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液压
机械手
设计
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该方案是液压上料机械手设计，下面介绍机械手的组成：
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统组成。
（1、）执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构；
①手部：是机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。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。
②手腕：是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。
③手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。
④立柱：是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的。
⑤机座：是机械手的基础部分。机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用。
（2、）驱动系统：机械手的驱动系统是驱动执行运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。
（3、）控制系统：控制系统是机械手的指挥系统 ，它控制驱动系统，让执行机构按规定的要求进行工作，并检测其正确与否。一般常见的为电器与电子回路控制，计算机控制系统也不断增多。
- 内容简介：
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近 20 年来， 液压 技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与 液压技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠； 液压 机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对 液压 技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电 例伺服技术的发展；现代控制理论的发展，使 液压 技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于 液压 脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。随着微电子技术、 术、计算机技术、传感技术和 现代控制技术的发展与应用， 液压 技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。从 液压 技术及 液压 机械手的发展过程、 液压 机械手的应用现状和发展前景及方向 3 个方面阐述了 液压 机械手。在 液压 技术及 液压 机械手部分介绍了 液压 机械手的产生、发展过程和几种不同的、典型的 液压 机械手及它们所用到的核心技术。从它们中间可以看出 液压 机械手的应用领域和发展方向。 机械手 能模仿人手和臂的某 些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 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。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式， 称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2 3 个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、 液压 式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 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。 有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 1 毕业设计（论文）开题报告 课题名称： 液压 机械手设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2 毕业设计开题报告 1课题研究的意义 对实现工业生产自动化，推动工 业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 2课题 简介和设计要求 1、简介 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体 上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用 2、本设计的具体要求 本课题通过应用 术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用 术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 3 3课题研究拟采用的手段和工作路线 课程 设计方法 ： 1) 独立思考，继承和创新 设计时，要 深入 设计 现场，深入了解现有 物料 现状， 认真阅读参考现有的相关技术 资料，继承或借鉴前人的设计经验和成果，但不能盲目地全盘抄袭，应根据具体的设计条件和 要求，独立思考，大胆地进行改进和创新。只有这样，才能做出高质量的 设计 成果 。 2) 全面考虑 现有 机械手 零部件地强度、刚度、工艺性、经济性和维护 性 等 方面 要求 任何零部件的机构和尺寸，除去考虑它的强度刚度外，还应该综合考虑零件本身及整个部件的工艺性要求、经济性要求、使用要求等才能确定。 3) 使用标准和规范 设计时应尽量使用标准和规范，这有利于零件的互换性和工艺性，同时也可减少设计工作量、节省设计时间，对于国家标准或部门规范，一般都要 严格遵守和执行。设计中采用标准或规范的多少，是评价设计质量的一项 重要指标。因此，在毕业 设计中，凡是有 国家标准和企业标准 规范 要求 的，应该尽量采用 。 工作路线 ： 1) 设计准备 了解设计任务书，明确设计要 求、工作条件、设计内容的步骤；通过查阅有关设计资料，参观实物征询 操作 人员的建议 等，了解设计对象的性能、结构及工艺性；准备好设计需要资料、绘图工具；拟定设计计划等。 2) 机械手 草图设计 绘制 机械手各部件 装配草图 ；进行 机械手 总体 结构设计和部件设计。 3) 编写设计说明书 写明整个设计的主要计算和一些技术说明。 4 4课题研究计划进程 一、二周：接受毕业设计课题，根据课题内容了解课题研究的现状，并进行实地考察，完成开题报告 ; 三、四周：进行有关的计算。包括： 起升架起升装置 的设计计算、机架的设计计算、传动装置的计算 、电动机的选择。 五 关图纸的绘制。 九 周：对课程设计进行检查、纠正、整理、综合；最后打印，交指导老师复查 。 5课题成果。 设计说明书 ( ) 图纸（） 产品或作品（ ） 应用程序（ ） 其它： 指导教师意见： 指导教师（签名）： 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任（签名）： 年 月 日 目录 摘要 . 2 第一章 机械手设计任务书 . 2 业设计目的 . 2 课题的内容和要求 . 3 第二章 抓取机构设计 . 错误 !未定义书签。 部设计计算 . 错误 !未定义书签。 部设计计算 . 错误 !未定义书签。 伸缩机构设计 . 错误 !未定义书签。 第三章 液压系统原理设计及草图 . 错误 !未定义书签。 部抓取缸 . 错误 !未定义书签。 部摆动液压回路 . 错误 !未定义书签。 臂伸缩缸液压回路 . 错误 !未定义书签。 体系统图 . 错误 !未定义书签。 第四章 机身机座的结构设计 . 错误 !未定义书签。 机的选择 . 错误 !未定义书签。 速器的选择 . 错误 !未定义书签。 柱的设计与校核 . 错误 !未定义书签。 第五章 机械手的定位与平稳性 . 错误 !未定义书签。 用的定位方式 . 错误 !未定义书签。 响平稳性和定位精度的因素 . 错误 !未定义书签。 械手运动的缓冲装置 . 错误 !未定义书签。 第六章 机械手的控制 . 错误 !未定义书签。 第七章 机械手的组成与分类 . 错误 !未定义书签。 械手组成 . 错误 !未定义书签。 械手分类 . 错误 !未定义书签。 第八章 机械手 维造型 . 错误 !未定义书签。 手爪 造型 . 错误 !未定义书签。 栓的绘制 . 错误 !未定义书签。 毕业设计感想 . 错误 !未定义书签。 参考资料 . 错误 !未定义书签。 送料机械手设计及 动仿真 摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强 度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本课题通过应用 术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用 术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运 动速度是按着满足生产率的要求来设定。 关键字 机械手， 第一章 机械手设计任务书 业设计目的 毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。 其主要目的： 一、 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。 二、 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。 三、 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。 四、 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。 课题的内容和要求 （一、）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 500伸长（收缩） 500部转动 180 （ 2、）设计要求： a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套） b、液压原理图（一张） c、机械手三维造型 d、动作模拟仿真 e、设计计算说明书（一份） （ 3、）技术要求 主要参数的确定： a、坐标形式：直角坐标系 b、臂的运动行程：伸缩运动 500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： f、手指握力： 392N g、驱动方式：液压驱动。 目录 摘要 . 1 第一章 机械手设计任务书 . 1 业设计目的 . 1 课题的内容和要求 . 2 第二章 抓取机构设计 . 4 部设计计算 . 4 部设计计算 . 7 伸缩机构设计 . 8 第三章 液压系统原理设计及草图 . 11 部抓取缸 . 11 部摆动液压回路 . 12 臂伸缩缸液压回路 . 13 体系统图 . 14 第四章 机身机座的结构设计 . 15 机的选择 . 16 速器的选择 . 17 柱的设计与校核 . 17 第五章 机械手的定位与平稳性 . 19 用的定位方式 . 19 响平稳性和定位精度的因素 . 19 械手运动的缓冲装置 . 20 第六章 机械手的控制 . 21 第七章 机械手的组成与分类 . 22 械手组成 . 22 械手分类 . 24 第八章 机械手 维造型 . 25 手爪 造型 . 26 栓的绘制 . 30 毕业设计感想 . 35 参考资料 . 36 1 送料机械手设计及 动仿真 摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳 动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本课题通过应用 术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用 术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手 的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 关键字 机械手， 第一章 机械手设计任务书 业设计目的 毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。 其主要目的： 一、 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 二、 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。 三、 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。 四、 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。 课题的内容和要求 （一、）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 500伸长（收缩） 500部转 动 180 （ 2、）设计要求： a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套） b、液压原理图（一张） c、机械手三维造型 d、动作模拟仿真 e、设计计算说明书（一份） （ 3、）技术要求 主要参数的确定： a、坐标形式：直角坐标系 b、臂的运动行程：伸缩运动 500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： f、手指握力： 392N g、驱动方式：液压驱动。 3 （二、）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 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 械手安装简易图 （ 2、）动作要求分析如图 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 求分析 4 第二章 抓取机构设计 部设计计算 一、对手部设计的要求 1、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。 2、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 示。 图 械手开闭示例简图 5 3、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。 4、手指应有一定的强度和刚度 5、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。 二、拉紧装置原理 如图 示 【 4】 ：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。 图 缸示意图 1、右腔推力 为 4） DP （ =（ 4） 25 10 =、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为： 2b a） （ N （ 其中 N =4 98N=392N，带入公式 ： 2b a） （ N =(2 150/50) （ 392 =1764N 则实际加紧力为 际 = （ =1764 424N 6 经圆整 500N 3、计算手部活塞杆行程长 L,即 L=（ D/2） （ =25 圆整取 l=25、确定“ V”型钳爪的 L、。 取 L/ （ 式中： （ 由公式（ ： L=3 50 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） 【 1】 （ 1） 伸缩运动 00mm/s 0mm/s （ 2） 上升运动 00mm/s 0mm/s （ 3）下降 00mm/s 0mm/s （ 4）回转 0/s 0/s 所以取手部驱动活塞速度 V=60mm/s 6、手部右腔流量 Q= （ =60 r =60 25 =s 7、 手部 工作压强 P= （ =3500/ 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 W=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 10度 l=650图 示。 1、计算扭矩 4 设 重力集中于离手指中心 200，即扭矩 ： S （ =10 N M） F S F 图 部受力简图 2、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩 4 F=5 S=10入公式 S=5 N M） 3、摆动缸的摩擦力矩 M 摩 4 F 摩 =300（ N）（估算值） S=20 （估算值） M 摩 =F 摩 S=6（ N M） 工件 8 4、 摆动缸的总摩擦力矩 M 4 M=2+M 摩 （ =N M） T=P b（ 106/8 （ 其中： b 叶片密度，这 里取 b=3 摆动缸内径 , 这里取 0 转轴直径 , 这里取 所以代入（ 式 P=8T/b（ 106 =8 106 =因为 W=8Q/（ b 所以 Q=W（ b/8 =（ /4）（ =10s =27ml/s 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。 手臂的伸缩速度为 200m/s 行程 L=500、手臂右腔 流量，公式（ ： 【 4】 9 Q=200 40 =1004800s =0m/s =1000ml/s 2、手臂右腔 工作压力，公式（ 得： 4 P=F/S （ 式中： F 取工件重和手臂活动部件总重，估算 F=10+20=30 F 摩 =1000N。 所以代入公式（ ： P=（ F+ F 摩） /S =（ 30 000） / 40 =、绘制机构工作参数表如图 示： 图 构工作参数表 4、由初步计算选液压泵 4 所需液压最高压力 P=需液压最大流量 Q=1000ml/s 选取 液压泵（齿轮泵） 此泵工作压力为 10速为 1800r/作流量 Q 在 32 70ml/r 之间，可以满足需要。 5、验算腕部摆动缸： T= m 106/8 （ 10 W=8 v/（ b （ 式中： m 机械效率取： v 容积效率取： 以代入公式（ ： T= 106/8 =N M） TM=N M） 代入公式（ ： W=（ 8 27 10 s W /4 s 因此，取腕部回转油缸工作压力 P=1量 Q=35ml/s 圆整其他缸的数值： 手部抓取缸工作压力 P =2 流量 Q =120ml/s 小臂伸缩缸工作压力 P = 流量 Q =1000ml/s 11 第三章 液压系统原理设计及草图 部抓取缸 图 部抓取缸液压原理图 7 1、手部抓取缸液压原理图如图 示 2、泵的供油压力 P 取 10量 Q 取系统所需最大流量即 Q=1300ml/s。 因此，需装图 所示的调速阀，流量定为 作压力 P=2 采用： 流阀 202 调速阀 23位三通阀 12 部摆动液压回路 4图 部摆动液压回路 7 1、 腕部摆动 缸液压原理图如图 示 2、工作压力 P=1量 Q=35ml/s 采用： 202 调速阀 34 换向阀 溢流阀 13 臂伸缩缸液压回路 臂部伸缩缸52图 臂伸缩缸液压回路 7 1、小臂伸缩缸液压原理图如图 示 2、工作压力 P=量 Q=1000ml/s 采用： 溢流阀 202 调速阀 23位三通阀 14 体系统图 图 体 系统图 7 1、 总体系统图如图 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 元件 动作 1臂伸长 + + - - 手部抓紧 + - - - 腕部回转 + - + - 小臂收缩 - - - - 手部放松 - + - - 卸荷 图 体系统图 15 4、确电机规格： 液压泵选取 液压泵，额定压力 P=10作流量在 32 70ml/r 之间。选取 80L/额定流量的泵， 因此：传动功率 N=P Q/ （ 式中： =经验值） 所以代入公式（ ： N=10 80 103 106/60 取电动机 电动机，额定功率 17 转速为 2940r/ 第四章 机身机座的结构设计 机身的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 示。 图 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16 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。 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。 1、带动臂部升降的电机： 10 初选上升速度 V=100mm/s P=6以 n=（ 100/6） 60=1000 转 /分 选择 电机，属于笼型异步电动机。采用 B 级绝缘，外壳防护等级为却方式为 I（ 014）即全 封闭自扇冷却，额定电压为 380V，额定功率为 50 如图 90动机技术数据所示： 型号 额定功率载时 堵转电流 堵转转矩 最大转矩 电流 A 转速r/率 % 功率因素 额定电流 额定转矩 额定转矩 400 79 90动机技术数据 2、带动机身回转的电机： 10 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 17 所以 n=10 3 30=900 转 /分 选择 笼型异步电动机 电动机采用 B 级绝缘。外壳防护等级为 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 50 如图 90动机技术数据所示： 图 90动机技术 速器的选择 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。 6 初选 圆柱蜗杆减速器。 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 38质 蜗轮的材料为 心矩 a=80 q=11 （ 传动比 I=30 传动惯量 10 m 柱的设计与校核 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： 6 从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。 螺距 P=6 梯形螺纹 18 螺纹的工作高度 h= （ =3纹牙底宽度 b=6= （ 螺杆强度 = s/3 5 （ =150/3 5 =30 50纹牙剪切 =40 弯曲 b=45 55 1、当量应力 6 231221 (式中 T 传递转矩 N 螺杆材料的许用应力 所以代入公式（ 得： = （ 4 200 +3（ 200 = （ 2495/ +3（ 30 50 106 =（ 2495/ +3（ 900 2500 1012 =6225025/1236/900 2500 1012 62250251236 9001012 6225025 1236 900 1012 即 16471535340格 2、剪切强度 6 Z=H/P=160/6 （旋合圈数） （ =F/ （ =200 160/6） 10103 =40、弯曲强度 6 b=3 9 =3 200 3/ 160/6） = =45格 第五章 机械手的定位与平稳性 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 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。 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。 20 （ 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。 本课题所采用的定位精度为机械挡块定位 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。 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， 大加速度）、 冲腔最大冲击压力）和 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： 选择最大加速度 通常 ， 时要考虑速度与载荷大小。对于重载低速机械手， - m/下，对于轻载高速机械手， 10 m/ 计算沿运动方向作用在活塞上的外力 F 21 水平运动时： F= （ =103 138N 计算残余速度 r= 1 （ =s 第六章 机械手的控制 控制系统是机械手的重要组成部分。在某种意义上讲，控制系统起着与人脑相似的作用。机械手的手部、腕部、臂部等的动作以及相关机械的协调动作都是通过控制系统来实现的。主要控制内容有动作的顺序，动作的位置与路径、动作的时间。 机械手要用来代替人完成某些操作，通常需要具有图 示的机能 3 。 实现上述各种机能的控制方式有多种多样。机械手的程序控 制方式可分为两大类，即固定程序控制方式和可变程序控制方式。 本课题所用的是固定程序控制类别的机械式控制。 常用凸轮和杠杆机构来控制机械手的动作顺序、时间和速度。一般常与驱动机构并用，因此结构简单，维修方便，寿命较长，工作比较可靠。适用于控制程序步数少的专用机械手。 22 图 械手的控制 机能 第七章 机械手的组成与分类 械手组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统组成。 9 （ 1、）执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的 示。 装卸工件 状别识别 环境识别 操作机能 检测、识别机能 控制机能 示教机能 动作控制机能 动作顺序控制机能 运动控制机能 23 图 构简图 手部：是机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。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。 手腕：是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定 不动的。 机座：是机械手的基础部分。机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用。 （ 2、）驱动系统：机械手的驱动系统是驱动执行运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。 （ 3、）控制系统：控制系统是机械手的指挥系统 ，它控制驱动系统，让执行机构按规定的要求进行工作，并检测其正确与否。一般常见的为电器与电子回路控制，计算机控制系统也不断增多。 24 械手分类 （ 1、）根据所承担的作业的特点，工业机械手可分为以下三类： 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。 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。 通用工业机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业。 （ 2、）按功能分类 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。 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。 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 液压传动机械手 气压传动机械手 机械传动机械手 （ 4、）按控制方式分 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。 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。 25 第八章 机械手 维造型 首先我要对 行介绍一下，它是一种先进的，智能化的参变量式计软件，在业界被称为“ 3D 机械设计方案的领先者”，易学易用，界面友好，功能强大，在机械制图和结构设计领域，掌握和使用 经成为最基本的技能之一。 与传统的 2D 机械制图相比，参变量式 计软件具有许多优越性，是当代机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的 计通常是按照一定的比例关系，从正视，侧视，俯视等角度，根据投影，透视效果逐步绘出所需要的各个单元，然后标注相应尺寸，这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化，几何图形的尺寸不会同步变更；如果改变了几何图行，其标注尺寸也不会发生变化，还要重新绘制，标注，因此绘图工作相当繁重。 参变量式 计软件，是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后，可以加入尺寸等数值限制条件和其他几何限制条件，让草图进入完全定义状态，这就是参数式模式。由于软件自动加入了关联属性，如果修改了 标注尺寸，几何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件，让草图处于欠定义状态，这就是变量式操作模态。 形由零件，装配体和工程图等文件组成，没有生成零件之前的图纸称为草图。由 2D， 3D 草图直接生成 3D 模形和工程图时，如果修改了草图的标注尺寸，其 3D 模形和工程图会同步更新；相反，如果修改了工程图的标注尺寸，其3D 模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便，大大减少了设计人员的工作量，提高了工作效率。 通常，从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始，绘制草图、生成基体特征、然后 在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始，编辑特征，生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法，也就是自下而上的设计方法。 草图绘制从零件文件开始，对于一个新的产品设计，要首先建立零件文件。 由于零件、装配体及工程图的相关性，所以当其中一个视图改变时，其他两个视图也会自动改变。 许自定义功能 ,选择菜单栏中的 “ 工具 ” -“ 选择 ” 命令 ,可26 以显示 系统选项 ” 和 ” 文件属性 ” 选项卡 . 以自动保存工作 零件 ,装配体或工程图文件的信息 ,在系统死机时不会丢失数据 则选择 ” 工具 ” _” 选项 ” 菜单命令 系统选项 ” 选项卡上 ,单击 ” 备份 ” 选项 ,选择 ” 每(n)次更改后 ,自动恢复信息 ” 复选框 ,然后设定信息自动保存前应发生的变更次数 . 有很强的文件交换功能 ,可以输入 ,输出数十种文件格式 ,可以与 软件很方便地进行文件交换。 草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。 可将网格线与模型边线对齐，还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在不太使用，因为 参变量软件，尺寸和几何关系已提供了所需的精度。 手爪 造型 手爪的几何造型结构简析 从图 8看出手爪为一个拉伸长出的基体板，其端面五段直线、一段圆弧、一个导向槽和一个圆构成封闭的草图，并对其拉伸基体，然后再创建根除草图。切除实体，可依据以下的顺序进行建模。 图 8手爪 27 建上手爪 草图绘制 1 启动 ，单击“标准”工具栏上的“新建”（ ）命令按钮，或选择“文件” “新建”菜单命令，打开“新建 件”对话框如图 8示。 图 8建 件对话框 2 单击“零件”图标（或单击“高级”按钮，进入 口，然后选择“零件”图标）。 3 单击“确定”按钮，这时就会创建一个新的零件文件。 首先要绘制草图，然后拉伸生成零件的基体特征。由于该草图是减速器正箱体，为了保证对称，要先 绘制中心线，然后利用中心线镜向草图。 4 在 计树中选择前视基准面。 5 单击草图绘制工具栏的“草图绘制”（ ）命令按钮，此时在前视基准面上打开一张草图。 6 单击草图绘制工具栏上的“中心线”（ ）命令按钮，将指针移到草图原点处。当指针变为点时，表示指针正位于原点上。单击鼠标左键，向上移动指针，生成中心线如图 8示。 28 图 8制中心线 7 单击草图绘制工具栏上的“直线”（ ）命令按钮，或选择“工具” “草图绘制实体” “直线”菜单命令，须绘制如图 8图。指针形变笔形。单击放置第一点，然后拖动拉出第一段，第二段（或直接绘制一个矩行） 图 8手爪草图绘制 8 单击草图绘制工具栏上的“圆”（ ）命令按钮，或选择“工具” “草图绘制工具” “圆”菜单命令， 绘制圆和圆孤。 9 草图为蓝色：表示欠定义，因此可以自由调动形状和大小。 择上手爪的 直线，双击此直线上的尺寸可以任意改变它的数值，按其上手爪的零件图写入正确的尺寸。 29 拉伸基体特征 通过
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