R175型柴油机机体加工自动线上用的多功能机械手设计

R175型柴油机机体加工自动线上用的多功能机械手

摘要: 本次设计的多功能机械手用于R175型柴油机机体加工自动线上，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为球坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、手臂俯仰、腕部转动和腕部摆动5个自由度；驱动方式为液压驱动，且选用双联叶片泵，系统压力为2.5MPa，电机功率为5.5KW，共有整机回转油缸、手臂俯仰油缸、手臂伸缩油缸、手腕摆动油缸、手腕回转油缸、手爪夹紧油缸6个液压缸；定位采用机械挡块定位，定位精度为0.5～1mm，采用行程控制系统实现点位控制。

关键字： 机械手，球坐标，液压，机械挡块 ，点位控制

Abstract: The current design of multifunctional mechanical hand used for R175-type diesel organisms automatic processing line, mainly consist of claw, wrists, arms, body, base and so on. With moving the materials, turnover and transfer spaces, and many other functions, the automatic line with the unified production rhythms and production program completed more moves. With the automatic production line rhythms and the production of complete reunification of the above movements, automatic line is around the machine arrange, the coordinates of the ball coordinates of the form, with huge rotary, extendable arm, arm pitch, hitting and hitting back five moves freedom; Driven approach to hydraulic-driven, and the choice of double leaves pumps, the system pressure to 2.5MPa, 5.5KW electrical power for a total of whole sets of rotation tank, arm tilt cylinders, fuel tanks extendable arm, wrist swing tank, wrist rotation tank, claw clip tank six hydraulic oil tank; positioning a piece of machinery turned positioning, positioning accuracy for 0.5~1mm, using control systems to achieve their point spaces control.

Key words: Mechanical hand, the ball coordinates, hydraulic, mechanical turned pieces, control point spaces

前    言

本次毕业设计是在学完大学四年的基础知识和专业知识，进行了

一系列的生产实习和以前各次课程设计的基础上进行的一次综合性的

大总结。旨在培养我们综合运用所学的基础知识、专业知识去分析和

解决生产实际问题的能力及培养正确的设计思想，并通过运用设计标

准、规范、手册、图册、和查阅有关技术资料去进行理论计算、结构

思考、绘制图样、写相关说明性材料，培养我们机械设计的基本技能

和工程设计工作者的基本素质，为我们走上工作岗位打下坚实的基础。

本次毕业设计课题为R175型柴油机机体加工自动线上用的多功

能机械手。随着生产率水平的提高，人们对产品精度和质量要求越来

越来严格，企业生产线的自动化程度要求越来越高，工业机械手已成

为多数企业生产线上必不可少的设备。此次设计的机械手各组成部分

有：手爪、手腕、手臂、机身、机座等。并对其进行了严谨、详细的

设计、计算、校核和绘图。由于自身缺乏实践经验，而且本次设计内

容较多，任务繁重，而且这方面的资料少，加重了设计的难度。所以

在设计中难免会出现这样那样的错误，还请各位老师斧正。

总之，我希望通过本次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一

次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为将来

的工作打下一个良好的基础。

目   录

一、方案设计及主要参数的确定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5

（一）方案设计  ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5

（二）主要参数的确定  ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄6

二、抓取机构的设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7

（一）抓取机构结构形式的确定  ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7

（二）夹紧力（握力）的确定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7

（三）夹紧缸驱动力的计算 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄10

（四）夹钳式抓取机构的定位误差分析 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11

（五）夹紧液压缸主要尺寸的确定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 13

三、送放机构的设计 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄16

（一）概述┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄16

（二）液压系统主要参数的确定 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄18

（三）机械手的腕部设计 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄21

（四）机械手的手臂和机身的设计 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄32

（五） 液压系统元件的选择  ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄38

（六）液压系统回路的分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄39

四、控制系统的设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄42

五、参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄43

六、谢辞┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄44

七、附录：科技论文翻译┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄45

一、方案设计及主要参数的确定

（一）方案设计

根据课题要求，机械手需要具备上料、翻转和转位等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作，因此可采用以下多种设计方案。

（1）直角坐标系式，自动线成直线布置，机械手空中行走，顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种方案结构简单，自由度少，易于配线，但需要架空行走，油液站不能固定，这使设计复杂程度增加，运动质量增大。

（2）机身采用立柱式，机械手侧面行走，顺序完成上料、翻转、转位等功能，自动线仍呈直线布置。这种方案可以集中设计液压站，易于实现电气、油路定点连接，但占地面积大，手臂悬伸量较大。

（3）机身采用机座式，自动线围绕机座布置，顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种案具有电液集中、占地面积小、可从地面抓取工件等优点，但配线要求较高。

本设计拟采用第三种方案，如图（1）所示。这是一种球坐标式机械手，具有立柱旋转⌒z、手臂伸缩→x、手臂俯仰⌒y、腕部转动⌒x和腕部摆动⌒y五个自由度。

图（1）

（二）主要参数的确定

1.抓取重量

15kg

2.坐标形式和自由度

坐标形式为球坐标式，有五个自由度。

3.工作行程

工作行程由已知条件及方案分析确定：

最大工作半径1500mm；

手臂最大中心高1000mm；

手臂水平中心高700mm；

手臂伸缩行程450mm；

手臂回转范围：φ=0～270○；

手腕回转范围：翻转θ=0～180○；

腕部摆动范围：转位α=0～90○；

手臂上下摆动角度：β=0～60○。

4.运动速度

直线运动速度：手臂伸缩行程l=450mm，运动时间t=2s，则手臂伸缩速度为：v= =0.45/2=0.225m/s；

回转运动速度：定为60○/s。

5.驱动方式

驱动方式采用液压驱动的方式。由于机械手操作时各缸不同时工作，手臂伸缩缸和手臂回转缸所需的流量大，其余各缸所需的流量均较小，因此可选用双联叶片泵。在小流量时，只需高压小流量供油，大流量低压泵卸荷；在大流量时，两泵同时供，这样可以减少系统功率损失，防止油温升高。

6.定位精度

定位采用机械挡块定位，定位精度为0.5～1mm。

7.控制方式

采用行程控制系统实现点位控制。

二 、 抓取机构的设计

（一）抓取机构结构形式的确定

抓取机构的结构形式主要决定于工件的形状和质量，本课题的抓取工件为250×170×140mm的箱式零件，因此采用平行连杆杠杆式手部结构较为合适。夹紧装置为常开式，当夹紧液压缸通油时，推动活塞带动杠杆机构合拢将工件夹紧。当夹紧液压缸断油时，活塞杆通过弹簧复位，手爪张开。

（二）夹紧力（握力）的确定