R175型柴油机机体加工自动线上用多功能液压机械手设计【3张图/13500字】【优秀机械毕业设计论文】

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A0-手臂装配图.dwg

A0-机身装配图.dwg

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关键词：: r175 柴油机机体加工自动线上多功能液压机械手设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,36页,13500字左右.
开题报告一份.
实习总结一份.
外文翻译一份.

图纸共3张,如下所示
A0-手臂装配图.dwg
A0-机身装配图.dwg
A1-液压原理图.dwg
三维图一张.

学院、系：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
学生姓名：
班级：学号
指导教师姓名：职称
最终评定成绩：

本科生毕业设计（论文）

R175型柴油机机体加工自动线上用多功能液压机械手设计

院（系）：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
学号：
学生姓名：
指导教师：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，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。送放机构的液压驱动系统是由液压基本回路组成，包括调压回路，缓冲回路，调速回路，换向回路.锁紧回路，保压回路。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。

关键词：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

第1章概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.1 执行系统.....．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.2 驱动系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.3 控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
第2章方案设计及主要参数的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.1 方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.2 主要参数的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
第3章抓取机构的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.1 抓取机构结构形式的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.2 夹紧力（握力）的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.3 夹紧缸驱动力的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
3.4 夹钳式抓取机构的定位误差分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.5 夹紧液压缸主要尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.5.1 液压缸内径D的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.5.2 活塞杆直径d的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.5.3 液压缸壁厚δ的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.5.4 液压缸外径D0及长度l的计算．．．．．．．．．．．．．．．12
3.5.5 液压缸行程S的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
第4章送放机构的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
4.1概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
4.2液压系统主要参数的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
4.2.1 液压缸工作载荷的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4.2.2 液压缸推力的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4.2.3 液压缸流量的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4.2.4 液压缸基本尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4.3机械手的腕部设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
4.3.1 腕部结构形式的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
4.3.2 腕部回转缸驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．17
4.3.3 腕部回转液压缸尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．21
4.3.4 腕部摆动缸驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．22
4.3.5 腕部摆动液压缸尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．24
4.4机械手的手臂和机身的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
4.4.1 手臂和机身结构形式的确定．．．．．．．．．．．．．．．．25
4.4.2 手臂驱动力的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
4.5液压系统元件的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
4.6液压系统回路的分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
4.6.1 调压回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
4.6.2 缓冲回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
4.6.3 调速回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
4.6.4 换向回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
4.6.5 锁紧回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
4.6.6 保压回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
第5章控制系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
附录1：科技论文翻译．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
附录2：实习报告．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49

内容简介：: A C 980he a C (C We to of it to to U to to by a of In an I. it in of a C of to be at a to a 2 2 0 000 r/a 6 2 N.m 000 r/WM of a in WM a to it is to of to to to a of to of to of In an is 11. Y of of is of of is of we 1995 of in is by a of is 00 V of 2 of to be 00 A at a a of of a of of of to a of is 0 pH at l it is to of .5 pH 5 WM is is we a WM to In to of l(a) is of Z C 00 V. u, Ev w of on of , V, W. l(b) by eV ew eg of 5 2(a) is an of of 00 As 2(a), is by 2(b) by of WM of of at in of of by is a in C to be in to I a of LL a 92 U E v W V b) 1. V, , V, I, I, I, n 3 E s U E V . I, I I . I . I . I . I I 0 1 2 3 (a) 2(b) of 2. of V of to 111. Y he by a is of is it is to of we of LL in LL l 2-4. 3 is of of C of by A is of to of LL so as to By of LL of to A. of of he we a we of of by LL as 4 to of of to 3, so in is a , i) A of ,) is by a CO is so as to of is by of D V/F CO 93 r 1 I . 3. 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(a) q= -q=w 3d d (b) 100/H, 7 1 (c) 100 % -.*=l;m l+ d I (d) 100 710. of o, of is WM of of LL to of a to of (1) it of is by WM of (2) LL is It (3) is of (a) 50 (a) I 4,1 高速数控齿轮磨床的一种无噪音磨削主轴密工程和机械部 , 学仙台 ,980本摘要本文作者为汽车工厂发明了一种高产的控型 ) 齿轮磨床。这一数控机器需要在磨削主轴和运转主轴间保持高度同步性。我们必须使用高压驱动电动机和驱动变压器来满足高速磨床的规格。然而 , 由于高压驱动变压器在冲宽度调节 )频率上会引起很大的电波，并产生强烈噪音，所以很难在主轴之间保持稳定的同步云运转。因此，作者试着使用二相型试着通过一种电流过滤器来减少电波引起的噪音。本文将描述减少噪音的方法及其实验结果。 1. 介绍齿轮研磨需要花费极多的磨削时间，而且在齿轮的大批量生产中会阻碍生产效率的提高。因此，作者为汽车工厂发明了一种高产的正是效率最高的齿轮生产工厂。这种机器需要二大高压伺服电动机来驱动磨削主轴和运转主轴。这两种驱动电动机也必须有高度同步控制且能高速运转。作者使用高压高速伺服电动机来驱动主轴。举例来说 , 磨削主轴的驱动电动机有额定的功率22定的输出量扭矩 22最大转速 10000r/转主轴的驱动电动机有额定功率 16定输出量扭矩 82及最大转速 2000r/ 这些驱动电动机由冲宽度调节 )型变压驱动器带动 ,而这种于这种强大电波引发了强烈噪音，将影响控制系统，难以实现高度同步控制。因此，作者试着使用二相型步锁槽 ) 制成无噪音高速同步主轴，并试着通过一种电流过滤器来减少电波。目前已做了大量实验确认无噪音系统的功效。本文将通过实验结果来描述减少噪音、制造高速、高度同步性主轴的方法。 2. 磨削主轴的噪音问题比运转主轴问题严重，因为磨削主轴的额定电压比运转主轴大。因此下面我们主要来探讨磨削主轴的情况。磨削主轴由无刷驱动电动机带动。由于驱动变压器的最大输出电压最高限于 200v，驱动电动机的额定功率是22以磁场线圈的电流在波峰必须超过 200A。由于这个强大电流 , 磁场线圈的金属线直径变大，由于运转空间的限制，转动次变少。于是磁场线圈的电感仅限于一个非常小的数值。一个阶段的电感测量值约为 10 25上所述，因为线圈电感极其小，它的电力时间系数非常小。这就意味着我们能很好的控制它。然而，这个极其小的电力时间系数在个电波就造成了强烈的噪音。强烈噪音给控制系统带来了严重的问题。为了分析电波，我们进行电动电流的数字摹拟。图 l(一 )是用于模拟的简化同步电动机模型 ,其中线圈电感圈电阻直流线电压服放大器的 u，， V， 1（ b）展示了是通过用频率为 25电压而得到的。图 2（ a）是一个模拟结果的实例，伺服放大器的输出频率为 300图 2（ a）所示，电机电流与大的噪音交迭。图 2（ b）给出了通过比较线圈电流的模拟和标准结果的详细情况。而模拟结果和标准结果完全吻合。因而模拟结果表明了电机电流在这个模拟非常清楚地表明伺服电机和电压放大器对线圈感应系数的减小产生了很强的噪音。由于铁心的磁场特性，如此大功率的电机，线圈电感在高的转换频率下急剧减小。由转换而产生的噪音是这种数控磨床的一格非常严重的问题。为了达到高精度同步控制，这也是我们必须克服的问题。因此，接下来的部分将描述二种不同的方法来克服转换噪音的问题。第部分将介绍二相型种方法可以使系统在强的噪音环境下获得高精度和高速同步控制。第部分将给出使用大功率滤波器来抑制转换噪音的讨论和试验结果。 3. 二相型这种齿轮磨床需要高度、高速同步控制。通常，我们都使用一种高辨识率、高速的入码器来实现其高度、高速同步控制，因为这种入码器能输出二相正弦电波。然而 ,由于这种二相正弦电波的电压非常小，在上述强烈噪音环境中很难检测出该电压是否不存在噪音问题。这就意味着我们不能够使用传统的高度同步系统。因此，作者在这里的同步系统中采用了二相型次提出使用二相型 l，它消除噪音的能力已经得到了认证 2-4。图 3是高速数控齿轮磨床中磨削主轴与运转主轴之间的高速同步系统结构图。其中，两个驱动主轴都是由二相型令脉冲发电机产生二个脉冲列，它们的频率比是磨削主轴与运转主轴的速度比。二相型过使用二相型速、高度同步控制得以真正实现。二相型轮转角内导入的输出脉冲被送到驱动变压器。 A. 应用二相型我们这次用的驱动变压器需要利用一个二相型矩形信号来产生一个与转角同步的三相磁场。然而 ,由于电流感应引起的噪音，我们不能使用传统的比测仪型内插器。于是 ,作者设计出特殊的内插器，如图 4所示，使用二相型一内插器的电路主要依照 3所描述的样子来设计的 ,因此一下只对他们进行简短的描述。输入信号是从入码器获得的一个二相正弦波 (i &,i)。摆动器 (制的电压则产生一个二相正弦波 (0 &,0)的追踪信号。这个入信号与追踪信号的相差则由相位检查器 (计算。回路滤波器 (移相位检查器的输出结果，输入到含在，并发送到输入电压。脉冲序列是用一个二进制的计数器来计数，这个计数器的输出又储存到一个。这样二相正弦曲线波以数字量的形式写入到其被访问时又从这里输出。 D/弦曲线波是受约束的以至于通过控制相位部位 0来追踪输入的二相位正弦曲线信号。这就意味着锁定状态下，从 V/是译码器的旋转角度。二相型常通过输入信号来获得真正的二相正弦曲线波。这就意味着它有卓越的噪音抑制特性和宽范围的输入频率。这种电路也可以当电机改变它的旋转方向时锁定。高精度的光传感器被用于探测轴的旋转角度。磨削心轴的光学缝隙的数量为1800，工作轴的数量是 9000。我们可以从传感器那里获得二相正弦曲线波。发展的内插器把他们分成 128份，并输出二相矩形脉冲信号。因此分别分解成每份和最大频率上升到冲提供给功率放大器也用于监控同步控制。在 3里。一个磁性的具有感应能力的探头被用作旋转传感器。因为感应类型的探头不能在低速的条件下工作，内插器也不能在转速低于 300r/而，这个新的组合起来的系统却可以在任何低于 10000r/低于 2000r/然，我们也可以使轴反转。一般说来，以如此的高精度和高频率来监测不可避免的会受到噪音的影响，而且会很难达到稳定的控制。然后新的内插器可以在没有任何误动作的情况下测出回转体的角度。图 5图解了一个实例的试验结果。在图 5里，输入信号就是从传感器得到的信号，追踪信号就是如图 5所示，从传感器获得的信号被强的噪音干扰，然而，正弦曲线波却正好为输入信号的轨迹没有任何失真。因为它是由们可以从 V/弦曲线波形是由 V/ B二相型伺服控制器也是用二相型意图如图 6。 B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t 5 B t 5 B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t B t 49 学生实习报告院（系）：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化班级：姓名：一、实习的主要内容为了让四年所学的知识得以加强和巩固，我特地到了广东顺德进行了实习。四个星期的实习，我去了申菱空调设备有限公司和广东锻压机床厂，了解了这些工厂的生产情况，与本专业有关的各种知识，各厂工人的工作情况等等。申菱空调设备有限公司，这是我实习的第一个单位，我来到了申菱，这是一家生产中央空调的厂家。来到该厂我首先了解了申菱的一些生产情况。广东申菱空调设备有限公司于 1992 年正式建成投产，是集科研、生产、检测、销售、工程服务于一体的现代化企业，是中国 500 家最大电气机械器材制造企业之一。专业生产“申菱”牌大、中型水冷、风冷单元式空调机，洁净式空调机，恒温恒湿型机房专用空调机，屋顶式空调机，高温环境特种空调机，除湿机，冷水机组成风机盘管、柜式风机盘管和组合式空气处理机等末端设备。其中单元式空调机和洁净式空调机包括冷风型、冷风电热型、热泵型、恒温恒湿型等多个系列和品种。接下来的日子我对其生产车间进行了详细的认识。我首先来到的是钣金车间。从车间的定置管理图中，可了解到该车间的生产过程是：下料区冲压成型区焊料一库焊料二库冲压转型区散件特检点铝合金加工区钣金半成品周转区焊接喷涂成品。在钣金车间，观看了各种机器的生产情况。有板机、床、床、床、床、柱油压机、角床、板机、板机等等，各种我熟悉和陌生的机器。着是两器车间。在两器车间，我观看了压力容器用钻床、翅片冲床的生产过程，以及一些已经记不清名字的机器的生产。在总装车间，我向工人师傅请教了管壳式换热器和水冷冷凝器的原理。在这个车间，我已经能够看到完整的中央空调的雏形，在这个庞然大物中 ,用到了我所学过各种各样的知识 ,有机械 ,有电子技术 ,精密机器制造等等。从申菱公司生产车间，我可以看到中国空调技术已经基本成熟，但是它的中央处理芯片还是要靠进口。在出厂检验车间，师傅为我讲解了产品检验的过程，并给我示范了检验是如何进行的，所用到的仪器，有精密仪表了，有常用工具了，有一种仪表是我从来没见过的，那就是利用传感器技术的安培表。在检测中心。在与师傅的交流中，我了解到产品检测进行的过程 ,以及相关的工作。数十天的实习，在学习之余，也对该厂 50 有了一个初步的印象，虽然该厂用了许多先进的机器，但生产效率还需要改进。广东锻压机床厂，这是我的第二个实习工厂，这是国内锻压行业首家通过机械安全认证的企业，广东省高新技术企业，国家出口基地企业。目前，该厂拥有齿轮磨床、曲轴磨床、导轨磨床、数控镗铣床、数控车床及数控加工中心等先进的加工设备，拥有强大的技术对伍及一流的管理体系，主要生产系列压力机、控开卷送料校平机构及各种自动冲压生产线。该厂的主要产品是压力机，包括系列和系列，老的系列，由于存在着安全隐患，已经慢慢被新的系列所取代。来到该厂接待我的是 2001 届的学长，在给我讲解了锻压厂的发展情况，生产规模以及生产安全等后，带领我参观了该厂的计量室。在计量室，我看到了很多以前从所未见过的精密仪器，有水平仪调教仪、弹簧测试仪（内部装有压力传感器）、压力表气氧气表两用校验器、大型千分尺（有测外径和测内径两种）、垂直度测量仪（装有光感应器）、投影一米测长机（装有光电感应）等。学长为我讲解了这些仪器的用法、校正、维护等。参观完计量室，我们接着参观了生车间 ,由于这是一家重型机械厂 ,所以很注意安全 ,进入生产车间之前 ,我们每个人都发了一顶安全帽。在产车间中，我观看了框架上移式油压机，武汉重型机床厂、高明精机生产的大型机器的生产过程。学长还为我讲解在车间出品机器的特点、性能和应用。列开式固定台压力机、列高性能压力机，机身由钢板焊接而成且经人工时效和抛完钝化防绣处理，变形小，刚性好。气动湿式磨擦片离合器一制动器组和，寿命长、噪音小、齿轮副和滑动副均经热处理淬火及精密研磨、传动平稳。采用制，令机器能实现急停、寸动、单次和连续冲裁。可灵活采用定速或变速，配合自动送料装置，形成单机或多机自动冲压生产线。列四柱双动液压机：柱双动液压机主要用于薄板拉伸、成形、调直等工序，该机主要液压及电气元件均采用国际名牌产品，可配套光电保护装置。工作台四柱双动油压机主要用于大型薄板工件的深拉伸、成形、调直等工序。该机主要液压元件均采用威格士、力士乐或油研公司的产品。可配套光电保护装置。列高速精密油压机，本油压机为四柱式结构，其主要液压元件、密封件和电器控制元件均为国际名牌产品采用比例阀，可进行多次冲压，工艺性能好，调整设定方便，压力精度高空程速度快。为普通油压机的，生产效率高行程定位由光栅检测系统控制，精度高达程终端控制，可储存 200 个不同的工作程序，方便实现单机或多机自动化生产，并可配套光电保护器。适用于工艺品、饰品、表胚、表带、眼镜和餐具等行为作压制品之用。二、实习取得的经验及收获 51 第一次亲身感受了所学知识与实际的应用，冲压板金在空调设备中的应用，电子技术在空调设备中的应用，精密机械制造在机器制造中的应用等等理论与实际的相结合，让我大开眼界。也是对以前所学知识的一个巩固吧。让我学到了很多书本上学不到的知识，看到了很多书本上看不到的机器。这次实习对于我以后学习、找工作也是受益菲浅的。在短短的两个星期中让我对自己的知识结构有所了解，理性地重新认识自己，也让我初步的认识了这个社会，对于以后做人所应把握的方向也有所启发！三、存在的不足及建议从这次实习中，我也发现了自己的不足。专业基础知识还不够熟练，对国家标准的认识还不够深入。自己已有的知识不能很好的与实践相结合，需要多参加实际生产。对机械方面的相关高新技术的了解不够，需要通过各种途径不断的了解机械行业各种不断变化和革新的技术的思想理念。本科毕业设计（论文）开题报告（ 2007 届）学院、系：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：班级：学号指导教师姓名：职称 2006 年 12 月 22 日题目：柴油机机体加工自动线上用多功能液压机械手 1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写 1500 2000 字左右的文献综述。在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。其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。机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。机械手的设计原理是以人的手为基础，以机械拉来实现人的动作，它的动作由以下四部分来实现：自由度的旋转、肩的前后动作、肘的上下动作、腕 (手 )的动作。机械手由执行机构、驱动制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。驱动驱动系统中可以分：机械式、电气式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。早期的机械手的结构和功能都比较简单，专用性很强，仅配合某台主机完成辅助性工作，如抓取工件、上料下料、换夹刀具等。这种机械手称为专用机械手。随着工业技术的发展，出现了能够独立地按控制程序、自动重复操作的机械手，这种机械手具有很快地改变程序的功能，适应性很强，在中小批量，多品种的工业生产中得到广泛的应用。这种机械手称为通用机械手，通用机械手又称为“工业机器人”，即第一代机器人。机器人在此基础上进一步发展，出现了具有某些感官功能（如视觉、触觉、听觉）的机器人，称为第二代机器人，以后又出现了具有某些思维和语言功能的智能型机器人，称为第三代机器人。工业机械手可以提高生产过程的自动化程度，改善劳动条件、避免人身事故，减少人力，并便于有节奏地生产，工业机械手从根本上减轻了工人的劳动强度，提高了生产率水平。综上所述，有效地应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。从机器人诞生到本世纪 80 年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到 90 年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。目前的研究内容主要集中在：工业机器人操作机结构的优化设计技术、机器人控制技术、多传感技术、机器人遥控及监控技术 ,机器人半自主和自主技术、虚拟机器人技术、多智能体调控制技术、软机器人技术、仿人和仿生技术、微型和微小机器人技术。其中微型和微小机器人技术是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。在我国对此进行了深入的研究，如徐卫平和张玉茹发表的六自由度微动机构的运动分析对六自由度微动机构进行了位移分析并为其结构设计提供了计算依据。还有刘辛军、高峰和汪劲松发表的并联六自由度微动机器人机构的设计方法研究了微动机器人机构的设计方法，建立了并联六自由度微动机器人的空间模型，并分析了该微动机器人的空间模型，并分析了该微动机器人的机构尺寸与各向同性、刚度等性能指标的关系得到了一系列性能图谱，从各图谱中可以看出各项性能指标在空间模型设计参数空间中的分布规律，这有助于设计者根据性能指标来设计该微动机器人的机构尺寸，是探讨微动机器人机构设计的有效分析工具。在以后，工业机器人会越来越灵活，功能会越来越多，适应性越来越广，更好的为工业生产服务。要研究内容、研究思路及方案。 (1)、依据：随着科学技术的发展，生产率水平的提高，人们对产品精度和质量的要求越来越来严格。因此，企业生产线的自动化程度要求越来越高，机械手也越来越来多地被应用，工业机械手已成为多数企业生产线上必不可少的设备。工业机械手可以提高生产过程的自动化程度，改善劳动条件、避免人身事故，减少人力，并便于有节奏地生产，工业机械手从根本上减轻了工人的劳动强度，提高了生产率水平。因此，有效地应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。 (2)、研究的内容：本次设计主要研究的是柴油机机体加工线上用多功能机械手，使其完成上料、转位和翻转等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。 (3)、研究思路及技术方案：本工业机械手机身采用机座式，坐标形式为球坐标式，使用液压驱动，选用双联叶片泵，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，定位采用机械挡块定位，定位精度为 1用行程控制系统实现点位控制。课题调研，收集资料，拟定总体方案，画总图，完成开题报告。机械部分设计、计算，画机械手手腕、手臂、机身结构图，完成中期检查。控制系统设计，画液压系统图一张整理设计说明书及翻译科技外文，准备答辩。 1 吴振彪武汉 :华中科技大学出版社 ,2 王承义北京 :机械工业出版社， 3 沈兴全、吴秀玲北京 :国防工业出版社， 4 孙桓、陈作模北京 :高等教育出版社， 5 濮良贵、纪名刚北京 :高等教育出版社， 6永立主编编海科学技术出版社， 7永泗、齐民大连：大连理工大学出版社，指导教师：年月日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。 (2007 届 ) 本科生毕业设计（论文）学院、系：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：班级：学号指导教师姓名：职称最终评定成绩： 2007 年 5 月本科生毕业设计（论文）柴油机机体加工自动线上用多功能液压机械手设计院（系）：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号：学生姓名：指导教师： 2007 年 5 月本科生毕业设计 I 摘要本次设计的多功能机械手用于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，选用双联叶片泵，系统压力为机功率为有整机回转油缸、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。送放机构的液压驱动系统是由液压基本回路组成，包括调压回路，缓冲回路，调速回路，换向回路压回路。定位采用机械挡块定位，定位精度为 1用行程控制系统实现点位控制。关键词：机械手，球坐标，液压，机械挡块，点位控制本科生毕业设计 he of 175of so of of is of of to of a of of a of to 科生毕业设计录第 1 章概述 1 执行系统 . 1 驱动系统 1 控制系统 2 第 2 章方案设计及主要参数的确定 3 方案设计 3 主要参数的确定 4 第 3 章抓取机构的设计 5 抓取机构结构形式的确定 5 夹紧力（握力）的确定 5 夹紧缸驱动力的计算 7 夹钳式抓取机构的定位误差分析 8 夹紧液压缸主要尺寸的确定 10 液压缸内径 D 的计算 10 活塞杆直径 d 的计算 11 液压缸壁厚的计算 12 液压缸外径长度 l 的计算 12 液压缸行程 S 的确定 12 第 4 章送放机构的设计 13 述 13 压系统主要参数的确定 14 液压缸工作载荷的确定 15 液压缸推力的确定 15 液压缸流量的计算 15 液压缸基本尺寸的确定 15 本科生毕业设计械手的腕部设计 16 腕部结构形式的确定 16 腕部回转缸驱动力矩的计算 17 腕部回转液压缸尺寸的确定 21 腕部摆动缸驱动力矩的计算 22 腕部摆动液压缸尺寸的确定 24 械手的手臂和机身的设计 25 手臂和机身结构形式的确定 25 手臂驱动力的计算 27 压系统元件的选择 31 压系统回路的分析 31 调压回路 31 缓冲回路 32 调速回路 32 换向回路 33 锁紧回路 33 保压回路 33 第 5 章控制系统的设计 34 参考文献 35 致谢 36 附录 1：科技论文翻译 37 附录 2：实习报告 49 1 第 1章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，搬运或操作动作的自动化机械装置。在工业中应用的机械手称为“工业机械手”。工业机械手由执行系统、驱动系统和控制系统组成。执行系统又可分为抓取，送放和机身三部分，如图 1 2 3 图行系统执行系统是直接握持物件实现所需的各种运动的机械部分，它包括以下机构（ 1）抓取机构抓取机构又称手部或手爪，是机械手直接与被抓取物件接触并施加约束和加紧力的部分。（ 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。它主要由手臂、手腕、行走装置等部分组成。手臂是用来支撑腕部和手部并改变被送放物件的空间位置的。它是机械手的主要运动部件。手腕主要是用来调整和改变被送放物件的方位，并连接手臂和手指。行走装置的主要作用是扩大机械手的送放范围，以适应远距离操作的需要。（ 3）机身机身是机械手中用来支撑送放机构的部件，也是安装驱动系统，控制系统的基础部件。动系统 2 机械手的驱动系统是为执行系统各部分提供动力的装置。驱动系统可分为液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等多种形式。液压驱动系统主要由油泵，油缸，油压阀机管路组成。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。它主要包括程序控制和位置检测等部分 . 程序控制装置指挥机械手按规定的程序进行运动 ,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 ,运动时间等 ),同时按其控制系统的信息对执行系统发出指令 ,必要时它还可对机械手的动作进行监视 ,当动作有错误或发生故障时 ,即发出报警信号 . 信息检测装置主要用来控制机械手执行系统的运动位置 ,并随时竟执行系统的实际位置反馈给控制系统 ,并与设定的位置进行比较 ,然后通过控制系统进行调整 ,从而使执行系统以一定的精度达到设定位置 . 3 第 2 章方案设计及主要参数的确定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。 4 图球坐标式机械手要参数的确定（ 1）抓取重量 15 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 1500 手臂最大中心高 1000 手臂水平中心高 700 手臂伸缩行程 450 手臂回转范围： =0 270；手腕回转范围：翻转 =0 180；腕部摆动范围：转位 =0 90；手臂上下摆动角度： =0 60。（ 4）运动速度直线运动速度：手臂伸缩行程 l=450动时间 t=2s，则手臂伸缩速度为：v=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 1 （ 7）控制方式采用行程控制系统实现点位控制。 5 第 3 章抓取机构的设计 3 1 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 250170 140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。 3 2 夹紧力（握力）的确定当用不同的手部机构夹紧同一种工件时，由于各手部机构的增力倍数不同，所需拉紧油缸的驱动力也不同。当手部机构选定后，由于工件的方位不同（如工件水平放置或垂直放置），钳爪的受力状态不一样，因而所需拉紧油缸的驱动力也不一样。下图（ 2）为两钳爪式手部机构，由于驱动力 P 使一对平行钳口对被夹持的工件产生两个作用力 N，当忽略工件重量时（即相当于夹紧一块握力表），这两个力大小相等，力产生的夹紧力。图紧力现引入一个称为“当量夹紧力”的概念，所谓当量夹紧力，就是指把重量为某一方位夹紧可以求得其拉紧油缸具有的最小驱动力，这个最小驱动力所能产生的夹紧力，就称为工件在这个方位的当量夹紧力。当量夹紧力的数值与具体的手部机构方案无关。只与工件的重量 G 和它相对与钳爪的放置方位有关。证明如下：（ 1）首先求驱动力 P 与夹紧力 N 的关系。当驱动力推动活塞杆移动一小段距离个钳爪都相应产生一微小转角据虚功原理，驱动力 P 所做功（夹紧力 N b dN b dP d y 6 N= （ 2）当量夹紧力与工件重量之关系。当钳爪水平夹紧重为 G 的工件时，根据工件的平衡条件 F=0可得 2+G 可以看出，上下钳爪对工件的夹紧力并不相等，且随驱动力的增大而增大，但 2 的差值永远为工件之重量 G，如，，驱动力最小。这个最小驱动力可以由下述方法求出： 1 将，代入上式得（由 P 所产生的夹紧力 N ，即当量夹紧力。将（代入（得 2212 （从计算结果可以看出，当量夹紧力 N 与具体的手部结构方案无关。不同的手部机构的增力倍数特性不一样，而当量夹紧力与无关，只与工件的重量和它相对于钳爪的放置方位无关。由课题要求可知，本机械手水平夹持悬伸工件，示意如图力示意图查表得进行握力计算： N= 213（式中 N 夹持工件时所需的握力； 7 G 工件的重量， G=1550N； L、 H 尺寸， L=50H=80 将上述数值代入得 N= 03 N 考虑到工件在传送过程中还会产生惯性力、振动以及受到传力机构效率等的影响，故而实际握力还应按以下计算： N 实 21 （式中，手部的机械效率，一般 = 安全系数，一般取 2；工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，按下式估算： + /g，其中，为被抓取工件传送过程中的最大加速度，若取 = g/2计算， + /g= N 实 21 =890N 紧缸驱动力的计算抓取机构产生的握力是通过驱动装置产生的驱动力经传动机构传递而得到的。如图中握力。由图 P=2 （ | 因为 h=80 + ) = + （长度取正值） R|= N 实所以 P=2实l )c o s ( 由结构设计，确定 =10 ， =120 ， =50 ， 306入上式得 9 4 2 3 （长度取正直） 8 图紧缸受力分析简图图钳式抓取机构的定位误差分析图示情况为分别夹持两种不同直径的工件时的情况。其中，手指长度，即手指的回转中心 A 到 V 形槽顶点 B 之间的距离； 2 为 V 形槽的夹角；为偏转角，即 V 形槽的角平分线手指的夹角； 9 图件的中心之间的距离 c o ss i i nc o 2222 2222 s o ss 或 1s in c o ss 222 此式为双曲线方程，其曲线如图中曲线表示了变化的关系，而且 0为分界线左右对称的。当工件的半径由，其值为 c o ss i nm i i nm i nc o ss i nm a i nm a 设计手指时，只要给定手指的长度选取合适的偏转角，即可根据工件的最大直径了减少定位误差，可加大手指的长度，会使结构增大，重量增加。另外，选择最佳的偏转角，也可使定位误差最小。当 m 2 m a x 位误差最小，此时 s i nc o ss i nm i i nm i ns i nc o ss i nm a i nm a xm i 式中， e 最佳偏转角。 3 5 夹紧液压缸主要尺寸的确定压缸内径 D 的计算由单杆活塞式液压缸的推力公式： 11 （式中， 1F 液压缸的推力 (N)； p 系统的工作压力， p= 1A 活塞的作用面积（ 1A= 24DD 活塞直径（ 11 推导得出： D=（式中， 1F 驱动力，即液压缸的实际工作载荷（ N）； p 系统的工作压力， p= m 机械效率，一般取 m= D 液压缸内径（将上述数值代入得 D=按 2348准系列直径圆整，取 D=32 塞杆直径 d 的计算根据速度比的要求来计算活塞杆直径 d 1 （式中， d 活塞杆直径（ D 液压缸直径（速度比： 22212 2v 活塞杆的缩入速度（ mm/ 1v 活塞杆的伸出速度（ mm/ 液压缸的往复运动速度比，与系统工作压力的关系如下表作压力 p/ 10 20 20 速度比 2 2 由于本次设计的液压系统工作压力为选用速度比为不同速度比时活塞杆直径的关系如下表 d 2348准系列直径圆整，取 d=14 12 压缸壁厚的计算对于低压系统，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算： 2 式中，液压缸缸筒厚度（试验压力（工作压力 p 16，作压力 p 16，p=于本次设计的液压系统压力为 D 液压缸内径（缸材料体的许用应力（ b 缸体材料的抗拉强度（ n 安全系数， n=5，一般取 n=5。对于：锻钢 =100 120 钢 =100 110 管 =100 110 铁 =60 选用铸铁材料， =60 将以知数据代入上式得因结构设计需要，取 =10 压缸外径 l 的计算 5 2 m m=102+32= 2+D=D 0 L（ 20 30）结构需要确定，取 l=60 压缸行程 S 的确定根据课题要求以及机构的运动要求按 234950 13 第 4 章送放机构的设计述（ 1）送放运动改变被抓取物体的位置和方向，并将其送放到一定的目的位置上，这一运动过程称为送放运动。送放运动是机械手或机器人或机器人最主要的运动，包括手臂、手腕和行走装置的运动，但不包括机械手或机器人手爪抓取物体的动作。因此，抓取动作只具有抓取功能，不能改变被抓取物的位置和方向，因而不是送放运动。送放运动又可分为主运动和辅运动两部分，手臂的运动为主运动，手腕的运动和整机的行走运动为辅运动。主运动决定送放运动的空间范围的形状和性质，辅运动可扩大送放运动或改变被送放物体在空间的方位。（ 2）送放范围机械手或机器人将被抓取的物体送放到某一位置，其所能达到的空间范围称为机械手或机器人的送放范围。当送放位置为一点时，称为点位送放；当送放位置在一个确定的表面内（如矩形面、扇形面、圆柱面）时，这样的送放范围称为面位送放；当送法的位置在一个确定的空间体内（如长方体、圆柱体、球体、多球体）时，这样的送放范围称为体位送放。点位送放、面位送放、体位送放均由主运动的运动形式、自由度及其组合来决定。（ 3）送放图形送放范围可用送放图形（送放运动的轨迹或空间的形状及大小）来描述。点位送放的送放位置为确定的点，其主运动只有一个自由度。其运动形式为直线运动时，送放图形为一直线；为回转运动时，送放图形为一圆弧；为复合运动，送放图形为一空间曲线。面位送放，其送放图形为一确定的表面，由两个参变量决定，故主运动需要两个自由度。其送放图形为三种不同的情况：两个直线运动组合，送放图形为一矩形面；两个回转运动组合时，送放图形为一圆弧面；一个直线运动和一个回转运动组合时，送放图形为一扇形面（如手臂伸缩和手臂回转组合）或圆柱面（如手臂升降和手臂回转组合。体位送放，其送放图形为一个确定的空间体，故主运动有三个自由度。其送放图形也有几种不同的情况：三个直线运动组合时，送放图形为一空间立方体；两个直线运动和一个回转运动组合时，送放图形为一空间圆柱体；两个回转运动和一个直线运动组合是，送放图形为一空间组合体；三个回转运动组合时，送放图形为空间球体或多球体。 14 （ 4）送放运动的自由度送放运动具有的独立运动参数的数目，即送放运动的自由度，亦即机械手或机器人的自由度。它等于主运动自由度数和辅运动自由度数之和。一般情况下，主运动有1 3个自由度：当主运动有 1个自由度时，送放图形为点位送放；当主运动有 2个自由度时，送放图形为面位送放；当主运动有 3个自由度时，送放图形为体位送放。如果采用多关节的送放机构，则机械手的主运动自由度数还可以增加，但其结构非常复杂，故实际应用不多。此时，宜采用增设辅运动的方法来增加机械手的功能，如增加腕部的平移或整机的行走运动以扩大送放范围，或增设腕部的回转和摆动运动以改变被送放物的方位。机械手有几个自由度就说明有几个送放运动。自由度越多，送放动作也越多，则机械手越灵活，其送放范围也越大，但机械手也越复杂。本次所设计的机械手的送放机构共有 5个自由度，即主运动有 3个自由度（手臂的伸缩、回转、俯仰）、辅助运动有 2个自由度（腕部的回转、摆动），为体位送放，全部采用液压驱动，分别由两个直动液压和三个回转液压缸来实现。机械手液压系统的工作原理图如下图示：图液压系统的工作原理图压系统主要参数的确定 15 R= f （ w （式中， R 液压缸的工作载荷；液压缸轴线方向上的外作用力；液压缸轴线方向上的重力；运动部件的摩擦力；运动部件的惯性力。非标准机械的液压缸设计，按实际计算出工作压力后，还应符合液压缸额定工作压力系列标准规定（本设计确定的系统工作压力为当液压缸工作压力确定之后，即可计算出液压缸的推力。对于活塞式液压缸，液压缸的推力为 P= （式中， p 系统的工作压力； A 活塞的有效工作面积。液压缸的工作流量为 q= （式中， v 液压缸或活塞杆的速度； A 液压缸的有效工作面积。因此，只要确定出液压缸的直径 D，就可求出活塞或液压缸的有效工作面积，从而可求得液压缸的推力和流量。或者，根据各缸的实际工作载荷 P，先求出活塞或液压缸的有效工作面积 A，再确定各缸的直径 D。（ 1）活塞缸直径无杆腔工作时： D=)()(4212221 （有杆腔工作时： D=)()(4211221 （式中， 1P 系统的工作压力， 1P = 16 2P 回油腔的压力； m 机械效率，一般取 m = R 液压缸的工作载荷； d 活塞杆的直径。按上式计算后，还应按（ 2）活塞杆直径活塞杆直径可按工作压力确定，对于常用速比的液压缸也可根据已定的缸径压缸工作压力（ 5 5 7 7 活塞杆直径 d （ D （ D 外，当液压缸速度在 6 10 m/可按活塞往返的工作速度之比来确定活塞杆直径： d=D 1 ，其中 = 12速比与工作压力有如下关系：工作压力（ 20 速比 2 2 （ 3）液压缸壁厚的确定 = 2 试验压力； D 液压缸直径；缸体材料的许用应力。（ 4）液压缸外径 +2 l（ 20 30）体长度注意缸体的制造工艺性和经济性。机械手的腕部设计部结构形式的确定工业机器人的腕部是联接手部与臂部的部件，起支承手部的作用，为了使手部处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴 X、 Y、具有回转、俯仰和摆动三个自由度。腕部实际所具有的自由度数目应根据机器人的工作性能要求来确定。在多数情况下，腕部具有两个自由度：回转和俯仰或摆动。一些专业机械手甚至没有腕部，但有的腕部为了特殊要求还有横向移动自由度。 17 本机械手腕部具有两个自由度，因此采用两个回转油缸，即回转和摆动，且回转范围为 0 180 ，摆动范围为 0 90 。回转油缸和摆动油缸的结构图分别如图腕部回转缸驱动力矩的计算实现上述运动的驱动力必须克服腕部启动时所需的惯性力矩、腕部回转轴与支承处的摩擦力矩、动片与缸壁和端盖等处密封装置的摩擦力矩，以及由于转动部件重心与转动轴心线不重合所产生的偏重力矩，图示为腕部受力分析。 18 图部转动时必须克服三种力矩摩M 、偏M 和惯M ，故手腕的回转力矩）（惯偏摩（考虑到驱动缸密封摩擦损失等因素，一般将取）（惯偏摩式中， M 驱动力矩；惯性力矩；参与转动的零部件的重量（包括工件、手部及腕部的回转缸动片等）对转动轴线所产生的偏重力矩；腕部回转与支承处的摩擦力矩；以上各力矩的分析计算如下： 1）腕部加速运动时所产生的惯性力矩若手部启动时按等加速运动，角速度为 w，启动过程所用的时间为 t ，启动过程所转过的角度为，则）（惯 1或 221）（惯式中， J 腕部参与转动的各部件对回转轴的转动惯量；工件对腕部回转轴的转动惯量；腕部转动的角速度； t 启动过程所需的时间，一般为 s），这里取启动过程所转过的角度。 19 若工件的重心与回转轴不重合，则转动惯量为 2111 （式中，工件对重心轴线的转动惯量； 1G 工件的重量； 1e 工件重心到回转轴的偏心距； g 重力加速度。本机械手腕部参与转动的各部件的转动惯量如下：回转轴：对其重量进行估算，定小直径段为 1G ，大直径段为 2G ，即查表得其转动惯量为 2622222211 连接板：对其重量进行估算，即 2332 查表得其转动惯量为 26222221 液压缸：对其重量进行估算，即 2332 查表得其转动惯量为 2622 手爪：对其重量进行估算，即 2332 查表得其转动惯量为 20 2622 故腕部参与转动的各部件的转动惯量和为： 266 8 6 6 工件对腕部回转轴的转动惯量为： 2222222 50121 由以上计算得腕部加速运动时所产生的惯性力矩为： 2）腕部转动时在轴颈处的摩擦力矩 1221 A 摩式中，腕部轴颈的直径（参见图 10）； f 轴承的摩擦系数，对于滚动轴承， f=于滑动轴承， f= 轴颈处的支撑反力。按腕部转动轴的受力分析求解 B。根据 0 112233 即 Nl 同理，根据 0 式中， 1G 、 2G 、3G 工件、手部、腕部的重量； 1l 、 2l 、 3l 、 l 尺寸，见图 10。故 2摩21 3）工件重心偏置引起的偏重力矩 M 偏 = （式中，工件重量（ N）； e 偏心距。由于本课题的工件为 250 170 140为对称的零件，因此工件重心与手腕回转中心线重合，也就是偏心距为零，故因此腕部转动时所需的驱动力矩为：）（惯偏摩又腕部回转缸的驱动力矩 2 22 （式中， M 回转缸的驱动力矩； P 回转缸的工作压力； R 缸体内壁半径； r 输出轴半径； b 动片宽度。上述驱动力矩低压腔有一定的背压，则作压力与背压的差值。部回转液压缸尺寸的确定 1）液压缸内径的确定由上式腕部回转缸的驱动力矩 M 与回转缸的压力 p 的关系推导得缸体内壁半径为； 32 其中输出轴半径 r 由结构设计定为查表按标准系列圆整，取 R=回转液压缸内径为 65 2）液压缸壁厚的计算对于低压系统，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算： 2 式中，液压缸缸筒厚度（ 22 试验压力（，工作压力 p 16，作压力 p 16于本次设计的液压系统压力为 D 液压缸内径（缸材料体的许用应力（（ b 缸体材料的抗拉强度（ n 安全系数， n=5，一般取 n=5。对于：锻钢 =100 120 钢 =100 110 管 =100 110 铁 =60 选用铸铁材料， =60 将以知数据代入上式得因结构设计需要，取 = 3）液压缸外径宽度 1 0 0 m m=5= 2+D=D 0 b（ 20 30）结构需要确定，取 b=30 4）回转液压缸回转行程的确定由方案设计可知，腕部回转行程 0 180 ，其结构形式见图与回转液压缸的计算类似，腕部摆动时也必须克服三种力矩摩M 、偏M 和惯M ，故手腕的摆动力矩）（惯偏摩同样考虑到驱动缸密封摩擦损失等因素，一般将取）（惯偏摩式中， M 驱动力矩；惯性力矩； 23 参与转动的零部件的重量（包括工件、手部及腕部的回转缸动片等）对转动轴线所产生的偏重力矩；腕部摆动与支承处的摩擦力矩；以上各力矩的分析计算如下： 1）腕部加速运动时所产生的惯性力矩若手部启动时按等加速运动，角速度为 w，启动过程所用的时间为 t ，启动过程所转过的角度为，则）（惯 1或 221）（惯式中， J 腕部参与转动的各部件对回转轴的转动惯量；工件对腕部回转轴的转动惯量；腕部转动的角速度； t 启动过程所需的时间，一般为 s），这里取启动过程所转过的角度。若工件的重心与回转轴不重合，则转动惯量为 2111 （式中，工件对重心轴线的转动惯量； 1G 工件的重量； 1e 工件重心到回转轴的偏心距； g 重力加速度。由腕部回转运动计算可知，腕部参与转动的各部件对回转轴的转动惯量相对工件对腕部回转轴的转动惯量要小的多，因此在此仅计算工件对腕部回转轴的转动惯量。工件对腕部回转轴的转动惯量为： 2222222 5012 由于摆动液压缸工作时，工件的重心与回转轴不重合，则由以上分析得转动惯量为 222111 24 由以上计算得腕部加速运动时所产生的惯性力矩为： 2）腕部转动时在轴颈处的摩擦力矩腕部转动时在轴颈处的摩擦力矩公式为 1221 A 摩（由由腕部回转运动计算可知，腕部转动时在轴颈处的摩擦力矩相对与其他力矩要小的多，故此不在计算。 3）工件重心偏置引起的偏重力矩 M 偏 = （式中，工件重量（ N）； e 偏心距。由于腕部摆动时，工件的重心与回转轴不重合，故存在偏心力矩偏因此腕部转动时所需的驱动力矩为：）（惯偏惯偏摩 1）液压缸内径的确定由上式腕部回转缸的驱动力矩 M 与回转缸的压力 p 的关系推导得缸体内壁半径为； 32 其中输出轴半径 r 由结构设计定为 15 查表按标准系列圆整，取 R=55回转液压缸内径为 110 2）液压缸壁厚的计算对于低压系统，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算： 2 式中，液压缸缸筒厚度（试验压力（，工作压力 p 16，作压力 p 16，于本次设计的液压系统压力为 D 液压缸内径（缸材料体的许用应力（（ b 缸体材料的抗拉强度（ n 安全系数， n=5，一般取 n=5。对于：锻钢 =100 120 钢 =100 110 管 =100 110 铁 =60 选用铸铁材料， =60 将以知数据代入上式得因结构设计需要，取 =30 3）液压缸外径宽度 1 7 0 m m=302+110= 2+D=D 0 b（ 20 30）结构需要确定，取 b=100 4）回转液压缸回转行程的确定由方案设计可知，腕部摆动行程 0 90 ，其结构形式见图械手的手臂和机身的设计手臂和机身结构形式的确定手臂部件（简称臂部或手臂）是机械手的主要执行部分，其作用是支承手腕及抓取机构（包括被抓取的工件或工具），有时其他一些装置如传动机构或驱动装置也安装在手臂上。机身则直接支承和带动手臂部件，并实现手臂的回转、升降、俯仰等运动。因此，手臂的送放运动越多，机身的结构和受力状况也越复杂。设计手臂和机身时应注意以下几个问题： 1）刚度刚体是指手臂和机身在外力作用下抵抗变形的能力。由于机械手的手臂一般都要悬伸（水平或垂直悬伸），因而手臂和机身的刚度十分重要。手臂的悬伸量越大，刚度越差，而且刚度岁悬伸距离的变化而不断变化，因而悬伸量对机械手的运动性能、位置精度和负荷能力都有很大的影响。为了提高手臂的刚度，除了尽量缩短手臂的悬26 伸量外，还应合理地选择使手臂抗弯扭能力强的手臂截面形状，并合理地确定手臂的壁厚和材质，以及合理地布置受力构件的位置和方向。 2）精度机械手的精度最终反映在手部的位置精度上，在很大程度上取决与手臂和机身的精度。影响手臂和机身的精度的因素较多，主要有本身的刚度、手部和腕部与手臂的连接刚度，以及手臂和机身运动的导向装置和定位装置的精度等。 3）平稳性手臂和机身的质量较大，其运动速度和负荷也较大，因而产生的冲击和振动也较大。因此，它们的工作平稳性十分重要，将直接影响到机械手的工作质量和寿命，在设计时应予以足够的重视。在设计时除了力求结构合理、紧凑、重量轻、惯性小以外，还应采取有效的缓冲措施，以便吸收冲击能量，提高机械手的工作平稳性。 4）其他要求对于一些在特殊条件下工作的机械手，设计时应满足其他特殊的要求。例如：在高温环境工作时，应考虑热辐射的影响；在腐蚀性介质环境下工作时，应

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