六自由度机械手设计（六自由度液压机械手设计）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985六自由度机械手结构设计买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985摘要随着人类活动领域的进一步扩大，人们对非制造业用机械手的研究空前活跃起来，对机械手智能化和多样化的要求也越来越高，需要机械手具有对外感知能力以及局部的自己规划能力等。而通用机械手也在向机构灵巧、动作准确可靠、反应快、重量轻、刚度好、便于装卸与维修等方向快速发展。此机械手采用全液压驱动方式，采用球坐标形式，自由度数为六，分别为Z方向的升降运动；绕Z方向的回转运动；手臂的仰俯运动；X方向的伸缩运动；手腕的仰俯运动；绕X方向的回转运动；主要完成手部结构、腕部结构、臂部结构和机身机构的设计，各部分缸体的结构位置的设计计算，各自由度运动的实现。具体结构设计过程中用了大量时间对机械手各部分进行了校核。在机构满足设计参数的条件下，使结构设计尽量优化。【关键词】机械手；通用；自由度；液压驱动；球坐标买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985ABSTRACTWITHFIELDSOFHUMANACTIVITYGOINGFURTHER,THERESEARCHONAPPLICATIONOFTHEMANIPULATORINNONMANUFACTURINGSECTORHASBEENRISINGLARGELYTHEREQUIREMENTSTOMANIPULATOROFINTELLIGENTANDDIVERSIFICATIONAREINCREASINGLYHIGHERANDHIGHERTOMEETPEOPLESDEMAND,WHICHNEEDMANIPULATORWITHCAPABILITYOFEXTERNALPERCEPTIONANDLOCALPLANNINGANDUNIVERSALMANIPULATORALSOHASDEVELOPEDRAPIDLYTOWARDSTHEDIRECTIONOFDEXTEROUSMECHANISM,ACCURATEANDRELIABLEMOVEMENTS,RAPIDREACTION,LIGHTWEIGHT,HIGHSTIFFNESSANDTHEUNIVERSALMANIPULATORCANEASYTOLOADANDUNLOADANDTOBEREPAIREDEASILYTHENUMBEROFFREEDOMDEGREEMANIPULATORWHICHUSINGTHEAPPROACHOFHYDRAULICDRIVEN,USINGSPHERICALCOORDINATESFORMSISSIX,WHICHINCLUDEZDIRECTIONOFTHEMOVEMENT,THEROTARYMOVEMENTAROUNDZDIRECTION,THESWINGMOVEMENTOFARMS,XDIRECTIONOFTHESTRETCHINGEXERCISE,SWINGMOVEMENTOFTHEWRIST,THEROTARYMOVEMENTAROUNDXDIRECTIONSTRUCTUREOFTHEHAND,WRIST,ARMARECACULATEDANDDESIGNEDTHECHECKINGFOREACHPARTOFTHEMANIPULATORCOSTSMUCHTIMEDURINGPROCESSOFSPECIFICSTRUCTURALDESIGNINTHECONDITIONOFMEETINGTHEREQUIREMENTOFPARAMETERS,THESTRUCTUREISOPTIMIZEDASFARASPOSSIBLE【KEYWORDS】MANIPULATORUNIVERSALFREEDOMDEGREEHYDRAULIC买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985目录第1章绪论111选题的背景和目的及意义112国内外研究状况和研究成果113课题的研究方法214本文研究内容3第2章总体设计方案421总体设计要求422运动分析简介4221机器人运动方程的表示4222构件坐标系的确定523机械手的组成624设计路线与方案6241设计步骤6242研究方法和措施725本章小结7第3章手部结构的设计和计算831手部设计832钳爪式手指定位误差的分析933手部夹紧油缸的设计1134油缸壁厚的计算1235活塞杆的计算和校核1336本章小结13第4章腕部结构的设计和计算1441腕部回转油缸的设计1442腕部摆动油缸的设计16买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098543本章小结19第5章小臂的设计和计算2051小臂结构的设计和伸缩油缸的计算2052活塞杆强度和刚度的校核2353导向杆的强度校核2454本章小结25第6章俯仰缸的设计和计算2661俯仰结构的设计和计算2662缸盖螺钉的强度校核2863本章小结29第7章大臂的结构设计和计算3071大臂回转缸的设计计算3072油缸定片连接螺钉的校核3373机械手大臂升降缸的设计和计算3474机械手的不自锁的条件3675本章小结37结论38参考文献39致谢40买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985I买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985II买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709850第1章绪论11选题的背景和目的及意义制造相似自己的机器人是人类长期以来的梦想。在不相同的历史阶段，首先是在神话、小说中曾出现各种拟人的想象物。现代实体机器的诞生大约可以追溯到二十世纪五十年代。当时由于核工业的兴起，为了处理放射性材料采用了机械手。不久，控制论、信息论等重大学科相继问世，所有这些科学的技术成果都为机器人技术的诞生和发展莫定了根本基础。现实世界里的机器人并不没有像小说作品里描述的那样神通广大，与真人形似到以假乱真地步。就目前水平而言，机器人一般是不具有人的形态的，即使那些用于娱乐的似人机器人，其智能的程度也远不能和人相比。大多数的机器人是用于生产活动，以提高工作效率和产品质量的。所以从这层意义上来说，机器人其实是一个通用的自动化装置。机器人是一种具有可编程的、通用、有操作或移动能力的自动化机器。机器人的诞生和应用是社会发展的最终需要。机器人又是在现代生产和科学技术发展的基础上出现的。新一代的机器人已经在工业生产、资源开发、排险和救灾、社会服务和军事技术中发挥越来越大的作用。机器人已经得到广泛的应用。由于工业机器人与其他设备组成的生产线已经成百上千倍地提高了企业劳动的生产率，提高了产品的质量，缩短了产品更新和换代的周期。机器人的出现和发展已经使传统的工业生产的面貌发生了翻天覆地的变化，使人类的生产方式从手工的作业、机械化、自动化跨入了智能化的新时代。12国内外研究状况和研究成果随着机器人技术的飞速发展，多种类型的机器人己相继问世。机器人可以按用途、结构、驱动方法、智能水平等观点进行分类。不管怎样分类，机器人的基本结构都是一样的。机器人是由臂连杆、关节和末端执行装置连接工具构成。机器人的关节连接了两个相邻的刚体，即连杆，关节提供连杆之间的相对运动。关节即运动副。一些形状和大小不同的机器人，可能有着相同的几何模型仅几何参数不同，并有相同的运动学分析结果。多关节机械手臂，顾名思义，关节多而长。关节越多，手臂的重量就越大，运动学分析就越复杂，随之而来的问题还有掼性的加大、过冲量的增大而引起动力学分析的复杂化，以及连杆之间的平衡问题等。随着科学技术的进步，我国工业生产的自动化程度有了一个突飞猛进的发展。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851在实际的生产过程中实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行特定环境下的加工、装配等作业逐步实现自动化，已愈来愈引起人们的重视，实现生产过程的自动化成为国内外学者研究的热点之一。本文设计的机械手为液压驱动，此机械手的坐标形式采用球坐标式，（其手臂的运动由一个直线运动和两个回转运动所组成，即沿X轴的伸缩、绕Y轴的仰俯和绕Z轴的回转），这种机械手的手臂的仰俯运动能抓取地面上的物体，为了使手部能适应被抓物体方位的要求，常常设有手腕上下摆动，使其手部保持水平位置或其他状态。此坐标式的机械手动作灵活，占地面积小，工作范围大等特点。它适用于沿伸缩方向传动的形式，但结构复杂。按设计要求，使机械手能够实现预定的功能，模仿人的手臂和手腕运动，需要六个自由度。自由度指描述物体运动所需要的独立坐标数，自由度的多少反映机器运动的复杂程度。多关节手臂的优良性能是其它传统的机器人所不能比拟的，然而对它的研究碰到了许多工程上的困难，尤其是手臂的重量问题。关节多而长的机械手臂由于庞大的重量而难以在实践中推广应用。而重量问题中的瓶颈问题是驱动单元问题。从过去经验来看，形状记忆合金、磁动的伸缩、气动伸缩驱动单元的应用范围非常有限，驱动主体还需是电机，但电机的重量又是一个有待解决的问题，电机的安装位置以及其数量则是其直接的影响因素。在多指机器人手的应用方面，由于多指机器人手通常小于所安装的机器人本体，所以可以提高机器人的整体精度。但是多手指的使用使整个系统的复杂性增加，并且由于带有多指机器人手的机器人的自由度很多，因此使得运动学和动力学分析复杂化，同时由于自由度的增加将使抓取规划工作变得困难。13课题的研究方法如前所述，多关节机械手臂的研究领域包括多关节机械手臂的运动学和动力学问题，在研究中所遇到的困难就是机械手臂重量的问题。由于机械本体的结构大大的简化，所以使多关节机械手臂的运动学及动力学分的析得以简化。从而使机械手臂更加容易控制。本文重点在于多关节的机械手臂的机构设计，解决手臂重的问题。并且，对手臂各关节处的定位及各臂在运动中的平衡问题提出了全新的解决方法。本机械手采用全液压控制及驱动，之所以采用液压，主要是考虑到结构简单，便于制造、有利于降低成本。整体设计中采用3个回转缸，2个伸缩缸和一个俯仰伸缩缸。3个回转油缸实现了2个腕部回转和一个大臂回转。2个伸缩缸分别实现大臂和小臂的伸缩运动。本课题所研究的内容正是基于以上的问题，希望能够通过理论分析和研究，设计出一种新型的多关节式机械手臂，力求结构简单，驱动器即液压元件数量控制在最少。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985214本文研究内容本文将在下面对关节式通用机械手进行全面、系统的分析和讨论以实现模仿人手动作，按给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的装置。在生产中使用机械手可以提高生产的自动化水平以及劳动生产率；可以减少工人的工作强度、保证产品的质量优良、实现安全生产；尤其在高压、高温、低温、低压、易爆、粉尘、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，用机械手代替人进行正常的工作，意义更为的重大。本机械手仰俯结构这样处理有以下几个好处，首先改善了机械重心偏离回转轴太长的弊病。其次，实现同样的仰俯角度时，直线缸比回转缸更容易控制，在此，由于回转油缸的驱动力是紧靠在回转油缸的动片提供的，而直线缸由于导杆的作用，提供同样的驱动力矩，要比回转缸容易些，最后从振动的角度看，采用直线缸要比采用回转缸的振动系数要小，从而增加了稳定性。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853第2章总体设计方案21总体设计要求本文设计的机械手为液压驱动，此机械手的坐标形式采用球坐标式，（其手臂的运动由一个直线运动和两个回转运动所组成，即沿X轴的伸缩、绕Y轴的仰俯和绕Z轴的回转），这种机械手的手臂的仰俯运动能抓取地面上的物体，为了使手部能适应被抓物体方位的要求，常常设有手腕上下摆动，使其手部保持水平位置或其他状态。此坐标式的机械手动作灵活，占地面积小，工作范围大等特点。它适用于沿伸缩方向传动的形式，但结构复杂。按设计要求，使机械手能够实现预定的功能，模仿人的手臂和手腕运动，需要六个自由度。自由度指描述物体运动所需要的独立坐标数。自由度的多少反映机器运动的复杂程度。此机械手采用六个自由度大臂回转腕部摆动正负90腕部转动正负小臂水平伸缩50M大臂升降2手臂仰俯3图21机械手运动结构示意图（1）Z方向的升降运动；（2）绕Z方向的回转运动；（3）手臂的仰俯运动，上仰为30，下俯30；（4）X方向的伸缩运动；（5）手腕的仰俯运动；（6）绕X方向的回转运动。22运动分析简介221机器人运动方程的表示机器人机构可以认为是由一系列的关节连接起来的连杆机构组成。把构件的坐买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709854标系嵌入机器人的每一个连杆结构中，可以方便正确的描述一个连杆与下一个连杆之间所在的关系。齐次的变换是描述这些坐标系之间的相对位置与方向的一种通用方法，把齐次变换记为A矩阵。一个A矩阵仅仅是描述连杆构件坐标系之间相对平移与旋转的齐次坐标变换。描述第I个连杆相对于第I1连杆的位姿，对于本课题的六个自山度机器人，则第六个连杆相对于基座的位姿可用以下式表示TNA1A2A3A4A5A621222构件坐标系的确定为了描述连杆与连杆之间的数学关系，DENAVIT和HERTENBERG提出了为关节链中的杆件建立主附一体的坐标系的矩阵方法，即DH法。其运动坐标系如图22所示。X1Y122Z12Z044X3YZ3Z565XY4图22机械手DH运动坐标系简图0机座坐标；1大臂升降缸坐标；2大臂回转缸坐标；3小比伸缩缸坐标；4手臂俯仰缸坐标；5腕部摆动缸坐标；6腕部回转缸坐标。该机械手的设计自由度为6个，旨在使其运动灵活，当某方向的运动不宜过大时，为满足运动要求可通过与其相关的自由度来补充，这更有利于机械手的稳定。此机械手还可以通过更换手抓，从事诸如喷涂、焊接等工作。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709855本机械手采用全液压控制及驱动，之所以采用液压，主要是考虑到结构简单，便于制造、有利于降低成本。整体设计中采用3个回转缸，2个伸缩缸和一个俯仰伸缩缸。3个回转油缸实现了2个腕部回转和一个大臂回转。2个伸缩缸分别实现大臂和小臂的伸缩运动。23机械手的组成工业机械手是由执行机构，驱动机构和控制部分所组成，各部分关系如图23图23工业机械手各部分关系图1执行机构执行机构包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走机构等运动部件所组成。（1）手部直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型。传动机构形式多样，常用的有滑槽杠杆式、连杆杠杆式、弹簧式等。（2）腕部是联接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物体的方位。（3）臂部手臂是支撑被抓物体，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到给定位置。该设计的手臂有三个自由度，采用关节式坐标（绕横轴旋转，上下摆动和左右摆动）关节坐标式具有较大的工作空间和操作灵活性，机械臂的结构性容易进行优化，便于提高机械手的动态操作性能。2行走机构有的工业机械手带有行走机构。3驱动机构有气动，液动，电动和机械式四种形式。4控制系统有点位控制和连续控制两种方式。5机身它是整个工业机械手的基础。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985624设计路线与方案241设计步骤1查阅相关的资料；2确定研究路线和方案构思；3结构与运动学分析；4根据所给的技术参数进行计算；5按所给规格，范围，性能进行分析，强度与运动学校核；6绘制装配图草图；7绘制总装图及零件图等；8总结问题进行分析和解决。242研究方法和措施使用现在机械设计方法和液压传动技术进行设计，采用关节式坐标（六个自由度，可以绕横，纵轴转动和上下左右摆动，以及Z向升降和X向伸缩运动）。25本章小结本章介绍了工业机械手的组成、规格参数、设计路线等内容，这种设计的机械手组成全面，配置合理，能达到一定的使用要求。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709857第3章手部结构的设计和计算31手部设计机械手是模仿着人手的部分动作，按给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动装置。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，工业机械手的手部是用来直接握持工件的部位，既直接与工件接触的部分，具有模仿人手的动作的功能。由于被握持弓箭到形状、尺寸大小、轻重和材料性能、表面状况等不同，所以工业机械手的结构三多种多样的，此机械手的手的手爪采用回转型外夹式，手爪为两指。手部设计时应考虑以下几个问题1应具有足够的握力；2手指间应具有一定的开闭角；3应保证棒料的准确定位；4应考虑手指的通用性。考虑以上因素本机械手采用滑槽式手部结构，这种手指的优点表现在结构简单，形状小，工作灵活，其结构如图31所示。驱动杆向下推动手指夹紧，向上拉时则手指张开，此结构传动比较双支点结构小，但开闭范围较大。图31滑槽式手部结构示意图3122COSBNP工件的夹取方式采用手指水平位置夹垂直位置放置的工件时，买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098583205SINNGFF摩擦系数，钢对钢F013322SICOSBPC为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及传力机构效应的影响，其实际的驱动力P实际应按以下式计算既3412K实际式中手部的机械效率，一般取085095。这里取09；K1安全系数，一般取122，这里取K112；K2工作情况系数，重要是考虑惯性力的影响；3521/KAGG重力加速度，G98KG/S；A工件运动时的最大加速度。A49KG/S，K215所以3612205SINCOSBPGCF实际32钳爪式手指定位误差的分析采用结构简单的回转型手指则在抓取不同的直径的工件的时候，必定带来定位误差。如图32所示。图32手指定位误差示意图手指回转中心的与工件轴心的位置间距离X，如X1,X2，随被抓取工件的半径R的变化而变化，因而对手指的定位精度有影响，当选用合理的手指尺寸及参数时，可以使手指的定位误差控制在较小的范围内。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985922222COS1INSINSINABCABABXLLRL37当时有最小值XMINCOABRL38SILMI而且X的变化是以R0分界为左右对称的，若工件的半径390ABRLINCO由变化到时，X值的最大变化量既定位误差，用表示，当R01528420MM2286154AD2M511JI51246DC式中A活塞杆横截面的面积和；D活塞杆横截面的直径；I为活塞杆横截面的惯性半径（CM）；J活塞杆横截面对中性轴的惯性矩（）。4CMCM2874I513LI式中活塞杆的计算柔度（柔度系数）；L活塞杆计算长度（CM）；长度折算系数（亦称约束影响系数），一端固定一端铰支时，07所以075LI246931206SAB式中特定的柔度值；2为活塞杆的流动极限，查表A4690KG/，B262KG/。S2CM2C对于的压杆，只会因强度不足而破坏，并不会失稳，故对短压杆只进2行强度计算。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852351424PD式中P活塞杆上所受的总机械载荷（KG）D活塞杆的直径KG/2216384PD2CM515BN活塞杆材料的许用压力KG/2C活塞杆材料的抗拉强度KG/BN为安全系数，一般取N不小于14，活塞杆材料一般用碳钢10001200KG/B2CM则KG/1032C53导向杆的强度校核当导向杆伸出到最大状态时，如果强度足够也就满足要求，此时的受力根据力平衡公式N1N2GG/20N1150GGL/2L手臂参与运动零部件的总质量重心到支撑前端的距离，前边以算出L7845MM、G4214求得N11080NN212865N受力如图52M买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098524图52导向杆弯矩图由图知最大弯曲正应力发生在C处，由正应力条件PA633108594102ZMDW式中为抗弯截面系数。ZW由查表170MPA所以强度满足条件。54本章小结本章介绍了通用关节式机械手小臂各部分的计算与分析，分别为伸缩油缸，活塞杆和导向杆等结构，并进行了计算与校核，在使用中能满足要求。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098525第6章俯仰缸的设计和计算61俯仰结构的设计和计算此机械手的仰俯结构此机械手的手臂俯仰运动，采用活塞缸与连杆机构联用来实现的。手臂俯仰运动用的活塞缸位于手臂的正下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用尾部耳环与立柱连接。驱动力矩的计算如图61有驱动手臂仰俯的驱动力矩，应克服手臂等部件的重量对回转轴线所产生的偏重力矩和手臂子在起动时所产生的惯性力矩以及各回转副处摩擦阻力矩，一般因手臂座与立柱连接轴处有滚动轴承，其摩擦阻力矩较小，在铰链处的配合直径较小，相对转动的转角亦小，故摩擦阻力矩亦很小，均可忽略不计。则力矩平衡方程式可简化成61M驱惯偏KGCM式中手臂作俯仰运动，在起动时的惯性力矩（）；惯C手臂等部件的重量对回转轴线的偏重力矩，（）,当手臂上仰时偏KG为正，下俯为负。62G总偏估算支撑板的质量KG33337012506178019支5499503242MGM工回偏（）（）（）（）359KG计算起动惯性力矩惯若机械手的等速转动角速度为，起动时间为T，则起动惯性力矩公式为631MJT工惯（KGM式中参与手腕的部件对转动轴线的转动惯量；1J买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098526工件对手腕转动的转动惯量。J工件221420041413051459322KGM59工（）2KGM设机械手的等速转动角速度为25/S，起动时间为T04S,则150701759304MJT工惯（KG驱动力矩45398驱惯偏KGC下俯角上仰角图61腕部受力示意图当手臂于水平成仰角和俯角时，则作用在活塞上的驱动力与手臂仰角有12关，手臂上仰时公式取加号，并且在计算摆动时主要考虑上仰时的情况，只要是上仰条件满足，下俯一定能满足。当手臂处于仰角状态时163111COSSINMPBATG驱式中A,B,C为机械手的手臂的结构尺寸（CM）P作用在铰接油缸活塞上的驱动力（KG）驱动手臂仰俯的驱动力矩（）M驱KGM设B021MA021M30C041M1所以11118092COS321COS02COS0S4ININPBATGTG驱买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098527KG/43282CM确定油缸的结构尺寸6424PDDP驱式中P油缸的工作压力/；2CD活塞的直径CM；D油缸内径CM；选取P35/；D05D。2MCM443865PP查表取D5CM。油缸的内径D确定后，由强度条件计算所需的最小的油缸壁厚，依据材料力学的薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式计算652PD计式中计算压力，其值比油缸的最大工作压力P大2030，即P计（1213）P66P计D为油缸内径CM；油缸材料的许用应力KG/。2CM67BN其中为油缸材料的抗拉强度（KG/）；B2CN为安全系数，一般取N35600KG/（铸铁）2CM1230576取12MM。活塞杆稳定性的校核L300MM1525375MM所以满足。62缸盖螺钉的强度校核油缸内的工作压力较大，为了保证连接的紧密性，缸盖共用4个M6螺钉68SN买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985286924DPPQZ6100S式中P为油缸的工作压力（/；2CMZ为螺钉的数目；,分别为工作载荷，危险剖面承受的拉力，和剩余锁紧力。Q0S为了紧密连接K611SQK1518,现选取K15则KG20253476S螺钉的强度条件为02213137690644QDS2KG/CM式中S为螺钉的螺距；612SN式中为许用拉应力为螺钉材料的流动极限；SN为安全系数，一般N1215，取N15。螺钉的材料选用45号钢，3600/，S2CM所以236018KG/C5S所以强度足够。63本章小结本章介绍了俯仰缸各部分的计算与分析，分别为俯仰结构和缸盖螺钉的结构，并进行了计算与校核，在使用中能满足要求。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098529第7章大臂的结构设计和计算71大臂回转缸的设计计算机械手的大臂即机身是支撑手臂的部件，又是带动其运动的部件，主要是实现臂部的升降、回转、仰俯等运动的机构。由于采用驱动装置、传动装置、导向装置的不同，机身的结构布局也不同，此处采用回转缸置于升降缸之上导向杆布置在活塞缸内部的机身结构。手臂回转所需驱动力矩采用回转油缸实现手臂回转运动。驱动手臂回转的力矩，应该与手臂起动时所产生的惯性力矩以及各密封装M驱M惯置处的摩擦阻力矩，回转油缸的压力矩相平衡。（轴承处的摩擦力矩忽略不计）封则有71驱回惯封KGCM图71手臂受力分析式中密封装置处的摩擦力矩；（如图71）；M封7212M封封封买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098530动片外径与油缸壁密封装置处的摩擦阻力矩，1M封动片侧面与缸体的密封摩擦阻力矩）。2封7311BPR封7412MRR封取B008M；0006M；R006M；R003；05；1124852封封封KGCM手臂起动时所产生的惯性力矩惯7500JT惯式中回转缸的动片的角速度变化量，在起动的过程中（弧度/秒）；起动的时间；T手臂回转部件包括工件对回转轴的转动惯量。0JJ板工件其他22222014504133051583ML3082KG/设等角速度40/S；起动时间为T1S；则KG/M0040J17538216MT惯回转油缸的回油腔的背反压力回KG/CM76D222DBBBPPRRPDD回回回回式中回转油腔压力，一般取02P02357KG/P回回CMKG/M228716758M回回（）所以驱动力矩KG/M34驱回惯封摆动油缸内径的计算7728MDDBP买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098531式中M作用在动片即输出轴上的外载力矩KG；P回转油缸的工作压力（）取P35；2KGCM2KGCMD输出轴与动片连接处的直径（CM）；B动片的宽度（CM），为减小动片与输出轴的连接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择动片宽度（即油缸长度）可按2B/DD2选用（CM）初取B8CM；D回转油缸的内径。CM2834510658查表取D12CM。流量的计算2233816500754/44BDDQ升分油缸的内径D确定后，由强度条件计算所需的最小的油缸壁厚，依据材料力学的薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式计算782PD计式中计算压力，其值比油缸的最大工作压力P大2030，即P计（1213）P79P计D油缸内径CM；油缸材料的许用应力KG/，KG/，其中为油缸材2CMBN2CMB料的抗拉强度（KG/）。2CN安全系数，一般取N35600KG/（铸铁）2CM131637602现根据结构需要取25MM选择键并校核强度转轴的直径为60MM，选键为键高H键宽B1118（MM）,选取长度为50MM。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为7103210PTKLD式中T传递的转矩（NM）；K键与轮毂槽的接触高度，K05HMM；L键的工作长度，单位为MM；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098532圆头平键LLBMM；D转轴的直径。MM许用的积压应力MPA，代入数据P33210245981068TKLDMPA查表键的材料选用钢有轻微冲击时，100120MPA故键的强度满足要求。P72油缸定片连接螺钉的校核摩摩图72定片与固定轴的螺钉连接方式定片与固定轴的用螺钉连接方式如图72所示联接螺钉一般为偶数，对称的安装，并用两销定位。其作用是使定片与固定轴的配合紧密接触不留间隙，当油腔通过压力油时，定片受油压的作用产生一个合成液压力矩，克服输出轴上所受的外载荷力矩反作用在动片上，由于螺钉的连接作用，使被联接表面不能产生相对的滑动，为此，在安装时必须拧紧螺钉，以便在被联接件的配合表面间产生摩擦力以传递动力。依定片所受的力矩的平衡条件有711SLN282BDPDDMQZF摩即得KG71224QZF式中Q每个螺钉的预加锁紧力（KG）；B动片的宽度（CM），这里B8CM；P回转油缸的工作压力（KG/），这里P35KG/；2CM2CMD动片的外径，即回转油缸的内径（CM），这里D12CM；D动片与轴配合处的直径（CM）；F被联接件配合面间的，摩擦系数（钢对钢取F015）；Z螺钉的数目，这里Z8。将以上的数据带入公式KG228351605440BPQDDF买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098533选M8的螺钉，则小径DD10825P713P为螺距P125MMD6647MM螺钉的强度；22131053966474QD2KG/CM要求，L式中许用拉应力；L螺钉材料的流动极限KG/，取材料为40CR；S2C65009000/。N为安全系数，N12252M所以，条件满足。650431SLN2KG/C73机械手大臂升降缸的设计和计算对于悬臂式的机械手起传动件、导向杆和定位件的布置合理，以减少对升降支撑轴线的偏心矩，防止卡死现象，也就是自锁。手臂上升是靠油缸作用在活塞上的推力而实现的，它除克服惯性力、摩擦阻力、背压造成的阻力外，还需克服手臂、手腕、手部和被抓物件的质量。其驱动力的计算公式为714PPG驱工回总惯封715421GG总支撑板水平伸缩油缸仰俯油缸本身缸体回转油缸716VGT总惯KG32217810740508364M仰俯油缸KG11G回转油缸KG32217810403764本身缸体所以42GG总支撑板水平伸缩油缸仰俯油缸本身缸体回转油缸KG638261432大臂起动时受到的平均惯性力可近似为P惯买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098534717GVPGT总惯式中参与运动的零件的总质量（KG）（包括被抓工件的质量）；G总速度的变化量（M/S）；012M/SVV起动过程的时间（S）；001STTG重力加速度。G982/MS则KG143201498VPT总惯工作阻力20KG；由前边的计算取工工003P封驱005回工带入公式KG140232051432PG驱工驱回总惯封8确定油缸的结构尺寸7182PDDP驱式中P油缸的工作压力KG/；2CMD活塞的直径CM；D油缸内径CM。选取P10KG/，D7CM2CM244879310PDP驱查表取D10CM流量的计算22165/4040VQ升分油缸的内径D确定后，由强度条件计算所需的最小的油缸壁厚，依据材料力学的薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式计算CM7192PD计式中计算压力，其值比油缸的最大工作压力P大2030，即P计（1213）P720计D油缸内径CM；油缸材料的许用应力；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098535/721BN2CM油缸材料的抗拉强度（/）；BN安全系数，一般取N35。600KG/（铸铁）2CCM1238102466根据结构取15MM74机械手的不自锁的条件偏重力矩偏重力矩即手臂及其上所支撑的全部件的重量（作用在各自重心上）对手臂回转轴的静力矩，用表示，手臂前伸时则偏重力矩为最大，因手臂在12R总重量G的作用下，有一顺时针方向倾斜的趋势，而导套却阻止手臂这种趋势，导套对立柱的作用力，如图73根据立柱的力平衡有127220XF72312R724AM7251HG726所谓不自锁的条件就是升降立柱能在导套内自由下滑，从力的观点分析必须使727121GFRFGFH所以2HF式中F为摩擦系数，一般钢对铁的滑动摩擦系数为01，但考虑到还有其他的摩擦副作用（如升降的导向装置摩擦面、升降缸壁和活塞、活塞杆和缸盖），F值可按较大的数值考虑，故取F015买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098536图73升降立柱的力分析为偏重力臂即手臂等部件总重量的重心到立轴轴线间的距离（厘米）。1504138503152764NIGX工（）（）MM52803720966（）（）所以MM300MM，所以不会自锁。1598HF75本章小结本章介绍了通用关节式机械手大臂各部分的计算与分析，分别为大臂回转缸、油缸定片联接螺钉、大臂伸降缸的结构和机械手的不自锁的条件，进行了计算与校核，在使用中能满足要求。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098537结论目前国际机器人界都在加大研究力度，进行机械手的共性技术的研究，并朝着智能化和多元化方向发展。主要研究的内容集中在以下几个方面机械手的优化设计技术探索新的轻质高强度材料，进一步提高负载的自重比。机械手控制技术重点在于研究开放式，模块化的控制系统，人机交界面更加友好，语言、图形编程的界面正在研究之中。机械手控制器的标准化与网络化，除了编程技术进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化也将成为研究重点。多传感器系统为了进一步提高机械手的智能与适应性，使用多传感器是其问题解决的根本。其研究热点在于可行有效的多传感器信息交融算法。机械手结构灵巧，控制系统越来越小，两者正朝着一体化的方向发展。随着科技发展和实际应用的需要，现在各类型的移动机器人普遍加装了机械手，以使其成为一种多功能、高度自动化的作业平台，在实际应用中有着不可估量的作用，伴随着机器人的发展，通用机械手也在向高传动精度，高效率，广调速范围，结构小巧以及过载能力强等方向快速发展。由于使用场所和各种作业要求的不同，工业机械手的机械结构形式也各不相同，技术复杂程度也有很大差别。根据通用机器人的设计思想主要利用