4402 PLC控制的通用翻转机械手的设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4402 PLC控制的通用翻转机械手的设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,plc,控制,节制,通用,翻转,机械手,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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S k y 1 2 3 . O r g S k y 1 2 3 . O r g - t 鄇 , S k y 1 2 3 . O r g S k y 1 2 3 . O r g - t 鄇 , 1 湖 南 农 业 大 学 全日制普通本科生毕业设计 制的 通用 翻转机械手的设计 F N 生姓名： 陈 斌 学 号： 201120614201 年级专业及班级： 2009 级 机械设计制造 及自其动化 (2)班 指导老师及职称： 周光永 副教授 学 院： 工学院 湖南长沙 提交日期： 2013 年 5 月 2 湖南农业大学全日制普通本科生毕业设 计 诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计 作者签名： 2013年 月 日 3 目 录 1 绪论 5 言 5 业机械手在生产中的应用 7 械手的组成 8 行机构 8 动机构 9 9 2 总体布局设计方案 9 械手的确定 9 动机构的选择 10 械手的技术参数列表 11 3 机械手手部的设计计算 11 部设计时应注意的问题 11 型的手部结构 11 械手手部结构及驱动的设计计算 12 择手部的类型及夹紧装置 12 指夹紧力及液压缸驱动力的计算液压缸的选用 12 械手手指部的设计计算 14 轮齿条传动机构的设计计算 14 指指部的设计计算 18 指指部齿轮安装销的设计计算 18 4 机械手腕部的设计计算 18 械手腕部结构及运动分析 18 械手腕部驱动装置的设计计算及选用 18 5 机械手臂部的设计及有关计算 20 4 部设计时应注意的问题 20 臂的典型结构以及结构的选择 20 臂 Z 方向升降运动的受力分析及其计算 21 臂 Z 方向升降运动液压缸结构尺寸的设计计算及选用 23 6 机身的设计 24 身的概述 24 身设计时应注意的问题 24 7 液压元件及动力机的设计选择 25 压泵的选择 25 力机选择 25 管的设 计 26 箱的设计 26 压元件的选择 26 压油的选用 28 8 液压系统的验算 29 力损失的验算 29 路压力损失的验算 29 部 压 力 损 失 验 算 29 算液压系统的发热温升 30 9 可编程控制器 31 介 31 部原理 33 作元原理 35 型的选择 38 10 作控 制过程 简述 39 结束语 40 参考文献 41 致谢 42 附 录 42 5 制的 通用 翻转机械手的设计 学 生：陈 斌 指导老师：周光永 （湖南农业大学工学院，长沙 410128） 摘要 ： 机械手是机器人的操作机，是机器 人完成各种任务的执行机构。本文主要针对生产线上的自动化设计了一个三个自由度的通用翻转机械手。为实现机械手的动作要求，该设计采用两个活塞式液压缸和一个摆动液压缸，活塞式液压缸一个用来驱动齿条式机械手的张合来抓住物体，一个用来实现物体的移动；摆动式液压缸用来实现机械手的翻转，并采用 制液压电磁阀工作实现机械手的自动动作。 关键词 ： 制； 液压驱动；翻转；机械手 f n 10128, is in on of of a a is to a to of to is LC of LC 绪论 言 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 6 20世纪 50年代以后机械手逐步推广到工业生产部门用于在高温污染 严重的地方取放工件和装卸材料也作为机床的辅助装置在自动机床自动生产线和加工中心中应用完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等作。机械手主要由手部机构和运动机构组成。手部机构随使用场合和作对象而不同常见的有夹持托持和吸附等类型。运动机构一般由液压气动电气装置驱动。机械手可独立地实现伸缩旋转和升降等运动一般有 2 3个自由度。机械手广泛用于机械制造冶金轻工和原子能等部门。能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运对象或作工具的自动作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的 机械化和自动化，能在有害环境下作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 针对这一问题，本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于移置轴类零件。首先，本文将设计机器人的伸缩臂、机身、横移液压缸和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文还将设计该机器人的液压控制系统。机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域 之一，也是我国高科技跟踪国际发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技发展和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。 目前，机器人的定义，世界各位尚未统一，分类也不近相同。最近联合国组织标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序来完成各种工作，主要应用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，综合我国的习惯用语，对工业机器人做如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度 高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。 工业机器人以刚性高的手臂为主题，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高。它可以根据外补来的信号自动进行操作。 工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展阶段可分为三代： 第一代机器人就是现在工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存储信息，工作是读取这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再 现示教 7 的操作。 第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、嗅觉、视觉等进行反馈能力。其控制方式较第一代要复杂的多，这种机器人从 1980年开始进入实验阶段，不久将普及应用。 第三代机器人即智能机器人。这种机器人除了嗅觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身或周围的环境，识别状态的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务，并且能跟踪工作对象的变化具有使用工作环境的功能。这种机器人还处于试验阶段，尚未大量投入实用。 基于液压控制的移置机械手的设计有以下几个主要内容： 1)设计计算各非标准零部件及选用标准件 2)测绘各零部件图 3)设计并绘制 液压系统控制图 4)编写机械手的设计计算说明书 业机械手在生产中的应用 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬 运 、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度 上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在 50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。下面具体说明机械手在工业方面的应用。 械手的组成 要机械手像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构 执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机械手的性能。一般而言，机械手通常就是由执行机构、驱动传动系统和控制系统这三部分组成， 8 如下图 1： 图 1 机械手的组成 : s 执行机构 （ 1）手部 既直接与工件接触的部分，一般是 回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。 传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。 （ 2）腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上 下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。 目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700） ,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。 （ 3）臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。 臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部 的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。 9 手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。 动机构 驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同 , 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和 机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手 ,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。 制系统分类 在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。 2 总体布局设计方案 械手座标形式的确定 常用工业机械手按驱动方式分 :直角座标式、圆柱座标式、球座标式、多关节式几种类型，如图 中直角座标式手臂可沿 X、 Y、 Z 座标轴作直线移动，即伸缩、升降和横移。其特点是直观性好，所占空间位置大。根据设计任务所需，特选定为直角座标式。 图 2 机械手座标型式 : s 机械手具有 3 个自由度，即：手指张合；手腕回转；手臂升降 3个主要运动。 该机械手各运动可由 3个液压缸实现。 （ 1)手部 采用一个直线液压缸，预计通过齿轮齿条机构实现手指的张合。 （ 2腕部 采用一个摆动液压缸来实现手部及工件的回转。 10 （ 3)臂部 采用直线液压缸来实现手臂的升降。 根据以上参数， 图 机械手 整体结构 示意图。 图 3机械手整体结构示意图 :of s 动机构的选择 驱动机构是工业机械手的重要组成部分 , 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据驱动方式的不同 , 工业机械手大致可分为液压式、气动式、电动式和机械式驱动。采用液压机构驱动机械手 ,操作力大，体积小，动作平稳等优点。因此，此机械手的驱动方式选择液压驱动。 械手 的技术参数列表 表一 机械手主要技术参数 目 主要数据参数 手臂运动型式 直角座标式 抓取重量 自由度数 3个 手臂升降行程 手臂升降时间 5秒 手腕回转行程 180度 手腕回转时间 3秒 手指张合角度 30度 手指张合时间 2秒 定位方式和定位精度 机械挡块， 控制方式 11 项目 主要数据参数 驱动方式 液压驱动 3 机械手手部的设计计算 部设计时应注意的 问题 1）应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。 2）手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度） ，以便于抓取工件。 3）要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 4）应保证手抓的夹持精度。 型的手部结构 手部主要有以下几 类：手指式、吸盘式、磁吸式及其他形式。本设计抓取的零件为盘类零件，故选择二指式来实现对工件的抓放。手指式又可分为： 1）平移式手指 当手指夹持的工件直径变化时并不影响工件中心位置的改变，即定位误差为零。但平移式手指结构较复杂，体积大，要求加工精度高。显然本设计机械手不适合使用此方案。 2）回转式手指 当手指夹持不同直径的工件时则产生定位偏差。但回转式手指结构简单。 综上，本机械手选择二指回转式手指。 械手手部结构及驱动的设计计算 择手部的类型及夹紧装置 本设计选择二指式回转型手部， 在液压缸的液压推力作用下通过采用齿轮齿条传动来实现机械手手指张合，从而实现机械手对工件的抓放。 指夹紧力及液压缸驱动力的计算液压缸的选用 手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对大小、方向和作用点进行分析计算。一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。 (1)手指对工件的夹紧力可按下式计算： 321 式中 1K 安全系数，通常取 里取 12 2K 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可按 估算。 a 为机械手在搬运工件过程中的加速度 2/取 2/1.0 3K 方位系数，经查机械手册选取 43 被抓取工件的重量，这里 为 50入数据可解得 (1) （ 2） 液压缸驱动力的 计算 手指张合采用齿轮齿条传动，结构简图如图 4所示 . 图 4 机械手手部结构 : of s R=140mm,b=200手部的传动结构形式，查机械设计手册知其驱动力计算公式为 93140 2002计算(2) 取机械效率 8 9 6 计算实际(3) （ 3）确定手指张合驱动液压缸直径 D 及活塞杆直径 d，液压缸受力分析如图 13 图 5 液压缸示意图 of 以上计算知夹紧液压缸最大工 作负载约为 参考文献 1中表 9 1选取液压缸工作压力 p 1压缸选用单杆式，并在机械手手指张开过程中采用差动连接，此时无杆腔工作面积为有杆腔工作面积的两倍，即活塞杆直径 d 与缸筒直径的关系为 d 压缸工作过程中必须具有一定背压，参考参考文献中表 9 3取 由夹紧时所需推力计算液压缸直径 44 实际 (4) 即 22 解得 D d 据液压缸的内径系列查参考文献 3中表 D 100 查参考文献 3中表 d 70 （ 4）确定液压缸行程 L 由预计设计参数手指张合 30 度及齿轮齿条传动中确定的齿轮分度圆直径 d140 0 (5) 查参考文献 3中表 40 因采用差动连接，手指张合速度相等，预设手指张合所需时间为 2s 且为 匀速，则 m m /m /(6) 手指张开所需流量 14 L / 0 0 0 0 322221 ）（）（ 手指闭合所需流量 L / 6 9 701 0 0 V4 22222212 ）（）（）（ （ 5） 活塞杆的强度计算校核 活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求，按拉、压强度计算： 24 设计中活塞杆取材料为碳刚，故 00，活塞直径 d=70入数据进行校核： 9 0 8 5422由此可见活塞杆的强度足够。 （ 6）液压缸的选用 由以上计算结果查参考文献 3选用 100 械手手指部的设计计算 轮齿条传动机构的设计计算 此齿轮齿条传动按工作寿命为 10 年（设每年工作 300 天），两班制，工况平稳来设计计算。 （ 1）选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数根据设计任务要求 选用圆柱齿轮齿条传动。运输机工作载荷平稳，速度不高，选用 7 级精度。选择小齿轮 材料为 45钢，调质处理，硬度为 240齿轮齿数 Z 100。 （ 2）按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即 3 221)1( (7) 确定公式内的各计算数值 1）、试选载荷系数 2）、计算齿轮传递的转矩。 15 7 8 9 8 514022 R F 实际3）、查参考文献 2中表 10 7选取齿宽系数 d=4)、查参考文献 2中表 10 6得知材料的弹性影响系数 5)、查手册知齿轮的接触疲劳强度极限 5506)、计算应力循环次数。 711 101 8 0821126060 7）、查参考文献 2中图 10 19取接触疲劳寿命系数 8）、计算接触许用应力。 取失效概率为 1，安全系数 S 参考文献 2中得 M P 5 2l i (8) 9）代入数据计算齿轮分度圆直径，代入 H中的较小值。 221 (9) 10）、计算圆周速度。 (10) 11）计算齿宽 b 及模数 b= 12）计算齿宽与齿高之比 齿高 h=齿宽与齿高之比 b/h=3）计算载荷系数 K。 查参考文 献 2得使用系数 1，动载荷系数 1， =1。 K= 1 1 1 4）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，即 31 (11) 15）计算模数 16 8 73 9 3 (3)按齿根弯曲强度设计 3 212(12) 确定计算参数 1）、由设计手册查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 80 2）、由设计手 册查得齿轮的弯曲疲劳寿命系数 1。 3）、计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数 S M P 801 222 4）、计算载荷系数。 5）查取齿形系数，应力校正系数。 查参考文献 2中表 10 5得 9 6)计算大、小齿轮的 加以比较。 0 1 4 3 7 6 5 0 8 Y 7)设计计算 6 0 0 1 4 3 7 6 5 0 7 8 9 m 对比计算结果，由齿面接触强度计算的模数小于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，取 m=2,已同时满足接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度。按接触疲劳强度算得的分度圆直径 d 是有 z 70。 （ 4）齿轮齿条其它尺寸参数的计算 1)齿轮宽度 01 4 17 2）取齿条宽度 b 60 3）齿距 4）齿顶高系数 1* 5）顶隙系数 6）齿轮基圆直径 b s 7）变位系数 08）齿厚 4 1 5 0t 4 1 5 t 9）齿顶高 )01(2)*( 10）齿根高 )*( 11）齿顶圆直径 44221402 12）齿根圆直径 3 02 (5)、齿轮结构设计 由以上计算知大齿轮的齿顶圆直径小于 160做成实心结构的齿轮。 指指部的设计计算 手指选用 45 钢，查机械设计手册知其弯曲许用 应力 ，手指指腹采用长方形横截面，宽度为齿轮宽度 b 70安全系数为 则手指的弯曲强度条件为 m a xm a x 式中 最大弯曲力矩，其值为 8 7 7 6 m a x 18 W 抗弯截面系数 6 代入数据解得 为保证一定的工作强度和使用寿命，取 h 15保证对工作的定位夹紧，手指采用 120度的 体尺寸数值详见图纸。 指指部齿轮安装销的设计计算 传动齿轮采用销轴安装定位，选用 45 钢，查机械设计手册知其弯曲许用应力 ，选取销轴直径 d 30安全系数 销轴强度计算校核如下： 1 0 8 5 2 计算 故销轴强度足够。 4 机械手腕部的设计计算 械手腕部结构及运动分析 腕部是连接手部和臂部的部件，腕部运动主要用于改变被夹工件的方位，它动作灵活，转动惯量小。本课题要求具有腕部回转这一自由度，可用具有一个回转自由度的摆动回转液压缸来实现所要求动作。动作参数要求如下： 手腕回转： 180 度 回转时间： 3秒 械手腕部驱动装置的设计计算及选用 （ 1）驱动腕部回转的驱动力矩的计算 查机械设计手册知驱动 腕部回转的驱动力矩可由下式计算出 ）（驱动 (13) 式中 液压缸密封摩擦损失系数 腕部转动支承处摩擦阻力矩 ）（ 2211 (14) f 轴承摩擦系数，滚动轴承取 f 动轴承取 f D 、 2D 轴承直径 1N 、 2N 轴承处支反力 代入数据解得 19 211 ）（）（(15) 式中 克服工件重心偏置的力矩 G 手部重量 e 偏心矩 代入数据解得 (16) 式中 腕部起动的惯性力矩 J 手部转动惯量，将机械手手部及工件近似看作圆柱体，其半径 R 120守估取手部及工件总质量 m 80该部分转动惯量 2222 6 00 0 0120108021 腕部回转角速度， s t 启动所需时间， t 入数据解得 代入数据解得驱动腕部回转的驱动力矩 7 ）（）（驱动 （ 2）摆动液压缸的选择 查参考文献 2中表 3 87 选用 摆动液压缸，动速度为 48度每秒，由此可估算出所需流量 L / mi 3 0 9 以上数据留备后用。 5 机械手臂部的设计及有关计算 臂部是支承手部和腕部的结构，主要用来改变工件位置的部件。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。 部设计时应注意的问题 臂部的运动和结构形式对机械手的工作性能有着较大的影响。设计时应注意下列几点： (1)刚度要好 手臂的截面形状选择要合理，常用钢管作手臂和导向杆，用工 字钢 20 和槽钢作支承板，以保证有足够的刚度。 (2)偏重力矩要小 所谓偏重力矩是指臂部的重量对其支承回转轴所产生的力矩。 (3)重量要轻，惯量要小 由于机械手在高速情况下经常起停和换向，为了减少冲击，必须有缓冲装置。 (4)导向性要好 为了防止手臂在直线移运动中沿运动轴线不发生相对转动，以保证手部的正确方向，必须有导向装置。其结构应根据手臂的安装形式、抓取重量和运动行程等因素来确定。 臂的典型结构以及结构的选择 （ 1）手臂的典型运动机构 常见的手臂伸缩机构有以下几种： 1) 双导杆手臂伸缩机构。 2) 手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；符合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的双层液压缸空心结构。 3) 双活塞杆液压岗结构。 4) 活塞杆和齿轮齿条机构。 (2) 手臂运动机构的选择 综合考虑，本设计选择双导杆伸缩机构，使用液压驱动 ,液压缸选取单作用液压缸 。 臂 Z 方向升降运动的受力分析及其计算 （ 1）手臂 先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修 正设计。如此反复，绘出最终的结构。 手臂垂直伸缩直线运动时需要克服摩擦力和惯性力及 机械手手部总重力 ，其驱动力可按下式计算： 手部G FF 7) 式中手部G 机械手手部总重量 摩擦阻力包括导轨间的摩擦阻力；活塞与缸壁及密封处的摩擦阻力 起动过程的惯性力；其大小按下式估算 v (18) 式中手部G 机械手升降运动部分总重量 21 g 重力加速度 2/v 手臂运动速度 t 起动时所需的时间 s ， 一般可取 （ 2）手臂 1）手臂摩擦力受力分析 摩擦力的计算 不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的，要根据具体情况进行估算。图 机械手的手臂受力示意图，本设计是双导向杆，导向杆对称配置在伸缩杆两侧 。 6 手臂受力示意图 of ） 手臂所受 摩擦力的计算 由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。 0 得 0Y 得 a a a m 2 22 Na m 8 式中手部G 参与运动的零部件所受的总重力（含工件）（ L 手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离（ m） a 导向支撑的长度（ m） ; 当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。 对于活塞与缸壁及密封处的摩擦阻力： 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用 O 型密封，当液压缸工作压力小于 10压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为： （ 3）手臂 本设计要求手臂平动时 s/ ,在计算惯性力的 时候 ,设置启动时间 ，启动速度 ,则 tg (20) g （ 4） 手臂 1）代入数据解得手臂作上升运动时驱动合力为 手部手部 解得 F=）代入数据解得手臂作下降运动时 驱动合力为 8 1 手部手部 解得 F 臂 Z 方向升降运动 液压缸结构尺寸的设计计算及选用 （ 1）液压缸结构尺寸的设计计算及选择 经过上面的计算，确定了液压缸的最大驱动力为 F=据 参考文献 1中表 9 1选择液压缸的工作压力， 液压缸内径及活塞杆的设计计算，如图 23 图 压缸示意图 of 压缸选用单杆式，并在机械手手指张开过程中采用差动连接，此时无杆腔工作面积为有杆腔工作面积的两倍，即活塞杆直径 d 压缸工作过程中必须具有一定背压，参考参考文献中表 9 3取 由夹紧时所需推力计算液压缸直径 实际(21) 即 22 解得 D d 根据以上所计算的液压缸的内径参数查参考文献 3中表 取液压缸内径为： D 90查参考文献 3中表 d 50采用差动连接，手指张合速度相等，预设手指张合所需时间为 5： m m / m / 手臂下降所需流量 L / 9 9 322221 ）（）（ 手臂上升所需流量 L
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