QZB-2型球坐标式四自由度机械手毕业设计【图纸丢失、只有论文】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 目      次  1  绪论 . 1 . 1 . 2 . 3 2  设计参数 . 4 . 4 始参数与设计要求  . 4 3  设计 方案的拟定 . 5 . 5  行机构  . 5 . 5 . 6 . 6 动机构 . 7 . 7 4  机械手手部的设计计算 . 7 . 7 . 10 5  腕部的设计计算 . 11 部设计的基本要求  . 11 部的结构以及选择  . 11 . 11 部结构和驱动 机构的选择 . 12 . 12 部设计考虑的参数 . 12 部的驱动力矩计算 . 12 6   腕部与臂部连接处的回转液压缸的设计计算 . 14 . 14 . 14 摩的计算  . 15 偏的计算  . 15 . 15 7  臂部的设计计算 . 15 部设计的基本要求  . 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2  臂的典型机构以及结构的选择  . 17 . 17 . 17 臂直线运动的 驱动力计算  . 18 . 18 . 19 . 19 定液压缸工作压力和结构  . 20 . 22 8  臂部俯仰缸的设计计算 . 24 . 25 . 25 . 26 . 27 9  机身的设计计算 . 28 身的整体设计  . 28 身回转机构的设计计算  . 29 . 30 10 液压传动与控制系统设计 . 30 . 30 . 30 . 31 . 31 . 31 . 31  . 31 泵. 31 泵. 32 . 32 电，选用电动机  . 32 . 32 . 33 . 33 . 33 . 33 . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 . 34 11  设计感想 . 1 12  致    谢 . 错误 !未定义书签。  13  参考文献 . 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1  绪论  业机械手的历史和现状  机器人的历史并不算长， 1959年美 国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。  英格伯格在大学攻读伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于 1946 年发明了一种系统，可以 “ 重演 ” 所记录的机器的运动。 1954年 ,德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性，英格伯格和德沃尔都在研究机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进行工作，生产过程较为固定。 1959年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业 机器人。  现代机器人的研究始于 20 世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。  自 1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。  大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，其结果之一便是 1952 年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。  另一方面，原子能实验室的恶劣环境要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国原子能委员会的阿尔贡研究所于 1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。   1954 年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。   作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国 和 司推出的 “。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形特征迥异，主要由类似人的手和臂组成。                                                       1965 年，  示了第一个具有视觉传感器的、能识别与定位简单积木的机器人系统。  1967年日本成立了人工手研究会（现改名为仿生机构买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 研究会），同年召开了日本首届机器人学术会。  1970 年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议。 1970 年以后，机器人的研究得到迅速广泛的普及。   1973 年，辛辛那提 米拉克隆公司的理查德 豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人，它是液压驱动的，能提升的 有效负载达 45公斤。  到了 1980年，工业机器人才真正在日本普及，故称该年为 “ 机器人元年 ” 。   随后，工业机器人在日本得到了巨大发展，日本也因此而赢得了 “ 机器人王国的美称 ” 。  随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。  80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用，而且又赋予了机器人 技术向深广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器 机器人化机器。         当前与信息技术的交互和融合又产生了 “ 软件机器人 ” 、 “ 网络机器人 ”的名称，这也说明了机器人所具有的创新活力  业机械手的技术发展趋势  （ 1） 工业机器人性能不断提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修 )，而单机价格不断下降，平均单机价格从 91年 的                  （ 2） 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化 :由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机 ;国外已有模块化装配机器人产品问市。                                                     （ 3） 工业机器人控制系统向基于 于标准化、网络化 ;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构 :大大提高了系统的可靠性、易操作 性和可维修性。                                                      买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 （ 4） 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。                                          （ 5） 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用 于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。                   （ 6） 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的 “ 索杰纳 ” 机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。   国机械手的发展现状  机器人化机械开始兴起。从 94年美国开发出 “ 虚拟轴机床 ” 以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的 领域。我国的工业机器人从 80年代 “ 七五 ” 科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过 “ 七五 ” 、 “ 八五 ” 科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人 ;其中有 130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近 30条自动喷漆生产线 (站 )上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如 :可靠性低于国外产品 :机器人应用工程 起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距 ;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约 200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“ 一客户，一次重新设计 ” ，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程 863” 计划的支持下，也取得买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 了不少成果。其中最为突 出的是水下机器人， 6000开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种 :在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在 “ 十五 ” 后期立于世界先进行列之中。  2  设计参数   计题目  球坐标式四自由度机械手设计  始参数与设计要求  （ 1）抓重： 100N （ 2）自由度： 4 个  （ 3）臂部运动参数：  表  2动名称  符号  行程范围  速度  伸缩  X 350 200mm/s 回转  F 0 90 /s 回转    0 90 /s （ 4）腕部运动参数：  表  2动名称  符号  行程范围  速度  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 回转    0  90 /s （ 5）手指夹持范围：棒料， 直径 度 450 6）定位方式：电位器（或接近开关等）设定，点位控制  （ 7）驱动方式：液压（中、低压系统）  （ 8）定位精度： 3 9）控制方式：液压控制  3 设计 方案的拟定  步分析  该工业机械手的坐标形式是球坐标式，其臂部的运动由一个直线运动和两个转动组成，即沿  轴的回转。这种机械手臂部的俯仰 运动能抓取到地面上的物件，为了使手部能够 适应被抓取对象方位的要求，常常设有手腕上下摆动，使其手部保持水平位置或其它状态。这种形式的机械手具有动作灵 活，占地面积小而工作范围大等特点，它适用于沿伸缩方向向外作业的传动形式。但结构较复杂，此外，臂部摆角的误差通过手臂会引起手部中心处的误差放大。  行机构  部  手部是用来直接抓取或握紧（或吸附）工件的部件。由于被抓握工件的形状、尺寸大小、轻重和材料的性能、表面状况等不同，工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构都是根据 工件的要求而设计的。常用的手部结构有夹钳式、气吸式、电磁式以及其他形式。  夹钳式手部设计的基本要求  （ 1）  应具有适当的夹紧力和驱动力  （ 2）  手指应应具有一定的开闭范围  （ 3）  应保证工 件在手指内的夹紧精度  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 （ 4）  要求结构紧凑、重量轻、效率高  （ 5）  应考虑通用性和特殊要求   部   连接手部与臂部的部件，主要作用是在臂部运动的基础上进一步改             变或调整手部在空间的方位，使机械手适应复杂的动作要求。要求 0回转动作，因此选用具有单自由度的回转液压缸驱动结构。此结构   特点是结构紧凑，灵活，但 回转角度较小，并且要求严格密封，否则就很难保证稳定的输出扭矩。  腕部设计的基本要求及其自由度：  a 力求结构紧凑，重量轻  b 综合考虑，合理布局  c 必须考虑工作条件  对于高温 作业和在腐蚀性介质中工作的机械手，其腕部在设计时应充分考虑环境对腕部的不良影响  部及机身   臂部是机械手的主要执行部件。作用是支承腕部和手部（包括工件与工具）。并带动他们作空间运动。臂部运动的目的是把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态则由腕部的自由度实现。因而机械手的臂部一般具有三个自由度才能满足基本要求：即手部的伸缩  左右回转和升降（或俯仰）运动。机身是直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降  回转和俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座 相连。因而其设计与臂部的设计经常一起考虑。机身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空轨道运动。  臂部设计的基本要求为： a 承载能力大，刚度好，自重轻  b 运动速度高，惯性小  c 臂部运动应灵活  d 位置精度要高  除上面提到的要求外，还要保证机械手的通用性要好，能适应在不同环境作业的要求：工艺性要好，便于安装和加工 ;用于高温环境作业的机械手，还要考虑隔 热和冷却；用于粉尘大作业区的机械手，还要设置防尘买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 装置等。这方面的设计需要根据机械手工作环境条件进行具体的设计。  综上所述，本机械手的设计，臂部选用双导向杆伸缩结构。其特点为手臂的伸缩缸安装在两根导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。  动机构   根据动力源不同大致可分为气动、液压、电动和机械传动。根据课题特点。其中以液压气动用的最多，占 90%以上，电动、机械驱动用的较少。  液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加 上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。  气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用 4大气压，个别的达到8大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。为了减少停机时产生的冲 击，气压系统装有速度控制机构或缓冲机构。  电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简单，维护，使用方便。驱动机构和控制系统可以采用统一形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。  机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，速度高，成本低；缺点是不易调整。  综合考虑，本设计选用液压驱 动，其特点是 速度快，结构简单，控制方便，传递力矩大，并且控制精度高  制机构   采用液压控制回路  4 机械手手部的设计计算  计计算  （ 1） 如下图为常见的滑槽杠杆式手部结构。在拉杆 3的作用下销轴 2向上的拉力为 P,并通过销轴中心 手指 1的滑槽对销轴的反 作用力为 2，其力的方向垂直于滑槽的中心线 点， 2的延长线交 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 于 。  由    得     得 F） =0   得 b 因 h= N2 a 手指的回转支点到对称中心线的距离（   工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。  由分析可知，当驱动力 P 一定时， 角增大，则握力 N 也随之增加，但 角过大会导 致拉杆的行程过大，以及手指滑槽尺寸长度，使之结构增大，因此一般取 = 030 040 ，这里取为 350。  此处设计的机械手是滑槽杠杆式的。  夹紧力及驱动力的计算 (1)由上知，驱动力  P= N2指垂直位置夹水平平位置放置的工件 ，那么握力) ,其中  ,对钢 f=件的重力G=100N,解得握力 N=b=120a=20代入公式中解得  驱动力 P=678N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 图 4      (2)实际驱动力：   21实际式中 P 计算出的驱动力   手部的机械效率  1K 安全系数，一般取为 (2) 2K 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可近似估算：2 1aK g ，其中  g m s ) 该 传力机构为 杠杆式 ，故取  ，并取1K=设被抓取工件的最大加速度 a=么2 1aK g =2. 所以 2 2 6 际N 表 4压缸的工作压力  作用在活塞上外力F（ N）  液压缸工作压力用在活塞上外力F（ N）  液压缸工作压力于 5000    2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 5000 10000  3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0  50000 以上  （ 3）确定液压缸的直径 D 由 机械设计手册  液压传动与控制 可知    由于作用在活塞上的外力小于 5000N,故 选择液压缸压力油工作压力 P=1买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 2  根据 机械设计手册  液压传动与控制 表 取液压缸内径为：D=63活塞杆内径为 :  D=63 取 d=32械手手抓夹持精度的分析计算  机械 手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也于机械手夹持误差大小有关，为使机械手能适用于多品种小批量  工件直径在一定范围内变化的生产中，必须使用合理的手部结构参数，可以采用自动定心的手部结构来减少机械手的调整工作，从而使加持误差控制在较小范围内。  该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度。  机械手的夹持范围为 4060般夹持误差不超过 1析如下：  工件的平均半径： 2 0 3 0 252m m手指长 20 ,取 1302  图 4抓夹持误差分析示意图  偏转角 按最佳偏转角确定：  s r c c o s ( P 计算    o ss 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 因m ，即双曲线的对称点0其夹持误差为 ：  2m i i a a i n2)s i n(c o ss i n2)s i n(  持误差 =此本设计的夹持误差 <3足设计的要求。  5 腕部的设计计算  部设计的基本要求  （ 1）力求结构紧凑、重量轻 。 腕部处于臂部的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因 此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。  （ 2）综合考虑，合理布局 。 腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除了保证力和运动的要求，及具有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，如应解决好腕部与臂部和手部的连接，碗部各个自由度的位置检测，管线布置，以及润滑、维修、调整等问题。  （ 3）必须考虑工作条件 。 对于本设计，机械手的工作条件是在正常工作场合中搬运加工的棒料，不会受到环境的影响，对机械手的腕部没有太多不利因素。如果机械手处在高温和腐蚀性的工作介质中，就应在设计时充分考虑环境对机械手腕部的影 响。  部的结构以及选择  型的腕部结构  (1) 具有单自由度的回转缸驱动的腕部结构。它直接用回转缸驱动实现腕部的回转运动，具有结构紧凑、灵活等优点而被广泛采用。  (2) 用齿条活塞驱动的腕部结构。在要求回转角大于 0270 的情况下，可采买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 用齿条活塞驱动的腕部结构。这种结构外形尺寸较大，一般适用于悬挂式臂部。  (3) 具有两个自由度的回转缸驱动的腕部结构。 它是来实现腕部的回转和左右摆动。  (4) 机 部结构和驱动机构 的选择  本设计要求手腕回转 0180 ，通过以上的分析， 腕部的结构采用具有一个自由度的回转缸驱动的腕部结构，驱动方式 采用液压驱动。因为本设计为球坐标式机械手，为了使手部能适应被抓取对象方位的要求，常常设有手腕上下摆动，使其手部保持水平或其他状态。所以在腕部与臂部连接处安装一个回转液压缸，使腕部具有上下摆动的功能。  部的设计计算  部设计考虑的参数  夹取工件重量 10回转 0180 。  部的驱动力矩计算  （ 1） 腕部转动时所需的驱动力矩力矩驱M M M M M 驱 惯 偏 摩 封+ 驱动腕部转动的驱动力矩 (N m) 惯性力矩 (N m) 参与转动的零部件的重量 (包括工件  手部  腕部回转缸的动片 )对转动轴线所产生的偏重力矩 (N m) 腕部转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩 (N m) 腕部回转缸的动片与定片  缸径  端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 (N m) 棒料的计算采用最大值，夹取棒料直径 60度 800量 10为腕部的伸缩缸为腕部回转的转动缸的轴，故将其整体视为一圆柱体， 直径为 180长买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 为 185估算其重为  6 0/7 8 0 01 8 1 ，另外，工件重为100N。其总重为 G=460N。  等速转动角速度 0 。  因为                     惯M=（ J +1J )22  J = 22121 =  1J = )3(121 221  = )00121 22 =  代入                    惯M=(=33  所以                    驱M=+33 驱M= (2)回转液压缸的设计计算  单叶片回转缸的压力 的关系为  22M 2驱p b ( R - r ） 式中  R 缸体内壁半径  r 输出轴半径  b 动片宽度  根据表 5择液压缸内径 R=64出轴直径 d=32片宽度b=25那么回转缸工作压力为   2222 ）（）（ 驱  选择工作压力为 P=4表 5压缸的内径系列（    （  20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 110 125 130 140 160 180 200 250 表 5准液压缸外径（     （  液压缸内径  40  50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20 钢P 160 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45 钢200P  50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 6 腕部与臂部连接处的回转液压缸的设计计算   在上节的计算中，可知 腕部及手指和工件 的重力分别为 60N,50径为 105重力为   0 0/ 8 0  2 23  臂部伸缩油缸等效为高为 730径为 135圆柱体，其重力为   1 0/ 8 0  7 24  动力矩的计算  性力矩的计算  若腕部启动过程按等加速运动，腕部转动时的角速度 ( / )s ，启动过程所用的时间为 ()，则  1()M J J t 惯若腕部转过的角速度为 ，启动过程所转过的角度为 () ，则  21()2M J J 惯式中 () 参与腕部转动的部件对转动轴线的转动惯量 ( 2kg m ) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 1J 工件对腕部转动轴线的转动惯量 ( 2kg m ) 设置转过的角度 =9 ，启动时间 t =么角速度 =s ，  解得 2 2 21 1 1 4 0 2 2 0 1 0 0 0 . 3 4 1 . 8 13 3 9 . 8J m l N m s 2 2 21 1 1 5 0 1 5 00 . 0 2 5 0 . 4 8 3 . 5 32 9 . 8 9 . 8J N m s 那么 21 . 9 6 31 . 8 1 3 . 5 3 6 5 . 50 . 1 5 7M N m 摩 的计算  0 偏 的计算  0 解得 7 2  m转液压缸的确定  根据表选择液压缸内径 60D ，输出轴直径为 25d ，动片宽度为50b ，那么回转缸工作压力为   222 MP b R r 式中  R 缸体内壁半径（ m）  r 输出轴半径（ m）  b 动片宽度（ m）  解得 2 2 2 22 2 7 2 . 8 4 . 30 . 0 5 0 . 0 3 0 . 0 1 5 p  r 7 臂部的设计计算  臂部是机械手的主要执行。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括 3 个运动：。  臂部运动的目的是把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态 (方位 )则由腕部的自由度实现。因而机械手的臂部一般具有三个自 由度才能满足基本要求 :即手部的伸缩  回转和俯仰运动。臂部的各种运动通常用驱动机构(油缸或气缸 )和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况看，他在工作中既直接承受腕部  手部和工件的静  动载荷，而且自身运动又较多，因而它的结构  工作范围  灵活性以及抓重大小和定位精度等都直接影响机械手的工作性能。  部设计的基本要求  (1)臂部应承载能力大、刚度好、自重轻  根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。  提高支撑刚度和合理选择支撑间的距离。  合理布置作用力的位置和方向。  尽可能使结构简单化  水平放置的手 臂，应该增加导向杆的刚度  提高活塞和缸体内径配合精度，以提高手臂伸缩时的刚度。  (2)臂部要运动速度高，惯性小。  机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在 1 0 0 0 1 5 0 0 m m s,最大回转角速度设计在 180s 内，在大部分行程上平均移动速度为回转角速度在1000mm s 。平均回转速度为 90 /s  在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯性冲击的措施有：                                         减少臂部运动件的重量，采用铝合金等轻质高强度材料  减少臂部运动件的轮廓尺寸  减少回转半径 ，在安排机械手运动顺序时，先缩回回转 (或先回转后伸 )，尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作  驱动系统中设有缓冲装置。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 (3)臂部动作应灵活。  为减少臂部运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式机械手，其传动件、导向件和定位件布置应合理，使臂部运动尽可能保持平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。  (4)位置精度要高。  臂的典型机构以及结构的选择  臂部的典型运动的形式有：直线运动，如臂部的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如臂部的左右摆动，上下摆动；复合运动，如直线运动和回转运动，两直线运动的组合，两 回转运动的组合等。  （ 1）臂部作直线运动的结构  双导向杆手臂伸缩结构  双层油缸空心活塞杆单杆导向结构  采用花键套导向的手臂升降结构  双活塞伸缩油缸结构  （ 2）臂部作直线运动的结构  回转缸置于升降缸之下的机身结构。这种结构优点是能承受较大偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大  回转缸置于升降缸之上的机身结构。这种结构采用单缸活塞杆，内部导向，结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大。  活塞杆和齿条齿轮结 构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现：齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。  （ 3）臂部做俯仰运动的结构  俯仰运动大多采用摆动式直线缸驱动，而回转运动大多采用回转缸或齿条缸来实现。  臂运动机构的选择  通过以上，综合考虑，本设计的伸缩运动选择单花键轴导向的伸缩机构 ,俯仰运动选择摆动式直线缸驱动，回转运动选择回转液压缸驱动。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 臂直线运动的驱动力计算  通常先进行粗略的估算，或类比同类型的结构，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。如此反复数次，绘出最终的结构。  根据液压缸运动时所克服的负载、摩擦、惯性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算为  P P P P P 回摩 密 惯              式中    摩擦阻力（ N） 动件表面间的摩擦力。   密封装置处的摩擦阻力（ N）   油缸回油腔低压油造成的阻力，一般背压阻力较小，   臂部启动或制动时活塞杆上受到的平均惯性力（ N）  臂摩擦力的分析与计算  0 '  F计算如