毕业设计（论文）-送料机械手设计.doc

本科毕业设计说明书（论文） 第 32 页 共 35 页1 绪论1.1 机器人目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际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，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：全套图纸加扣3012250582 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1。工业机器人以刚性高的手臂为主体，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，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和发展虽只有30多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力2。根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。 在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前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，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，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，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用2-4。1.2 机械手机械手，顾名思义，是指能模仿人手的部分动作，用以完成某些抓放，搬运物件或操纵工具等工作的自动化机械装置。机械手通常用附属于它所服务的设备，动作程序固定，多数没有独立的控制系统，其控制装置包括在主机的控制系统（不包括工业机器人）。 机械手（以及工业机器人）在机械加工自动化方面的应用主要有：自动上、下料和自动换刀3。1.2.1 机械手的组成执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。机械手主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具 的部件，由手指（或吸盘），驱动元件和传动元件等组成。腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工具进行搬运或操作的部件。驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和机械手整体运动机构动作的动力装置，常用的驱动方式有液压、气动、机械、电气或其他的组合。控制系统是支配机械手按规定程序和要求进行运动的装置，他们主要用来控制：位置（点位控制或连续轨迹控制）时间、速度和加速度等参数机械手与主机及其它有关装置之间的联系3。1.2.2 机械手的应用按机械手布局形式分可分为：架空式机械手、附机式机械手、落地式机械手三种。此外，还有安装在自动线料道上或料道旁，实现工件上、下料，传递转位、转向，粉料等用途的机械手，他们具有运动单一、结构简单，位置灵活及精度一般要求较低的特点。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置3。1.2.3 机械手的分类(1)根据所承担的作业的特点，工业机械手可分为以下三类：(a)承担搬运工作的机械手：这种机械手在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。(b)生产工业用机械手：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。(c)通用工业机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业9。(2)按功能分类:(a)专用机械手：它是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。专用机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。(b)通用机械手：又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。(c)示教再现机械手：采用示教法编程的通用机械手。所谓示教，即由人通过手动控制，“拎着”机械手做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。机械手手可按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。(3)按驱动方式分：(a)气力驱动式的机器人：气源压力一般只有60Mpa左右，适宜抓举力较小的场合。(b)液力驱动式的机器人：结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。(c)电力驱动式的机器人：无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动效率高等优点，其运用最为广泛。(d)新型驱动式的机器人：例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光驱动器等(4)按控制方式分:(a)固定程序机械手：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。(b)可编程序机械手：控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排，行程能很方便改变9。1.3 课题研究内容及解决手段(1)根据设计要求及原始数据，进行机械手抓取机构设计；(2)进行液压系统原理设计，并画草图；(3)进行机座机身的结构设计；(4)研究机械手的定位及平稳性；(5)研究机械手的控制方式。1.4 课题研究意义(1)培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。 (2)培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。(3)培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。(4)培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。2 机械手的结构方案和驱动方案选型2.1 原始数据及资料(1)原始数据：(a)生产纲领：100000件（两班制生产）(b)自由度（四个自由度）臂转动180臂上下运动 500mm臂伸长（收缩）500mm手部转动 180(2)技术要求主要参数的确定：(a)坐标形式：圆柱坐标系(b)臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180。(c)运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。(d)控制方式：起止设定位置。(e)定位精度：0.5mm。(f)手指握力：392N(g)驱动方式：液压驱动。2.2 料槽形式及分析动作要求(1)料槽形式由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图2.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。图2.1 机械手安装简易图(2)动作要求分析如图2.2所示动作一：送 料动作二：预夹紧动作三：手臂上升动作四：手臂旋转动作五：小臂伸长动作六：手腕旋转 预夹紧手臂上升 手臂旋转 小臂伸长 手腕旋转手臂转回图2.2 机械手动作简易图2.3 机械手结构及驱动系统选型本课题所设计的机械手为通用型的机械手，其中坐标系为圆柱坐标系结构。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式手部设计方案。手部部分由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。其他部分则按照一般工业生产所采用的通用形式进行设计。驱动系统选用电机驱动和液压驱动，电机驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动，液压驱动用于手臂的伸缩和机械手的夹取和翻转3。3 系统各主要组成部分设计3.1 抓取机构设计3.1.1 手部设计计算(1)对手部设计的要求(a)有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。(b)有足够的开闭范围夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图3.1所示。图3.1 机械手开闭示例简图(c) 力求结构简单，重量轻，体积小手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。(d) 手指应有一定的强度和刚度(e)其它要求：因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。(2)拉紧装置4如图3.2所示：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。P图3.2 油缸示意图(a)右腔推力为 （3.1）=4908.7N(b)根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为： （3.3） 其中 N=498N=392N，带入公式2.2得： =(2150/50)（cos30）392 =1764N则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/ （3.3）=17641.51.1/0.85=3424N经圆整F1=3500N由公式得： a=50.5 mm b=72 mm(c)计算手部活塞杆行程长L,即 （3.4） =25tg30 =23.1mm经圆整取l=25mm(d)确定“V”型钳爪的L、3。取L/Rcp=3 （3.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （3.6）由公式（3.5）（3.6）得：L=3Rcp=150取“V”型钳口的夹角2=120，则偏转角按最佳偏转角来确定，查表得：=2239(5)机械运动范围（速度）(a)伸缩运动 Vmax=500mm/sVmin=50mm/s(b)上升运动 Vmax=500mm/sVmin=40mm/s(c)下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s(d)回转 =90/s =30/s所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s (6)手部右腔流量 （3.7）=60=603.1425=1177.5mm/s(7)手部工作压强 （3.8） =3500/1962.5=1.78Mpa机械手手部的尺寸如图3.3所示： 图3.3 尺寸示意图3.1.2 腕部设计计算腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。要求：回转90 角速度=45/s以最大负荷计算：当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，长度l =650mm。如图3.4所示。(1)计算扭矩4设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩为： （3.9）=109.80.2=19.6（NM） 工件 F S F 图3.4 腕部受力简图(2)油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩 4F =5kg S =10cm带入公式2.9得=59.80.1 =4.9（NM） (3)摆动缸的摩擦力矩4=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）=S =6（NM）(4)摆动缸的总摩擦力矩 4=+ （3.10） =30.5（NM） (5)由公式 （3.11）其中： b叶片密度，这里取b=3cm；摆动缸内径, 这里取=10cm；转轴直径, 这里取=3cm。所以代入（3.11）公式=830.5/0.03（0.1-0.03）106=0.89Mpa又因为所以 =（/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s3.1.3 臂伸缩机构设计手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了5。手臂的伸缩速度为200m/s行程L=500mm(1)手臂右腔流量，公式（3.7）得： =20040 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s(2)手臂右腔工作压力，公式（3.8） 得： （2.12）式中：F 取工件重和手臂活动部件总重，估算 F =10+20=30kg，=1000N。所以代入公式（3.12）得： =（309.8+1000）/40 =0.26Mpa(3)绘制机构工作参数表如表3.1所示：表3.1 机构工作参数表机构名称工作速度行程工作压力流量手部抓紧腕部回转小臂伸缩60mm/s45/s200mm/s25mm90500mm1.78 Mpa0.89 Mpa0.26Mpa117.8m/s27m/s1000ml/s(4)由初步计算选液压泵所需液压最高压力 P =1.78Mpa所需液压最大流量 Q =1000ml/s选取CB-D型液压泵（齿轮泵）此泵工作压力为10Mpa，转速为1800r/min，工作流量Q在3270ml/r之间，可以满足需要。(5)验算腕部摆动缸： （3.13） （3.14）式中：机械效率取： 0.850.9容积效率取： 0.70.95所以代入公式（3.13）得：T =0.890.03（0.1-0.03）0.85106/8 =25.8（NM）T M=30.5（NM）代入公式（3.14）得：W =（82710-6）0.85/（0.1-0.03）0.03 =0.673rad/sW /40.785rad/s因此，取腕部回转油缸工作压力 P =1Mpa 流量 Q =35ml/s圆整其他缸的数值：手部抓取缸工作压力=2Mpa 流量=120ml/s小臂伸缩缸工作压力=0.25Mpa 流量=1000ml/s3.2 液压驱动系统设计液压控制室机械手的一种主要的控制形式。机械手的运动速度和操作室根据油的流量与压力来确定，因而只要控制油的流量和压力，就可以控制机械手的运动速度和操作力，油压压力一般在5140公斤/厘米范围内，最大臂力可达160公斤以上。主要优点：(1)液压执行元件(马达和油缸)结构紧凑，重量轻，功率小。(2)可通过液压油带走大量热能，保证机械的正常运行，并由于液压油的润滑作用，可延长元件的使用寿命。(3)液压元件有直线位移式和旋转式二种，适用范围较广，其控制速度的区间也比较宽。只要通过阀和泵的调节就能实现开环和闭环的控制系统。(4)响应速度比较快，能高速启动，制动和反向，无后滞现象。其力矩一惯量比也较大，因而其加速度能力较强。(5)液压元件于其他驱动元件相比，刚度较大，位置误差小，定位精度高，而且耐振动等。缺点:(1)液压控制需要一套液压系统，不像电力容易获得，而且价格较贵。(2)油温有上限，并难以保持不漏，比较脏，易于使阀和执行元件堵塞。(3)控制系统比较复杂，处理功率讯号的数学运算误差，检测，放大，测试和补偿功能不如电子，机电装置灵活简便4-6。3.2.1 手部抓取缸 图 3.5 手部抓取缸液压原理图(1)手部抓取缸液压原理图如图3.5所示(2)泵的供油压力P取10Mpa，流量Q取系统所需最大流量即Q =1300ml/s。因此，需装图3.1中所示的调速阀，流量定为7.2L/min，工作压力P=2Mpa。选取采用： YF-B10B溢流阀 2FRM5-20/102调速阀 23E1-10B二位三通阀3.2.2 腕部摆动液压回路 图 3.6 腕部摆动液压回路(1)腕部摆动缸液压原理图如图3.6所示(2)工作压力: P=1Mpa流量: Q=35ml/s选取采用:2FRM5-20/102调速阀34E1-10B 换向阀YF-B10B 溢流阀3.2.3 小臂伸缩缸液压回路图 3.7 小臂伸缩缸液压回路(1)小臂伸缩缸液压原理图如图3.7所示(2)工作压力: P =0.25Mpa流量: Q =1000ml/s选取采用： YF-B10B 溢流阀2FRM5-20/102 调速阀23E1-10B二位三通阀3.2.4 总体系统图 图 3.8 总体系统图(1)总体系统图如图3.8所示,(2)工作过程: 小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂回转小臂收缩手部放松(3)电磁铁动作顺序表: 表3.2总体系统图元件动作1DT2DT3DT4DT5DT小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂收缩手部放松卸荷-+-+-+-+-(4)确电机规格：液压泵选取CB-D型液压泵，额定压力P =10Mpa，工作流量在3270ml/r之间。选取80L/min为额定流量的泵，因此：传动功率 （3.15）式中：=0.8 （经验值）所以代入公式（3.15）得： N =1080103106/600.8=16.7KN选取电动机JQZ-61-2型电动机，额定功率17KW，转速为2940r/min。3.3 机身结构的设计机身是直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者就直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动愈多，机身的结构和受力情况就愈复杂，机身既可以是固定式的，也可以 是行走式的,如图3.9所示。图3.9 机身机座结构图臂部和机身的配置形式基本上反映了机械手的总体布局。本课题机械手的机身设计成机座式，这样机械手可以是独立的，自成系统的完整装置，便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型机械手。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转，从而达到了自由度的要求7-9。3.3.1 电机的选择机身部使用了两个电机，其一是带动臂部的升降运动；其二是带动机身的回转运动。带动臂部升降运动的电机安装在肋板上，带动机身回转的电机安装在混凝土地基上。带动臂部升降的电机：初选上升速度 V =100mm/s P =6KW所以n =（100/6）60=1000转/分选择Y90S-4型电机，属于笼型异步电动机。采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。如表3.3 Y90S-4电动机技术数据所示：表3.3 Y90S-4电动机技术数据型号额定功率KW满载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流A转速r/min效率%功率因素额定电流额定转矩额定转矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.23.3.2 减速器的选择10减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转速和增转矩，以满足工作需要。初选WD80型圆柱蜗杆减速器。WD为蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。蜗杆的材料为38siMnMo调质蜗轮的材料为ZQA19-4中心矩 a=80Msq=4.011 （3.16）传动比I =30传动惯量0.26510kgm3.3.3 螺柱的设计与校核11螺杆是机械手的主支承件，并传动使手臂上下运动。螺杆的材料选择：从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。螺距 P =6mm 梯形螺纹螺纹的工作高度 h =0.5P （3.17）=3mm螺纹牙底宽度 b =0.65P=0.656=3.9mm （3.18）螺杆强度11 = s/35 （3.19）=150/35=3050Mpa螺纹牙剪切 =40弯曲=4555(1)当量应力 (3.20)式中 T传递转矩Nmm螺杆材料的许用应力 所以代入公式（3.20）得：= = =（2495/ d1）+3（61.2/ d1）90025001012=6225025/d14+11236/d16900250010126225025d12+11236900d16101262250250.0292+112369000.02961012即16471pa535340pa合格(2)剪切强度 =160/6 （旋合圈数） （3.21） （3.22） =2009.8/0.0293.9（160/6）10-3 =206.8103pa =0.206Mpa=40Mpa(3)弯曲强度=32009.83/2.93.92（160/6）=0.48Mpa=45Mpa合格3.3.4 机座的机械结构示意图带动机身回转的电机：初选转速 W =60/s N =1/6转/秒=10转/分由于齿轮 I =3减速器 I =30所以 n =10330=900转/分选择 Y90L-6型笼型异步电动机电动机采用B级绝缘。外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。如表3.4 Y90S-6电动机技术数据所示：表3.4 Y90L-6电动机技术型号额定功率KW满载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流A转速r/min效率%功率因素额定电流额定转矩额定转矩Y9OL-61.13.291073.50.726.02.02.0机座的机械结构如图3.10所示:图3.10 机座结构图3.4 机械手的定位及平稳性确定3.4.1 常用的定位方式机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块。当机械手经减速运行到终点时，紧靠挡块而定位。若定位前已减速，定位时驱动压力未撤除，在这种情况下，机械挡块定位能达到较高的重复精度。一般可高于0.5mm，若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力，这时机械手可能被挡块碰回一个微小距离，因而定位精度变低12。3.4.2 影响平稳性和定位精度的因素机械手能否准确地工作，实际上是一个三维空间的定位问题，是若干线量和角量定位的组合。在许多较简单情况下，单个量值可能是主要的。影响单个线量或角量定位误差的因素如下：(1)定位方式不同的定位方式影响因素不同。如机械挡块定位时，定位精度与挡块的刚度和碰接挡块时的速度等因素有关。(2)定位速度定位速度对定位精度影响很大。这是因为定位速度不同时，必须耗散的运动部件的能量不同。通常，为减小定位误差应合理控制定位速度，如提高缓冲装置的缓冲性能和缓冲效率，控制驱动系统使运动部件适时减速。(3)精度机械手的制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。(4)刚度机械手本身的结构刚度和接触刚度低时，因易产生振动，定位精度一般较低。(5)运动件的重量运动件的重量包括机械手本身的重量和被抓物的重量。运动件重量的变化对定位精度影响较大。通常，运动件重量增加时，定位精度降低。因此，设计时不仅要减小运动部件本身的重量，而且要考虑工作时抓重变化的影响。(6)驱动源液压、气压的压力波动及电压、油温、气温的波动都会影响机械手的重复定位精度。因此，采用必要的稳压及调节油温措施。如用蓄能器稳定油压，用加热器或冷却器控制油温，低速时，用温度、压力补偿流量控制阀控制。(7)控制系统开关控制、电液比例控制和伺服控制的位置控制精度是个不相同的。这不仅是因为各种控制元件的精度和灵敏度不同，而且也与位置反馈装置的有无有关13。本课题所采用的定位精度为机械挡块定位。3.4.3 机械手运动的缓冲装置缓冲装置分为内缓冲和外缓冲两种形式。内缓冲形式有油缸端部缓冲装置和缓冲回路等。外缓冲形式有弹性机械元件和液压缓冲器。内缓冲的优点是结构简单，紧凑。但有时安置位置有限；外缓冲的优点是安置位置灵活，简便，缓冲性能好调等，但结构较庞大。本课题所采用的缓冲装置为油缸端部缓冲装置。当活塞运动到距油缸端盖某一距离时能在活塞与端盖之间形成一个缓冲室。利用节流的原理使缓冲室产生临时背压阻力，以使运动减速直至停止，而避免硬性冲击的装置，称为油缸端部缓冲装置12-15。在缓冲行程中，节流口恒定的，称为恒节流式油缸端部缓冲装置。设计油缸端部恒节流缓冲装置时，（最大加速度）、（缓冲腔最大冲击压力）和（残余速度）三个参数是受工作条件限制的。通常采用的办法是先选定其中一个参数，然后校验其余两个参数。步骤如下：(1)选择最大加速度通常，amax值按机械手类型和结构特点选取，同时要考虑速度与载荷大小。对于重载低速机械手，- 取5m/s2以下，对于轻载高速机械手，-取510 m/s2(2)计算沿运动方向作用在活塞上的外力F水平运动时： （3.23） =0.251033.62-7=138N(3)计算残余速度Vr （3.24）=0.1/0.64=0.15m/s4 传动系统三维造型设计4.1 三维造型软件的概述4.1.l PRO/E概述1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。下面就Pro/ENGINEER的特点及主要模块进行简单的介绍。 全相关性：Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。4.1.2 模块工业设计(CAID)模块 工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，以前，在零件未制造出时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用3DS可以生成实体模型，但用3DS生成的模型在工程实际中是“中看不中用”。用PRO/E生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用。事实上，PRO/E后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。 包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(动画模拟)、 PRO/DESIGNER(概念设计)、PRO/NETWORKANIMATOR(网络动画合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（图片转三维模型）、PRO/PHOTORENDER(图片渲染)几个子模块。 机械设计(CAD)模块 机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面，如图1中的摩托车轮轱，这些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用 PRO/E生成曲面仅需2步3步*作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此PRO/E可以迅速建立任何复杂曲面。 它既能作为高性能系统独立使用，又能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等标准。包括：PRO/ASSEMBLY（实体装配）、PRO/CABLING（电路设计）、PRO/PIPING（弯管铺设）、PRO/REPORT（应用数据图形显示）、PRO/SCAN-TOOLS（物理模型数字化）、PRO/SURFACE（曲面设计）、PRO/WELDING（焊接设计） 功能仿真(CAE)模块 功能仿真(CAE)模块主要进行有限元分析。我们中国有句古话：“画虎画皮难画骨，知人知面不知心”。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件的内部变化情况是难以知晓的。有限元仿真使我们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态。利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，便可充分优化零件的设计。著名的可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近20，而其功能丝毫不受影响，仅此一项就取得了极大的经济效益。4