连杆装箱机械手设计【全套CAD图纸+答辩毕业论文】

买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 西安文理学院机械电子工程系 本科毕业设计（论文） 题 目 连杆装箱机械手设计 专业班级 机电 08级二班 学 号 08102080223 学生姓名 陈 凡 指导教师 姚慧 设计所在单位 西安文理学院 2012年 5月 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 连杆装箱机械手的机械设计 摘要： 工业机械手是近几 十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。主要叙述了机械手的设计计算过程。本文比较全面地讨论了工业机械手的手部和腕部、手臂伸缩机构以及上升和回转机构等主要部件的结构设计。并在最后做了一些液压控制方面的设计，绘制了液压系统图等。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科 机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门 跨学科综合技术 关键字 ： 机械手 ;气动 ;自由度； is in as a is an of of of up of . of is a of a in is an a of is a 安文理学院毕业设计（论文） 第 1 页 目 录 第一章 绪论 . 1 械手的基本概念 . 1 内外的发展状况 . 1 械手特点、研究意义 . 2 械手的特点 . 2 械手的研究意义 . 2 械手的组成 . 3 械手的组成 . 3 计任务介绍及意义 . 3 第二章 机械手总体结构的确定 . 4 械手的运动自由度 . 4 作空间的确定 . 4 定负载的确定 . 4 械手结构形式的确定 . 4 动速度 . 5 位精度 . 6 械手的技术参数列表 . 6 械传动系统设计 . 6 第三章 手部结构设计 . 8 持式手部结构 . 8 指的形状和分类 . 8 计时考虑的几个问题 . 8 部夹紧气缸设计 . 9 第四章 手腕结构设计 . 14 腕的自由度 . 14 腕的驱动力矩的计算 . 14 转气缸的驱动 力矩计算 . 16 腕回转缸的尺寸 . 16 第五章 手臂伸缩，升降，尺寸设计与校核 . 17 臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 . 17 向气缸的设计 . 18 向装置 . 21 衡装置 . 21 第六章 总结 . 22 第七章 致谢 . 23 参考文献 . 24 西安文理学院毕业设计（论文） 第 2 页 西安文理学院毕业设计（论文） 第 3 页 西安文理学院毕业设计（论文） 第 1 页 第一章 绪论 机械手，属工业机器 人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。 “机械手 ”（ 多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置（国内一般称作机械手或专用机械手）。 一个完整的气压系统是由以下几部分组成的： (1)能源部分。包括泵装置和蓄能器，它们能够输出气体，把原动机的机械能转变为气体 压力能，并储存起来。 (2)执行机构部分。是气缸、气动机等，它们用来带动运动部件，将气体压力能转变成使部件运动的机械能。 (3)控制部分。是各种液压阀，用于控制流体的压力、流量和流动方向，从而控制执行部件的作用力、运动速度和运动方向，也可以用来卸载，实现过载保护等 。 (4)辅助部分。是系统中除了上述三部分以外的所有其他元件，如油箱、压力表、管路等。 液压系统中机械手主要实现的辅助功能： (1)机械手的伸、缩、回转和工件的松开和拉紧动作等。 (2)工件的自动松开、夹紧。 (3)工作台的松开夹紧、交换工作台的自动交换动作。 (4)机械手的运动部件平衡。如机械手轴箱的重力平衡、机械手的平衡装置等。 (5)机械手运动部件的制动和离合器的控制、齿轮拨又换挡等。 (6)机械手的自动开关。 液压系统在机械手中所起的作用是通过电一气转换元件把控制信号进行功率放大，对气压动力机构进行方向、位置和速度的控制，进而控制机械手的手臂按给定运动规律动作。气压动力机构多数情况下采用直线气压缸或摆动气压缸，用于实现手臂的伸缩、升降以及手腕的回转。 内 外的发展状况 专用机械手经过几十年的发展，如今已进入了以通用机械手为标志的时代。通用机械手可以应用于更加多的场合，从而节约了不少的开发以及设计的成本。由于通用机械手的发展，进而促进了智能机器人的研制。通用机械手涉及的内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用了一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学等，因此它是一项综合性较强的技术。目前国内外对发展这一技术都很重视。几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断的修改，品种在不断的增加，应用领域在不断的扩大。虽然 在这方面相对于发达国家还有点落后，但是国内现在也越来越感觉到机械手的重要性，国家大力支持相关的设计及产品的开发。在机器人的发展以及机械手的设计上也取得了一定的成果，国内每年都将举行机器人大赛，以增加研发单位的交流与合作。 西安文理学院毕业设计（论文） 第 2 页 目前国内外的发展趋势是： (1)研制有更多自由度的液压机械手，这样机械手就可以变得更加的灵活，从而完成更加多的动作。 (2)研制带有行走机构的机械手，这种机械手可以从一个工作地点移动到另一个工作地点。 (3)研制维修维护方便的通用机械手。 (4)研制能自动编制和自动改变程序的通用机械手。 (5)研制具有一定感触和一定智力的智能机械手。这种机械手具有各种传感装置，并配有计算机。根据仿生学的理论，用计算机充当其大脑，使它进行思考和记忆。用听筒和声敏元件作为耳朵能听，用扬声器作为嘴能说话进行应答，用热电偶和电阻应变仪作为触觉和感触。用滚轮或者双足式机构脚来实现自动移位。这样的智能机械手可以由人的特殊语言对其下达命令，布置任务，使自动化生产线成为智能化生产线。 (6)机械手的外观达到美观的要求，尽量用最简单的结构和设备能完成更加多的动作。 (7)研制具有柔性系统的通用机械手 目前，在国外广泛应用的再 现式通用机械手，虽然一般也都有记忆装置，但其程序都是预先编好的，或由人在工作之前领动一次，而后机械手可以按领动的工作内容正确进行再现动作。如果把这种再现式通用机械手称为第二代机械手的话，那么现在处于研制阶段的智能机械手就是第三代了。现在研究的机械手正在朝着一种可以存储大量的程序的并且可以改变并重新写入程序的方向发展，而且机械手具有比原来的更多的自由度。现在国内具有越来越强的自主研发的单位，我相信在不久的将来，我国一定能够赶上并将且超越发达国家在机械手乃至整个机械方面处于领先地位。 究意义 械手的特点 (1)通用性 机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力；通用性也意味着，机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 (2)适应性 机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力，及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务，而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。 械手的研究意义 随着现代科学技术的发展，机械手的应用也越来越广泛。在机械工业中，大量应用于铸、锻、焊、冲、热处理、机械加工 以及装配等工种。在其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工种中也均有应用。 在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下： (1)可以提高生产过程的自动化程度。 (2)应用机械手有利于在自动生产线中实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换、西安文理学院毕业设计（论文） 第 3 页 以及机器的装配等的自动化程度，从而提高劳动生产率，降低生产成本。 (3)可以改善劳动条件，避免人身事故。 应用机械手在高温、高压、低温、低压、噪声、臭味、有放射性物质的环境场合可部分或者全部代替人完成作业，使劳动条件得以改善。 (4)可以减少人力，并便于有节奏的生产。应用机械 手代替人手进行作业，这是直接减少人力的一个重要方面。 (5)运用机械手可以实现连续的生产，而大大提高在生产线的工作的时间，从而能大幅提高劳动的生产率。 综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。 械手的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图 1示。 图 1械手的组成示意图 通过课程设计培养学生综合运用所学知 识的能力，提高分析和解决问题能的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的意义在于： (1)培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统（产品）的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知 识领域。 (2)培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。 (3)培养学生掌握机电产品设计的一般程序方法，进行工程师基本素质的训练。 (4)树立正确的 设计思想及严肃认真的工作作风。 控制系统 驱动系统 执行机构 位置检测装置 西安文理学院毕业设计（论文） 第 4 页 第二章 机械手总体结构的确定 械手的运动自由度 物体上任何一点都与坐标轴的正交集合有关。物体能够对坐标系进行独立运动的数目称为自由度（ of 自由度是指描述物体运动所需的独立坐标数，三维空间需要 6 个自由度。物体所能进行的运动有沿着坐标轴的三个平移自由度和绕坐标轴的三个旋转自由度。 一般固定程序的机械手，动作比较简单，自由度数较少。工业机器人自由度数较多，动作灵活性和通用性较大。一般说来，机器人靠近机座的 3 个自由度是用来实现手臂 末端的空间位置的，再用几个自由度来定出末端执行器的方位； 7 个以上的自由度是冗余自由度，是用来躲避障碍物的。 自由度的选择也与生产要求有关，若批量大，操作可靠性要求高，运行速度快，周围设备构成比较复杂，工件质量轻时，机械手的自由度数可少；如果要便于产品更换，增加柔性，则机械手的自由度要多一些。 计算机械手的自由度时，末端执行器的夹持器动作是不计入的，因为这个动作不改变工件的位置和姿态。在满足机械手工作要求前提下，为简化机械手的结构和控制，应使自由度数最少。 本设计的通用机械手的结构相对比较简单，自由度选择为 四个。分别为大臂回转、大臂升降、小臂回转和小臂伸缩。分别由大臂回转油缸、大臂升降油缸、小臂回转油缸和小臂伸缩油缸控制。 作空间的确定 工作空间是指机械手正常工作时，手腕参考点在空间活动的最大范围，依据机械手工作范围和运动轨迹确定。工作空间大小不仅与机器人各杆件尺寸有关，而且也与它的总体构形有关。在工作空间内要考虑杆件自身的干涉，防止与作业环境发生碰撞。此外在工作空间内某些位置，机械手不可能达到预定的速度，甚至不能在某些方向上运动，即所谓工作空间的奇异性。 本机械手的工作空间要求为：手臂伸缩行程范围 0500臂升降行程范围最大 0 300臂回转行程范围 0240。 承载能力说明机械手搬运重物的能力，负载大小主要考虑机械手各运动轴上的受力和力矩，末端执行器的重量，抓取工件的重量，以及由运动速度变化而产生的惯性力和惯性力矩。 本设计要求能夹持重量为 100N 的物体，考虑末端执行器的重量及各运动轴上的受力和力矩，以及考虑足够的安全系数，初步确定设计负载为 1500N。 本毕业设计是通用机械手，要求有较高的定位精度和较高的耐用度，其结构形式方案 一般有以下几种 : 西安文理学院毕业设计（论文） 第 5 页 表 2械手结构选型表 【 7】 结构形式方案 特点 优缺点 结构简图 1 直角坐标型 作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置 结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低 2 圆柱坐标型 操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置 结构刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高 3 球坐标型 操作机的手臂具有两个回转关节和一个移动关节，其轴线按极坐标系配 置 结构紧凑，但其控制系统的设计有一定难度，且机械手臂的刚度不足，机械结构较为复杂 4 关节型 操作机的手臂类似人的上肢关节动作，具有三个回转关节 运动轨迹复杂，结构最为紧凑，但控制系统的设计难度大，机械手臂的刚度差 机器人手臂的运动速度是其主要运动参数之一。它反映了机器人手臂的作业水平，运动速度的快慢与它的驱动方式、定位方式、抓去质量大小和行程距离有关，作业机器人手臂的运动速度应根据生产节拍、生产过程的平稳性和定位精度等要求来确定。 目前，工业机器人的最大直线运行速度大部分为 1000mm/s 左右；最大回转速度110/s 左右。在本次设计中选定手臂伸缩速度 500 s，手臂升降速度 300mm/s，手臂回转速度 90 s，手腕回转速度 180/s，驱动方式为电 西安文理学院毕业设计（论文） 第 6 页 作为机器人规格参数的运动速度是指全程的平均速度，实际使用速度可以在一定的范围内调节。 位精度 定位精度是衡量机器人工作质量的又一项重要指标，一般所说的定位精度是指重复精度，与抓取质量、运动速度、定 前，专用机械手采用固定挡块定定位精度取决于位置控制方式及机器人本体部件的结构刚度 与精度位方式可达到较高的定位精度（大约为 采用行程开关、电位计等电器元件控制的位置精度相对较低，大约为 1 服控制系统的机器人是一种位置跟踪系统，即使在高速重载的情况下，也可不发生剧烈的冲击和振动，因此可获得较高的定位精度，重复定位精度最高可达到 械手的技术参数列表 1、抓重： 10 公斤 2、自由度数： 4 个自由度 3、座标型式：圆柱座标 4、最大工作半径： 1500、手臂最大中心高： 1380、手臂运动参数：缩行程 600缩速度 500mm/s，升降行程 200 升降速度 300mm/s，回转范围 00 速度 900/s 7、手腕运动参数：回转范围 00速度 1800/s 8、手指夹持范围：片料 :面积不大于 0. 5 9、定位精度：士 0. 50、缓冲方式：液压缓冲器 11、传动方式：气压传动 对气缸结构的要求一是重量尽量轻，以达到动作灵活、运 动速度高、节约材料和动力，同时减少运动的冲击，二是要有 足够的刚度以保证运动精度和定位精度 图 2缸设计流程图 西安文理学院毕业设计（论文） 第 7 页 单活塞杆气缸是各类气缸中应用最广的一种气缸。由于它只在活塞的一端有活塞杆，活塞两侧承受气压作用 的面积不等，因而活塞杆伸出时的推力大于退回时的拉力。双活塞杆气缸活塞两侧都有活塞杆，两侧受气压作用的面积相等， 活塞杆伸出时的推力和退回时的拉力相等。 单作用气缸是由一侧气口供给气压驱动活塞运动，依靠弹簧力、外力或自重等作用返回；而双作用气缸是由两侧供气口交替供给气压使活塞作往复运动。 西安文理学院毕业设计（论文） 第 8 页 第三章 手部结构设计 为了使机械手的通用性更强，把机械手的手 部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部。如果有实际需要，还可以换成气压吸盘式结构或电磁式吸盘结构。手爪是机械手直接用下抓取和握紧 (或吸附 )工件夹持专用工具 (如喷枪。扳子、焊接工具 )进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机械手手臂的前端，所示为齿轮齿条式手部结构。其手指夹紧工件是由夹紧气缸中的齿条活塞杆在压缩空气作用下右移，经齿条推动齿轮并带动扇形齿轮回转，因手指与扇形齿轮固结为一体，所以两个手指同时回转而夹紧工件。由于采用单向作用油缸，故靠弹簧复位，使手指张开。手部结构中的齿轮齿 条属于传力机构 。 夹持式手部结构由手指 (或手爪 )和传力机构所组成。其传力形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。 指的形状和分类 夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式 :按手指夹持工件的部位又可分为内卡式 (或内涨式 )和外夹式两种 :按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型 (或称直进型 )，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指 ;同理，当二 支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。 计时考虑的几个问题 (1)具有足够的握力 (即夹紧力 ) 在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。 (2)手指间应具有一定的开闭角 两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角 应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。 (3)保证工件准确定位 为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选西安文理学院毕业设计（论文） 第 9 页 择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带 “V”形面的手指，以便自动定心。 (4)具有足够的强度和刚度 手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上， 以使手腕的扭转力矩最小为佳。 (5)应考虑被抓取对象的要求 1抓取形状 手指形状应根据工件形状而设计。如工件为圆柱形则采用 “V”形手指；圆球状工件用圆弧形三指手指，方料用平面形手指，细丝工件用尖指勾形或细齿钳爪手指。总之应根据工件形状来选定手指形状。 2抓取部位 抓取部位的尺寸尽可能是不变的若加工后尺寸有变化，手指应能适应尺寸变化的要求，否则不允许定为抓取部位。对于工件表面质量要求高的，抓取时尽量避开高质量表面或在手 指上加软质垫片 (如橡皮抱沫塑料石棉衬垫等 )，以防夹持时损坏工件。 3抓取数量 若用一对手指抓取多个工件，为了不发生个别工件的松动或脱落现象，在手指上可增加弹性衬垫，如橡皮、泡沫、塑料等 ，对于较长工件可采用双指或多指抓取。 (6)应考虑手指的多用性 手指是专用性较强的部件，为适应小批量多品种工件的不同形状和尺寸的要求，可制成组合式的手指，对于这种手指要求结构简单，安装维修方便，更换迅速和准确，以便扩大机械手的使用范围。 部夹紧气缸设计 (1)手部驱动力计算 手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对其大小、方向和作用点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷 (惯性力或惯性力矩 )，以使工件保持可靠的夹紧状态。 手指对工件的夹紧力可按下式计算： (公式 式中 错误 !未找到引用源。 安全系数，通常取 错误 !未找到引用源。 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可用下式 估算 (公式 其中 a运载工件时重力方向的最大升加速度 g重力加速度 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工西安文理学院毕业设计（论文） 第 10 页 件位置不同进行选定。 (公式 f摩擦系数 G选取工件所受的重力（ N） 错误 !未找到引用源。 将已知 条件代入得： 图 械手夹持器 （ 1） 气缸的内径 根据手指的几何关系得： 由设计任务可以知道，要驱动的负载大小位 100虑到气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响。在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率 ： 由液压与气压传动技术表 11取 =动状态与负 表 3缸的载率 阻性负载（静负载） 惯性负载的运动速度 西安文理学院毕业设计（论文） 第 11 页 100s 100 500s 500s =据气缸的结构得： D活塞直径， m m 误 !未找到引用源。 N 错误 !未找到引用源。 (公式 估算时取 d=误 !未找到引用源。 =40N, P=误 !未找到引用源。 。代入上式得： 按照 2348准进行圆整，取 D=36 3缸内径尺 寸系列（摘自 2348(280) 10 50 (140) 320 12 63 160 (360) 16 80 (180) 400 20 (90) 200 (450) 25 100 (220) 500 32 (110) 250 注：括号内的公称压力值为非优先采用值 （ 2） 活塞杆直径 由 d=取活塞杆直径 d=25 3缸筒壁厚 气缸缸筒内径 西安文理学院毕业设计（论文） 第 12 页 材料 50 80 100 125 160 200 250 壁厚 铸铁 7 8 10 10 12 14 16 无缝钢管 5 6 7 7 8 8 10 铝合金 8 12 12 14 14 17 表 3缸活塞杆外径尺寸系列（摘自 2348(4) 缸筒长度的确定： 缸筒长度 S=L+B+20 L 为活塞行程； B 为活塞厚度 活塞厚度 B=(误 !未找到引用源。 = 误 !未找到引用源。80=16于气缸的行程 L=200所以 S=L+B+20=236 5） 气缸筒的壁厚的确定 : 由液压气动技术速查手册知：一般气缸缸筒与内径之比 错误 !未找到引用源。 ，其壁厚通常按薄壁筒公式计算 虑机械加工工艺性，往往将缸筒壁厚适当加厚，且尽量选用标准内径和壁厚的钢管与铝合金管。下图所列缸筒壁厚可供参考。 假设所选材料为无缝钢管，则由表知 (6)气缸 的进、排气口计算 通常气缸的进、排气口的直径大小与气缸速度有关，根据 缸的进、排气口的直径见下表（ 准规定） 气缸直径 32 40 50 63 80 西安文理学院毕业设计（论文） 第 13 页 气口尺寸 汽缸直径 100 125 150 200 250 气口尺寸 汽缸直径 320 气口尺寸 查此表可知，气缸的进、排气口的规格为 错误 !未找到 引用源。 西安文理学院毕业设计（论文） 第 14 页 第四章 手腕结构设计 腕的自由度 手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。如图 41所示的手腕运动有绕 或俯仰 )，绕 或沿 。因此手腕最多具有四个独立运动即四个自由度。 手腕自由度的选用与机械手的通用性，加工工艺要求，工件放置方位和定位精度等许多因素有关，一般手腕没有回转运动或再增一个上下摆动即可满足工作的要求，也有的专用机械手没有手腕的运动，若 有特殊要求的可增加手腕左右摆动或沿 手腕自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性， 因此给手腕设一绕 用最多的为回转油 (气 )缸，我们选用的是回转油缸。它的结构紧凑，回转角度为 0180，手腕回转速度 180/s，并且要求严格的密封。 腕的驱动力矩的计算 手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运 动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩 . 手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算 : 封摩偏惯驱 （公式 式中 : 驱驱动手腕转动的驱动力矩 ( ); 惯惯性力矩 ( ); 偏参与转动的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回转缸的动片 )对转 动轴线所产生的偏重力矩 ( )., 封手腕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 ( ); 下面以图 4析各阻力矩的计算 : (1)手腕加速运动时所产生的惯性力矩惯文） 第 15 页 若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为 ，起动过程所用的时间为 t ，则 : ) 21 ）（惯（公式 式中 :J - 参与手腕 转动的部件对转动轴线的转动惯量 ).( 21J - 工件对手腕转动轴线的转动惯量 ).( 2 若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量 1J 为 : 1 21e （公式 式中 : 件对过重心轴线的转动惯量 ).( 2 1G - 工件的重量 (N)； 1e - 工件的重心到转动轴线的偏心距 ( - 手腕转动时的角速度 (弧度 /s)； t - 起动过程所需的时间 (s)； 起动过程 所转过的角度 (弧度 )。 (2)手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩 偏M 113) (公式 式中 : 3腕转动件的重量 (N)； 3 腕转动件的重心到转动轴线的偏心距 (当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则 11 。 (3)手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩封M封M )(2 12 A ( ) (公式 式中 : 1d ， 2d - 转动轴的轴颈直径 ( f - 摩擦系数，对于滚动轴承 01.0f ，对于滑动轴承 1.0f ； 处的支承反力 (N)，可按手腕转动轴的受力分析求解， 根据 0 ）（ ,得 : 西安文理学院毕业设计（论文） 第 16 页 33 22 (公式 l 32211 同理，根据 (F) 0 ,得 : l )()()( 332211 式中 : 2G - 手部的重量 (N) 321 , 长度尺寸 ( (4)回转气缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。 转气缸的驱动力矩计算 在机械手的手腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转气缸，它的原理如图4片 1与缸体 2固连，动片 3与回转轴 5固连。动片封圈 4把气腔分隔成两个 动输 出轴作逆时针方向回转，则低压腔的油从 之，输出轴作顺时针方向回转。单叶片回转气缸的压力 的关系为 : 22 （ - ）, 或 ) 式 腕回转缸的尺寸 尺寸设计 设计油缸内径为 1D ,半径 R,轴径 D,半径 R,油缸运行角速度 ，加速度时间 t ，回转油缸的工作压力为。 则力矩： 22 （ - ） (公式 西安文理学院毕业设计（论文） 第 17 页 第五章 手臂伸缩，升降，尺寸设计与校核 由设计方案可以知道，横向气缸 1 不仅要承受负载 10重量，还要承受气缸 3及手指部分的重量，假设此重量为负载的十分之一，即 5纵向气缸实际的负载F=150N。进一步求的理论负载 错误 !未找到引用源。 （ 1） 气缸的内径 错误 !未找到引用源。 (公式 查表后得： D=40 （ 2） 活塞杆直径 由 d=取活塞杆直径 d=18 表后得： d=203) 缸筒长度的确定： 缸筒长度 S=L+B+20 L 为活塞行程； B 为活塞厚度 活塞厚度 B=(误 !未找到引用源。 = 误 !未找到引用源。 40=8于气缸的行程 L=500所以 S=L+B+20=628 4） 气缸筒的壁厚的确定 选用无缝钢管为材料，查 表得： (5)气缸的进、排气口计算 查表可知，气缸的进、排气口的规格为 错误 !未找到引用源。 塞杆的强度校核 机械手爪的重量约为： 5 工件重量为： 10 图 3活塞杆的受力分析 如图 3示，由静力平衡方程 8 Q (公 Q (公式 西安文理学院毕业设计（论文） 第 18 页 求得支反力为： 03N 78N 以 A 点为坐标原点，得剪力图 3弯矩图 3下： 图 3剪力图 图