毕业设计（论文）-吸盘式板材搬运工业机器人设计（全套图纸）.pdf

毕 业 设 计毕 业 设 计 题题 目目 学学 院院 机械工程学院 专专 业业 班班 级级 学学 生生 学学 号号 指导教师指导教师 二一 一年 五 月 二十八 日 毕业设计 - I - 摘 要 本次设计的机械手是为了实现玻璃的装卸搬运。考虑到玻璃的材质及形状，采用 真空吸盘装置来完成玻璃的抓取，通过液压缸来实现各个动作要求，包括腕部回转油 缸，手臂伸缩油缸，机身升降油缸以及控制整机回转的液压缸。通过真空吸盘装置抓 取玻璃，机身升降油缸上升，然后手臂伸缩油缸移动到相应位置，经过机身回转一定 角度完成玻璃搬运， 最后腕部回转一定角度经由真空吸盘装置卸下玻璃即完成了整个 过程。这种机械手代替人工完成了像玻璃这类易碎物件的装卸搬运，实现连续运转工 作。 关键词：机械手；真空吸盘；液压缸关键词：机械手；真空吸盘；液压缸 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 毕业设计 - II - ABSTRACT The design of the manipulator is to achieve the glass handling operations. Taking into account the material and shape the glass, using vacuum suction device to complete the capture of glass, through the hydraulic cylinder to achieve the requirements of the various actions, including the wrist rotating cylinders, telescopic arm, cylinder, lift cylinder and the control of whole body rotation hydraulic cylinder. Crawl through the glass vacuum suction device, increased body lift cylinder, telescopic cylinders and then moving the arm into place, after completion of body rotation angle to the glass handling, the final angle of wrist rotation through the vacuum suction device is complete remove the glass the whole process. The completed robot instead of human Fragile objects such as glass Handling, achieve to working continuous operation. Key words： Manipulator; vacuum suction; hydraulic cylinder 毕业设计 - III - 目 录 摘要.I ABSTRACT.II 1 前言.1 1.1 机械手概述.1 1.2 工业机械手的国内外现状.1 1.3 机械手的组成和分类.2 1.3.1 机械手的组成.2 1.3.2 机械手的分类. .4 2 总体方案设计.5 2.1 机械手的坐标形式和自由度.3 2.2 机械手各个部分的设计.4 2.3 各部分的主要数据.4 3 真空吸盘数量的确定.6 4 腕部设计计算.8 4.1 腕部回转驱动力计算.8 4.2 腕部回转液压缸尺寸的计算.10 5 手臂伸缩的设计计算.14 5.1 手臂伸缩液压缸的驱动力计算.14 5.2 手臂伸缩液压缸的参数计算.15 5.2.1 液压缸内径计算.15 5.2.2 活塞杆直径计算.16 5.2.3 液压缸壁厚计算.17 6 手臂回转缸的设计计算.19 6.1 手臂偏重力矩计算.19 6.2 手臂回转液压缸回转力矩计算.19 毕业设计 - IV - 6.3 手臂回转液压缸尺寸计算.20 6.4 液压缸盖螺栓计算.20 7 手臂升降缸的设计计算.22 7.1 手臂升降缸力矩计算.22 7.2 手臂升降液压缸尺寸.23 7.2.1 液压缸内径计算.23 7.2.2 活塞杆直径计算.23 7.2.3 液压缸壁厚计算.24 7.3 键连接强度计算.24 8 结论.26 参考文献.27 致谢.28 毕业设计 - 1 - 1 前言 1.1 机械手概述 机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和 操作动作的自动化机械装置 1。 机械手是从美国开始研制的。1954 年，美国人戴沃尔最早提出了工业机器人的 概念并申请专利。专利的点重是借助伺服系统控制机器人的关节，利用人手对机器人 进行动作示范， 从而使机器人实现动作的记录和再现， 这就是所谓的示教再现机器人， 这为以后的机器人发展奠定了基础， 现在的机器人很多都采用这种控制方式来控制机 器的运动。1958 年，美国联合控制公司研制出了第一台机械手铆接机器人来实现铆 接作业，减轻了工人的劳动强度。作为机器人产品，最早被应用的实用机型是 1962 年美国 AMF 公司推出的“VERSTRAN”和 UNIMATION 公司推出的“UNIMATE” 。这些工业 机器人主要由类似人的手臂组成， 它可代替人们的繁重劳动以减轻人们的劳动强度以 及实现生产的工业化和自动化，能在有害环境下工作以保护工人安全，因而得到广泛 应用，如机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手能够模仿人手的部分动作，按照给定程序和运行轨迹来实现自动抓取、搬 运或操作的自动化装置，广泛应用在工业生产中，这类机械手被称为工业机械手，是 工业机器人一个重要组成部分。 它在构造、 性能及灵敏度上兼有人和机器的各自优点， 将人的智能性和适应性体现的淋漓尽致。 机械手作业的准确性和在各种环境中完成作 业的能力极为强大，因此在国民经济发展的各个领域都有着广阔的前景。 1.2 工业机械手的国内外现状 工业机械手能够模仿人体手臂的部分功能， 按照预定要求来输送工件或握住工 具进行具体操作的自动化技术设备，它可以代替人手进行繁重劳动，进而改善劳动 条件，提高劳动生产率和自动化水平，有着广阔的发展空间。目前国内机械手主要 用在机床加工、铸锻、热处理等方面。数量、品种、性能各个方面都不能充分满足 工业生产发展的需要。 所以， 在国内应该逐步扩大其应用范围， 以便减轻劳动强度， 改善作业环境。在发展应用专用机械手的同时，还应发展通用机械手，有条件的话 还应该研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度、 精度，避免冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手在工业生产中的作用。考虑与 计算机相连接，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外机械手在机械制造行业中应用很广泛发展也很快。目前主要用于机床、横 锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆、搬运等劳动强度大或者危险的行业。它按照 事先编制的作业程序来完成规定的动作。 国外机械手的发展趋势是大力研发智能机 毕业设计 - 2 - 械手并将其广泛应用到各个方面。使它具有一定的感知能力，能反馈外界条件的变 化，做出相应动作的变更。如位置发生偏差时，能及时更正并自动进行检测，重点 研究的视觉功能和触觉功能，已经取得了一定的成效。目前处于世界领先水平的高 端工业机械手均有向高速化、高精化、多轴化、轻量化方向发展的趋势。定位精度 可以达到微米及亚微米的要求，运行速度可以达到 3M/S，量新产品达到 6 轴联动， 负载 2KG 的产品系统重量已经突破 100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统 和柔性制造单元结合与一体， 从根本上改变当前机械制造系统中人工操作的工作现 状。同时，随着机械手向着微型化和小型化的发展，其应用领域将得到更加广阔的 发展，它将突破传统机械领域，向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天技 术等高端行业发展。 1.3 机械手的组成和分类 1.3.1 机械手的组成 工业机械手是由执行系统、驱动系统和控制系统几部分组成。执行系统又可分为抓 取、送放和机身三大部分。 （1）执行系统 执行系统是直接握持物件 实现所需的各种运动机械部分，它包括以下机构： 1）抓取机构 抓取机构又称手部或抓部， 是机械手直接与被抓工件接触并实加约束和加紧力的 部分。根据与物件接触的不同形式，抓取机构可分为夹钳式与气吸式两大类。 夹钳式抓取机构由手指（或称手抓）和传动机构组成。手指与物件直接接触，而 传动机构则开闭手指，并通过手指对被抓取物件施加完全约束和加紧力，使之牢牢被 抓住，到目的地后再被放松。吸附式抓取机构主要由吸盘等组成，它是靠吸盘产生的 吸力（如吸盘内形成的负压或产生的电磁力）吸附物件。对于一些较简单的机械手， 也可以直接将工具（如焊枪、喷枪、容器等）装置于机械手臂的前端，而不设置抓取 机构。 2）送放机构 送放机构是执行系统中将被抓取物件送放到目的地的机械部分。 它主要由于手臂 （又称臂部） 、手腕（又称腕部） 、行走装置等部分组成。 手腕主要使用来调整和改变被抓取物件的姿势（即方位） 。并起到了连接手臂和 手抓的作用。 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要运动部件。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指定的位置（即改变被抓取物件的空间位置） 。工 业机械手的手臂通常是由驱动手臂运动的部件(例如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连 杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，来实现 毕业设计 - 3 - 手臂的各种运动。对于一些简单的机械手来说，可以不设置腕部或其他行走机构，而 是将抓取机构直接装在手臂一端，以减轻重量简化结构。 立柱是支承手臂的部件，也可以是手臂的一部分，手臂的回转和升降(或俯仰) 运动均与立柱有密切联系。机械手的立柱一般为固定不动的，但因工作需要，有时也 可作横向移动。 3）机身 机身是机械手中用来支承送放机构的部件，也是安装驱动系统、控制系统的基础 部件。 （2）驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节 装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动 等多种形式。 （3）控制系统 机械手控制系统的功用是通过对驱动系统的控制使执行系统按照规定的要求进 行工作，并检测其工作位置正确与否。其支配着工业机械手按规定要求运动的系统。 目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位（或机械档块定位）系统 组成，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息（如动 作顺序、运动轨迹、运动速度及时间） ，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指 令 2。 1.3.2 机械手的分类 （1）按用途分 可分为专用机械手和通用机械手； （2）按手臂运动形式分 有直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和多关节式； （3）按驱动方式分 有液压、气动、机械和电动等； （4）按控制方式分 可分为固定程序控制、可编程序控制等 2。 毕业设计 - 4 - 2 总体方案设计 2.1 机械手的坐标形式和自由度 根据机械手手臂的基本运动形式，其坐标形式可分为四种：直角坐标式、圆柱坐 标式、极坐标式和多关节式。本次设计采用圆柱坐标式，占地面积小。机械手需要完 成玻璃装卸搬运过程，所以决定了机械手的自由度数，需要由腕部回转，手臂伸缩和 立柱升降回转来完成一系列动作过程。 2.2 机械手各个部分的设计 手抓：夹钳式抓取机构可以满足工业生产中常用的平板、圆杆、方杆、圆锥体和 球体等基本形状物料的抓取要求。 对于片状零件、 光滑薄板材料等， 通常用真空吸盘装置 （即产生负压） 吸取工件。 产生负压的方式有气流负压式和真空泵式。 对于导磁性环类和带孔的盘类零件， 以及网孔状的板料等， 通常用电磁吸盘吸料。 电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。 用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的 物件形状、尺寸和重量大小而定2。 综上玻璃是易碎物件，不适合用手抓和电磁吸盘，而表面比较光滑适合用真空吸 盘装置，所以选用真空吸盘装置来作为机械手手抓。 腕部：结构形式 回转油缸驱动的腕部结构，只有一个自由度；两个回转油 缸驱动的腕部结构， 两个自由度， 小于 360的回转运动以及上下摆动； 采用齿条、 直线油缸驱动腕部结构，这种结构只有一个自由度，回转角度大于 360。 要求：结构要紧凑，重量轻；转动要灵活，密封性要好；要解决好腕部和 手部以及手臂的连接问题。 因为放置玻璃时只需要腕部旋转一定角度，并且此角度小于 360，所以只采用 回转液压缸驱动的手腕结构就能达到要求。其特点是：手部抓取机构直接与腕部回转 液压缸的转轴相连，有转轴直接带动手部实现回转，结构简单，但密封困难，比较容 易漏油。 臂部：要求刚度要大，手臂截面形状要选择合理；导向性能要好 为防止手 臂在直线移动时，沿着运动轴线发生相对转动，可以设置导向装置；偏重力矩要小 偏重力矩就是指臂部重量对支承回转轴所产生的静力矩。为了提高机器人的运动速 度， 要尽量减少运动部件的总重量， 以减小偏重力矩和整个臂部对回转轴的转动惯量。 运动要平稳且定位精度要高 。 臂部一般要能实现伸缩、升降和回转，要有足够刚性，其中手臂的升降和回转 毕业设计 - 5 - 是通过立柱实现。直接采用普通液压缸实现伸缩，并采用双导向杆导向装置，采用双 导向杆受力情况要好，行程可以较长，可以承受更大的载荷。立柱回转与手腕回转采 用回转油缸直接驱动。立柱升降采用花键轴套导向，但抗偏重力矩性能差，适合抓取 形状规则零件。 2.3 各部分的主要数据 （1）腕部回转速度：45/ s ； （2）手臂伸缩速度：70 mm/s ； （3）手臂回转速度：45/ s； （4）立柱升降速度：70 mm/s； （5）完成玻璃的装卸搬运过程所需的最大工作范围：腕部需要的最大回转角度 75，手臂伸缩行程 400 mm，手臂回转角度为 90，立柱升降最大范围为 360 mm。 毕业设计 - 6 - 3 真空真空吸盘数量的确定 （1）真空吸盘装置 采用真空泵来制造负压即真空泵吸盘式。其原理：用真空泵 将吸盘与工件间的空气抽出，使吸盘内压力小于外面大气压力，吸盘就是靠内外压差 把工件吸起。 （2）吸盘形式与规格：当抓取类似玻璃等的薄片件时采用锥形吸盘，一般外轮廓 锥角 90 （如图 3.1） 。 图 3.1 吸盘形式 表 3.1 锥形吸盘规格尺寸 直径D d1 d2 h 25 13 6 12 32 18 7.5 12 38 18 9.5 12 45 20 10.5 15 51 23 14 15 113 45 28 32 （3）吸盘吸力计算 选用的是成都气海机电制造有限公司生产的真空泵，其型号 为 VCC5518B，这是一种双头泵 ，两侧分别有独立的工作泵头，提供了互不干扰的 两路系统，共两对进、排气口。传输无污染，可以任意方向安装，允许介质富含水汽， 可以连续运转 24 小时，其真空度为 418mmHg。 F=（1- 760 g H ）A （3.1） 其中：F吸盘吸力（公斤） ； g H 真空泵抽气的极限真空度（毫米汞柱） ； A负压作用面（厘米 2） ； D吸盘直径（厘米） 。 玻璃尺寸（长宽高） ：1500200035 mm，玻璃密度：=2g/cm3 。 毕业设计 - 7 - 玻璃体积： v=150020004=12000（cm3） （3.2） 玻璃质量： m=V=212000=24 kg （3.3） 选用直径为 113mm 的吸盘 吸盘面积： 2 4 D = 2 3 . 11 4 14 . 3 =100（cm3） （3.4） 将以上数据带入公式 3.1 得 100 760 418 1 =F=45（公斤） （4）吸盘数量确定 为了保证真空吸盘能完成给定的任务,需考虑安全系数的 问题,结合理论和实践经验,取真空吸盘的安全系数 n 一般为 2.5。 所以,许用提升质量= 理论提升质量/n ，考虑受力平衡和足够的安全，初步选取吸盘数量为 4 个则 72Kg 5 .2 445 n N = = 理 许 N （3.5） 可见 72Kg45Kg，所以可以选用四个吸盘。 毕业设计 - 8 - 4 腕部设计计算 4.1 腕部回转驱动力矩计算 腕部回转运动，左右摆动驱动机构需要克服以下三种阻力矩（图 4.1） 图 4.1 腕部受力图 （1）手腕转动支承处的摩擦力矩 () 2211 DNDN 2 f 1 += M M (N.m） （4.1） 其中 f轴承的摩擦系数，对滚动轴承 f=0.02，滑动轴承 f=157 . 0 1 . 0 2 = ； N1、N2轴承处支反力（N） ； D1、D2轴承直径（m） 。 如图 4.1 腕部受力图 工件重量NG2 .235=,估算手部重量NG 8 . 64 1 =， mmlmml90,215 21 =,40 21 mmDD= 计算支反力： 2121 GGNN+= （4.2） 0 22111 =+lNlGlG （4.3） 毕业设计 - 9 - 计算得： NNNN167,1016 21 = 将数据代入公式 4.1 得：()0.692804. 071604. 01016 2 02. 0 =+= M M (N.m） （2）克服工件重心偏置所需的阻力矩 ()mNeG= P M （4.4） 其中 G工件的重量（N） ； e偏心距（m）取其值为 150mm。 则带入数据得： ()mN28.3515 . 0 235.2= P M （3）克服起重的惯性力矩 () 启 工件 t JJ 2 += G M （4.5） 其中 J手抓、手腕转动部件对转轴的转动惯量（ 2 smN） ； J工件工件对手腕回转轴线的转动惯量（ 2 smN） ； 手腕回转过程的角速度（rad/s） ； t启启动过程中所需的时间，一般取 0.050.3s。 将真空吸盘装置和回转液压缸转动件等效为圆柱体且 R=80mm，100N= 总 G， 033 . 0 08 . 0 8 . 9 100 2 1 2 1 22 =mRJ（ 2 smN） （4.6） 54 . 0 15 . 0 2402 . 0 24 2 1 e g G J 2221 c =+=+= 工件 J（ 2 smN） （4.7） 将以上数值代入公式 4.4 得：()()mN997. 5 15. 0 14. 3 180 90 54. 033. 0= += o G M 将数值代入得：MZ =0.6928+35.28+5.977=41.9498()mN 毕业设计 - 10 - 4.2 腕部回转液压缸尺寸的计算 表 4.1 标准液压缸的内径系列 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 设定腕部部分参数：设 b=60mm，液压缸工作压力 P=1MPa，d=47mm， 图 4.2 回转缸的工作原理图 1 输出轴 2 动片 3 缸体 4 定片 由 ()() 82 2222 dDpbrRpb M = = （4.8） 式中 D 液压缸内径（mm） ； P回转液压缸工作压力（MPa） ； b动片宽度（mm） ； d输出轴与动片连接处的直径（mm） 。 得 )(088 . 0 047 . 0 10106 . 0 9498.4188 2 6 2 md bp M D=+ =+= （4.9） 毕业设计 - 11 - 所以取液压缸的内径为 100mm。 根据缸体内径 D=100mm,外径选择 121mm，考虑到实际的装配问题，外径选择 为 146 mm，所以，腕部回转液压缸的主要参数如下： 表 4.2 回转液压缸参数表 工作压力 P 液压缸内径 D 输出轴直径 d 回转力矩 M 动片宽度 b 1MPa 100mm 47mm 41.9498mN 60mm 4.3 液压缸盖螺钉计算 表 4.3 螺钉间距 t 与压力 p 之间的关系 工作压力 p(MPa) 螺钉的间距 t(mm) 0.51.5 150 1.52.5 120 2.55.0 100 510.0 80 在上表中，t 为螺钉的间距，而螺钉的间距是与工作压力 p 有关的，每个螺钉在危险 截面上承受的压力为: QSQQS FFF+= (4.10) 上式中 Q F为工作载荷； QS F 为预紧力。 因为液压缸的工作压力为 P=1MPa，根据表 4.3.1 可知，螺钉的间距应该小于 150mm，初选 8 个螺钉。 )(150)(25.39 8 1005 . 0 14 . 3 2 8 2 3 mmmm R = = （4.12） 危险截面积： )(00612 . 0 4 047 . 0 1 . 0 14 . 3 2 22 22 mrRS= = （4.13） 式中 R液压缸内径（mm） ； 毕业设计 - 12 - )(765 8 10100612 . 0 6 N Z SP FQ = （4.14） 上式中 Z螺钉个数。 )8 . 15 . 1(=KKFF QQS （4.15） 在公式中，取6 . 1=K，则： )(12247656 . 1NFQS= 所以 )(19891224765NFFF QSQQS =+=+= 由此计算螺钉的强度条件为： 合= 4 3 . 1 2 1 d FQS 上式中 螺钉材料的许用拉应力（MPa） ； 1 d 螺钉危险截面的直径（mm） 。 螺钉材料选用 Q235，取MPa S 240=，则： )5 . 22 . 1(160 5 . 1 240 =nMPa n S （4.16） 所以， )(0045 . 0 1016014 . 3 19893 . 14 3 . 14 6 1 m F d QS = = （4.17） 所以，选择腕部回转液压缸盖的螺钉直径为 d1=5mm。 毕业设计 - 13 - 5 手臂伸缩的设计计算 5.1 手臂伸缩液压缸驱动力计算 手臂伸缩采用双导向杆伸缩缸，伸缩缸安装在导向杆之间，这种方式受力情况 好，行程可以较长，可以承受更大的载荷。 手臂水平伸缩所需要的驱动力计算公式如下式： q P =FM +FG （5.1） 式中 FM摩擦阻力之和； FG整个手臂运动件（包括工件）的最大惯性力。 FM =FQ +FD （5.2） 式中 FQO 型密封圈上的摩擦阻力； FD导向支承上的摩擦阻力。 FM=0.03PQ （5.3） 不同的密封件摩擦阻力也不同，采用 O 型密封圈且当液压缸的工作压力在小于 10Mpa 时，液压缸在密封处总的摩擦阻力如公式 5.1.3 所示。 FD=Nf （5.4） 上式中 N 导向杆两支承点上的反力之和； f 摩擦系数，钢对钢时取 0.1. FG tg VG = （5.5） 上式中 G手臂运动部件（包括工件）总重量（） ； V手臂运动最高速度（m/s） ； g重力加速度（m/s2）; 毕业设计 - 14 - t其中过程所需要的时间，按机械手运动速度选取，也可按 0.01 0.5s 估算。移动部件轻时，取小值；重时，取大值。 FD=Nf=G总 f a al +2 （5.6） 上式中 G总参与运动部件所受的总重量（N） ； l手臂参与动的部件的总重量的重心到导向支承前端的距离（mm） ； a导向支承的长度（mm） ； f 当量摩擦系数，其值与导向支承的截面有关。 对于圆柱截面： = 2 4 f （5.7） 上式中 摩擦系数，钢对钢时取其值为 0.1 代入数据得 ()157 . 0 127 . 0 1 . 057 . 1 27 . 1 1 . 0 2 4 = = f 取 f=0.14 取 l=750mm，a=400mm，G总=700N，t=0.03 代入数据得 F导 )(3325 400 4007502 700N= + = FG tg VG = =)(67.166 03 . 0 8 . 9 1070700 3 N= = 由式 PQ=0.03PQ +3325+166.67 得出 PQ=3599.66N 5.2 手臂伸缩液压缸参数计算 5.2.1 液压缸内径计算 表 5.1 工作负载与工作压力的关系 F/N 50000 p/MPa （7.1） ( )N h lG FR3540 235 57.1188700 2 = = 总 （7.2） 式中 总 G 手臂回转部件总重量（N） ； l各零件总重心距手臂回转轴心线的距离（mm） ； h如图所示高度（mm） 。 手臂升降缸驱动力计算 ： PQ =FM+ ZG GF （7.3） 式中 FM摩擦阻力之和； FG整个手臂运动件（包括工件）的最大惯性力； 毕业设计 - 21 - Z G 整个回转部件的总的总量。 FM= FM FF+= （7.4） ( )N70835402f2 2 = RM FF （7.5） 求FG将数据代入 5.5 得 FG tg VG = =)(67.166 03 . 0 8 . 9 1070700 3 N= = 由公式 5.3 可知 QF PF03 . 0 = 将以上数据代入公式 70067.16603 . 0 708+= QQ PP 可以得出 ( )NPQ1623=或( )NPQ180= 7.2 手臂升降液压缸尺寸计算 7.2.1 液压缸内径计算 因为 驱 P 得数值已确定可查表 5.1 取工作压力 p=1Mpa。 去上升时计算，当油又进入无杆腔时将数据代入公式 5.8， 可得： )(0467 . 0 95 . 0 101 1623 13 . 1 13 . 1 6 1 m P P D= = 因为升降缸选用花键导向，活塞杆部分有一段空心轴直径可能较大，所以适当选取直 径大些，取 D=100mm。 7.2.2 活塞杆直径计算 选活塞杆的材料为碳钢，其 为 100120MPa ，取 =110Mpa 将数据代入公式 5.11 得 d Q P4 =( )m0043 . 0 1011014 . 3 16234 6 = 根据此数值适当选取的花键直径，选取规格为 842468（mm） 。 毕业设计 - 22 - 7.2.3 液压缸壁厚计算 将数据代入公式 5.12 得 ()mm18. 1 1102 1003 . 1 = = 取 =10mm 液压缸外径 D0=D+2 带入数据得 D0 =120mm 表 7.1 手臂升降液压缸参数表 液压缸内径 D 工作压力 p 驱动力（N） 液压缸壁厚 100mm 1Mpa 1623，180 10mm 7.3 键连接强度计算 花键连接的强度条件： p m p zhld T = 3 102 （7.6） 上式中 载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取 =0.70.8，齿数多 时取偏小值； z 花键的齿数； l齿的工作长度（mm） h花键齿侧面的工作高度，举行花键，c dD h2 2 =，D 为外花键的 大径，d 为内花键的小径； m d 花键的平均直径，矩形花键， 2 dD dm + =； T 传递的转矩()mN 。 毕业设计 - 23 - 许用挤压应力 ()MPa sp 2843558 . 08 . 0= （7.7） 将数据代入公式 7.6 得 ()()MPaMPa zhld T p m p 28446 . 6 442354 . 187 . 0 10 9 . 2612102 33 = = = 所以花键满足强度条件。 普通平键连接的强度条件： pp kld T = 3 102 （7.8） 上式中 T 传递的转矩()mN ； k键与轮毂键槽的接触高度 k=0.5h（mm） ； l键的工作长度（mm） ； d轴的直径（mm） 。 代入数据得 ()()MPaMPa kld T pp 284 7 . 202 38174 10 9 . 2612102 33 = = = 所以普通平键满足强度条件 。 毕业设计 - 24 - 5 结 论 此次设计中了解了机械手的组成以及分类，知道了机械手主要的坐标运动形式。 设计中确定了驱动方式，选择了机械手的基本形式为基座式，自由度数为腕部回转， 臂部伸缩、回转、升降共四个。统一选用液压系统作为机械手的驱动系统，并对机械 手的抓取机构，腕部，臂部进行了逐一设计。机械手手抓采用真空吸盘装置，腕部以 及臂部回转均采用回转液压缸，臂部升降移动均采用普通伸缩缸。液压机械手结构紧 凑，占地面积小，输出功率大，但也存在缺点，对部件密封性能要求高。 机械手的工作过程为：先启动，机械手上升，手臂回转 90，手臂前伸，机械手 下降，机械手上升，手臂回转 90，机械手手腕回转 75放下玻璃即完成了一个工作 过程，再回转下降又开始下一