液压传动机械手的设计

液压传动机械手的设计摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的了解和分析，设计了此液压传动机械手。重点针对机械手的手部、腕部、臀部等各部分机械结构以及液压系统进行了详细的设计计算。具体进行了机械手的总体设计，腰座结构的设计，机械手手臂结构的设计，机械手腕部的结构设计，末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械手驱动系统的设计。同时对液压系统进行了理论分析和计算。本设计虚拟开发的机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件。关键词：机械手；手部；腕部；臀部；液压系统；ThedesignofthehydraulicmanipulatorAbstractInthemodernlarge-scalemanufacturingindustry,enterprisespaymoreattentionontheautomationdegreeoftheproductionprocessinordertoenhancetheproductionefficiency,andguaranteetheproductquality.Asanimportantpartoftheautomationproductionline,industrialrobotsaregraduallyapprovedandadoptedbyenterprises.Thetechniquelevelandtheapplicationdegreeofindustrialrobotsreflectthenationalleveloftheindustrialautomationtosomeextent,currently,industrialrobotsmainlyundertakethejopsofwelding,spraying,transportingandstowingetc.,whichareusuallydonerepeatedlyandtakehighworkstrength,andmostoftheserobotsworkinplaybackway.Integratetheknowledgeofthepastfouryears'ofundergraduatecourseofMachine,discussandanalysistheeachpartandfunctionofmanipulator;designakindofcylindericalcoordinatemanipulatorusedtopackandunloadworkpieceforCNCmachinetools.Inparticular,madethedetaileddesignaboutbase,arm,andendeffectorandthecontrolsystemetc.includingTotaldesign,waist'sconstructiondesign,thearm'sconstructiondesign,thewrist'sconstructiondesign,theendeffector'sconstructiondesign,andthedrivesystemofmanipulator.Atthesametime,analysisandcomputethehydraulicpressuresystemandcontrolsystem.KeywordsManipulator、Hand、Wrist、Buttock、Hydraulicsystem1绪论工业机器人简介工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。工业机械手的分类现在对工业机械手的分类尚无明确标准，一般都从规格和性能两方面来分类。按规格（所搬运工件的重量）分类：（1）.微型的—搬运重量在1公斤以下：（2）.小型的—搬运重量在10公斤以下：（3） .中型的—搬运重量在50公斤以下：（4） .大型的—搬运重量在50公斤以上。目前大多数工业机械手能搬运的重量为1〜30公斤。最小的为0.5公斤，最大的已达到800公斤。按功能分类：（1） .简易型工业机械手有固定程序和可变程序两种。固定程序有凸轮转鼓和挡块转鼓控制：可变程序可插销板或顺序转动控制来给定程序。这种机械手多为气动或液动，结构简单，改变程序比较容易。只使用在程序较简单的点位控制，但作为一般单机服务的搬运作业已足够。所以，目前这种工业机械手数量最多。（2） .记忆再现型工业机械手这种工业机械手由人工通过实验装置传动一遍，由磁带（或磁鼓）把程序记录下来，此机械手就自动按记忆的程序重复进行循环动作。这也是采用较多的一种，多为电液伺服驱动。与前者比较有较多的自由度，能进行程序较复杂的作业，通用性较广。（3） .计算机数字控制的工业机械手可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械手的动作，还可以进行多种控制（DNC）。技术还可以是可编程序控制或普通的微机计算机。（4）.智能工业机械手（机器人）由电子计算机控制，通过各种传感元件等具有视觉、热感、触觉、行走机构等。按用途分：（1）.专用机械手附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装置，这种工业机械工作对象不变，手动比较简单，结构简单，使用可靠，施用于大批量生产自动线或专机作为自动上、下料用。（2）.通用机械手具有独立控制系统，程序可变、动作灵敏、动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，使用于工件经常变换的中、小批量自动化生产。机器人的发展国外机器人发展近几个趋势（1） .工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。（2） ．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。（3） .工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。（4） ．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。（5） ．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。我国机器人的发展现状我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五、”“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。我所设计的机械手臂力及运动速度的确定目前使用的机械手的臂力范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为0.15N,最大为8000N。本液

压机械手的臂力为N臂=1650（N），安全系数K一般可在1.5~3,本机械手取安全系数K=2。定位精度为土1mm。液压上料机械手的各运动速度如下手臂伸缩速度V臂伸二55mm/s手臂回转速度V臂回=45°/s手臂升降速度V臂升=50mm/s立柱水平运动速度V柱移=50mm/s手指夹紧油缸的运动速度V夹=50mm/s手臂的形式机械手的手臂配置形式基本上反映了它的总体布局。运动要求、操作环境、工作对象的不同，手臂的配置形式也不尽相同。本机械手采用机座式。机座式结构多为工业机器人所采用，机座上可以装上独立的控制装置，便于搬运与安放，机座底部也可以安装行走机构，已扩大其活动范围，它分为手臂配置在机座顶部与手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手采用手臂配置在机座立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的机械手多为圆柱坐标型，它有升降、伸缩与回转运动，工作范围较大。控制方式及驱动方式机械手控制方式是根据它们的特点结合生产工艺的要求来选择的，要尽量选择控制性能好、体积小、维修方便、成本底的方式。控制系统也有不同的类型。除一些专用机械手外，大多数机械手均需进行专门的控制系统的设计。驱动方式一般有四种：气压驱动、液压驱动、电气驱动和机械驱动.本设计因臂力大，所以采用液压驱动的方式。液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。液压技术有以下优点:（1） ．体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；（2） ．能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；（3） ．换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；（4） ．液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；.由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长;.操纵控制简便，自动化程度高；.容易实现过载保护。2手部结构的设计计算2.1简述手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。本课题采用滑槽杠杆式。2.2驱动力的计算1.手指2.销轴3.拉杆4.指座图1滑槽杠杆式手部受力分析如图所示为滑槽式手部结构。在拉杆3作用下销轴2向上的拉力为P,并通过销轴中心0点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为Pl、P2,其力的方向垂直于滑槽中心线OO1和OO2并指向O点，P1和P2的延长线交°1°2于A及B，由于△°1°A和^O2OA均为直角三角形，故ZAOC=ZBOC=a。根据销轴的力平衡条件，即YFx=0,Pl=P2》Fy=0P=2PlcosaPl=P/2cosa销轴对手指的作用力为pl'。手指握紧工件时所需的力称为握力（即夹紧力）假想握力作用在过手指与工件接触面的对称平面内，并设两力的大小相等，方向相反，以N表示。由手指的力矩平衡条件,即》m01（F）=0得Pl'h=Nb因 h=a/cosa所以 P=2b（cosa）2N/a式中 a——手指的回转支点到对称中心线的距离（毫米）。a 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。由上式可知，当驱动力P一定时，a角增大则握力N也随之增加，但a角过大会导致拉杆（即活塞）的行程过大，以及手指滑槽尺寸长度增大，使之结构加大，因此，一般取a=30°~40°o这里取角a=30度。这种手部结构简单，具有动作灵活，手指开闭角大等特点。查《工业机械手设计基础》中表2-1可知，V形手指夹紧圆棒料时，握力的计算公式N=0.5G，综合前面驱动力的计算方法，可求出驱动力的大小。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率的影响，其实际的驱动力P实际应按以下公式计算，即：P实==PKiK2/n式中 n——手部的机械效率，一般取0.85〜0.95；£——安全系数，一般取1.2~2K——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，K2可近似按下式估计，K2=1+a/g，其中a为被抓取工件运动时的最大加速度，g为重力加速度。本机械手的工件只做水平和垂直平移，当它的移动速度为500毫米/秒，移动加速度为1000毫米/秒2,工件重量G为98牛顿，V型钳口的夹角为120°,a=30。时，拉紧油缸的驱动力P和P实际计算如下：根据钳爪夹持工件的方位，由水平放置钳爪夹持水平放置的工件的当量夹紧力计算公式N=0.5G把已知条件代入得当量夹紧力为N=49(N)由滑槽杠杆式结构的驱动力计算公式P=2b(cosa)2N/a得P=P计算=2*45/27(cos30。)2*49=122.5(N)P实际=P计算KlK2/n取 n=0-85,0=1.5,K2=l+1000/9810M.1则 P实际=122.5*1.5*1.1/0.85=238(N)腕部的结构设计计算简述手腕部件置于手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围，适应性更强。手腕具有独立的自由度，此设计手腕有绕X轴转动和沿X轴左右摆动两个自由度。手腕回转运动机构为回转油缸，摆动也采用回转油缸。他的结构紧凑，灵活，自由度符合设计要求，它要求严格密封才能保证稳定的输出转矩。腕部的结构形式本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动，结构紧凑、体积小.如下图所示为腕部的结构，定片与后盖，回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接和定位，动片与手部的夹紧油缸缸体用键连接。夹紧缸体也指座固连成一体。当回转油缸的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体和指座一同转动，即为手腕的回转运动。*图3机械手的腕部结构3.3腕部驱动力矩的计算驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩必须克服手腕起动时所产生的

惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力

矩以及由于转动的重心与轴线不重合所产生的偏重力矩。手腕转动时所需要的驱动力矩可按下式计算:M驱=M惯+M偏+M摩（N.m）式中M驱——驱动手腕转动的驱动力矩 M惯——惯性力矩（N.m）惯M偏——参与转动的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回转缸体的动片）对转动轴线所偏TOC\o"1-5"\h\z产生的偏重力矩 （N.m）M摩—手腕转动轴与支承孔处的摩擦力矩 （N.m）⑴摩擦阻力矩M摩fM摩=于（N1D1+N2D2） （N.m）式中f 轴承的摩擦系数，滚动轴承取f=0.02,滑动轴承取f=0.1；N1、N2 轴承支承反力（N）Di、D2 轴承直径（m）由设计知D1=0.035mD2=0.054mN1=800NN2=200N G1=98Ne=0.020时M摩=0.i*（200*0.035+800*0.054）/2得 M摩=2.50（N.m）⑵工件重心偏置力矩引起的偏置力矩M偏M偏=Gie（N.m）式中 Gi 工件重量（N）e 偏心距（即工件重心到碗回转中心线的垂直距离），当工件重心与手腕回转中心线重合时，M偏为零当e=0.020，Gi=98N时M偏=1.96 （N・m）⑶腕部启动时的惯性阻力矩M惯①当知道手腕回转角速度e时，可用下式计算M惯M惯=（J+J工件）一（N・m）t式中e——手腕回转角速度（i/s）T——手腕启动过程中所用时间（s）,（假定启动过程中近为加速运动）J 手腕回转部件对回转轴线的转动惯量（kg・m2）J工件——工件对手腕回转轴线的转动惯量（kg・m2）按已知计算得J=2.5,J工件=6.25,e=0.3m/m2,t=2故M惯=1.3（N・m）②当知道启动过程所转过的角度申时，也可以用下面的公式计算M惯：

M惯M惯=（j+j工件）、 2甲(N・m)式中申 启动过程所转过的角度（rad）;① 手腕回转角速度（1/s）。考虑到驱动缸密封摩擦损失等因素，一般将M取大一些，可取M=1.11.2 (M惯+M偏+M摩)(N.m)M=1.2*(2.5+1.96+1.3)=6.9(N.m)臂部的结构设计计算4.1简述臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支承手部和腕部，并将被抓取的工件传送到给定位置和方位上，因而一般机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的。；立柱的横向移动即为手臂的横向移动。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影响机械手的工作性能，所以必须根据机械手的抓取重量、运动形式、自由度数、运动速度及其定位精度的要求来设计手臂的结构型式。同时，设计时必须考虑到手臂的受力情况、油缸及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。因此设计臂部时一般要注意下述要求：①刚度要大②导向性要好③偏重力矩要小④运动要平稳、定位精度要高手臂运动机构机械手手臂的伸缩、升降及横向移动均属于直线运动，而实现手臂往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油（气）缸、活塞缸和齿轮齿条机构、丝杆螺母机构以及活塞缸和连杆机构。手臂伸缩运动这里实现直线往复运动是采用液压驱动的活塞油缸。由于活塞油缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂机构中应用比较多。如下图所示为双导向杆手臂的伸缩结构。手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端，当双作用油缸1的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆2（即手臂）作往复直线运

动。导向杆3在导向套4内移动，以防止手臂伸缩时的转动（并兼做手腕回转缸6及手部7的夹紧油缸用的输油管道）。由于手臂的伸缩油缸安装在两导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。可用于抓重大、行程较长的场合。图4双导向杆手臂的伸缩结构4.2.2导向机构液压驱动的机械手手臂在进行伸缩（或升降）运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂的结构时，必须采用适当的导向装置。它根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。目前采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆和其他的导向装置，本机械手采用的是双导向杆导向机构。双导向杆配置在手臂伸缩油缸两侧，并兼做手部和手腕油路的管道。对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如图5所示，对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如图4.3.2所示，在导向杆1的尾端用支承架4将两个导向杆连接起来，支承架的两侧安装两个滚动轴承2,当导向杆随同伸缩缸的活塞杆一起移动时，支承架上的滚动轴承就在支承板3的支承面上滚动。

：-I：-ILW24M 4翩图5双导向杆手臂结构4.2.3手臂的升降运动如图6所示为手臂的升降运动机构。当升降缸上下两腔通压力油时，活塞杠4做上下运动，活塞缸体2固定在旋转轴上。由活塞杆带动套筒3做升降运动。其导向作用靠立柱的平键9实现。图中6为位置检测装置。

图6手臂升降和回转机构图4.3手臂回转运动实现手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有回转缸、齿轮传动机构、链轮传动机构、连杆机构等。本机械手采用齿条缸式臂回转机构，如图6所示，回转运动由齿条活塞杆8驱动齿轮，带动配油轴和缸体一起转动，再通过缸体上的平键9带动外套一起转动实现手臂的回转。4.4手臂的横向移动如图7所示为手臂的横向移动机构。手臂的横向移动是由活塞缸5来驱动的，回转缸体与滑台1用螺钉联结，活塞杆4通过两块连接板3用螺钉固定在滑座2上。当活塞缸5通压力油时，其缸体就带动滑台1,沿着燕尾形滑座2做横向往复运动。B-B「踊2.03. 5.m图7手臂横向移动机构4.5臂部运动驱动力计算4.5.1臂水平伸缩运动驱动力的计算手臂做水平伸缩运动时，首先要克服摩擦阻力，包括油缸与活塞之间的摩擦阻力及导向杆与支承滑套之间的摩擦阻力等，还要克服启动过程中的惯性力。其驱动力Pq可按下式计算：Pq=Fm+Fg(N)式中Fm 各支承处的摩擦阻力；Fg——启动过程中的惯性力，其大小可按下式估算:WFg=a(N)g式中W——手臂伸缩部件的总重量(N)；重力加速度(9.8m/s2)a 启动过程中的平均加速度(m/s2),Av而 a=(m/s2)Atv——速度变化量。如果手臂从静止状态加速到工作速度V时，则这个过程的速度变化量就等于手臂的工作速度；t 启动过程中所用的时间，一般为0.01s0.5s。当Fm=80N,W=1098(N),△V=500mm/s时，10980.5Pq=80+ * =80+112=192(N)9.8 0.5臂垂直升降运动驱动力的计算手臂作垂直运动时，除克服摩擦阻力Fm和惯性力Fg之外，还要克服臂部运动部件的重力，故其驱动力Pq可按下式计算：Pq=Fm+Fg±W(N)式中Fm 各支承处的摩擦力(N)；Fg 启动时惯性力(N)可按臂伸缩运动时的情况计算；W——臂部运动部件的总重量(N)；±——上升时为正，下降时为负。当Fm=40N，Fg=100N，W=1098N时Pq=40+100+1098=1238(N)臂部回转运动驱动力矩的计算臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。由于启动过程一般不是等加速度运动，故最大驱动力矩要比理论平均值大一些，一般取平均值的1.3倍。故驱动力矩Mq可按下式计算：Mq=1.3(Mm+Mg)(N・m)式中Mm 各支承处的总摩擦力矩；Mg——启动时惯性力矩，一般按下式计算：Mg=J(N・m)式中J 手臂部件对其回转轴线的转动惯量（kg・m2）;① 回转手臂的工作角速度（rad/s）;△t 回转臂启动时间（s）0.8当Mm=84（N・m）,Mg=8---=32（N<m）Mq=1.3*116=150.8（N・m）对于活塞、导向套筒和油缸等的转动惯量都要做详细计算,因为这些零件的重量较大或回转半径较大,对总的计算结果影响也较大,对于小零件则可作为质点计算其转动惯量,对其质心转动惯量忽略不计。对于形状复杂的零件,可划分为几个简单的零件分别进行计算,其中有的部分可当作质点计算。可以参考《工业机器人》表4-1。液压系统的设计计算5.1机械手液压系统的简单计算在本机械手中,用到的油缸有活塞式油缸（往复直线运动）和回转式油缸（可以使输出轴得到小于360°的往复回转运动）及无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸）。5.1.1双作用单杆活塞油缸流量、驱动力的计算当压力油输入无杆腔，使活塞以速度VI运动时所需输入油缸的流量Q1为兀Q1=40D2V1对于手臂伸缩油缸：Q1=0.98cm3/s,对于手指夹紧油缸：Q1=1.02cm3/s，手臂升降油缸：Q1=0.8cm3/s油缸的无杆腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力P1即油缸的驱动力为：兀P1=D2p14对于手臂伸缩油缸：p1=196N，对于手指夹紧油缸：p1=126N，对于手臂升降油缸：p1=320N当压力油输入有杆腔，使活塞以速度V2运动时所需输入油缸的流量Q2为：兀Q2= （D2-d2）V240对于手臂伸缩油缸：Ql=0.87cm3/s，手指夹紧油缸：Ql=0.96cm3/s，手臂升降油缸：Ql=0.72cm3/s油缸的有杆腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力P2即油缸的驱动力为：冗P2=4 （D2-d2）pl对于手臂伸缩油缸：pl=l72N，对于手指夹紧油缸：pl=l08N，对于手臂升降油缸：pl=305N计算作用在活塞上的总机械载荷机械手手臂移动时，作用在机械手活塞上的总机械载荷P为P=P工+P导+P封+P惯+P回其中P工为工作阻力P封密封装置处的摩擦阻力P惯惯性阻力P回背压阻力P=83+l25+66+80+208=562（N）确定油缸的结构尺寸㈠油缸内径的计算油缸工作时，作用在活塞上的合成液压力即驱动力与活塞杆上所受的总机载荷平衡，即P=P1（无杆腔）=P2（有杆腔）油缸（即活塞）的直径可由下式计算|'4P Ip 、D= pi=1.13pi厘米（无杆腔）对于手臂伸缩油缸：D=50mm，对于手指夹紧油缸：D=30mm，对于手臂升降油缸：D=80mm，对于立柱横移油缸：D=40mmi4P+兀Pld2或D= 厘米（有杆腔）兀Pl㈡油缸壁厚的计算：

依据材料力学薄壁筒公式，油缸的壁厚E可用下式计算：&=黑厘米P计为计算压力油缸材料的许用应力。手臂伸缩油缸：匕=6mm,手指夹紧油缸，£=17mm，手臂升降油缸：=16mm，立柱横移油缸:=17mm㈢活塞杆的计算可按强度条件决定活塞直径d。活塞杆工作时主要承受拉力或压力，因此活塞杆的强度计算可近似的视为直杆拉、压强度计算问题，即P<d2-4厘米对于手臂伸缩油缸：d=30mm对于手臂伸缩油缸：d=30mm，对于手指夹紧油缸：d=15mm，对于手臂升降油缸：d=50mm,对于立柱横移油缸:d=16mm无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸）流量、驱动力的计算nD2deQ=7 133当D=103mm,d=40mm®=0.95rad/s时Q=952N作用在活塞上的总机械载荷PP=P工+P封+P惯+P回其中P工为工作阻力P封密封装置处的摩擦阻力P惯惯性阻力P回背压阻力P=66+108+208=382（N）油缸内径的计算根据作用在齿条活塞上的合成液压力即驱动力与总机械载荷的平衡条件，求得D=：竺(厘米)upD=45mm单叶片回转油缸在液压机械手上实现手腕、手臂回转运动的另一种常用机构是单叶片回转油缸，简称回转油缸.流量、驱动力矩的计算当压力油输入回转油缸，使动片以角速度①运动时，需要输入回转油缸的流量Q为：3b（D2一d2）0400当D=100mm,d=35mm,b=35mm,0=0.95rad/s时Q=0.02m3/s回转油缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩M：pb（D2一d2）M=-8得 M=0.8(N・m)作用在动片(即输出轴)上的外载荷力矩MM=M+M+M+M工 封 惯 回其中M工为工作阻力矩M封密封装置处的摩擦阻力矩M惯参与回转运动的零部件，在启动时的惯性力矩M回回转油缸回油腔的背反力矩M=2.3+0.85+1.22+1.08=5.45(N・m)回转油缸内径的计算

回转油缸的动片上受的合成液压力矩与其上作用的外载荷力矩相平衡，可得I8M__二 「tD= +d2 （厘米）bpD=30mm油泵的选择及功率一般的机械手的液压系统，大多采用定量油泵，油泵的选择主要是根据系统所需要的油泵工作压力p泵和最大流量Q泵来确定。⑴确定油泵的工作压力p泵p泵全p+y△p式中p——油缸的最大工作油压y△p——压力油路（进油路）各部分压力损失之和，其中包括各种元件的局部损失和管道的沿程损失。p泵=60*105帕⑵确定油泵的Q泵油泵的流量，应根据系统个回路按设计的要求，在工作时实际所需的最大流量Q最大，并考虑系统的总泄漏来确定Q=KQ泵 最大其中K一般取1.10—1.25 Q=53升/分泵（3）确定油泵电动机功率NpQ千瓦）pQ千瓦）式中p 油泵的最大工作压力Q——所选油泵的额定流量耳 油泵总效率N=7.5（千瓦）小结本次我做的毕业设计是液压传动机械手的设计，经过几个月的努力，设计算是告一段落了。通过这设计，使我们了解了一般设计工作的基本流程和设计的方