自动上下料机械手【含全套CAD图纸和WORD说明书】

O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 工业机械手概况 工业机械手是人类创造的一种机器 , 更是人类创造的一项伟大奇迹 , 其研究 、 开发和设计是从二十世纪中叶开始的 . 我国的工业机械手是从 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 , 目前已经基本掌握了机械手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 ， 孤焊 ， 点焊 ， 装配 ， 搬运等机器人 ， 其中有 130 多台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 ， 孤焊 机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上 。 但总的看来 ， 我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离 。 如 ： 可靠性低于国外产品 ， 机械手应用工程起步较晚 ， 应用领域窄 ， 生产线系统技术与国外比有差距 。影响我国机械手发展的关键平台因素就是其软件 ， 硬件和机械结构 。 目前工业机械手仍大量应用在制造业 ， 其中汽车工业占第一位 （ 占 ）， 电器制造业第二位（ 占 ）， 化工第三位 （ 占 ）。 发达国家汽车行业机械手应用占总保有量百分比为 53% ， 年产每万辆汽车所拥有的机械手数为 （ 包括整车和零部件 ）：日本 ， 德国 ， 法国 ， 英国 ， 美国 ， 意大利 。 世界工业机械手的数目虽然每年在递增 ， 但市场是波浪式向前发展的 。 在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件 ， 恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工 。 随着机器人应用的深化和渗透 ， 工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途 。 机械手的发展也已经由最初的液压 ， 气压控制开始向人工智 能化转变 ， 并且随着电子技术的发展和科技的不断进步 ， 这项技术将日益 完善 。 上料机械手与卸料机械手相比 ， 其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手 适用于各种棒料 ， 工件的自动搬运及上下料工作 。 例如铝型材挤压成型铝棒料的搬运及高温材料的自动上料作业 ， 最大抓取棒料直径达 180 最大抓握重量可达 30 公斤 ， 最大行走距离为 1200 根据作业要求及载荷情况 ， 机械手各关节运动速度可调 。 移动式搬运上料机械手主要由手爪 ， 小臂 ， 大臂 ， 手臂回转机构 ， 小车行走机构 ， 液压泵站电器控制系统组成 ， 同时具有高温棒料启动疏料装置及用于安全防护用的光电保护系统 。 整个机械手及液压系统均集中设置在行走小车上 ， 结构紧凑 。O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 电气控制系统采用 编程控制器 ， 各种作业的实现可以通过编程 实现 。 国内外实际使用的多是定位控制的机械手 ， 没有 “ 视觉 ” 和 “ 触觉 ” 反馈 。 目前 ， 世界各国正积极研制带有 “ 视觉 ” 和 “ 触觉 ” 的工业机械手 ， 使它能够对所抓取的工件进行分辨 ， 能选取所需要的工件 ， 并正确的夹持工件 ， 进而精确地在机器上定位 、 定向 。 为使机械手有 “ 眼睛 ” 去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零部件 ， 它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息 ， 通过计算机进行图形分辨 ， 判别是否是所要抓取的工件 。 为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来 ， 一般采用两种方法 ： 一是检测把握物体手臂的变形 ， 以决定适当的握力 ； 另一种是直接检测指部与物件的滑动位移 ， 来修正握力 。 因此 ， 这种机械手就具有以下几个方面的性能 ： (1 ） 能准确地抓住方位变化的物体 ； (2 ） 能判断对象的重量 ； (3) 能自动避开障碍物 ； (4) 抓空或抓力不足时能检测出来 。 这种具有感知能力并对感知的信息做 出反映的工业机械手称之为 “ 智能机械手 ” ， 它是有发展前途的 。 现在 ， 工业机械手的使用范围只限于在简单重复的操作方面节省人力 ， 其效用是代替从事繁重的工作 ， 危险的工作 ， 单调重复的工作 ， 恶劣环境下的工作方面尤其明显 。 至于像 汽车工业和电子工业之类的费工的工业部分 ， 机械手的应用情况决不能说是好的 。 虽然这些工业部门工时不足的问题尖锐 ， 但采用机械手只限于一小部分工序 ， 其原因是 ， 工业机 械手的性能还不能满足这些部门的要求 ， 适于机械手工作的范围很狭小 ， 这是主要原因 。 经济性问题当然也很重要 ， 采用机械手来节约人力从经济上看 ， 不一定总是合算的 。 然而 ， 利用机械手或类似机械设备节省人力和实现生产合理化的要求 ， 今后还会持续增长 ， 只要技术方面和价格方面存在的问题得到解决 ， 机械手的应用必将会飞跃发展 。 上料机械手和卸料机械手相对 ， 其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料 ， 工件 的自动搬运及上下料工作 。 例如铝型材挤压成型机铝棒料的搬运及高温棒料的自动上料作业 ， 最大抓取棒料直径可达 180 最大抓握重量可达30 公斤 ， 最大行走距离为 1200 根据作用要求和载荷情况 ， 机械手各关节运动速度可调 。 移动式搬运上料机械手主要由手爪 ， 小臂 ， 大臂 ， 手臂回转机构 ， 小车行O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 走机构 ， 液压泵站电器控制系统组成 ， 同时具有高温棒料启动疏料装置及用于安全防护用的光电保护系统 。 整个机械手及液压系统均集中设置在行走小车上 ， 结构紧凑 。 电气控制系统采用 编程控制器 ， 各种作业的实现可以通过编程实现 。 随着机电 一体化技术和计算机技术的应用 ， 其研究和开发水平获得了迅猛的发展并涉及到人类社会生产及生活的各个领域 ， 特别是工业机械手在生产加工中的广泛应用 。 轿车半轴加工上料机械手设计在综合多种机械手的设计原理和设计思想 ，根据轿车半轴加工的特点提出的 ， 有一定的理论基础 ， 设计水平和应用价值 。 工业机械手的 分类 现在对工业机械手的分类尚无明确标准 ， 一般都从规格和性能两方面来分类 。按规格 （ 所搬运工件的重量 ） 分类 ： 1. 微型的 搬运重量在 1 公斤以下 ： 2. 小型的 搬运重量在 10 公斤以下 ： 3. 中型的 搬运重量在 50 公斤 以下 ： 4. 大型的 搬运重量在 50 公斤以上 。 目前大多数工业机械手能搬运的重量为 1 30 公斤 。 最小的为 斤 ， 最大的已达到 800 公斤 。 按功能分类 ： 1 简易型工业机械手 有固定程序和可变程序两 种 。 固定程序有凸轮转鼓和挡块转鼓控制 ： 可变程序可插销板或顺序转动 控制来给定程序 。 这种 机械手多为气动或液动 ， 结构简单 ， 改变程序比较容易 。 只使用在程序较简单的点位控制 ， 但作为一般单机服务的搬运作业已足够 。 所以 ， 目前这种工业机械手数量最多 。 2 记忆再现型工业机械手 这种工业机械手由人工通过实验装置传 动一遍 ， 由磁带 （ 或磁鼓 ） 把程序记录下来 ， 此机械手就自动按记忆的程序重复进行循环动作 。 这也是采用较多的一 种 ， 多为电液伺服驱动 。 与前者比较 有较多的自由度 ， 能进行程序较复杂的作业 ， 通用性较广 。 3 计算机数字控制的工业机械手 可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械手的动作 ， 还可以进行多种控制 （ 。 技术还可以是可编程序控制或普通的微机计算机 。 4 智能工业机械手 （ 机器人 ） O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 由电子计算机控制 ， 通过各种传感元件等具有视觉 、 热感 、 触觉 、 行走机构等 。 按用途分 ： 1 专用机械手 附属于主机的 ， 具有固定程序而无独立控制系统的机械装置 ， 这种工业机械 工作对象不变 ， 手动比较简单 ， 结构简单 ， 使用可靠 ， 施用于大批量生产自动线或专机作为自动上 、 下料用 。 2 通用机械手 具有独立控制系统 ， 程序可变 、 动作灵敏 、 动作灵活多样的机械手 。 通用机械手的工作范围大 ， 定位精度高 ， 通用性强 ， 使用于工件经常变换的中 、 小批量自动化生产 。 业机械手在工业生产中的应用 工业机械手在生产中的应用非常广泛 ， 还可以归纳为以下的一些方面 ： 1. 建造旋转零件体自动线方面 建造旋转零件体 （ 轴类 、 盘类 、 环类零件 ） 自动线 ， 一般都采用机械手在机床之间传送工件 。 2. 在实现单机自动化方面 (1) 各类半自动车床 ， 有自行夹紧 、 进 刀 、 切削 、 退刀和松开的功能 ， 但仍需人工上下料 ， 装上机械手 ， 可实现 全自动化生产 。 (2) 注塑机有加料 、 合模 、 成型 、 分模等自动工作循环 ， 装上机械手自动取料 ，可实现全自动生产 。 (3) 冲床有自动上下冲压循环 ， 机械手上下料 可实现冲压上产自动化 。 3. 铸 、 锻 、 焊 、 热处理等方面 总的来说 ， 由于工业机械手的特点满足了社会生产的需要 ， 进而带来了经济效益 。 其特点 ： (1) 对环境的适应性强 ， 能代替人从事危险 ， 有害的操作 ， 在长时间对人体有害的场所 ， 机械手不受影响 。 (2) 机械手能持久 、 耐 劳 、 可以把人从单调的繁重的劳动中解放出来 ， 并能扩大和延伸人的功能 。 (3) 动作准确 ， 可保证稳定和提高产品的质量 ， 同时可避免人为 操作的错误 。 (4) 通用性灵活性好 ， 特别是通用机械手 ， 能适应产品品种迅速变化的要求 ，满足柔性生产的需要 。 (5) 采用机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本 。 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 章小结 本章介绍了工业机械手的概括 ， 工业机械手的分类 、 应用 。 工业机械手在国民生产中有广泛的应用 ， 许多机械设备都用到工业机械手 ， 它是近代自动控制领域内出现的一种新型的技术装备 。 我设计的工业机械手设备简单 ， 动作 灵活 ， 经济实用 ，稳定性好 ， 适于使用 。 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 第 2 章 工业机械手的设计方案 工业机械手的组成 工业机械手是由执行机构 ， 驱动机构和控制部分所组成 ， 各部分关系如下框图 ： 图 业机械手各部分关系图 执行机构 ： 执行机构包括抓取部分 （ 手部 ）、 腕部 、 臂部和行走机构等运动部件所组成 。 1 . 手部 ： 直接与工件接触的部分 ， 一般是回转型或平移型 。 传动 机构形式多样 ，常用的有 ： 滑槽杠杆式 、 连杆杠杆式 、 弹簧式等 。 2 . 腕部 ： 是联接手部和手臂的部件 ， 并可用来调整被抓取物体的方位 。 3. 臂部 ： 手臂 是支撑被抓物体 ， 手部 ， 腕部的重要部件 。 手臂的作用是带动手指去抓取物件 ， 并按预定要求将其搬运到给定位置 。 该设计的手臂有三个自由度 ， 采用关节式坐标 （ 绕横轴旋转 ， 上下摆动和左右摆动 ） 关节坐标式具有较大的工作空间和操作灵活性 ， 机械臂的结构性容易进行优化 ， 便于提高机械手的动态操作性能 。 4. 行走机构 ： 有的工业机械手带有行走机构 。 驱动机构 ： 有气动 ， 液动 ， 电动和机械式四种形式 。 控制系统 ： 有点位控制和连续控制两种方式 。 机身 ： 它是整个工业机械手的基础 。 规格参数 工业机械手的规格参数是说明机械手规格和性能的具体指标 ， 一般包括以下几个方面 ： 1. 抓重 （ 又称臂力 ）： 额定抓取重量或称额定负荷 ， 单位为公斤 ； O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 2. 自由度数目和 坐标形式 ： 整机 ， 手臂和手腕等运动共有几个自由度 ， 并说明坐标形式 ； 3. 定位方式 ： 固定机械挡 块 ， 可调机械挡块 ， 行程开关 ， 电位器及其他各种位置设定和检测装置 ； 4. 驱动方式 ： 气动 ， 液动 ， 电动和机械式四种形式 ； 5. 手臂运动参数 ； 6. 手腕运动参数 ； 7. 手指夹持范围和握力 ； 8. 定位精度 ： 位置设定精度和重复定位精度 ； 9. 轮廓尺寸 ： 长 宽 高 （ 毫米 ） ； 10. 重量 ： 整机重量 。 设计路线与方案 设计步骤 1. 查阅相关资料 ； 2. 确定研究技术路线与方案构思 ； 3. 结构和运动学分析 ； 4. 根据所给技术参数进行计算 ； 5. 按所给规格 ， 范围 ， 性能进行分析 ， 强度和运动学校核 ； 6. 绘制工作装配图草图 ； 7. 绘制总图及零件图等 ； 8. 总结问题进行分析和解决 。 研究方法和措施 使用现在机械设计方法和液压传动技术进行设计 ， 采用关节式坐标 （ 四个自由度 ， 可以绕横 ， 纵轴转动和上下左右摆动 ）。 章小结 本章介绍了工业机械手的组成 、 规格参数 、 设计路线等内容 ， 这种设计的机械手组成全面 ， 配置合理 ， 能达到一定的使用要求 。 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 第 3 章 机械手各部分的 计算与分析 手部 计算与分析 手部按其夹持工件的原理 ， 大致可分为夹持和吸附两大类 。 夹持类最常见的主要有夹钳式 ， 本设计主要考虑夹钳式手部设计 。 夹钳式手部是由手指 ， 传动机构和驱动装置三部分组成 ， 它对抓取各种形状的工件具有较大的 适应性 ， 可以抓取轴 ， 盘 ， 套类零件 ， 一般情况下多采用两个手指 。 槽杠杆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 ) 手指应具有一定的开闭范围 。 ( 3 ) 应保证工件在手指内的夹持精度 。 ( 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 。 手部的计算和分析 （ 1 ） 手部受力分析 图 部受力图 (1) O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 图 部受力图 (2) （ 2 ） 手指尺寸初步设定 由拉杆的力平衡条件 ： 112 0 得 12 11 由 ()0 得 1 * 又由工件的平均半径 5025 =初取 V 型手指的夹角 2 120 55 2100， 53， 53， 滑杆总长 h=170 (3) 夹紧力计算 又由于工件的直径不影响其轴心的位置即定位误差为零 ， 手指水平位置夹取水平位置放置的工件 。 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 由工业机械手设计基础表 2 1 查得 N 25=又因为 22 （ 当 a 取最小值时 ， 则增力比较大 ， 手指走到最小行程时则有 a 则 o 0a = 又因为 理 2 a 12理实 取安全系数 1 ， 工作情况系数 2 传动 机构的机械效率 50 ( 手指夹紧时 ： 夹紧缸活塞移动范围 L 130 其动作时间 t= 由机械手的动作节拍时间得之 ）， 所以夹紧活塞移动得平均速度 v 为 ： 13 = 运动部件得总重估算 G 1 0夹紧力 N 与驱动力 P 的 关系 ： 由于结构左右对称 ， 在驱动力 P 的 作用下 ， 每一滑槽杠杆受力相等图 紧力与驱动力的关系图 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 在不计摩擦力的 情况下 1212 ， 1a 为夹紧状态得倾斜角 1a 50 夹紧工件半径为 50例 1212 ( 根据各力对回转支点 1O 的力矩平衡条件 ， 同样在不计摩擦力的情况下 112 ， c 为杠杆动力臂 ， 即驱动销对滑槽杠杆作用力 1p 对支点 1O 的垂直距离 。 又因为 a=50C =150 = 则 112 = 当夹紧半径为 25工件时 ， 1a 70o 150 =o 则 1 212 212a= o 243 (4) 动作特性和传动特点 定位到最大行程时 ， 50a = o O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 则 取 30 又因为 a ， 0a o 滑槽杠杆手 指最大开闭角为 20r a=滑槽倾斜角的变化范围可以为 6060a见机构传动 比将在下列范围内变化 22 ， 所以开始所初步取的 a ， b 与 a 均符合要求 。 （ 5 ） 确定夹紧油缸外径 D 驱动杆行程与手指开闭范围关系 分别为手指夹紧工件范围值时 ， 滑槽相对于两支点连接的倾斜角 。 1278 机构效率 考虑到机构效率 ， 传力比 N/P 的公式应力 212 h 又因为 G=250N, 夹紧力 F=500N, 2 60a o 工作负载即为重物重力 250N 。 导轨摩擦阻力负载 ， 对于平导轨 () 垂直于导轨的工作负载 ， 0 。 f - 导轨摩擦系数 ， 取静摩擦系数为 动摩擦系数为 = ， = ， 一般取 t 时间内速度变化量 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 = 启动 ： = 稳态 ： 275= 工作压力 P 的确定 ， 工作压力根据负载大小及机器的类型来初步确定 。 参阅机械设计手册表 载荷 选择工作压力为 1 计算液压缸内径 D 和活塞杆直径 d ， 由负载 可 知最大负载 F 为 275N 。 根据液压系统设计手册表 2 2 可取 2P 为 0.5 d/D 为 又因为 21124 =( 根据液压系统设计手册表 2 4 ， 将液压缸内径圆整为标准 系列直径 D=25活塞杆直径按 d/D 表 2 5 活塞直径系列取 d=18 按工作要求夹紧力为一个夹紧缸提供 ， 考虑到夹紧力的稳定性 。 夹紧缸的工作压力应大于复位弹簧的弹力 。 又因为进油缸在有杆腔 ， 则其有效工作面积 ( )= ( 液压缸壁厚和外径计算 2， 最大工作压力 1P 的 ， 1.5 s 高强度铸铁 ， s 60 1 2252433D =+= 液压缸工作行程的确定 ， 并参照表 2 6 中的系列尺寸选取标准值 S=100 缸盖厚度的确定 一般液压缸为平底缸盖 ， 其有效厚度 t 按强度要求计算 。 ( O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 现取 t=20 活塞的宽度 B 一般取 B=( )D=5 夹紧缸弹簧的确定 。 弹簧工作载荷 F=50N 最大轴直径 8 最小筒直径 5 弹簧刚度 k 查机械设计手册表 8 圆柱螺旋压缩弹簧的尺寸及参数得 材料直径 d=弹簧中径 D=25节距 P= 单圈弹簧工作极限载荷下变形量为 单圈弹簧刚度 k = 。 00 ( 10DC d= 曲度系数 1k G 弹簧材料的剪切弹性模量 ， 钢材 G= ( )25810 kg Z=110则活塞缸总长 L=120 腕部 计算与分析 腕部设计的基本要求 手腕部件置于手部和臂部之间 ， 它的作用主要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 ， 以扩大机械手的动作范围 ， 适应性更强 。 手腕具有独立的自由度 ， 此设计手腕有绕 X 轴转动和沿 X 轴左右摆 动两个自由度 。 手腕回转运 动机构为回转油缸 ， 摆动也采用回转油缸 。 他的结构紧凑 ， 灵活 ， 自由 度符合设计要求 ， 它要求严格密封才能保证稳定的输出转矩 。 1. 腕部处于臂部的前端 ， 它连同手部的动静载荷均由臂部承受 。 腕部的结构 、重量和动力载荷直接影响着臂部的结构 、 重量和运动性能 。 因此在腕部设计时 ， 必须力求结构紧凑 ， 重量轻 。 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 2. 腕部作为机械手的执行机构 ， 又承担联接和支承作用 ， 除了保证力和运动的要求以及具有足够的强度 和 刚度外还应综合考虑 合理布局腕部和手部的连接 、 腕部自由度的检测和位置检测 、 管线布置以及润滑 、 维修调整等问题 。 3. 腕部设计应充分估计环境对腕部的不良影响 （ 如热膨胀 ， 压力油的粘度和燃点 ， 有关材料及电控电测元件的耐热性等问题 ）。 部回转力矩的计算 腕部回转时 ， 需要克服以下几种阻力 ： 1. 转 处? ? ? 从图 3 知 ： ( )11222f ( ) 12 轴承直径 （ m ） 式中 ： 12 轴承处支反力 ( )； 可静力学平衡方程求得 。 f - 轴承的摩擦系数 ， 对于滚动轴承 f= 为简化计算取 总 阻 力 矩 图 部回转支承处的受力图 1G - 工件重量 （ ， 2G - 手部重量 （ ， 3G 手腕转动件重量 （ 2. 克服由于 1G 重心偏置所引起的力矩 1G e （ 式中 e 工件重心到手腕回转轴线的垂直距离 （ m ） 3. 克服启动惯性 ， 所需的力矩 启动过程近似等加速运动 ， 根据手腕回转的角加速度 w 及启动所用的角速度 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 ( )JJ w j+工 件 ( 式中 ： 工件对手腕回转轴线的转动惯 量 ( )2 J 手腕回转部分对手腕回转轴线的转动惯量 ( )2 w 手腕回转过程的角加速 ( )度 秒 j 启动过程所转过的角度 （ 度 ） 手腕回转所需要的驱动力矩应当等于上述三项之和 。 +总 偏 摩 惯 ( 因为手腕回转部分的转动惯量 ( )J+ 不是很大 ， 手腕起动过程所产生的转动力矩也不大 ， 为了简化计算 ， 可以将计算 当放大 ， 而省略掉 这时 ( )总 偏 摩 (1) 设手指 ， 手指驱动油缸及回转油缸转动件为一个等效圆柱体 ， L=50 直径 D=10 则 m=2 (2) 摩擦阻力矩 总 阻 力 矩 (3) 设起动过程所转过的角度 20o , 等速转动角速度 100 = 计算 ： 求 ( )JJ w j+工 件 查型钢表有 ： ( )221 ( ) ( )2221 =工 件 代入 256 （ N m ） 0 ; 总 阻 力 矩 ; 总 阻 力 矩 +265 M= ( )265 m= 确定转轴的最小尺寸 ， 抗扭剖面模量 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 3 ， 查得 60 3 驱 ， 15， 取转轴直径 d=40 4. 回转油缸所产生 的驱动力矩计算 回转油缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩 机械手的手腕回转运动 所采用的单叶片回转油缸 ， 定片 1 与缸体 2 固连 ， 动片 3 与转轴 5 固连 ， 当 a, 动片带动转轴回转达到手腕回转目的 。 M=22 ( 式中 ： 手腕回转总的阻力矩 （ N m ） P 回转油缸的工作压力 r 缸体内径半径 （ R 输出轴半径 （ b 动片宽度 注 ： 可按外形要求或安装空间大小 ， 先设定 b,R,r 中两个 ： 2b 2 , 取2 ，23 又因为 d=40 则 D =80 b=60去顶回转油缸工作压力 ： 222()总 6(84) = ( 由于系统工作压力远远大于此压力 ， 因此回转油缸的工作压力足以克服摩擦力 。 3 . 2 . 3 腕部摆动油缸设计 +摩 偏 惯 偏离重心 e 的计算及 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 图 部摆动油缸设计尺寸图 估计 L=45 1216,45,5=， 12()/+杆 件 杆 件 =30克服重心偏置所需的力矩 偏 克服摩擦所需力矩 克服运动惯性所需的力矩 2221(3)/12= m - 2s ) 2225 5.1( m - 2s ) m - 2s ) JW/t 设 w= 050/s , 20o=起 总 2w / 起 = m) 则摆动所需的驱动力矩 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 +摩 偏 惯 =32 m) 确定转轴的最小直径 / 抗拒剖面摸量 33()16 所需驱动力矩 3 16 30驱T ( 取 d=50所以机械手的摆动采用单叶片回转油缸 ， 定片与缸体固连 ， 动片与转轴固连 ，当两油口分别进出油时 ， 动片带动转轴转动达到腕部摆动目的 。 22()2总 ( 又因为 ： 2b 2 ， 取 2 ， 2=3 所以 ： d=50 所以 D=100 b=75确定回转油缸工作压力 2222 )总 ( 由于系统工作压力远远大于此压力 ， 因此该缸的工作压力足以克服摩擦力 。 选键并校核强度 转轴直径 d= 40由 79 选键为 b h=12 8 转轴直径 d=50由 79 选键为 b h=20 10 键校核如下公式 2T 310 / ， K 接触面的高度 =取接方式 ： 静连接 ， 轻微冲击 ， 查得 100 O 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 所以满足要求 臂部 计算与分析 3 . 3 . 1 臂部设计的基本要求 手臂部件是机械手的主要执行部件 。 它的作用是支承腕部和手部 （ 包括工作 ），并带动它们作空间转 动 。 臂部运动的目的 ： 把手部送到空间范围内的任意一点 。 因此 ， 臂部具有两个自由度才能满足基本要求 ： 即手臂 ， 左右回转和 俯 仰 运动 。 手臂的各种运动由油缸驱动和各种传动机构来实现 ， 从背部的受力情况分析 ， 它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 ， 故受力复杂 。 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 。 机身是固定的 ， 它直接承受和传动手臂的 部件 ， 实现臂部的回转等运动 。 臂部要实现所要求的运动 ， 需满足下列 各项基本要求 ： 1 . 机械手臂式机身的承载 机械手臂式 机身的承载能力 ， 取决于其刚度 ， 结构上采用水平悬伸 梁形式 。 显然 ， 伸缩臂杆的悬伸长度愈大 ， 则刚度逾差 ， 而且其刚度随支 臂杆的伸缩不断变化 ，对于机械手的运动性能 ， 位置精度和负荷能力等影响很大 。 为可提高刚度 ， 尽量缩短臂杆的悬伸长度 ， 还应注意 ： (1)根据受力情况 ， 合理选择截面形状和轮廓尺寸 臂部和机身既受 弯曲 （ 而且不仅是一个方向的弯曲 ） 也受扭转 ， 应选用抗弯和抗扭刚度较高的截面形状 。 所以机械手常用工字钢或槽钢作为