到最高速度的maxv 響時間；根據(jù)設(shè)計參數(shù)選取。一般取 0.03~0.5s。 K ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工3件形狀以及手指與工件位置不同進行選定。G—被抓工件所受重力（N） 。3.1.2 夾緊缸驅(qū)動力計算12如圖是液壓夾緊裝置。手爪殼和缸殼連成一體，當(dāng)壓力油從液壓缸右邊油管進油時，活塞桿向左移動，推動手爪閉合；當(dāng)壓力油從液壓缸左邊進油時，拉動手爪張開。缸的拉力（或推力） （N）為： pF）（拉 2dD4???推式中 D—活塞直徑（ ）;m——活塞桿直徑（ ）;d——驅(qū)動壓力（ ） 。paP圖 3.1 液壓缸驅(qū)動裝置3.2 腕部手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是連接手爪部分以及手臂部分，關(guān)鍵是他應(yīng)具有大約 260 度的回轉(zhuǎn)能力。手腕部件具有一個的自由度。一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)運動或再增加一個上下擺動即可滿足工作要求并且要求嚴(yán)格密封，否則就很難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此，在要求較大或轉(zhuǎn)角的情況下，應(yīng)用齒輪傳動來實現(xiàn)。3.2.1 腕部設(shè)計的基本要求1、力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于臂部的最前端，它連同手部的精、動載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕13部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。2、綜合考慮，合理布局腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，有承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運動的要求以及具有足夠的強度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局。如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，腕部各個自由度的位置檢測，管線布置，以及潤滑、維修、調(diào)整等問題。3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算腕部回轉(zhuǎn)時，需要克服以下幾種阻力。1、腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 一般為了簡化計算，取 =0.1 阻力矩2、克服由于工件重心偏置所需的力矩=式中 e——工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m）。3、克服啟動慣性所需的力矩啟動過程近似等加速運動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度 ω 及啟動所用時間 ，按下式計算或者根據(jù)腕部角速度 ω 及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度φ啟按下式：式中 J工件 ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（N m ）；J ——手腕回轉(zhuǎn)部分對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（N m ）；14ω ——手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度（1/s）；t啟 ——啟動過程中所需時間（s），一般取 0.05-0.3s；——啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）。手腕回轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動力矩相當(dāng)于上述三項之和。3.2.3 手腕回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計計算回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力距，為了使該機械手具有更好的通用性，以及與相應(yīng)的機構(gòu)尺寸相吻合，設(shè)回轉(zhuǎn)的基本尺寸如下：回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 D=40mm輸出軸與動片連接處的直徑 d=10mm動片寬度 b=45mm回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 p=3M∴ 因為 ，所以是符合要求的。3.3 臂部手臂部件是機械手的主要支持手腕運動的部分。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具） ，并帶動它們作空間運動。 臂部運動的目的：利用自身的伸縮自由度來搬運物料并支撐物料的拿起與放下。臂部的自由度主要由伸縮液壓缸來實現(xiàn)。從臂部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動又較多，故受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機械手的工作性能。15機械手的總體設(shè)計可知該臂部分兩部分：回轉(zhuǎn)缸、伸縮缸回轉(zhuǎn)缸實現(xiàn)的是手臂旋轉(zhuǎn)，伸縮缸實現(xiàn)的是手臂升降，俯仰缸實現(xiàn)的是手臂的俯仰。3.3.1 手臂伸縮液壓缸3.3.1.1作水平伸縮直線運動液壓缸的驅(qū)動力式中 ——摩擦阻力。手臂運動時，為運動件表面的摩擦阻力。若是導(dǎo)向裝置，則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力?！芊庋b置處的摩擦阻力。——液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力。——啟動或制動時，活塞桿所受平均慣性力。1） 的計算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進行估算。圖 3.5 水平移動液壓缸受力圖圖 3.5 為雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向，其導(dǎo)向桿截面形狀為圓柱面，導(dǎo)向桿對稱配置在伸縮缸的兩側(cè)，啟動時，導(dǎo)向裝置的摩擦阻力較大，計算如下：由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。16得 =0得 =∴式中 ——參與運動的零部件所受的總重力（含工作重力） （N） ；L——手臂參與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支承前端的距離（m）;a——導(dǎo)向支承的長度（m） ；——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支承的截面形狀有關(guān)。對于圓柱面：=（1.27~1.57）——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時；鋼對青銅：取 =0.1~0.5鋼對鑄鐵：取 =0.18~0.3取 =0.2，設(shè)手爪、手爪驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸所受重力為 G=400N，手臂伸17縮液壓缸所受重力為 G=150N，則 =400+150+300=850N，L=50mm，a=100mm，則=0.2×1.3×850( =442N2） 的計算 不斷密封圈其摩擦阻力不同，此處選用“Y”形密封圈。= pπdl式中 ——摩擦系數(shù)， =0.06~0.08P——密封處的工作壓力（ ） ；d——密封處的直徑（m）l——沿軸向的密封長度，相當(dāng)于唇部的寬度（m） 。根據(jù)活塞桿的直徑選“Y”形密封圈型號為 B16407ACM，內(nèi)徑為 16mm，唇部寬度為 7mm，設(shè)密封處工作壓力為 2.5 ，則= pπdl=0.07×2.5× π×0.016×0.007=61.58N3） 的計算 一般背壓阻力較小，可按 =0.05p,此處忽略不計。4） 的計算0.7式中 ——參與運動的零部件所受的總重力（包括工件重量） （N） ；g——重力加速度，取 9.8m/ ;——由靜止加速到常速的變化量（m/s） ；——啟動過程時間（s） ，一般取 0.01~0.5s。18已知 =0.07m/s，取 =0.5s∴ = =12.14N手臂作水平直線運動液壓缸的驅(qū)動力為=12.14+442+61.58+0=515.72N3.3.1.2 手臂作升降運動的液壓缸驅(qū)動力±G式中 ——摩擦阻力，如下圖所示。 =2 f，取 f=0.16G——零部件及工件所受總重力。其他阻力的計算與上相同，省略。注意，須按 h0.32ρ 計算不自鎖的條件。圖 3.6 手臂各部件重心位置圖3.3.1.3 伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸3.3.1.3.1 液壓缸內(nèi)徑的計算19圖 3.7 雙作用液壓缸示意圖如圖 3.7 所示，當(dāng)油進入無桿腔當(dāng)油進入有桿腔液壓缸的有效面積：固有（無桿腔）（有桿腔）式中 F——驅(qū)動力（N） ；——液壓缸的工作壓力（ ） ；d——活塞桿直徑（m） ；D——液壓缸內(nèi)徑（m） ；——液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取 =0.95。由總體設(shè)計知，手臂在收縮是液壓油進入的有桿腔，取 =0.95，則由于前面的手部和腕部的液壓缸內(nèi)徑都選的是 40mm，為了使該機械手具有更20好的通用性，這里也取 D=40mm。3.3.1.3.2 液壓缸壁厚計算初選壁厚 δ=5mm，則：因為 16 3.2 時屬于中等壁厚，所以該壁厚屬于中等壁厚，計算公式為：式中 ——液壓缸內(nèi)工作壓力（ ） ；——強度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時 =1） ；C——讓管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值；D——液壓缸內(nèi)徑（m） 。該鋼臂為無縫鋼管，則=0.001mm所以選取的壁厚滿足條件。取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑為 50mm，則壁厚為 5mm。3.3.1.3.3 塞桿的計算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求。對于桿長 l大于直徑 d 的 15 倍（即 l15d）的活塞桿還必須具有足夠的穩(wěn)定性。①按強度條件決定活塞桿直徑 d0.002m所以 d=16mm 是滿足要求的。②活塞桿的穩(wěn)定性校核 當(dāng)活塞桿 l15d 時，一般應(yīng)進行穩(wěn)定性校核。因為此處活塞桿長度為 200mm，直徑為 16mm，200/1615，所以這里不用進行活塞桿的穩(wěn)定性校核。3.3.2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸213.3.2.1 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計此工作原理采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。標(biāo)號為3處的液壓缸動片由鍵同回轉(zhuǎn)軸固定在一起。此時當(dāng)液壓油從5左油孔進油時就會產(chǎn)生一定的油壓，由于動片與回轉(zhuǎn)軸是固定的，所以油缸就產(chǎn)生了相對的轉(zhuǎn)動同時也帶動整個臂部旋轉(zhuǎn)。同樣的，當(dāng)油從6右油孔進入時油壓就會使缸體及臂部向相反的方向轉(zhuǎn)動。手臂回轉(zhuǎn)時，需要克服以下幾種阻力：1、回轉(zhuǎn)處的摩擦阻力 ，一般為了簡化計算，取 =0.12、啟動慣性所需的力矩式中 ——手臂回轉(zhuǎn)部分對軸線的轉(zhuǎn)動慣量（Nm ）——工件對回轉(zhuǎn)軸線處的轉(zhuǎn)動慣量（Nm ）——手臂回轉(zhuǎn)過程的角速度（1/s）——啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）22結(jié) 論兩個多月的痛并快樂即將步入尾聲，我也快要離開這有著四年美好回憶的地方。回想起設(shè)計的過程各色各位，以后一定會讓我回味無窮的。雖然時間的緊迫和就業(yè)的壓力始終徘徊在設(shè)計的過程中，但我還是堅持下來了，我相信堅持就是勝利。本次畢業(yè)設(shè)計課題內(nèi)容覆蓋面廣。涉及到機械等主干課程，通過認真學(xué)習(xí)專研查閱大量資料，我就要完成我的畢業(yè)設(shè)計了。這次的設(shè)計中，我也發(fā)現(xiàn)自己在基礎(chǔ)課和專業(yè)課上存在的缺陷，在萍姐的悉心指導(dǎo)和同組同學(xué)的幫助下，我也逐漸地彌補自己的缺陷，努力做到更好。通過此次畢業(yè)設(shè)計，我了解和掌握了機械手設(shè)計的基本要求、步驟、方法及應(yīng)考慮的有關(guān)問題，并鞏固和深化了大學(xué)四年中幾乎所有專業(yè)知識，為將來的工作打下基礎(chǔ)。在本次設(shè)計中，由肖麗萍老師指導(dǎo)。肖老師工作細致，近人愛笑，在設(shè)計中給予我了極大的幫助，指導(dǎo)我完成工作。萍姐我永遠不會忘記。當(dāng)然還要感謝我的室友劉強陳明以及余高峰同學(xué)，學(xué)霸宋科輝同學(xué)。大家一起加油畢業(yè)吧。23參考文獻[1]李允文.工業(yè)機械手設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.[2]左健民.液壓與氣壓傳動[M].第四版 北京：機械工業(yè)出版社,2007.[3]濮良貴.機械設(shè)計[M].第八版. 北京：高等教育出版社，2006.[4]唐增寶.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].湖北：華中理工大學(xué)出版社,1999.[5]付亞子.機械手控制系統(tǒng)[C].湖北：湖北工業(yè)大學(xué)，2006.[6]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué).高等教育出版社，2009.[7]密封技術(shù)網(wǎng)信息中心.常用橡膠密封件的類型和適用條件. 密封技術(shù)網(wǎng)，http://www.mfw365.com．2010-10-7.[8]鄭文緯.機械原理.第七版 北京：高等教育出版社，1997.[9]何銘新.機械制圖.第六版 北京：高等教育出版社，2010.24致 謝經(jīng)過兩個多月緊張的工作，我的畢業(yè)設(shè)計終于做完了。在這里，我首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師肖麗萍老師(萍姐)。這期間如果不是肖老師的督促和鼓勵，我想我是很難完成這次畢業(yè)設(shè)計的。在剛拿到“關(guān)節(jié)型機械手”這個畢業(yè)設(shè)計題目的時候，我感覺一片茫然，不知道從哪里做起，這時肖老師給了我很大的幫助，她指導(dǎo)我該借哪些參考資料以及怎么做。每次都是通過網(wǎng)絡(luò)將我做的進度傳給謝老師，從開題報告到畢業(yè)設(shè)計的初稿我都是這樣傳給肖老師，然后她再根據(jù)我做的提出修改意見，盡管這樣很麻煩，但肖老師每次都盡心做好，這點讓我相當(dāng)敬佩。機械手的設(shè)計要用到大學(xué)里所學(xué)的各種知識，所以我不光要感謝肖老師，還要感謝大學(xué)四年里我所有的任課老師，當(dāng)讓也要感謝我親愛的室友，那兩個月是我們一起艱苦奮戰(zhàn)的大學(xué)最美好的時光，還在制圖方面給予我很大幫助。是他們讓我鞏固了機械設(shè)計的各種基礎(chǔ)知識。最后，再次感謝謝老師、各位任課老師、劉強、余高峰、宋科輝同學(xué)和所有對我的畢業(yè)設(shè)計提供幫助的人，謝謝你們！