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毕业设计 文献翻译 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 武迪 学号 080105505 指导教师 杨汉嵩 2012 年 03 月 10 日 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 1 页 综合性应急机器人的运动模式 , K. K. 机仿生控制研究中心，理化学研究所 ，森山区，名古屋 463本 机械工程，神户大学 ，纳达区，神户 657本 2001年 5月 7日， 2001年 9月 17日 本文研究的 是 稳定的步态运动机器人的出现 。一个分类器的系统，正在 加强 实施 学习计划，步态机器人是用于八条腿感官机器人的电机控制合成。 机器人没有对环境的先验知识和自己的内部模型。这仅仅是个假设，机器人能够获得通过学习如何达到目标区域的稳定步态。 在学习过程中的控制系统是由钢筋信号自组织 。 到达目标区域 。 德纳一个全球性的奖励 ， 提出议案得到当地的奖励，而退 一步 失败 的话 却 得到当地处罚。随着学习的进展，在 分类器 系统的操作规则的数量稳定在一定水平，相应的步态模式。根据仿真和实验测试所提出的自组织系统的可行性。最小的模拟 模型 不需要 构造 复杂 的计算方案 只 用于模拟。 仿真数据，被下载到真正的机器人控制系统，来发展最小的机器人模型。 总体而言， 10个模拟数据成功 运行 了 7个 真正的机器人 。 1. 分类器系统 我们的方法是用机器人控制系统进行建模 ,由一个分类器系统输出控制命令回应一个感官输入。在分类器系统中，实际观测空间和行动传感器操作规则确定的状态空间映射到确定的行为。 该传感器状态空间的发展，作为学习进步 ,其结构是自组织 (图 2)。分类器系统的结构类似于威尔逊提出的最基本的一个系统结构 28。本质上的区 别在于建立它的连续状态与动作空间。 让 x= ， 该系 统是一套操作准则， R. 准则 r r;=, V= ， W=, w 是权重向量， u 是准则的效用， a 是准则 用 没有任何直接的物理意义，并只可能与相关准则的力量和内部能量相联系。该实用程序可能具有生物学意义，因为它 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 2 页 是从准则的父继承和稍后 的进化过程中改变的。 在某种意义上，如果 ，准则 能激发其作用。权重向量 W 是用来比较 的。 0,1是荷兰的不在意符号的连续模拟。当 i 个传感器测量就不那么重要了。其中 W=0 是所谓的无限期准则。在目前的状态 有其他的准则都是明确的。他们可以被附近的 V 激活，使用重量 W 定义在其附近。准则的特异性：作为衡量明确的准则。其中 是时间依赖的尺度参数。当 接近 1时，准则规定的行为会有更多的反应。另一方面，随着越接近 0，行 为便 变得更加积极主动（即会有更多不受限制地在探索环境的方式）。 其实，在我们的实现，这是不够的，仅仅保留一个模糊期准则。 R 中的所有其他准则都是明确的。开始 R 是由最初实用 着学习的进步， R， 在 R 中与对方进行权利竞争会引发他们的运动。对于所有 R 的准则，目前感官状态 X 和准则的状态向量 中， 被定义为在学习过程中观察到的第 接下来，我们定义 匹配率：其中， 意的是即使没有明确的准则匹配的感官输入 X，模糊的准则也总是起作用。事实上，不管是否遇到状态 X， W=0和 m=1 总是匹配。这使得模糊准则可能的候补得以被选择。这在学习过程的开始特别重要，模糊准则往往认为是新准则的执行和新准则生成的重要因素。 也要注意，当模糊准则被执行，与此活动相关的准则按照 匀分布随机生成。 成功的准则是按照概率加权的方法给出了的玻尔兹曼分布 :参数 公用事业的准则是 每次更新后，优胜者将执行其活动。实用调整机制包括以下几个部分。 直接收益分配。直接收益分配 P 是只在特定状态下给予优胜者的准则。其中有 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 3 页 两种类型：回报（ P0）和惩罚（ P0）。回报是沿着规则的顺序传播，从而引发他们的活动折扣率（即当前和以前的优胜者）：其中 N 是优胜者链的深度， 0 1。这相当于分享利润盈利的策略在随着时间逐渐贴进一步向后倒退。在这里， 1）是 2）又是 1）的父类，以此类推。 桶桥策略。当前的优胜者 u，恢复到以前的优胜者， 注意的 是准则 1）增加了其效用。然而，我们没有减少的规则 是我们的战略和传统之间的主要区别。如果触发的动作只由数量有限的准则（ 他们递交 么每个准则的效用有望逐步收敛到这些规则之间的最高效用。因此，行动准则，以这种方式进行合作，可以存活一段时间，这期间的回报是很少的。这可以根据自组织的准则寻找一个最终的奖赏。 征税。每当一个明确的准则 效用被更新为：准则 防止死锁或循环的行为。在某种意义上说，准则是征税的执行权。需要注意 的是模糊准则是免税的，因为它的主要功能是生成新的规则。 蒸发。当机器人到达目标状态时，所有的规则都减少他们实用蒸发率 1：从某种意义上讲，它所对应的是通货膨胀。其效用低于阈值 以 下的规则将被删除。 在选择优胜者规则 们执行与此规则相关的行动 下来的事情就是我们应该关心行动之后的执行以及效用的调整，这个过程就是复制过程。在我们的系统中，除了 胜者规则 子规则 )。复制过程的详细信息形式化如下。 如果优胜者是模糊 规则，复制的规则参数就设置为： ， i=1， ， 我们称之为经验记忆。效用的新规则，其作用的代码是通过父类实现的： ac=aw，uc= 另一方面，如果优胜者是一个明确规则，我们试图推广经验，那么新产生的规则是广义的。 要注意的是，即使其匹配率 ，具有较高的实用 我们的系统中，优胜者再次提供的一个通用的规则 在某一确定的阈值 r， i.e, 面的表达式是与 r=其中 个常量。言下之意是，具有较高匹配率但实用性低的规 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 4 页 则，我们允许其通过复制障碍，反之亦然。 -|di,i=1, ,为新的广义规则的代码实用性和灵活性设置为 :ac= 要注意的是，上述形成的新的广义规则可以和一个更加宽广的状态空间相匹配，其中包括其父类的状态。 2. 模拟实验与测试结果 首先，学习步骤的可行性需要用模拟实验来检验。如果机器人到达目标区域，或者产生的行动步骤超过 500， 程序就会更新一次。参数设置如下：全局奖励 P=5，本地奖励P=5，对应行为的惩罚 P= 0, = =T=3, 00, 10次模拟实验连续进行，每一次的动作都会进化。模拟的不同仅在于初始生成的随机数量。图 10中 显示了 机器人第 6次和第 9次的运动轨迹。两次都到达了 目标 区域。注意即使在成功 案例中 ，机器人也没有使用最短路径。实际上，前进方向的数据并没有放进传感器的学习步骤 里 。因此， 选择不同的 前进方向， 并 没 有对应的惩罚或者奖励操作。另外一点， 尽管机器人并不是直线到达 目标区域 ，但腿部的运动模式一直很稳定。 图 11中展示了学习过程的动态曲线。记录了到达目标 区域，所经历的 惩罚，奖励以及必须步骤的 数目 。图表中，机器人得到的全局奖励由向下的箭头标示。很显然，随着学习过程的进展，惩罚的 次数 逐渐减少。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 5 页 图 11. 学习记录 图 12展示了规则的总数，固定规则的数量，以及生成规则的数量。分别以点连线，细线，粗线表示。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 6 页 图 12. 规则的生成 学习的动态过程展示了规则的总数 ， 和到达目标区域的必须步骤的数量之间，有相应 的关系。也就是说，总数减少之后，必须步骤也随即减少。并且，惩罚的数量和新生成规则的数量之间，也有相应的联系。这就间接说明，不定规则的探索能力 ， 逐渐可以归纳为有效固定规则的开发功能。实际上，仅有少量的固定规则才能产生 “有用 ”的行为来引发机器人的动作 ， 并且增强这些动作的实用性。同时， “不相关 ”规则的实用性逐渐降低，并且最终消失。因此，一段时间过后，剩余的规则就能发挥主导作用。 到达目标的必须步骤在第 35节之后，开始变得稳定。这是因为机器人掌握了一定的行为规则。图 13中展示了机器人第 90次的腿部动作记录。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 7 页 图 13. 腿部动作 模拟环境下，控制装置生成新行为的能力不断进化，现在 也 能够在试验中得到验证。模拟数据（第 90 次以后的规则）被下载到机器人 控制系统中，会执行一次实验动作。在这次实验动作中，机器人被相同的分类系统所控制。 整体来说，控制真实机器人的 10次模拟数据中，有 7次 是 成功 的 。为了说明实验结果，我们选择了一次成功的数据和一次不成功的实验行为数据。机器人在第 6 次和第 9次模拟实验中的行为见图 14。在模拟试验中进化出的直线前进的动作与不完美的模拟数据相比，并不健壮。这给了我们 引出了 另一个问题，就 是修正模型中的噪点，并且 在存在 干扰因素的环境 下， 进化机器人的控制系统。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 8 页 图 14. 真实机器人行为 图 15 展示了实验阶段里机器人的步伐（腿部动作的角度）。所有的测试中，即使是失败案例，机器人都在尝试跟随模拟实验里的运动模式。某种意义上来说，动作步骤所组成的行为模式，可以 看作 是机器人控制系统中基因的组成 “材料 ”。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 9 页 图 15. 腿部动作记录 3 总结 出现在运动机器人的稳定步态研究在这个文件。一个分类器系统，实施实例基于强化学习计划，用于感官八条腿的移动机器人的电机控制。机器人没有先验知识的环境，其自己的内部模型，和目标坐标。这只是假设机器人可以通过学习获得稳定的步态如何达到目标区。在学习过程中的加固信号控制系统是自组织。达到光源德纳一个全球性的奖励。向前议案获得当地的奖励，同时加强和下降沿下得到当地的惩罚。控制行动 。如学习进步，在数量上的行动规则分类器系统稳定到一定程度。 因此，运动模式全球行为（稳定步态）出现，作为规则分类器系统的自我学习期间举办的过程。提出系统的可行性进行测试下仿真和实验。虚拟船模型建造和使用不断变化的机器人控制器在模拟环境下。验证模型。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 10 页 本文所提出的结果我们初步运动模式的新兴合 成研究运动机器人。因此，有足够的空间 在未来应解决的关键点 例如，最小的模型似乎工作以及简单导航任务，但其性能尚未测试更复杂的行为。接下来，分类器系统，我们作为一个学习 外，我们并没有使用正规系统的程序，以评估性能因为这是一个不平凡的问题。在这方面，工作 31的结果可能会提供一些 有价值的见解。 谈到的框架 ， 进一步发展最小的仿真模型，我们认为计算简单最小的机型应该是成反比 ， 控制对象的复杂性 成正比。考虑随着时间的简单性和复杂性变化依靠数量上的学习经验，正常模式也可以被视 为在一个可进化 的方式。 “进化的组件将允许关闭控制循环和减少学习控制器之间的差距。 正在使用该模型。从这个角度来看，它会有趣的建立和利用之间的二元（行动状态的映射）模型和控制器（状态到动作映射）在开发协同进化场景。这里的关键问题是在之间的关系真实的评价和自我评价。 在 为了得到一些如何真正评价的频率基本的了解下 ，发展个人计算时间 ，我们计划探测相对简单的一维或二维的问题控制任务。 1151111091121021081148375897585678267826583775278741117769758549827875547455 509749835011111510310510811410511510511611265 115105971051141151051171021161159911197101109114971021161151111161141038410011010497 10711111610197105111105109731051119711611611499971159810810411611497 976811610811211699115105115981141151161039710097 1147010910397 114119115989710210010397 65108112116110111116971141051169911510511511697 1089911610911111611410510011611699115111116114114791114910011597115105116114114113 698376651141147611477115711126982108671157311211111711111510910511197114116105109105991149710111911617411111484112105118991011021081191081051191161019711611511111611510511810211611567109999711797 1021021151091111089184999811711611597 10811111210365116115116116971169710910210597111116114105114115111115991059911511598100971019197979797102115919711610899111112731081111161081039711611110598110971091161091159998102116109109111116110105115971111741111147398991111161001119910210811497103986791119100971051101029911511111610911297116115111108114971011121039811111611711197 111110111841101119910310197 111116114917310498971169998911139197104916511611011110810510511611511111011098109998499119116108102991121171039711610011011097101112791129711610111511210310511610111610511111598108116112105701121111181161051111141089199989711697 1181119997769911597977310569495145 102109113 6983766511411467979711583917397 1161011161091059797104991111089911510097 112111101109108976711799115116991091149172115112981171051159997991111097311110111911910097 1051161051149197971051169897111109114918499115999811710211510111110911210510973116112119117105116115116114103116114999810811497971111141168410899981161111141149810510911697116111116116104659711911610511610811211197 971151081001051051161147311699116111111116115999811297115105704911598112 目 录 1任务书 1 2开题报告 2 3指导教师评阅表 4 4主审教师评审表 5 5 毕业设计（论文）答辩评审与总成绩评定表 6 6毕业设计说明书 7 7文献综述 44 8文献翻译 54 9光盘 10设计图纸或实验数据记录 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 I 页 小型夹持式机械手及手臂 摘 要 小型夹持式机械手由于可以代替人手， 与外界环境中有毒以及有害的物质直接 接触以减少对人的危害，并且具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点而受到越来越广泛的重视。 由于本设计要兼顾机械系统和控制系统的要求，因此在机械手液压控制系统的一般原理上进行了新的设计，并对机械手进行了轨迹规划，使它较好的达到了实际的设计要求。 鉴于本项目中 机械手 的 机械系统和控制系统的 设计与实现工作已经基本完成，本文主要侧重于对 液压控制部分 的设计工作进行描述。 首先，本文将 概述 小型夹持式机械手 的基本组成和特点，并且阐述了国内外研究状况。 其次，本文将 对机械手的总体方案 进行设计，并最终确定传动方 案 。 再次，本文将详细阐述 机械手 的 机械系统和 液压 控制系统的原理和设计过程。并给出示意图和图表加以说明。 最后，本文将 对机械系统和控制系统进行有机的 结合 ，并对 小型夹持式机械手 及手臂进行了简单的轨迹规划。 关键 词 ： 夹持式 ， 机械手 ， 轨迹规划 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页 m Wu he it of to to it at it on of of to of on to it to of in we of in we we we on of we to we on of on 黄河科技学院 本科毕业设 计 （论文 ） 任务书 工 学院 机 械 系 机械设计制造及其自动化 专业 2008 级 3 班 学号 080105505 学生 武 迪 指导教师 杨 汉 嵩 毕业设计（论文）题目 小型夹持式机械 手 及手臂设 计 毕业设计（论文）工作内容与基本要求 （目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等） 一、设计技术要求、原始 资料（数据）、参考资料（文献） 机器人在现代工业中应用得特别广泛，而其与外界环境直接接触的部分是机械手，它可以代替人手，与外界环境中有毒以及有危害的物质直接接触以减少对人的危害，因此，设计机械手有特别重要的意义。 本课题要求设计出一个小型夹持式机械手及手臂部分。能实现对 5 内的物品夹持，同时实现翻转，抬起运动。 在做本课题时，需要查阅机械制图、机械设计、机器人技术基础等资料。 二、设计目标与任务 设计出 满足要求的 小型夹持式机械手及手臂 ，并完成该 机械手及手臂 主要部分的装配图 与部分零件图 ， 查阅文献资料不少于 12 篇，其中外文资料不少于 2 篇 。 1、文献综述一篇，不少于 3000 字，与专业相关的英文翻译一篇，不少于 3000 汉字。 2、毕业设计说明书一份，内容与字数都不少于规定的任务量。 3、图纸若干（折合后不少于 纸 3 张，可以用计算机绘图）。 4、包含本次设计的所有内容的光盘一张。 毕业设计（论文）撰写规范及有关要求，请查阅黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册。 三、时间安排 1周 完成开题报告、文献翻译、文献综述 及总体方案设计 5 完成总体设计、 完成部 分机构的装配图及部分零件图并 撰写说明书 10 修改论文、资格审查等 13 周 毕业答辩 毕业设计（论文）时间 ： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日 计 划 答 辩 时 间： 2012 年 5 月 19 日 专业（教研室）审批意见： 审批人 签名： 1 黄河科技学院 毕业设计开题报告表 课题名称 小型夹持式机械手及手臂设计 课题来源 教师拟订 课题类型 导教师 杨汉嵩 学生姓名 武迪 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 080105505 一、调研资料的准备 根据任务书的要求，在做本课题之前，查阅了与该课题相关的资料 ,学习了使用各种电脑软件绘图工具等等，有：机械制图、机械设计、机电一体化技术、机械制造工艺学与毕业设计指导手册等一系列与设计相关的材料。有： 二维绘图软件。 二、设计的目的与要求 毕业设计 是大学教学中最后一个实践性教学环节，通过该设计过程，可以检验我对所学知识融会贯通的程度，大量翻阅与课题相关的资料，丰富了自己的知识面，同时培养我处理工程中实际问题的能力，熟悉使用了制图软件，办公软件等等，提高了动手能力。因此对于这次的设计，我觉得意义特别重大。 三、设计的思路与预期成果 1、设计思路 这次设计的课题是小型机械手及手臂的设计，本课题应该先去了解其作用，市场前景等因素，然后先整体后局部，先抽象后具体。根据设计任务的要求，在搜集、归纳分析资料的基础上，明确系统的主要 功能，确定实现系统主要功 能的原理方案，并对各种方案进行分析和评价，进行方案选优。深度理解机械手，及其手臂的整体结构，弄清楚各部分工作的原理及相互之间的作用关系；其次根据所选参数并结合实际因素，运用二维软件对各部分进行造型设计；最后参照已有的资料和多方经验，创造性的对机械手臂进行最佳的工艺过程安排。 2、预期的成果 （ 1）设计出既符合使用要求又经济合理的数控工作台； （ 2）完成文献综述一篇，不少与 3000 字，与专业相关的英文翻译一篇，不少于 3000 字； （ 3）绘制装配图和部分零件图； （ 4）完成内容与字数都不少于规定量的毕业设计说明书一份； （ 5）刻录包含本次设计所有内容的光盘一张。 四、任务完成的阶段内容及时间安排 2 月 17 日之前完成开题报告； 3 月 2 日之前完成文献翻译； 2 3 月 13 日之前完成文献综述及总体方案设计； 3 月 30 日之前完成装配图和部分零件图的绘制； 4 月 27 日之前完成设计说明书； 4 月 30 日之前完成所有设计任务并修改； 5 月 19 日毕业答辩。 五、完成设计所具备的条件因素 我已修完机械制图、机械设计、机电一体化技术、机械制造工艺学、机械制造技术基础、电工学 、数控原理与系统、数控机床构造及 毕业设计指导 等课程，同时借助图书馆的相 关文献资料并查询相关的网络等资源。 指导教师签名： 日期： 课题来源：（ 1）教师拟订；（ 2）学生建议；（ 3）企业和社会征集；（ 4）科研单位提供 课题类型：（ 1） A 工程设计（艺术设计）； B 技术开 发； C 软件工程； D 理论研究； E 调研报告 （ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题 要求（ 1） 、（ 2）均要填，如 。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页 1 绪论 题研究的目的和意义 机器人是人类很早就梦想制造的、具有仿生性且处处听命于人的自动化机器，它可以帮助人类完成很多危险、繁重、重复的体力劳动。机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物，它涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、人工智能、知识库系统以及认识科学等众多学科领域，是当代最具有代表性的机电一体化技术之一。人类文明的发展、科技的进步已和机器人的研究、应用产生了密不可分的关系。为了适应社会的需求，各院校都比较重视机器人技术和控制技术等课程在机械设计及其自动化专业的开设，使培养的学生懂得 机器人设计方面的技术。经过 40 多年的发展，现代机器人技术在工业、农业、国防、航空航天、商业、旅游、医药卫生、办公自动化及生活服务等众多领域获得了越来越普遍的应用。机器人技术不断进步与创新，所到之处使整个制造业乃至整个社会都发生了和正在发生着翻天覆地的变化。机器人是最具代表性的现代多种高新技术的综合体，它可以从某个角度折射出一个国家的科学水平和综合国力。由于社会的需求，造就了一批从事设计、开发和使用机器人的高级人才。而设计和开发的基础，是对机器人机械系统、感知系统和控制系统等的理解和掌握，才能较好的使用其中的 资源来进行设计。故此本文 介绍了机器人设计的基本理论，讨论了机器人本体基本结构的相关内容，描述了机器人控制器和传感器 等的基本原理，然后再介绍机器人轨迹规划和静力分析方面的知识，使学生既懂得怎样设计一个机器人，同时能熟练地运用此设计理论。 机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物，计算机技术的不断肩部和发展使机器人技术的发展一次次达到一个新的水平。机器人涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、知识库系统以及认识科学等诸多学科领域，成为高科技中极为重要的组成部分。人类文明的发展、科技的进步已和机器人的研究、应用 产生了不可分的关系。机器人技术是当代最具代表性的机电一体化技术之一。机器人已广泛地应用于工业、国防、科技、生活等各个领域。机器人在现代工业中应用得特别广泛，而其与外界环境直接接触的部分是机械手，它可以代替人手，与外界环境中有毒以及有害的物质直接接触以减少对人 黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页 的危害，它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点。人类社会的发展已离不开机器人技术，而机器人技术的进步又对推动科技发展起着不可代替的作用。因此，设计机械手有特别重要的意义。 内外研究状况 目前，对全球机器人技术 发展最有影响的国家应该是美国和日本。美国在机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的机器人在数量、种类方面则居世界首位。机器人技术的发展推动了机器人学的建立，许多国家成立了机器人协会，美国、日本、英国、瑞典等国家设立了机器人学学位。 20 世纪 70 年代以来，许多大学开设了机器人课程，开展了机器人学的研究工作，如美国的 大学都是研究机器人学富有成果的著名学府。随着机器人学 的发展，相关的国际学术交流活动也日渐增多，目前最有影响的国际会议是 年举行的机器人学及自动化国际会议，此外还有国际工业机器人会议 (国际工业机器人技术会议 (。出版的相关期刊有“ “ “ 多种。 我国的机器人技术起步较晚，约于 20 世纪 70 年代末、 80 年代初开始。 20 世纪 90年代中期， 6000m 以下深水作 业机器人试验成功，以后的近 10 年中，在步行机器人、精密装配机器人、多自由度关节机器人的研制等国际前沿领域逐步缩小了与世界先进水平的差距。 械手的特点 机械手最显著的特点有以下几个 : （ 1） 可编程 生产自动化的进一步发展是柔性自动化。机械手可随其工作 环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。 （ 2） 拟人化 能模仿人手和手臂的某些动作功能，用来按固定程序抓取、 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 （ 3） 通用性 除了专门设计的专用机械手外，一般机械手在执行不同的作 黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页 业任务时具有较好的通用性。比如，更换机械手部末端操作器 (手爪、工具等 )便可执行不同的作业任务。 械手的组成 作为一个系统，一般来说，机械手由三部分、六个子系统组成。这三部分是机械部分、传感部分、控制部分；六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机械手 制系统等。 （ 1） 驱动系统 驱动系统主要指驱动机械系统的驱动装置。根据驱动源的不同，驱动系统可分为电动、液压、 气动以及把它们结合起来应用的综合系统。 （ 2） 机械系统 机械系统又称操作机或执行机构系统，它由一系列连杆、关节或其他形式的 运动副所组成。机械系统通常包括臂关节、腕关节和手爪等，构成一个多自由度 的机械系统。 （ 3） 感知系统 感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态中有用的信息。 （ 4） 控制系统 控制系统的任务是根据机械手的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机械手的执行机构完成规定的引动和功能。 （ 5） 机械手 工业机械手 设备相互联系和协调的系统。 （ 6） 人机交互系统 人机交互系统是使操作人员参与机械手控制并与机械手进行联系的装置，一般来说，人机交互系统可分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页 2 总体方案设计 设计机械手的第一步是进行总体方案设计，即在充分调查研究的基础上，进行可行性分析论证，确定夹持机械手的使用范围、夹持方法、初选各部件的结构和总体布局等。这是整台机器技术设计的依据。因此，在拟定总体方案时，必须全面地考虑，使确定的方案既先进有经济效益高。 械手动作规划 本设计要求机械手能实现对 5 内物品的夹持，同时实现翻转，抬起运动。为了满足设计要求，首先要考虑所要设计的机械手的自由度。在三维空间描述一个物体的位置和位姿需要 6 个自由度。机械手的自由度是根据用途而设计的，可能小于也可能大于6 个自由度。本次设计的机械手具有两个自由度，即机械手的翻转、抬起运动，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。如图 示： 图 机械手动作规划示意图 动方案的确定 传动方案反映运动和动力传递路线和各部件的组成和联接关系。合理的传动方案首先要满足机器的功能要求，例如传动功率的大 小，转速和运动形式。此外还要适应工作条件（工作环境、场地、工作制度等），满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、工艺性和经济性合理等要求。同时满足这些要求是比较困难的，因此要通过分析比较多种方案，来选择能保证重点要求的较好的传动方案。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页 手部方案的确定 手部最重要的部分是机械夹持器，首先它应具有夹持和松紧的功能。夹持器夹持工件是，应有一定的力约束和形状约束，以保证被夹持工件在移动、停留和装入过程中，不改变姿态。当需要松开工件时，应完全松开，另外它还应保证工件夹持姿态在现几何偏 差在给定的公差带内。机械夹持器可分为圆弧开合型、圆弧平行开合型和直线平行开合型。本次设计选用圆弧开合型，这种类型在传动机构带动下，手指指端的运动轨迹为圆弧，两手指绕支点做圆弧运动，同时在对工件进行加紧和定心。这类夹持器对工件被夹持部位的尺寸有严格要求，否则可能会造成工件状态失常。其结构如图 示。 图 手爪示意图 手臂回转方案的确定 手臂回转机构有回转轴、轴承和驱动机构组成。驱动机构有直接驱动和间接驱动等形式。如图 示，驱动机构 和回转轴同轴，这种形式直接驱动回转轴，回转轴通过轴承的支撑和导向作用，带动手臂回转，这种结构有较高的定位精度。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页 图 手臂回转运动示意图 回转机构中轴承起着相当重要的作用，用于转到关节的轴承有多种形式，球轴承是机械手结构中最常用的轴承。球轴承能承受径向和轴向载荷，摩擦较小，对轴承和轴承座的刚度不敏感。至于手臂回转轴承的选择将在以下章节用介绍。 手臂俯仰方案的确定 机械手手臂俯仰运动通常采用摆臂油（气）缸驱动、铰链连杆 机构传动实现手臂的俯仰，本次设计采用油缸驱动。如图 示，手臂俯仰运动用的活塞缸位于手臂下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接。 图 臂俯仰运动示意图 黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页 3 机械手结构设计 对小型夹持机械手及手臂结构设计的主要内容为：手部设计、手臂回转设计和手臂俯仰设计。 部设计 机械手的手部也叫做末端执行器，它是装在机械手手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。手部主要具有以下特点： （ 1） 手部和腕部相连处可拆 卸。 （ 2） 手部是机器人末端执行器。 （ 3） 手部的通用性比较差。 （ 4） 手部是一个独立的部件。 手指夹紧力的确定 为了增大夹紧力，在机械手手爪加紧面上加上橡胶，通过增大摩擦系数来加大夹紧力。 选择被夹物体的材料为铁，则摩擦系数 =于设计要求能夹持 5的物体，所以，夹紧力 QF （ =N） 手指结构设计 手部设计和选用时最主要的是满足功能上的要求。首先要考虑的是要抓握什么样的工件，本次设计选用被夹持物体的材料为铁，其密度 331086.7 ，形状尺寸为圆柱体，选取高 h = 则被夹持物体的半径为： )(45 （ 黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页 则夹紧时手爪作用点之间的距离为 2R。机械手通常利用手指与工件接触面间的摩擦力来夹持工件。工件在被夹持的过程中，从静止状态开始可能有多种运动形式。在不同的运动状态下，工件的受力情况是不同的，当工件处于静止或匀速移动状态下时，工件除了与手爪的作用力外，所承受的只用重力；当工件加速运动时，其受力情况还应考虑惯性力的影响。因此，在设 计时，应对夹持器的各种工作状态进行分析，使其结构能提供必学的夹持力。根据经验和查阅相关资料，手部机构设计如下图： 图 手爪设计分析图 图中 ,e 为支持器活塞中心至手指支点的距离； l 为手指支点至指端（与工件接触点）的长度； r 为手指支点销轴的半径； 液压缸所需要提供的轴向作用力； 1F 为手指回转有效分力， 1F = ； 2F 为垂直分力， 2 ；持力）； 为压力角； 为构件间相互摩擦系数。由图可知手指对手指支点的力矩平衡式为 0s i 整理得 )s o ss 2 黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页 考虑到手指夹持工件时 ， 0 ，若忽略摩擦影响（ 0 ），则上式可简化为 （ 根据经验和设计要求，并考虑手部结构的特征，取 e =20l =60则所需提供轴向作用力为 = )(N 部结构设计 机器人的手臂由大臂、小臂（或多臂）组成。手臂的驱动方式主要有液压驱动 、气动驱动和电动驱动几种形式，其中电动形式最为通用。臂部设计需要注意以下问题： (1) 承载能力足。不仅要考虑抓取物体的重量，还要考虑运动时的动载荷。 (2) 刚度高。为防止臂部在运动过程中产生过大的变形，应合理选择手臂的截面形状。工字形截面弯曲刚度一般比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴的大得多，所以常用钢管制作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢制作支承板。 (3) 导向性能好，动作迅速、灵活、平稳，定位精度高。为防止手臂在直线运动过程中沿运动轴线发生相对转动，应设置导向装置，或设计方形、花键 等形式的臂杆。由于臂部运动速度越高，定位前惯性力引起的冲击也就越大，运动不平稳，定位精度也不高。因此，除了臂部设计力求结构紧凑，重量轻外，同时要采用一定形式的缓冲措施。 (4) 重量轻、转动惯量小。为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少整个手臂对回转轴的转动惯量。 (5) 合理设计与腕和机身的连接部位。臂部安装形式和位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响机器人的外观。 臂材料的选择 机械手手臂材料应根据手臂的工作状况来选择。根据设计要求，手臂要完成各种运动。因 此，对材料的一个要求是作为运动的部件，它应是轻型材料。而另一方面，手臂在运动过程中往往会产生振动，这将大大降低它的运动精度。因此，选择材料时，需要对质量、刚度、阻尼进行综合考虑，以便有效地提高手臂的动态性能。 机械手手臂材料 黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页 首先应是结构材料。手臂承受载荷时不应有变形和断裂。从力学角度看，即要具有一定的强度。手臂材料应选择高强度材料，如钢、铸铁、合金钢等。机器人手臂是运动的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比较轻。综合而言，应该优先选择强度大而密度小的材料制作手臂，其中，非金属材料有尼龙 6、聚乙烯 (碳素纤维等；金属材料以轻合金 (特别是铝合金 )为主。因此，本次设计选择手臂的材料为铝合金。 臂回转结构设计 回转运动用步进电动机直接驱动实现手臂回转，如图 示。这种结构具有结构紧凑，体积小，运动灵活，响应快，精度高等特点。回转运动结构设计最主要的是对电动机、轴承和联轴器等设计。 1、 步进电动机概论 手臂回转运动采用步进电动机驱动，电机轴与回转轴用联轴器进行联接。 步进电动机一般作为开环伺服系统的执行机构，有时也用于闭环伺服系统，它是一种将脉冲电信号转换为角位移或直线位移的一种 D/A 转换装置。按照输出位移的 不同，步进电动机可分为回转式步进电动机和直线式步进电动机。机器人中一般采用回转式步进电动机。如果把步进电动机装在机器人回转关节轴上，则接收一个电脉冲，步进电动机就带动机器人的关节轴转过一个相应的角度。步进电动机连续不断地接收脉冲，则关节轴连续不断地转动。步进电动机转过的角度与接收的脉冲数成正比。步进电动机具有下列优点： （ 1） 输出角度精度高，无积累误差，惯性小。步进电动机的输出精度主要 由步距角来反映。所谓步距角是指步进电动机接收一个脉冲电信号其输出轴转过的角度。目前步距角一般可以做到 至更小。步进电动机的实际步距角与理论步距角总存在一定的误差，这误差在电动机旋转一周的时间内会逐步积累，但当电动机旋转一周后其转轴又回到初始位置，使误差回到零。 （ 2） 输入和输出呈严格的线性关系。输出角度不受电压、电流及波形等因素 的影响，取决于输入脉冲数的多少。 （ 3） 容易实现位置、速度控制，起、停及正、反转控制方便。步进电动机 的位置 (输出角度 )由输入脉冲数确定，其转速由输入脉冲的频率决定，正、反转 (转向 )由脉冲输入的顺序决定，而脉冲数、脉冲频率、脉冲顺序都可方便地由计算机输出控制。 （ 4） 输出信号为数字信号，可以与计算机 直接接口。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 11 页 （ 5） 结构简单，使用方便，可靠性好，寿命长。 步进电动机按照励磁方式分有反应式、永磁式和混合式。这里以反应式步进电动机为例说明其工作原理。如图 示为单定子、径向分相三相反应式伺服电动机的结构原理图。与普通电动机一样，该电动机有定子和转子两部分，其中定子又分定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，其形状如图下图所示。定子绕组是绕置在定子铁心 6 个均匀分布的齿上的线圈，直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极，其方向即图中所示的 N、S 极。 在定子的每个磁极即定子铁心上每个齿又开了 5 个小齿，齿槽等宽，齿间夹角是9，与磁极上的小齿一致。此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开 1/3齿距。当 A 相磁极上的小齿与转子上的齿对齐时， B 相磁极上的小齿刚好超前或滞后转子上的齿 1/3 齿距角， C 相磁极超前或滞后 2/3 齿距角。 1 定子绕组； 2 定子铁心； 3 转子； 4 A 相磁通 图 伺服电动机结构原理图 当 A 相绕组通电时，转子上的齿与定子 的小齿对齐。若 A 相断电， B 相通电，由于磁力的作用，转子的齿与定子 的小齿对齐，转子沿顺时针方向转过 3。如果控制线路不断地按 A B C A的顺序控制步进电动机绕组的通、断电，步进电动机的转子则不停地顺时针转动。若通电顺序改为 A C A A，步进电动机的转子将逆时针转动。这种通电方式称为三相单三拍通电方式。通常为了得到小的步距角和较好的输出性能，用三相六拍通电方式，其通电顺序为 A B C A (顺时针 )和 A C B A，相应地绕组的通电状态每改变一次，转子转过 黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页 步进电动机的步距角可用下式表示 360 /( ) （ 式中： 为步进电动机的步距角； m 为定子绕组的相数； z 为转子的齿数； k 为通电方式常数， m 相 m 拍通电时 k =1， m 相 2m 拍通电时 k =2。 步进电动机运动系统主要由步进电动机控制器、功率放大器及步进电动机组成。硬件步进电动机控制器由脉冲发生器、环形分配器、控制逻辑等组成。它的作用是把代表转速的脉冲数分配到电动机的各个绕组上，使电动机按既定的方向和转速转到相应的位置。 2、 步进电动机的选择 根据需要，本设计回转运动选用 5 相 列单转轴步进电动机，型号为 5 相 列为 1 转 500 分割（ ）的高转矩低振动型步进电动机。为了适应所有的驱动方式，导线规格设计为 10 条导线。其实体模型如图 示： 图 步进电机实体图 和其配套使用的还有安装底座、弹性联轴器、制振器等。 步进电动机的尺寸参数如下图： 图 步进电机结构尺寸图 黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页 其中： 步进电动机的其它规格如表 表 进电动机规格 安装尺寸名 保持转矩 转到惯量 2/额定电流 A/相 线圈电阻 /相 基本 步距角 重量 60 710175 步进电动机的转矩 转速特性如下图： 图 步进电动机的转矩 转速特性图 3、 电机转矩校核 由于所夹持工件为回转体，且回转过程为匀速转动，所以不会裁成转矩。在转到过程中，只有轴承和联轴器产生的摩擦，以及手爪结构不平衡产生的力矩。由于这些转矩损失非常小，可以忽略不计，因此所选电动机满足设计要求。 4、 联轴器的选择 （ 1） 类型选择 为了隔离振动与冲击，并保证较高的定位精度，选用弹性无齿隙联轴器。 （ 2） 载荷计算 从表 1 得知电动机公称转矩 由机械设计表 14即表 得 ,故由机械设计式（ 14 黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页 （ 得计算转矩为 9 6 表 作情况系数 工作机 原动机 分类 工作情况及举例 电动机 汽轮机 双缸 内燃机 单缸 内燃机 1 转矩变化很小，如发电机、小型离心泵 转矩变化小，如透平压缩机、运输机 转矩变化中等，如搅拌机、增压机、冲床 转矩变化和冲击载荷中等，如织布机、拖拉机 转矩变化和冲击载荷较大，如造纸机，碎石机 转矩变化大并有极强烈冲击载荷 3） 型号选择 从 4324查得 弹性联轴器的许用转矩为 3.6 ,许用最大转速为8800 r ，轴径为 614间，故合用。 5、轴承的选择 根据工作条件决定选用角接触球轴承。由于受回转体结构尺寸的限制，选择左端支撑轴承型号为 7012C ，右端支撑轴承型号为 7000C 。根据经验数据和估算 ，确定所选轴承满足设计要求。 臂俯仰结构设计 手臂俯仰结构如图 示，手臂俯仰机构采用液压缸直接驱动。俯仰机构中要有控制手臂仰起角度的机构， 如图 示。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 15 页 图 手臂俯仰结构示意图 当手臂仰起到一定角度时，手臂尾部将被立柱挡住而不能继续仰起，从而控制手臂俯仰范围。这种机构结构简单，灵活性好，可靠性高。 手臂俯仰结构设计最主要的是对俯仰液压缸进行设计，对手臂俯仰缸的设计将在以后章节中介绍。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 16 页 4 液压驱动系统设计 对液压系统进行设计，应该明确液压传动系统设计 、计算的步骤和方法。液压系统的设计必须重视调查研究，注意借鉴别人的经验。一般来说，液压系统设计应着重解决的主要问题是满足工作部件对力和运动两方面的要求。在满足工作性能和工作可能性的前提下，应力求系统简单、经济且维护方便。具体的设计步骤如下： （ 1） 明确设计依据，进行工况分析 （ 2） 初步确定液压系统参数 （ 3） 拟定液压系统原理图 （ 4） 计算、选择或设计液压元件 动方式的选择 驱动部分是机器人系统的重要组成部分，机器人的驱动方式可分为以下几类 : （ 1） 气压驱动 使用压力通常在 0. 40. 6高可达 1压驱动 主要优点是气源方便 (一般工厂都由压缩空气站供应压缩空气 )，驱动系统具有缓冲作用，结构简单，成本低，可以在高温、粉尘等恶劣的环境中工作。气压驱动的缺点是功率质量比小，装置体积大，同时由于空气的可压缩性使得机器人在任意定位时，位姿精度不高。适用于易燃、易爆和灰尘大的场合。 （ 2） 液压驱动 液压驱动系统用 2油液驱动机器人，体积较气压 驱动小，功率质量比大，驱动平稳，且系统的固有效率高，快速性好，同时液压驱动调速比较简单，能在很大范围内实现无级调速。用电液伺服控制液体流量和运动方向时，可以使机器入的轨迹重 复性提高。液压驱动的缺点是易漏油，这不仅影响工作稳定性和定位精度，而且污染环境。液压驱动多用于要求输出力较大，运动速度较低的场合。 （ 3） 电气驱动 电气驱动是利用各种电机产生的力或转矩，直接或经过减速 机构去驱动负载，减少了由电能变为压力能的中间环节，直接获得要求的机器人运动。由于电气驱动具有易于控制，运动精度高，响应快，使用方便，信号监测、传递和处理方便，成本低廉，驱动效率高，不污染环境等诸多优点，电气驱动己经成为最普遍，应用最多的驱动方式， 90 年代后生产的机器人大多数采用这种驱动方式。 由于机械手的回转运动驱 动负载小，要求结构简单、定位精度高，所以选用了电气 黄河科技学院毕业设计说明书 第 17 页 驱动方式。即手臂旋转采用步进电动机做执行机构。而夹紧和抬起运动要求体积小、质量比大、驱动平稳，所以选用液压驱动方式。即采用单杆液压缸对工件进行夹紧，手臂的抬起运动靠液压缸来实现。电气驱动和液压驱动相结合，使得整个系统具有结构紧凑，成本低廉，操作方便等优点，适合于小型夹持式机械手。 械手液压驱动系统的设计计算 液压驱动系统的设计是整机设计的一部分，在目前液压系统的设计主要还是经验法，即使使用计算机辅助设计，也是在专家的经验指导先进行的。对液压系统进行设计计算 ，必须明确液压系统的动作和性能要求，例如，执行元件的运动方式、行程范围、负载条件、运动的平稳性和精度、工作循环和动作周期、工作可靠性要求等。同时还要考虑到液压系统的工作环境。所以应根据实际情况和具体设计要求来对液压系统进行设计。 夹紧缸的设计 1、 计算液压缸的总机械载荷 根据机构的工作情况，总机械载荷 （ 式中 工作载荷，已知为 653N； 密封阻力； 回油背压形成的阻力。 （ 1） （ N） （ 式中 克服液压缸密封件摩擦阻力所需空载压力（液压缸选 O 型密封圈，设液压缸工作压力 p 16相关设计手册查得 1A 进油工作腔有效作用面积（ 2m ），此值属未定数值，初估为 2 2 黄河科技学院毕业设计说明书 第 18 页 启动时 )(200 0 0 N 运动时 )(10% N （ 2） 回油背压形成的阻力按下式计算 式中 回油背压，取bP= 2A 无杆腔活塞面积，考虑两边差动比为 2，已经初估 1A =2 22A =4 2 各值代入上式 ) N（ 分析液压缸各工作阶 段受力情况，得知在工进阶段受力最大，作用在活塞上的总机械载荷为 =653+10+120=783（ N） 2、 确定液压缸的主要尺寸和工作压力 按经验数据确定系统工作压力。工作压力 1 （ 液压缸工作腔有效工作面积 22611 因差动比为 1： 2，所以 2A =2 1A =活塞直径 D= 活塞杆直径 黄河科技学院毕业设计说明书 第 19 页 计算所得的液压缸内径和活塞杆直径应圆整为标准系列，根据 8液压传动与控制M表 5表 5标准直径 5,16 ，则工作压力 )(783221 取。 在确定液压缸活塞面积 1A 之后，还要按最低进给速度验算液压缸尺寸。设液压缸有效工作面积为 1A ，则 1A )(2 式中 流量阀最小稳定流量，取调速阀最小稳定流量 40mL/ 活塞最低进给速度，本设计取 20mm/ 1A 液压缸有效工作面积。 根据上面计算值，得 1A = )(4)4 22222 （又 )(m i nm i n ，所以 1A )(2明液压缸尺寸满足活塞最小稳定速度要求。 3、 液压缸活塞宽度 B 的确定 对于一般的液压缸，活塞宽度 B=（ D （ 根据结构需要，取 B=25=15、 活塞缸缸体壁厚 的确定 液压缸的壁厚可根据结构设计来确定。本设计取 =3黄河科技学院毕业设计说明书 第 20 页 5、 液压缸行程 l 的确定 液压缸的行程 l 见 参考文献 8液压传动与控制 M表 5塞行程系列。根据设计需要，选 5 。 6、 液压缸的长度 L 的确定 按经验数据并结合液压缸的其它尺寸，取液压缸的长度 L=92 7、 活塞杆长度的确定 活塞杆直径 d 确定之后，还需根据液压缸的长度确定活塞杆长度。 8、 液压缸的安装方式 国际标准 定了单杆液压缸的安装方式，本次设计采用加长拉杆穿过安装板的安装方式进行安装。 9、 液压缸的强度和刚度校核 （ 1） 缸筒壁厚 的校核 由于工作压力不高，缸体内径也不大，所以不必进行强度校核。 （ 2） 液压缸缸盖固定螺栓直径校核 液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中，同时承受拉应力和剪切应力，根据液压缸结构取螺栓直径 1 ，其螺栓直径可按下式校核 式中 K 螺栓拧紧系数，取 K= F 液压缸最大作用力，前面已经计算得知 F=783N； Z 螺栓个数， Z=4； 螺栓材料的许用应力， =s螺栓材料的屈服极限；取螺栓材料为查材料力学表 即如下表 s = n 为安全系数，一般取 n = 此处取 0.2n 。 将以上数值代入公式 61 105 4 0427 8 成立 黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页 满足 要求。 表 种常用材料的主要力学性能 材料名称 牌号 )/(s (P%/s普通碳素钢 235 216235 255275 373461 490608 2527 1921 优质碳素结构钢 40 45 333 353 569 598 19 16 普通合金结构钢 390 274343 333412 471510 490549 1921 1719 合金结构钢 20 40 540 785 835 980 10 9 碳素铸钢 70 500 18 可锻铸铁 450 6(3) 球墨铸铁 450 10( ) 灰铸铁 120175 （ 3） 活塞杆强度及稳定性校核 活塞杆直径 d 可按下式校核强度 4 （ 式中 活塞杆材料的许用应力， ，b为材料抗拉强度，取活塞杆材料为 45 钢，由表 b n 为安全系数，一般取 F 活塞杆所受负载； 将以上数值代入公式 6 成立 满足要求。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 22 页 手臂俯仰液压缸设计 1、 确定液压缸的牵引力 F 根据机构的工作情况，液压缸受力如图 10 所示。牵引力 322311 X （ 图 液压缸受力分析示意图 其中 1G 支撑点左端机械手手臂的重力； 2G 支撑点右端配重块的重力； 1F 支点支撑力。 据手臂材料和结构尺寸估算其重量，然后在手臂尾部加配重块，则手臂在支点支撑作用下基本上保持平衡状态，因此只需较小的牵引力就能满足设计要求。 取 F=200N 。 2、 去定液压缸的结构尺寸和工作压力 按经验数据确定系统工作压力。工作压力 1 黄河科技学院毕业设计说明书 第 23 页 液压缸工作腔有效工作面积 00 活塞直径 D= 因差动比为 1： 2，所以活塞杆直径 计算所得的液压缸内径和活塞杆直径应圆整为标准系列，根据液压传动与控制表 5 5标准直径 6,10 ，则工作压力 )( 021 取。 3、 液压缸活塞宽度 B 的确定 对于一般的液压缸，活塞宽度由式（ B=（ D 根据结构需要，取 B=16=、 活塞缸缸体壁厚 的确定 液压缸的壁厚可根据结构设计来确定。本设计取 = 5、 液压缸行程 l 的确定 液压缸的行程 l 见 8液压传动与控制 M表 5塞行程系列。根据设计需要，选 0 。 6、 液压缸的长度 L 的确定 按经验数据并结合液压缸的其它尺寸，取液压缸的长度 L=70 7、 活塞杆长度的确定 活塞杆直径 d 确定之后，还需根据液压缸的长度确定活塞杆长度。 8、 液压缸的强度和刚度校核 （ 1） 缸筒壁厚 的校核 黄河科技学院毕业设计说明书 第 24 页 由于工作压力不高，缸体内径也不大，所以不必进行强 度校核。 （ 2） 液压缸缸盖固定螺栓直径校核 液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中，同时承受拉应力和剪切应力，根据液压缸结构取螺栓直径 1 ，其螺栓直径可按式（ 核 K 螺栓拧紧系数，取 K= F 液压缸最大作用力，前面已经计算得知 F=200N； Z 螺栓个数， Z=4； 螺栓材料的许用应力， =s螺栓材料的屈服极限；取螺栓材料为查表 s = n 为安全系数，一般取 n = 此处取 5.2n 。 将以上数值代入公式 61 成立 满足要求。 （ 3） 活塞杆强度及稳定性校核 活塞杆直径 d 可按式（ 核强度 4 式中 活塞杆材料的许用应力， ，b为材料抗拉强度，取活塞杆材料为 45 钢，由表 得b n 为安全系数，一般取 F 活塞杆所受负载； 将以上数值代入公式 6 成立 黄河科技学院毕业设计说明书 第 25 页 满足要求。 压系统原理图的拟定 夹紧系统原理图的拟定 如图 示，此夹紧过程通过液压缸直接驱动。当电磁铁 1电时，压力油通过换向阀左位进入液压缸有杆腔，液压缸将驱动末端执行器对工件进行夹紧，当电磁铁1电，而电磁铁 2电时，压力油通过换向阀右位进入无杆腔，驱动液压缸松开工件。 图 夹紧系统原理图 俯仰系统原理图的拟定 如图 示，当电磁铁 3电时，压力油通过换向阀左位进入液压缸无杆腔，液压缸将驱动手臂仰起，当电磁铁 3电，而电磁铁 4电时，压力油通过换向阀右位进入无杆腔，液压缸将驱动手臂俯下。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 26 页 图 俯仰系统原理图 系统合成 如图 示，机械手运动部分由压力油直接驱动。油泵采用限压 式变量叶片泵。系统的工作压力用溢流阀来调节，各油缸的运动速度用节流阀来调节。机械手夹紧运动和手臂俯仰运动，采用适时切换油路节流减速缓冲。示。 表 磁换向阀电磁铁动作情况分析表 电磁铁序号 动作名称 1械手夹紧工件 - - - - + - - 机械手松开工件