　　　本论文主要阐述该机械手的升降和回转的设计和计算。首先从机械手的基础知识介绍有关机械手的组成、分类、臂部设计，液压控制的多种方案，再从本次设计所要求的功能原理设计开始，对于不同的方案加以比较和论证，从中可确定出最优方案，并采用其方案。着重阐述了机身的设计，具体阐述了机械手的设计原则和步骤，分析了设计时应注意的问题，并对机械手的平稳性及定位精度给予详细的论述。设计并分析了该机械手所用的液压控制的方法和过程。由于经验不足，知识有限，难免有误，有待改进。　

关键词　机械手；液压；驱动力；定位精度

Abstract

　　　With the development of technology, the human society entered a modern ear for with automation with electronics technique for marking. Automation machine large quantity is applied in industry engineering inside, among them the application of the industry machine hand is the most extensive. The industry machine of a kind of mimicry hand action, can replace a lot of artificials operate, combining can obtain the higher efficiency.

　　　This thesis introduces to used for clipping to hold the outside circle a design for and down anticipating machine hand. It adopts the liquid presses to drive, ordering a procedure control, acting steady, control convenience.

　　　This thesis expatiates the rise and fall of the machine’s hand primarily with the design of the turn-over with compute. Constitute, divide into section form the relevant machine in introduction in knowledge in foundation of the machine hand first, wrist a various projects for and arm department designing, liquid pressing control, start from this design a function for requesting principle, take into the comparison to the different project with the argument, can make sure the superior project from the inside, combine to adopt its project, in as to it’s of the foundation of the construction design, as to it’s driver force and moment proceed the calculation. Emphasize the design that expatiated the fuselage, expatiated the design principle of the machine hand in a specific way with the step, analyzed the problem of design should notice, and give to the steady and fixed position accuracy of the machine hand detailed treatise. Because of experience shortage, the knowledge is limited, difficult do not need the mistake, treat to improve.　

Keywords　Manipulator; Liquid presses; Driving force; Fixed position accuracy

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 课题的研究背景和意义1

1.2 课题的发展前景1

1.3 本章小结2

第2章工业机械手概述3

2.1 工业机械手的分类3

2.2 工业机械手的组成3

2.3 工业机械手的自由度和坐标形式5

2.3.1 工业机械手的自由度5

2.3.2 机械手的几种坐标形式6

2.4 本章小结7

第3章工业机械手的设计8

3.1 手部8

3.2 臂部10

3.3 手部升降部分13

3.4 本章小结23

第4章机械手总体方案的总结24

4.1 机械手的动作和规格参数24

4.2 本机械手的特点24

4.3 本章小结24

结论25

致谢26

参考文献27

课题的研究背景和意义

　　　有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国，社会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。　

课题的发展前景

　　　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，目前已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，弧焊机器人已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，我国已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、模化设计，积极推进产业化进程。

　　　我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还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应用方面则刚刚起步，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。　

本章小结

　　　本章主要介绍了，机械手的研究意义和发展前景，由此体现出该课题在生产实际中的重要。

工业机械手概述

工业机械手的分类

工业机械手目前在国内是专用机械手和通用机械手的统称。

专用机械手是指附属于主机、动作程序固定，一般没有独立控制系统，只做专门用途的自动抓取或操作装置。

通用机械手（国外泛称工业机器人）是指程序可变的、独立的、自动化的抓取或操作装置。

　　　目前多机械手尚无明确的分类标准，全国各地区尚未统一，我们按目前应用比较多的两方面进行分类：

　　　1. 按搬运的工件重量（或称臂力）分类

　　　(1)小型的——臂力在1公斤以下；

　　　(2)中型的——臂力在1~30公斤以内；

　　　(3)大型的——臂力在30公斤以上。

　　　目前大多数的工业机械手其搬运重量为中型的。

　　　2. 按机能分类

　　　简易型通用机械手

　　　有固定程序和可变程序两种。固定程序由挡块或凸轮转鼓控制；可变程序用插销板来给定程序。

　　　这种机械手多为气动或液压驱动，结构简单，成本较低，改变程序较容易。只适用于程序较简单的点位控制，实现重复性操作作为一般单机服务的搬运工作也完全够。目前这种机械手的数量最多。

　　　示教再现型通用机械手

这种机械手由人工通过示教装置领动一遍，或者预先操作给定一遍，称为示教。它由磁鼓（或磁带、磁芯）把程序记录下来，以后机械手就自动按记忆的程序，重复地进行循环动作。

　　　这种机械手多为电液伺服控制。与前者比较，这种机械手可有较多的自由度，有可能实现连续轨迹控制，能进行程序较复杂的作业，通用性较大。

　　　具有视觉、触觉的通用机械手

　　　这种机械手由电子计算机控制，装有电视摄像管和传感器等，因而具有视觉、热感、触觉等。

工业机械手的组成

　　　工业机械手的结构有简单的也有复杂的。但从结构形式分析，主要有执行机构、驱动机构、位置检测装置和控制系统等组成。

执行机构

　　　它包括手部、腕部、臂部、立柱和基体等构件组成：

　　　(1) 手部——是夹持工件的构件。它由手爪和夹紧装置两部分组成。手爪有夹紧和松开动作。夹持式手爪的形式和人的手指相仿。另外还有真空和电磁吸盘（相当于手爪），用来吸取表面光滑的零件或薄板。有的手爪还可以夹持一些专用工具，如喷枪、扳手、焊接工具等。

　　　(2) 腕部——是联接手部和臂部的构件，起支撑手部的作用。它可以有俯仰、左右摆动和回转三个运动。特殊情况下可以增加一个横向移动。有的机械手没有手腕动作。

　　　(3) 臂部——是支撑手部、腕部的构件。机械手的臂部是为了取代人的手臂而研究设计的，但是它却达不到象人手臂的灵巧和适应功能。因此，只有把结构简化，把运动轨迹分为沿三坐标轴线方向往复移动和绕三坐标轴线进行回转。一般手臂具有前后伸缩、左右回转、上下升降或上下摆动等几个运动。根据需要可选其中一个、二个或三个运动。

　　　(4) 立柱——是支撑手臂等构件的。一般机械手的立柱为固定不动的，也有的因工作需要立柱作横向移动，此种称可移动式立柱。

　　　(5) 行走机构——机械手要求完成较远距离的操作时，可增加滚轮、轨道等行走机构。

　　　2. 驱动系统

　　　驱动系统是驱动臂部、腕部、手部的动力源。它有气动、液压、电力和机械式等四中形式，由直线缸、回转缸、各种阀、管及管接头等组成。

　　　3. 控制系统

　　　控制系统是机械手的重要组成部分，它是支配机械手按规定程序、行程和速度进行运动的装置。它必须保存或记忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺序，到达位置和时间信息）。机械手工作时根据这些信息对机械手的执行机构按程序发出控制指令，必要时还可以多机械手的动作进行监测，当动作错误或发生故障时可发出警告信号。

　　　4. 行程位置检测装置

　　　行程位置检测装置的作用是控制机械手每个运动的运动位置，或将运动系统的位置反馈给控制系统，再由控制系统进行调节，使机械手实现位置精度的要求。

　　　5. 辅助装置

　　　基体——是机械手的基础部分。机械手的执行机构各部件，驱动系统都安装在基体上，它起支撑作用。

　　　油箱——用来储存油和供油的装置，并使油散热和杂质沉淀。

　　　气缸——贮存压缩空气。

机械手的几种坐标形式

　　　直角坐标式：

　　　机械手的臂部可做前后、左右、升降三个移动，如图2-3a所示。这种坐标形式直观性好，结构简单，但惯性较大，占用的空间也较大，一般多安装在架空的梁上。

　　　圆柱坐标式：

　　　见图2-3b，它有二个移动（伸缩和升降）和一个转动。这种坐标直观性较好，结构简单，所占空间较小，动作范围较大，是应用最多的一种。

　　　球坐标式：

　　　见图2-3c，它有一个移动（手臂伸缩）和两个转动（左右回转和上下摆动）。这种坐标形式结构较复杂，但惯性不大，本体所占的空间较小，动作范围比圆柱坐标式更大，在通用机械手中应用较多。

　　　多关节式：

　　　见图2-3d，它有三个转动（左右旋转、两个关节旋转）。这种坐标形式运动件的惯性较小，本体占空间不大，而动作范围大，并且可以绕过障碍物抓区工件，但是其结构复杂，位置精度难于控制，故应用比较少。　　　机械手的手部是用来抓取并握紧工件的，它包括手爪和夹紧装置两部分。夹持工件的迅速、灵活、准确和牢靠程度，直接影响到机械手的性能，是机械手的关键部件之一。

　　　1．手部设计要求：

　　　(1) 手部应有足够的夹紧力。除工件的重力外，还要能不使工件在传递过程中松动或脱落；

　　　(2) 夹持范围要与工件相适应。手爪的开闭角度（手爪张开或闭合时的极限位置所摆动的角度）应能适应夹紧较大的直径范围；

　　　(3) 夹持精度要高。既要求工件在手爪内定位准确，又不夹坏工件的表面。一般需根据工件的形状选择相应的手爪结构：如圆柱形工件应采用带V形槽的手爪来定位；对于工件表面光洁度要求较高的，应在手爪上镶铜、夹布胶木或其它软质垫片等；

　　　(4) 夹持动作要迅速、灵活；

　　　(5) 手部结构要简单紧凑、刚性好、自重轻、易磨损处应该便于更换，在腕部或臂部上安装要方便，更换要迅速。

　　　2. 手部的结构

　　　手爪的类型大致分为下列三种：

　　　(1) 夹持式手爪：根据手爪的动作可分为回转型和平移型；根据手指的数量可分为双指式和多指式；根据夹持工件的方法又可分为外卡式和内胀式两种。

　　　(2) 吸附式手爪：分为真空吸盘式和电磁吸盘式两种。真空吸盘式又可分为真空泵式和气流负压式。

　　　(3) 带视觉或触觉的手爪。

　　　根据所设计课题的要求，该机械手是用于生产线上下料的，其抓取的工件是外圆件，所以可以不考虑吸附式手爪和带视觉或触觉的手爪。所以重点在于夹持式手

　　　依据本次设计实际情况，采用夹持式手爪。

　　　3. 夹持式手爪的计算

　　　(1) 夹紧力的计算

　　　1．本次设计的是液动上下料机械手，相对于通用机械手，专用机械手的自由度不变，控制程序简单，因此实用性更强。?

　　　2．采用液压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会因环境变化影响传动及控制性能。存在一定阻力损失和泄漏，对环境有一定的污染，但是成本低廉。?

　　　3．通过对液压传动系统工作原理图的参数化绘制，大大提高了绘图速度，节省了大量时间和避免了不必要的重复劳动，同时做到了图纸的统一规范。

　　　4．机械手采用PLC控制，具有可靠性高、改变程序灵活等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定PLC程序来实现。可以根据?机械手的动作顺序修改程序，使机械手的实用性更强。

参考文献

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机械手部装配图.gif

连接件.gif

伸缩缸.gif

手部拉紧轴.gif

总装图.gif

内容简介：: 哈尔滨理工大学专科生毕业论文哈尔滨理工大学荣成学院本科生毕业设计（论文）任务书学生姓名：孙权学号：0930060110学院：荣成学院专业：机械设计制造及其自动化任务起止时间： 2013年02月25日至 2013年06月 21日毕业设计（论文）题目：热处理机械手-机械结构设计毕业设计工作内容：1、实际调研，收集相关资料，完成开题报告；13周。2、结合生产实际，设计机械手的总图；3、设计机械手的升降缸，伸缩缸，定位缸结构图；47周。4、设计所有零件的工作图；1213周。5、撰写毕业设计论文，准备答辩；1416周。注：要求全部用计算机绘图和打印文稿（交打印件和电子稿）资料：1、工业机器人设计手册；2、非标设计手册；3、液压与气压传动；4、相关的技术资料。指导教师意见：签名：2013年 2 月 24 日系主任意见：签名：2013年2月 25日附录About Modenr Industrial ManipulayorRobot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are come into being. The practicality use of robot not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program. Modern industrial robots are true marvels of engineering. A robot the size of a person can easily carry a load over one hundred pounds and move it very quickly with a repeatability of 0.006inches. Furthermore these robots can do that 24hours a day for years on end with no failures whatsoever. Though they are reprogrammable, in many applications they are programmed once and then repeat that exact same task for years.At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development. With he rapid progress with the control economy and expanding of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly; with the development of modern technology and the enhancement of consciousness about environment reserve, more and more people realized the importance and urgent of sewage disposal. Active bacteria method is an effective technique for sewage disposal. The abundance requirement for lacunaris plastic makes it is a consequent for plastic producing with automation and high productivity. Therefore, it is very necessary to design a manipulator that can automatically fulfill the plastic holding. With the analysis of the problems in the design of the plastic holding manipulator and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive device and control system and guided by the idea of the characteristic and complex of mechanical configuration, electronic, software and hardware. In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate which can improve the stability and operation flexibility of the system. The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement. In this transmission structure, the screw transmission mechanism transmits the rotary motion into linear motion. Worm gear can give vary transmission ratio. Both of the transmission mechanisms have a characteristic of compact structure. The design of drive system often is limited by the environment condition and the factor of cost and technical lever. The step motor can receive digital signal directly and has the ability to response outer environment immediately and has no accumulation error, which often is used in driving system. In this driving system, open-loop control system is composed of stepping motor, which can satisfy the demand not only for control precision but also for the target of economic and practicality. On this basis, the analysis of stepping motor in power calculating and style selecting is also given. The analysis of kinematics and dynamics for object holding manipulator is given in completing the design of mechanical structure and drive system.Current industrial approaches to robot arm control treat each joint of the robot arm as a simple joint servomechanism. The servomechanism approach models the varying dynamics of a manipulator inadequately because it neglects the motion and configuration of the whole arm mechanism. These changes in the parameters of the controlled system sometimes are significant enough to render conventional feedback control strategies ineffective. The result is reduced servo response speed and damping, limiting the precision and speed of the end-effecter and making it appropriate only for limited-precision tasks. Manipulators controlled in this manner move at slow speeds with unnecessary vibrations. Any significant performance gain in this and other areas of robot arm control require the consideration of more efficient dynamic models, sophisticated control approaches, and the use of dedicated computer architectures and parallel processing techniques.In the industrial production and other fields, people often endangered by such factors as high temperature, corrode, poisonous gas and so forth at work, which have increased labor intensity and even jeopardized the life sometimes. The corresponding problems are solved since the robot arm comes out. The arms can catch, put and carry objects, and its movements are flexible and diversified. It applies to medium and small-scale automated production in which production varieties can be switched. And it is widely used on soft automatic line. The robot arms are generally made by withstand high temperatures, resist corrosion of materials to adapt to the harsh environment. So they reduced the labor intensity of the workers significantly and raised work efficiency. The robot arm is an important component of industrial robot, and it can be called industrial robots on many occasions. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment. Widely using industrial robots, not only can improve product quality and production, but also is of great significance for physical security protection, improvement of the environment for labor, reducing labor intensity, improvement of labor productivity, raw material consumption savings and lowering production costs.There are such mechanical components as ball footbridge, slides, air control mechanical hand and so on in the design. A programmable controller, a programming device, stepping motors, stepping motors drives, direct current motors, sensors, switch power supply, an electromagnetism valve and control desk are used in electrical connection.Robotistheautomatedproductionofakindusedintheprocessofcrawlingandmovingpiecefeaturesautomaticdevice,whichismechanizedandautomatedproductionprocessdevelopedanewtypeofdevice.Inrecentyears,aselectronictechnology,especiallycomputerextensiveuseofrobotdevelopmentandproductionofhightechfieldshasbecomearapidlydevelopedanewtechnology,whichfurtherpromotedthedevelopmentofrobot,allowingrobottobetterachievedwiththecombinationofmechanizationandautomation.Robotcanreplacehumanscompletedtheriskofduplicationofboringwork,toreducehumanlaborintensityandimprovelaborproductivity.Manipulatorhasbeenappliedmoreandmorewidely,inthemachineryindustry,itcanbeusedforpartsassembly,workpiecehandling,loadingandunloading,particularlyintheautomationofCNCmachinetools,modularmachinetoolsmorecommonlyused.Atpresent,therobothasdevelopedintoaFMSflexiblemanufacturingsystemsandflexiblemanufacturingcellinanimportantcomponentoftheFMC.Themachinetoolequipmentandmachineryinhandtogetherconstituteaflexiblemanufacturingsystemoraflexiblemanufacturingcell,itwasadaptedtosmallandmediumvolumeproduction,youcansaveahugeamountoftheworkpiececonveyordevice,compact,andadaptable.Whentheworkpiecechanges,flexibleproductionsystemisveryeasytochangewillhelpenterprisestocontinuouslyupdatethemarketablevariety,improveproductquality,andbetteradapttomarketcompetition.Atpresent,Chinasindustrialrobottechnologyanditsengineeringapplicationlevelandcomparabletoforeigncountriesthereisacertaindistance,applicationandindustrializationofthesizeofthelowlevelofrobotresearchanddevelopmentofadirectimpactonraisingthelevelofautomationinChina,fromtheeconomy,technicalconsiderationsareverynecessary.Therefore,thestudyofmechanicalhanddesignisverymeaningful.关于现代工业机械手机器人是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，随着经济技术的发展和各行各业对自动化程度要求的提高，机器人技术得到了迅速发展，出现了各种各样的机器人产品。现代工业机器人是人类真正的奇迹工程。一个像人那么大的机器人可以轻松地抬起超过一百磅并可以在误差0.006英寸内重复运动。更重要的是这些机器人可以每天24小时不停止地工作。在许多应用中他们是通过编程控制的，但是他们一旦编程一次，他们可以重复地做同一个工作许多年。机器人产品的实用化，既解决了许多单靠人力难以解决的实际问题，又促进了工业自动化的进程。目前，由于机器人的研制和开发涉及多方面的技术，系统结构复杂，开发和研制的成本普遍较高，在某种程度上限制了该项技术的广泛应用，因此，研制经济型、实用化、高可靠性机器人系统具有广泛的社会现实意义和经济价值。由于我国经济建设和城市化的快速发展，城市污染排水放量增长很快，污水处理已经摆在了人们的议事日程上来。随着科学技术的发展和人类知识水平的提高，人们越来越认识到污水处理的重要性和迫切性，科学家和研究人员发现塑料制品在水中时用于污水处理的很有效地污泥菌群的附着体。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生产的自动化和高效率要求成为经济发展的必然。本文结合塑料一次挤出成型机和塑料抓取机械手的研制过程中出现的问题，综述近几年机器人技术研究和发展的状况，在从分发挥机、电、软、硬件各自特点和优势互补的基础上，对物料抓取机械手整体机械结构、传动系统、驱动装置和控制系统进行了分析和设计，提出了一套经济型设计方案。采用直角坐标和关节坐标相结合的框架式机械结构形式，这种方式能够提高系统的稳定性和操作灵活性。传动装置的作用是将驱动元件的动力传递给机器人机械手相应的执行机构，以实现各种必要的运动，传动方式上采用结构紧凑、传动比答得蜗轮蜗杆传动和将旋转运动转换为直线运动的螺旋传动。机械手驱动系统的设计往往受到作业环境条件的限制，同时也要考虑价格因素的影响以及能够达到的技术水平。由于步进电机能都直接接收数字量，响应速度快而且工作可靠并无累计误差，常用作数字控制系统驱动机构的动力元件，因此，在驱动装置中采用由步进电机构成的环控制方式，这种方式技能满足控制精度的要求，又能达到经济型、实用化目的。目前的工业机械臂控制将每一个机械臂的联合看做一个简单的联合伺服。伺服方法不能从分地模仿不同的动力学机械手，因为它忽略了机械手整体的运动和配置。这些控制系统的参数的变化有时是足够重要，以至于使常规的反馈控制方法失效。其结果是减少了伺服相应的速度和阻尼，限制了京都和最终效应的速度，使系统仅适用于有限精度的工作。机械手以这种方式控制速度降低而没有不必要的震动。任何在这一领域和其它领域的机械臂性能增益要求更有效率的动态模型、精密的控制方法、专门的计算机架构和并行处理技术。在工业生产和其它领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体化的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展,出现了数控加工中心,它在减轻工人的劳动强度的同时,大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序,通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低;后者因设计复杂,需较多继电器,接线繁杂,易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。可编程序控制器PLC控制的上下料机械手控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力,保证了系统运行的可靠性,降低了维修率,提高了工作效率。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、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。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势.机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前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，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。哈尔滨理工大学毕业设计题目：热处理上下料机械手院、系：荣成学院机械设计制造及其自动化姓名：孙权指导教师：张宝海系主任：陶福春 2013 年 6 月 17 日毕业设计题目：热处理机械手机械结构设计学生姓名：孙权学号：0930060110 专业班级：机械09-1 指导教师：张宝海内容序号文件名称数量1开题报告3页2毕业设计论文39页3图纸5张2013年6月20日毕业设计题目：热处理机械手机械结构设计学生姓名：孙权学号：0930060110 专业班级：机械09-1 指导教师：张宝海内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：内容序号文件名称数量1开题报告页2毕业设计论文页3图纸张2013年6月20日业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：毕业设计题目：热处理机械手机械结构设计学生姓名：孙权学号：0930060110 专业班级：机械09-1 指导教师：张宝海毕业设计题目：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：哈尔滨理工大学学士学位论文热处理上下料机械手摘要随着科学技术的发展，人类社会进入了一个以自动化和电子技术为标志的新时代。自动化机械大量应用于工业工程中，其中工业机械手的应用最为广泛。工业机械手是一种模仿人手动作的机器，可以取代很多的人工操作，并可以取得更高的效率。本论文介绍了用于夹持热处理件的上下料机械手的设计。它采用液压驱动，动作平稳，控制方便。本论文主要阐述该机械手的升降和回转的设计和计算。首先从机械手的基础知识介绍有关机械手的组成、分类、臂部设计，液压控制的多种方案，再从本次设计所要求的功能原理设计开始，对于不同的方案加以比较和论证，从中可确定出最优方案，并采用其方案。着重阐述了机身的设计，具体阐述了机械手的设计原则和步骤，分析了设计时应注意的问题，并对机械手的平稳性及定位精度给予详细的论述。设计并分析了该机械手所用的液压控制的方法和过程。由于经验不足，知识有限，难免有误，有待改进。关键词机械手；液压；驱动力；定位精度26AbstractWith the development of technology, the human society entered a modern ear for with automation with electronics technique for marking. Automation machine large quantity is applied in industry engineering inside, among them the application of the industry machine hand is the most extensive. The industry machine of a kind of mimicry hand action, can replace a lot of artificials operate, combining can obtain the higher efficiency.This thesis introduces to used for clipping to hold the outside circle a design for and down anticipating machine hand. It adopts the liquid presses to drive, ordering a procedure control, acting steady, control convenience.This thesis expatiates the rise and fall of the machines hand primarily with the design of the turn-over with compute. Constitute, divide into section form the relevant machine in introduction in knowledge in foundation of the machine hand first, wrist a various projects for and arm department designing, liquid pressing control, start from this design a function for requesting principle, take into the comparison to the different project with the argument, can make sure the superior project from the inside, combine to adopt its project, in as to its of the foundation of the construction design, as to its driver force and moment proceed the calculation. Emphasize the design that expatiated the fuselage, expatiated the design principle of the machine hand in a specific way with the step, analyzed the problem of design should notice, and give to the steady and fixed position accuracy of the machine hand detailed treatise. Because of experience shortage, the knowledge is limited, difficult do not need the mistake, treat to improve.KeywordsManipulator; Liquid presses; Driving force; Fixed position accuracy目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题的研究背景和意义11.2 课题的发展前景11.3 本章小结2第2章工业机械手概述32.1 工业机械手的分类32.2 工业机械手的组成32.3 工业机械手的自由度和坐标形式52.3.1 工业机械手的自由度52.3.2 机械手的几种坐标形式62.4 本章小结7第3章工业机械手的设计83.1 手部83.2 臂部103.3 手部升降部分133.4 本章小结23第4章机械手总体方案的总结244.1 机械手的动作和规格参数244.2 本机械手的特点244.3 本章小结24结论25致谢26参考文献27第1章绪论1.1 课题的研究背景和意义有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国，社会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。1.2 课题的发展前景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，目前已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，弧焊机器人已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，我国已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、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还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应用方面则刚刚起步，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。1.3 本章小结本章主要介绍了，机械手的研究意义和发展前景，由此体现出该课题在生产实际中的重要。第2章工业机械手概述2.1 工业机械手的分类工业机械手目前在国内是专用机械手和通用机械手的统称。专用机械手是指附属于主机、动作程序固定，一般没有独立控制系统，只做专门用途的自动抓取或操作装置。通用机械手（国外泛称工业机器人）是指程序可变的、独立的、自动化的抓取或操作装置。目前多机械手尚无明确的分类标准，全国各地区尚未统一，我们按目前应用比较多的两方面进行分类：1. 按搬运的工件重量（或称臂力）分类 (1)小型的臂力在1公斤以下；(2)中型的臂力在130公斤以内；(3)大型的臂力在30公斤以上。目前大多数的工业机械手其搬运重量为中型的。2. 按机能分类简易型通用机械手有固定程序和可变程序两种。固定程序由挡块或凸轮转鼓控制；可变程序用插销板来给定程序。这种机械手多为气动或液压驱动，结构简单，成本较低，改变程序较容易。只适用于程序较简单的点位控制，实现重复性操作作为一般单机服务的搬运工作也完全够。目前这种机械手的数量最多。示教再现型通用机械手这种机械手由人工通过示教装置领动一遍，或者预先操作给定一遍，称为示教。它由磁鼓（或磁带、磁芯）把程序记录下来，以后机械手就自动按记忆的程序，重复地进行循环动作。这种机械手多为电液伺服控制。与前者比较，这种机械手可有较多的自由度，有可能实现连续轨迹控制，能进行程序较复杂的作业，通用性较大。具有视觉、触觉的通用机械手这种机械手由电子计算机控制，装有电视摄像管和传感器等，因而具有视觉、热感、触觉等。2.2 工业机械手的组成工业机械手的结构有简单的也有复杂的。但从结构形式分析，主要有执行机构、驱动机构、位置检测装置和控制系统等组成。1. 执行机构它包括手部、腕部、臂部、立柱和基体等构件组成：(1) 手部是夹持工件的构件。它由手爪和夹紧装置两部分组成。手爪有夹紧和松开动作。夹持式手爪的形式和人的手指相仿。另外还有真空和电磁吸盘（相当于手爪），用来吸取表面光滑的零件或薄板。有的手爪还可以夹持一些专用工具，如喷枪、扳手、焊接工具等。(2) 腕部是联接手部和臂部的构件，起支撑手部的作用。它可以有俯仰、左右摆动和回转三个运动。特殊情况下可以增加一个横向移动。有的机械手没有手腕动作。 (3) 臂部是支撑手部、腕部的构件。机械手的臂部是为了取代人的手臂而研究设计的，但是它却达不到象人手臂的灵巧和适应功能。因此，只有把结构简化，把运动轨迹分为沿三坐标轴线方向往复移动和绕三坐标轴线进行回转。一般手臂具有前后伸缩、左右回转、上下升降或上下摆动等几个运动。根据需要可选其中一个、二个或三个运动。 (4) 立柱是支撑手臂等构件的。一般机械手的立柱为固定不动的，也有的因工作需要立柱作横向移动，此种称可移动式立柱。(5) 行走机构机械手要求完成较远距离的操作时，可增加滚轮、轨道等行走机构。2. 驱动系统驱动系统是驱动臂部、腕部、手部的动力源。它有气动、液压、电力和机械式等四中形式，由直线缸、回转缸、各种阀、管及管接头等组成。3. 控制系统控制系统是机械手的重要组成部分，它是支配机械手按规定程序、行程和速度进行运动的装置。它必须保存或记忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺序，到达位置和时间信息）。机械手工作时根据这些信息对机械手的执行机构按程序发出控制指令，必要时还可以多机械手的动作进行监测，当动作错误或发生故障时可发出警告信号。4. 行程位置检测装置行程位置检测装置的作用是控制机械手每个运动的运动位置，或将运动系统的位置反馈给控制系统，再由控制系统进行调节，使机械手实现位置精度的要求。5. 辅助装置基体是机械手的基础部分。机械手的执行机构各部件，驱动系统都安装在基体上，它起支撑作用。油箱用来储存油和供油的装置，并使油散热和杂质沉淀。气缸贮存压缩空气。2.3 工业机械手的自由度和坐标形式2.3.1 工业机械手的自由度机械手的运动可分为整机运动、本体运动、臂部运动、腕部运动、每个运动坐标称为自由度。一个机械手有几个运动就叫有几个自由度。手爪的抓取动作（指的是手爪的夹紧和松开）不计在自由度数目内。1整机运动是指整个机械手作为一个整体运动，如整机行走。2本体运动是指机械手的本体部分运动，如本体横向运动（整个手臂沿Y坐标轴的移动），可参看图2-1。3臂部运动臂部一般有三个自由度，即臂部直线运动、回转运动和上下摆动运动。4腕部运动基本上有三个自由度，如图2-2所示。绕X轴的运动叫回转运动；绕Y轴转动叫俯仰运动；绕Z轴运动叫左右摆动。要确定抓区工件的空间点位及方位坐标，有臂部三个自由度和腕部三个自由度就足够了。图2-1 机械手自由度表示图2-2 机械手腕部运动2.3.2 机械手的几种坐标形式直角坐标式：机械手的臂部可做前后、左右、升降三个移动，如图2-3a所示。这种坐标形式直观性好，结构简单，但惯性较大，占用的空间也较大，一般多安装在架空的梁上。圆柱坐标式：见图2-3b，它有二个移动（伸缩和升降）和一个转动。这种坐标直观性较好，结构简单，所占空间较小，动作范围较大，是应用最多的一种。球坐标式：见图2-3c，它有一个移动（手臂伸缩）和两个转动（左右回转和上下摆动）。这种坐标形式结构较复杂，但惯性不大，本体所占的空间较小，动作范围比圆柱坐标式更大，在通用机械手中应用较多。多关节式：见图2-3d，它有三个转动（左右旋转、两个关节旋转）。这种坐标形式运动件的惯性较小，本体占空间不大，而动作范围大，并且可以绕过障碍物抓区工件，但是其结构复杂，位置精度难于控制，故应用比较少。图2-3 机械手的坐标形式2.4 本章小结本章主要介绍了，工业机械手的分类，组成以及自由的和坐标形式。在实际生产中应考虑具体情况，适当的进行取舍，不应该拘泥于形式。依据实际情况，本次设计的机械手，腕部不需做出复杂动作。故，腕部采用直接固定。第3章工业机械手的设计3.1 手部机械手的手部是用来抓取并握紧工件的，它包括手爪和夹紧装置两部分。夹持工件的迅速、灵活、准确和牢靠程度，直接影响到机械手的性能，是机械手的关键部件之一。1手部设计要求：(1) 手部应有足够的夹紧力。除工件的重力外，还要能不使工件在传递过程中松动或脱落；(2) 夹持范围要与工件相适应。手爪的开闭角度（手爪张开或闭合时的极限位置所摆动的角度）应能适应夹紧较大的直径范围；(3) 夹持精度要高。既要求工件在手爪内定位准确，又不夹坏工件的表面。一般需根据工件的形状选择相应的手爪结构：如圆柱形工件应采用带V形槽的手爪来定位；对于工件表面光洁度要求较高的，应在手爪上镶铜、夹布胶木或其它软质垫片等；(4) 夹持动作要迅速、灵活；(5) 手部结构要简单紧凑、刚性好、自重轻、易磨损处应该便于更换，在腕部或臂部上安装要方便，更换要迅速。2. 手部的结构手爪的类型大致分为下列三种：(1) 夹持式手爪：根据手爪的动作可分为回转型和平移型；根据手指的数量可分为双指式和多指式；根据夹持工件的方法又可分为外卡式和内胀式两种。(2) 吸附式手爪：分为真空吸盘式和电磁吸盘式两种。真空吸盘式又可分为真空泵式和气流负压式。(3) 带视觉或触觉的手爪。根据所设计课题的要求，该机械手是用于生产线上下料的，其抓取的工件是外圆件，所以可以不考虑吸附式手爪和带视觉或触觉的手爪。所以重点在于夹持式手依据本次设计实际情况，采用夹持式手爪。3. 夹持式手爪的计算(1) 夹紧力的计算夹紧力 (3-1)式中：为安全系数一般;为工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可以近似，的按下式估算，其中a为被抓取工件的最大加速度，g为重力加速度约为; 为方位系数; 被抓取工件重量根据本次所设计的手抓结构所以取（3-2）为夹紧缸计算压力为夹紧缸实际压力为夹紧缸效率(2) 确定油缸直径D因为（3-3）选取活塞杆直径，压力有工作压力所以根据油缸内径可知最后取油缸内径为 (GB/T2348-1993)最后取活塞杆直径为 (GB/T2348-1993)(3) 油缸缸壁厚度壁厚度计算公式（3-4）D为液压缸内径P为液压缸工作压力缸筒材料许用应力，为材料的抗拉强度极限n为安全系数一般取5经过计算得出根据实际加工情况，设计壁厚为5mm可以满足要求。(4) 缸底厚度缸底厚度计算公式 (3-5) P为筒内最大工作压力为计算厚度外径筒底材料许用应力经计算得出缸底厚度取40mm足以满足要求3.2 臂部臂部是机械手完成各项动作的执行机构，也是其运动部分的主体。在上面分析了机械手的四种坐标形式，综合这四种坐标形式运动的目的，是想达到人的手臂的功能，但是目前技术还是做不到的，因而把运动方式转化为直线移动和旋转运动，这样臂部的结构也就比较简单了。臂部和机座相连，可固定在地面上、机器上或悬挂在横梁滑道上以及可行走的机架上。臂部前端连接腕部或直接连接手部。臂部的作用在于将手爪移动到所需的位置和承受工件、手部和腕部的重量。所以，臂部的结构性能、工作范围、承载能力和动作位置精度直接影响机械手的工作性能。1. 臂部一般有以下几部分组成：(1) 动作元件：如直线缸、回转缸、齿轮齿条、连杆凸轮等，它是驱动手臂运动的元件。动作元件与驱动源相配合，就能实现手臂的各种运动。(2) 导向装置：手臂在静止状态，要承受由夹持工件重量所产生的弯曲力，以及由于载荷不平衡而产生的扭转力矩。在运动时又有一个惯性力，为保证手爪的正确位置和动作元件不受较大的弯曲力，手臂必须设置导向装置。(3) 臂：手臂上的动作元件、导向装置和其他装置都要安装在臂上，起支承、连接和承受外力的作用。所以需要臂具有足够的刚性，以免承重后发生形变产生颤动。(4) 其他装置：如管路、冷却装置、位置检测机构等2. 臂部设计要求：臂部设计首先要求实现所要求的运动，为了实现这些运动，需要满足下列几项要求(1) 臂部应承载能力大、刚性好、自重轻(2) 臂部运动速度要高，惯性要小机械手的运动速度一般是根据生产节拍的要求来决定的。(3) 臂部动作要灵活要使手臂运动轻快灵活，手臂的结构必须紧凑小巧，或在运动臂上加滚动轴承或采用滚珠导轨。对于悬臂式机械手手臂上零件的布置要合理，以减少回转升降支撑中心的偏重力矩。不然，会引起手臂振动，严重时会使手臂与立柱卡住别坏。对于双臂同时操作的机械手，应使两臂布置尽量对称以达到平衡。(4) 位置精度要高手臂的刚性好，偏重小，惯性力小，则位置精度就容易控制，所以设计手臂时要周密考虑和计算，还要合理的选择机械手的坐标形式。一般来说，直角和圆柱坐标式机械手位置精度较高；关节式机械手的位置最难控制，精度差；在手臂上加设定位装置和自动检测机构，来控制手臂运动的位置精度；还要减少或消除各传动、啮合件的间隙。3. 臂部伸缩运动结构：手臂的伸缩运动是一种往复的直线运动，实现这种运动可以采用往复直线液压缸结构、多级油缸结构、滚珠丝杠结构、直线缸和齿轮齿条传动机构等。(1) 直线缸结构在机械手中，实现往复运动采用直线缸结构的最多。活塞杆的一端固定在中间架体上，油缸固定在滑枕上。当压力油经油孔，分别进入油缸的两腔时，油缸体带动滑枕在燕尾形导轨内实现手臂的往复运动，其行程大小靠挡块和组合行程开关来调整，伸出端装有可调式定位螺钉。(2) 多级油缸结构这种油缸用在传送机构上较好，用在机械手上，其活塞杆的刚性不好，挠度大，影响位置精度。(3) 滚珠丝杠结构有的机械手用电机带动滚珠丝杠，实现手臂的直线传动。滚珠丝杠与油缸驱动相比有下述优点：滚珠丝杠的摩擦损失小，一般其传动效率在90%以上；滚珠丝杠灵敏性高，不易产生爬行现象，定位精度高；由于电机直接（或经减速齿轮组）连接丝杠，丝杠直接传动，故油缸刚性好；用于同样的距离，滚珠丝杠占用空间更小。滚珠丝杠的缺点是成本高，由于滚珠丝杠的传动效率高，所以基本上没有自锁作用。4. 臂部伸缩油缸的计算(1) 确定缸内径液压缸的工作压力为推力 (3-6)为液压缸的机械效率，一般取为液压缸有效面积由公式(3-6)可知代入数值计算得出因为 (3-7)代入数值计算得出因为对往返速比有要求，所以（3-8）为往返速比，取1.4则，由此计算可知则D为80mm （GB/T2348-1993） d为40mm （GB/T2348-1993） (2) 缸筒壁厚计算带入数值计算得缸筒壁厚取8mm足以满足要求(3) 活塞杆强度的校核（3-9）代入数值计算得出所以强度满足要求(4) 缸底厚度代入数值计算得出所以取满足要求3.3 手部升降部分一般圆柱坐标式，直角坐标式有升降运动，球坐标式有时为了增加提高高度，也有升降运动。由于本次设计的机械手采用的直角坐标式，所以，手臂的升降运动是必不可少的。由于本次设计的机械手负载较大，所以升降部分采用，剪叉式升降平台。1. 剪叉式升降平台的分类图3-1 机械手的坐标形式图中表示气液动剪叉式升降平台的三种结构形式。长度相等的两根支撑杆AB和MN铰接于二杆的中点E，两杆的M、A端分别铰接于平板和机架上，两杆的B、N端分别与两滚轮铰接，并可在上平板和机架上的导向槽内滚动。图中的三种结构形式的不同之处在于驱动件液压缸的安装位置不同。图3-1a中的驱动液压缸的下不固定在机架上，上部的活塞杆以球头与上平板球窝接触。液压缸通过活塞杆使上平板铅直升降。图3-1b中的卧式液压缸活塞杆与支撑杆MN铰接于N处。液压缸驱动活塞杆控制平台铅直升降。图3-1c中的液压缸缸体尾部与机架铰接于G处，活塞杆头部与支撑杆AB铰接于F处。液压缸驱动活塞杆可控制平台铅直升降。按照液压缸的安装形式，称图a的形式为直立固定剪叉式结构，图b的形式为水平固定剪叉式，图c的形式为双铰接剪叉式结构。直立固定剪叉式结构，液压缸的行程等于平台的升降行程，整体结构尺寸庞大，且球铰链加工负载，在实际种应用较少。水平固定剪叉式机构，通过分析计算可知，平台的升降行程大于液压缸的行程，在应用过程中可以实现快速控制升降的目的，但不足之处是活塞杆受到横向力的作用，影响密封件的使用寿命。而且活塞杆所承受的载荷力要比实际平台上的载荷力要大的多。所以实际也很少采用。双铰接剪叉式结构避免了上述缺点。结构比较合理，平台的升降行程可以达到液压缸行程的二倍以上。因此，在工程实际中逐渐得到广泛的应用。本设计就重点对双铰接剪叉式结构形式加以分析、论述。2双铰接剪叉式升降平台机构的位置参数计算图3-2 位置参数示意图由图3-2可知（3-10）（3-11）H为任意位置时升降平台的高度C为任意位置时铰接点F到液压铰接点G的距离L为支撑杆的长度l为支撑杆固定铰支点A到铰接点F的距离T为机架长度（A到G的距离）为活塞杆与水平线的夹角以下相同将公式整理得出（3-12）设，得出（3-13）为升降平台的初始高度为液压缸初始长度3双铰接剪叉式升降平台机构的运动参数计算图3-2 运动参数示意图由图3-2可知（3-14）（3-15）（3-16）（3-17）（3-18）为液压缸活塞平均相对运动速度为升降平台升降速度为支撑杆与水平线的夹角是F点的绝对速度是B点绝对速度是AB支撑杆的速度4双铰接剪叉式升降平台机构的动力参数计算图3-3 动力参数示意图通过分析机构受力情况并进行计算（过程省略）得出（3-19）P液压缸作用于活塞杆的推力Q升降平台所承受的重力载荷5剪叉式升降平台机构设计时应注意的问题当、增大时值随之减小；当、减小时，P/Q值随之增大。在确定整体结构值随之减小；当、减小时，P/Q值随之增大，在液压缸行程不变的情况下，升降平台升降行程会减小；反之，则会使液压缸行程受力增大。因此设计时应综合考虑升降行程与液压缸受力两个因素。在满足升降行程及整体结构尺寸的前提下，选取较高的、初始值。而且在整个机构中AB支撑杆是主要受力杆件，承受有最大的弯矩，所以应重点对其进行强度校核。液压缸可采用单作用缸也可以采用双作用缸，不过要看具体情况。一般我们都采用单作用柱塞缸，因为采用这样的缸比较经济，而且总体泄漏量少，密封件寿命长。采用单作用柱塞缸时考虑到在空载荷时，上平板的自重应能克服液压缸活塞与缸体间的密封阻力。否则，会导致升降平台降不下来。6双铰接剪叉式升降平台液压缸的计算(1) 确定缸内径液压缸的工作压力为推力为液压缸的机械效率，一般取为液压缸有效面积由公式(3-6)可知代入数值计算得出因为代入数值计算得出因为对往返速比有要求，所以为往返速比，取1.4则，由此计算可知则D为80mm （GB/T2348-1993） d为40mm （GB/T2348-1993） (2) 缸筒壁厚计算带入数值计算得考虑到升降缸所承受载荷较大，故壁厚可以适度加厚，缸筒壁厚取10mm足以满足要求(3) 活塞杆强度的校核代入数值计算得出所以强度满足要求(4) 缸底厚度代入数值计算得出所以取满足要求7台板的设计计算台板位于升降台的最上部，是支撑件的组成部分。需要说明的是台板并不是一个简单的钢板，而是在下面有滑道，因为升降台叉杆臂上有滑轮，滑道的作用就是使滑轮在滑道内来回滑动，使升降台完成举升和回落动作。下底板也如此，如图3-4。图3-4 台板示意图叉杆是升降台最主要的举升部件，是主要的受力机构。对其设计的成功与否关系到整个设计工作的成败，选材45号钢，热轧钢板。叉杆的外形图如图3-5所示。图3-5 叉杆示意图8叉杆的设计计算首先定义每根杆的名称编号，如图3-6：图3-6 叉杆编号示意图对于杆3、杆4的活动铰联接在水平方向上除了摩擦力没有其它外力，所以可以忽略不计，现在只考虑其竖直方向上的受力就可以了。经过分析杆3的受力情况如图3-7：图3-7叉杆受力示意图计算其最大弯矩及轴向力：经力学分析，当升降台处于最低位置，时，所受弯矩最大，如图3-8。图3-8叉杆弯矩示意图当升降台处于最高位置，时，轴向力最大，如图3-9图3-9叉杆受力示意图，（正值为拉力，负值为压力）。杆4受力情况同杆3。

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