机械创新设计

1、目录第一章 抓取机构设计11.1手部设计计算11.2腕部设计计算41.3臂伸缩机构设计5第二章 液压系统原理设计及草图82.1手部抓取缸82.2腕部摆动液压回路92.3小臂伸缩缸液压回路102.4总体系统图11第三章 机械手的控制13第四章 机械手的组成144.1机械手组成14第一章 抓取机构设计1.1手部设计计算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

2、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1.1所示。图1.1 机械手开闭示例简图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

3、种结构较为简单，制造方便。拉紧装置原理如图1.2所示【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1.2 油缸示意图1、右腔推力为FP=（4）DP （1.1）=（4）0.52510=4908.7N2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为： F1=（2ba）（cos）N （1.2） 其中 N=498N=392N，带入公式2.2得：F1=（2ba）（cos）N =(2150/50)（cos30）392 =1764N则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/ （1.3）=17641.51.1/0.85=3424N经圆整F1=3500N3、计算手部活塞杆行程长L,即L=（D

4、/2）tg （1.4） =25tg30 =23.1mm经圆整取l=25mm4、确定“V”型钳爪的L、。取L/Rcp=3 （1.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （1.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3Rcp=150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：=22395、机械运动范围（速度）【1】（1）伸缩运动 Vmax=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升运动 Vmax=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回转Wmax=90/sWmin=30/s所以取手部驱动活塞速度V=60mm

5、/s6、手部右腔流量 Q=sv （1.7）=60r=603.1425=1177.5mm/s7、手部工作压强P= F1/S （1.8） =3500/1962.5=1.78Mpa1.2腕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10kg，长度l=650mm。如图1.3所示。1、计算扭矩M14设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：M1=FS （1.

6、9）=109.80.2=19.6（NM） 工件 F S F 图1.3 腕部受力简图2、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M24F=5kg S=10cm带入公式2.9得M2=FS=59.80.1 =4.9（NM） 3、摆动缸的摩擦力矩M摩4F摩=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）M摩=F摩S=6（NM）4、摆动缸的总摩擦力矩M4M=M1+M2+M摩 （1.10） =30.5（NM） 5.由公式T=Pb（A1-mm）106/8 （1.11）其中： b叶片密度，这里取b=3cm；A1摆动缸内径, 这里取A1=10cm；mm转轴直径, 这里取mm=3cm。所以代入（1.11）公式P=8T/b（

7、A1-mm）106=830.5/0.03（0.1-0.03）106=0.89Mpa又因为W=8Q/（A1-mm）b所以 Q=W（A1-mm）b/8 =（/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s1.3臂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

8、缩速度为200m/s行程L=500mm1、手臂右腔流量，公式（1.7）得：【4】Q=sv =20040 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s2、手臂右腔工作压力，公式（1.8） 得：4 P=F/S （1.12）式中：F取工件重和手臂活动部件总重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。所以代入公式（1.12）得： P=（F+ F摩）/S =（309.8+1000）/40 =0.26Mpa3、绘制机构工作参数表如图1.4所示：图1.4机构工作参数表4、由初步计算选液压泵4所需液压最高压力 P=1.78Mpa所需液压最大流量 Q=1000ml/s选取CB-

9、D型液压泵（齿轮泵）此泵工作压力为10Mpa，转速为1800r/min，工作流量Q在3270ml/r之间，可以满足需要。5、验算腕部摆动缸： T=PD（A1-mm）m106/8 （1.13）W=8v/（A1-mm）b （1.14）式中：m机械效率取： 0.850.9v容积效率取： 0.70.95所以代入公式（1.13）得：T=0.890.03（0.1-0.03）0.85106/8 =25.8（NM）TM=30.5（NM）代入公式（1.14）得：W=（82710-6）0.85/（0.1-0.03）0.03 =0.673rad/sW/40.785rad/s因此，取腕部回转油缸工作压力 P=1Mpa

10、 流量 Q=35ml/s圆整其他缸的数值：手部抓取缸工作压力P=2Mpa 流量Q=120ml/s小臂伸缩缸工作压力P=0.25Mpa 流量Q=1000ml/s第二章 液压系统原理设计及草图2.1手部抓取缸 图 2.1手部抓取缸液压原理图71、手部抓取缸液压原理图如图2.1所示2、泵的供油压力P取10Mpa，流量Q取系统所需最大流量即Q=1300ml/s。因此，需装图2.1中所示的调速阀，流量定为7.2L/min，工作压力P=2Mpa。采用： YF-B10B溢流阀 2FRM5-20/102调速阀 23E1-10B二位三通阀2.2腕部摆动液压回路 图2.2腕部摆动液压回路71、腕部摆动缸液压原理图

11、如图2.2所示2、工作压力 P=1Mpa流量 Q=35ml/s采用：2FRM5-20/102调速阀34E1-10B 换向阀YF-B10B 溢流阀2.3小臂伸缩缸液压回路 图 2.3小臂伸缩缸液压回路71、小臂伸缩缸液压原理图如图2.3所示2、工作压力 P=0.25Mpa流量 Q=1000ml/s采用： YF-B10B 溢流阀2FRM5-20/102 调速阀23E1-10B二位三通阀2.4总体系统图图 2.4总体系统图71、总体系统图如图2.4所示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1DT2DT3DT4DT5DT小臂伸长+-手部抓紧+-腕部

12、回转+-+-小臂收缩-手部放松-+-卸荷4、确电机规格：液压泵选取CB-D型液压泵，额定压力P=10Mpa，工作流量在3270ml/r之间。选取80L/min为额定流量的泵，因此：传动功率 N=PQ/ （2.1）式中：=0.8 （经验值）所以代入公式（2.1）得： N=1080103106/600.8=16.7KN选取电动机JQZ-61-2型电动机，额定功率17KW，转速为2940r/min。第三章 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，

13、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6.1所示的机能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。 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第四章 机械手的组成4.1机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如4.1所示。图4.1机构简图 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