R175型柴油機(jī)機(jī)體加工自動(dòng)線上用多功能液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)【全套CAD圖紙+答辯畢業(yè)論文】

買文檔就送全套 紙 14951605 或 1304139763 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 摘 要 本次設(shè)計(jì)的多功能機(jī)械手用于 要由手爪、手腕、手臂、機(jī)身、機(jī)座等組成，具備上料、翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等多種功能，并按該自動(dòng)線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動(dòng)作。本機(jī)械手機(jī)身采用機(jī)座式，自動(dòng)線圍繞機(jī)座布置，其坐標(biāo)形式為球坐標(biāo)式，具有立柱旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂俯仰、腕部轉(zhuǎn)動(dòng)和腕部擺動(dòng) 5個(gè)自由度。驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，選用雙聯(lián)葉片泵，系統(tǒng)壓力為 機(jī)功率為 有整機(jī)回轉(zhuǎn)油缸、手臂俯仰油缸、手臂伸縮油缸、手腕擺動(dòng)油缸、手腕回轉(zhuǎn)油缸、手爪夾緊油缸 6 個(gè)液壓缸。送放機(jī) 構(gòu)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由液壓基本回路組成，包括調(diào)壓回路，緩沖回路，調(diào)速回路，換向回路 壓回路。定位采用機(jī)械擋塊定位，定位精度為 1用行程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手，球坐標(biāo)，液壓，機(jī)械擋塊 ，點(diǎn)位控制 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 he of 175of so of of is of of to of a of of a of to 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 目 錄 第 1 章 概述 1 執(zhí)行系統(tǒng) . 1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 1 控制系統(tǒng) 2 第 2 章 方案設(shè)計(jì)及主要參數(shù)的確定 3 方案設(shè)計(jì) 3 主要參數(shù)的確定 4 第 3 章 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5 抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的確定 5 夾緊力（握力）的確定 5 夾緊缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 7 夾鉗式抓取機(jī)構(gòu)的定位誤差分析 8 夾緊液壓缸主要尺寸的確定 10 液壓缸內(nèi)徑 10 活塞桿直徑 11 液壓缸壁厚的 計(jì)算 12 液壓缸外徑 12 液壓缸行程 12 第 4 章 送放機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13 13 14 液壓缸工作載荷的確定 15 液壓缸推力的確定 15 液壓缸流量的計(jì)算 15 液壓缸基本尺寸的確定 15 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 16 腕部結(jié)構(gòu)形式的確定 16 腕部回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 17 腕部回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸的確定 21 腕部擺動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 22 腕部擺動(dòng)液壓缸尺寸的確定 24 25 手臂和機(jī)身結(jié)構(gòu)形式的確定 25 手臂驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 27 31 31 調(diào)壓回路 31 緩沖回路 32 調(diào)速回路 32 換向回路 33 鎖緊回路 33 保壓回路 33 第 5 章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34 參考文獻(xiàn) 35 致謝 36 附錄 1：科技論文翻譯 37 附錄 2：實(shí)習(xí)報(bào)告 49 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 充值就可以下載原稿，疑問咨詢 14951605 或 1304139763 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 1章 第 2章 概述 機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡、和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取，搬運(yùn)或操作動(dòng)作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。在工業(yè)中應(yīng)用的機(jī)械手稱為“工業(yè)機(jī)械手”。 工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行系統(tǒng)又可分為抓取，送放和機(jī)身三部分，如圖 示 1 2 3 圖 行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)是直接握持物件實(shí)現(xiàn)所需的各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部分，它包括以下機(jī)構(gòu) （ 1）抓取機(jī)構(gòu) 抓取機(jī)構(gòu)又稱手部或手爪，是機(jī)械手直接與被抓取物件接觸并施加約束和加緊力的部分。 （ 2）送放機(jī)構(gòu) 送放機(jī)構(gòu)是執(zhí)行系統(tǒng)中將被抓取物件送放到目的地的機(jī)械部分。它主要由手臂、手腕、行走裝置等部分組成。 手臂是用來支撐腕部和手部并改變被送放物件的空間位置的。它是機(jī)械手的主要運(yùn)動(dòng)部件。 手腕主要是用來調(diào)整和改變被送放物件的方位，并連接手臂 和手指。 行走裝置的主要作用是擴(kuò)大機(jī)械手的送放范圍，以適應(yīng)遠(yuǎn)距離操作的需要。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （ 3）機(jī)身 機(jī)身是機(jī)械手中用來支撐送放機(jī)構(gòu)的部件，也是安裝驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)部件。 動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是為執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動(dòng)力的裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等多種形式。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由油泵，油缸，油壓閥機(jī)管路組成。 制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的功用是通過對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測(cè)其工作位置正確與否。它主要包括程序控制和位置檢測(cè)等部分 . 程 序控制裝置指揮機(jī)械手按規(guī)定的程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng) ,并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動(dòng)作順序 ,運(yùn)動(dòng)軌跡 ,運(yùn)動(dòng)速度 ,運(yùn)動(dòng)時(shí)間等 ),同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出指令 ,必要時(shí)它還可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視 ,當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí) ,即發(fā)出報(bào)警信號(hào) . 信息檢測(cè)裝置主要用來控制機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)位置 ,并隨時(shí)竟執(zhí)行系統(tǒng)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng) ,并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較 ,然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整 ,從而使執(zhí)行系統(tǒng)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置 . 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 2 章 方案設(shè)計(jì)及主要參數(shù)的確定 案設(shè)計(jì) 根據(jù)課題要求，機(jī)械手需要具備上料、翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等多種功能，并按該自動(dòng)線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動(dòng)作，因此可采用以下多種設(shè)計(jì)方案。 （ 1）直角坐標(biāo)系式，自動(dòng)線成直線布置，機(jī)械手空中行走，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自由度少，易于配線，但需要架空行走，油液站不能固定，這使設(shè)計(jì)復(fù)雜程度增加，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量增大。 （ 2）機(jī)身采用立柱式，機(jī)械手側(cè)面行走，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能，自動(dòng)線仍呈直線布置。這種方案可以集中設(shè)計(jì)液壓站，易于實(shí)現(xiàn)電氣、油路定點(diǎn)連接，但占地面積大，手臂懸伸量 較大。 （ 3）機(jī)身采用機(jī)座式，自動(dòng)線圍繞機(jī)座布置，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種案具有電液集中、占地面積小、可從地面抓取工件等優(yōu)點(diǎn)，但配線要求較高。 本設(shè)計(jì)擬采用第三種方案，如圖（ 1）所示。這是一種球坐標(biāo)式機(jī)械手，具有立柱旋轉(zhuǎn) z、手臂伸縮 x、手臂俯仰 y、腕部轉(zhuǎn)動(dòng) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 球坐標(biāo)式機(jī)械手 要參數(shù)的確定 （ 1）抓取重量 15 2）坐標(biāo)形式和自由度 坐標(biāo)形式為球坐標(biāo)式，有五個(gè)自由度。 （ 3）工作行程 工作行程由已知條件及方案分析確定： 最 大工作半徑 1500 手臂最大中心高 1000 手臂水平中心高 700 手臂伸縮行程 450 手臂回轉(zhuǎn)范圍： =0 270； 手腕回轉(zhuǎn)范圍：翻轉(zhuǎn) =0 180； 腕部擺動(dòng)范圍：轉(zhuǎn)位 =0 90； 手臂上下擺動(dòng)角度： =0 60。 （ 4）運(yùn)動(dòng)速度 直線運(yùn)動(dòng)速度：手臂伸縮行程 l=450動(dòng)時(shí)間 t=2s，則手臂伸縮速度為：v=s； 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度：定為 60 /s。 （ 5）驅(qū)動(dòng)方式 驅(qū)動(dòng)方式采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式。由 于機(jī)械手操作時(shí)各缸不同時(shí)工作，手臂伸縮缸和手臂回轉(zhuǎn)缸所需的流量大，其余各缸所需的流量均較小，因此可選用雙聯(lián)葉片泵。在小流量時(shí)，只需高壓小流量供油，大流量低壓泵卸荷；在大流量時(shí)，兩泵同時(shí)供，這樣可以減少系統(tǒng)功率損失，防止油溫升高。 （ 6）定位精度 定位采用機(jī)械擋塊定位，定位精度為 1 （ 7）控制方式 采用行程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 第 3 章 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3 1 抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的確定 抓取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式主要決定于工件的形狀和質(zhì)量，本課題的抓取工件為 250170 140此采用 平行連桿杠桿式手部結(jié)構(gòu)較為合適。夾緊裝置為常開式，當(dāng)夾緊液壓缸通油時(shí)，推動(dòng)活塞帶動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)合攏將工件夾緊。當(dāng)夾緊液壓缸斷油時(shí)，活塞桿通過彈簧復(fù)位，手爪張開。 3 2 夾緊力（握力）的確定 當(dāng)用不同的手部機(jī)構(gòu)夾緊同一種工件時(shí)，由于各手部機(jī)構(gòu)的增力倍數(shù)不同，所需拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力也不同。當(dāng)手部機(jī)構(gòu)選定后，由于工件的方位不同（如工件水平放置或垂直放置），鉗爪的受力狀態(tài)不一樣，因而所需拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力也不一樣。下圖（ 2）為兩鉗爪式手部機(jī)構(gòu)，由于驅(qū)動(dòng)力 P 使一對(duì)平行鉗口對(duì)被夾持的工件產(chǎn)生兩個(gè)作用力 N，當(dāng)忽略工件重量時(shí)（即相 當(dāng)于夾緊一塊握力表），這兩個(gè)力大小相等，力產(chǎn)生的夾緊力。 圖 緊力 現(xiàn)引入一個(gè)稱為“當(dāng)量夾緊力”的概念，所謂當(dāng)量夾緊力，就是指把重量為 某一方位夾緊可以求得其拉緊油缸具有的最小驅(qū)動(dòng)力，這個(gè)最小驅(qū)動(dòng)力所能產(chǎn)生的夾緊力，就稱為工件在這個(gè)方位的當(dāng)量夾緊力。 當(dāng)量夾緊力的數(shù)值與具體的手部機(jī)構(gòu)方案無關(guān)。只與工件的重量 明如下： （ 1）首先求驅(qū)動(dòng)力 P 與夾緊力 N 的關(guān)系。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)活塞桿移動(dòng)一 小段距離個(gè)鉗爪都相應(yīng)產(chǎn)生一微小轉(zhuǎn)角 據(jù)虛功原理，驅(qū)動(dòng)力 夾緊力 N 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 N= （ 2）當(dāng)量夾緊力與工件重量之關(guān)系。當(dāng)鉗爪水平夾緊重為 G 的工件時(shí)，根據(jù)工件的平衡條件 F=0可得 2+G 可以看出，上下鉗爪對(duì)工件的夾緊力并不相等，且隨驅(qū)動(dòng) 力的增大而增大，但 2 的差值永遠(yuǎn)為工件之重量 G，如 ， ，驅(qū)動(dòng)力最小。這個(gè)最小驅(qū)動(dòng)力可以由下述方法求出： 1 將 ， 代入上式得 （ 由 P 所產(chǎn)生的夾緊力 N ，即當(dāng)量夾緊力。將（ 代入（ 得 2212 （ 從計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)量夾緊力 N 與具體的手部結(jié)構(gòu)方案無關(guān)。不同的手部機(jī)構(gòu)的增力倍數(shù)特性 不一樣，而當(dāng)量夾緊力與 無關(guān)，只與工件的重量和它相對(duì)于鉗爪的放置方位無關(guān)。 由課題要求可知，本機(jī)械手水平夾持懸伸工件，示意如圖 力示意圖 查表得進(jìn)行握力計(jì)算： N= 213（ 式中 N 夾持工件時(shí)所需的握力； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 G 工件的重量， G=1550N； L、 H 尺寸， L=50H=80 將上述數(shù)值代入得 N= 03 N 考慮到工件在傳送過程中還會(huì) 產(chǎn)生慣性力、振動(dòng)以及受到傳力機(jī)構(gòu)效率等的影響，故而實(shí)際握力還應(yīng)按以下計(jì)算： N 實(shí) 21 （ 式中， 手部的機(jī)械效率，一般 = 安全系數(shù)，一般取 2； 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，按下式估算： + /g，其中，為被抓取工件傳送過程中的最大加速度， 若取 = g/2計(jì)算， + /g= N 實(shí) 21 =890N 緊缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 抓取機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的握力是通過驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞而得到的。如圖 中 圖 圖 P=2 （ | 因?yàn)?h=80 + ) = + （長(zhǎng)度取正值） R|= N 實(shí) 所以 P=2實(shí)l )co s (co ss 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定 =10 ， =120 ， =50 ， 306入上式得 4 （長(zhǎng)度取正直） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 圖 緊缸受力分析簡(jiǎn)圖 圖 鉗式抓取機(jī)構(gòu)的定位誤差分析 圖 示情況為分別夾持兩種不同直徑的工件時(shí)的情況。其中， 手指長(zhǎng)度，即手指的回轉(zhuǎn)中心 A 到 V 形槽頂點(diǎn) B 之間的距離； 2 為 V 形槽的夾角； 為偏轉(zhuǎn)角，即 V 形槽的角平分線 手指 的夾角； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 件的中心 之間的距離 c o ss i i nc o 2222 2222 s i ss i ns i 或 1s in c o ss 222 此式為雙曲線方程，其曲線如圖 中曲線表示了 變化的關(guān)系，而且 0為分界線 左右對(duì)稱的。當(dāng)工件的半徑由 ， ，其值為 c o ss i nm i i nm i nc o ss i nm a i nm a 18 圖 設(shè)計(jì)手指時(shí)，只要給定手指的長(zhǎng)度 選取合適的偏轉(zhuǎn)角，即可根據(jù)工件的最大直徑 了減少定位誤差，可加大手指的長(zhǎng)度，會(huì)使結(jié)構(gòu)增大，重量增加。另外，選擇最佳的偏轉(zhuǎn)角，也可使定 位誤差最小。 當(dāng) m 2 m 位誤差最小，此時(shí) s i nc o ss i nm i i nm i ns i nc o ss i nm a i nm a xm i 式中， e 最佳偏轉(zhuǎn)角。 3 5 夾緊液壓缸主要尺寸的確定 壓缸內(nèi)徑 D 的計(jì)算 由單桿活塞式液壓缸的推力公式： 11 （ 式中， 1F 液壓缸的推力 (N)； p 系統(tǒng)的工作壓力， p= 1A 活塞的作用面積（ 1A= 24DD 活塞直徑（ 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 推導(dǎo)得出： D=（ 式中， 1F 驅(qū)動(dòng)力，即液壓缸的實(shí)際工作載荷（ N）； p 系統(tǒng)的工作壓力， p= m 機(jī)械效率，一般取 m= D 液壓缸內(nèi)徑（ 將上述數(shù)值代入得 D=按 2348 D=32 塞桿直徑 d 的計(jì)算 根據(jù)速度比的要求來計(jì)算活塞桿直徑 d 1 （ 式中 ， d 活塞桿直徑（ D 液壓缸直徑（ 速度比： 22212 2v 活塞桿的縮入速度（ mm/ 1v 活塞桿的伸出速度（ mm/ 液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比，與系統(tǒng)工作壓力的關(guān)系如下 表 作壓 力 p/ 10 20 20 速度比 2 2 由于本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)工作壓力為 選用速度比為 不同速度比時(shí)活塞桿直徑 的關(guān)系如下 表 d 2348 d=14 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 壓缸壁厚的計(jì)算 對(duì)于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算： 2 式中， 液壓缸缸筒厚度（ 試驗(yàn)壓力（ 工作壓力 p 16，作壓力 p 16，p=于本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)壓力為 D 液壓缸內(nèi)徑（ 缸材料體的許用應(yīng)力（ b 缸體材料的抗拉強(qiáng)度（ n 安全系數(shù)， n=5，一般取 n=5。 對(duì)于：鍛鋼 =100 120 鋼 =100 110 管 =100 110 鐵 =60 選用鑄鐵材料， =60 將以知數(shù)據(jù)代入上式得 因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，取 =10 壓缸外徑 l 的計(jì)算 5 2 m m=102+32= 2+D=D 0 L（ 20 30） 結(jié)構(gòu)需要確定，取 l=60 壓缸行程 S 的確定 根據(jù)課題要求以及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求按 234950 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 第 4 章 送放機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 述 （ 1）送放運(yùn)動(dòng) 改變被抓取物體的位置和方向，并將其送放到一定的目的位置上，這一運(yùn)動(dòng)過程稱為送放運(yùn)動(dòng)。送放運(yùn)動(dòng)是機(jī)械手或機(jī)器人或機(jī)器人最主要的運(yùn)動(dòng)，包括手臂、手腕和行走裝置的運(yùn)動(dòng)，但不包括機(jī)械手或機(jī)器人手爪抓取物體的動(dòng)作。因此，抓取動(dòng)作只具有抓取功能，不能改變被抓取物的位置和方向，因而不是送放運(yùn)動(dòng)。送放運(yùn)動(dòng)又可分為主運(yùn)動(dòng)和輔運(yùn) 動(dòng)兩部分，手臂的運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，手腕的運(yùn)動(dòng)和整機(jī)的行走運(yùn)動(dòng)為輔運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)決定送放運(yùn)動(dòng)的空間范圍的形狀和性質(zhì)，輔運(yùn)動(dòng)可擴(kuò)大送放運(yùn)動(dòng)或改變被送放物體在空間的方位。 （ 2）送放范圍 機(jī)械手或機(jī)器人將被抓取的物體送放到某一位置，其所能達(dá)到的空間范圍稱為機(jī)械手或機(jī)器人的送放范圍。當(dāng)送放位置為一點(diǎn)時(shí)，稱為點(diǎn)位送放；當(dāng)送放位置在一個(gè)確定的表面內(nèi)（如矩形面、扇形面、圓柱面）時(shí)，這樣的送放范圍稱為面位送放；當(dāng)送法的位置在一個(gè)確定的空間體內(nèi)（如長(zhǎng)方體、圓柱體、球體、多球體）時(shí)，這樣的送放范圍稱為體位送放。點(diǎn)位送放、面位送放、體 位送放均由主運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式、自由度及其組合來決定。 （ 3）送放圖形 送放范圍可用送放圖形（送放運(yùn)動(dòng)的軌跡或空間的形狀及大小）來描述。 點(diǎn)位送放的送放位置為確定的點(diǎn)，其主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)自由度。其運(yùn)動(dòng)形式為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，送放圖形為一直線；為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，送放圖形為一圓?。粸閺?fù)合運(yùn)動(dòng)，送放圖形為一空間曲線。 面位送放，其送放圖形為一確定的表面，由兩個(gè)參變量決定，故主運(yùn)動(dòng)需要兩個(gè)自由度。其送放圖形為三種不同的情況：兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組合，送放圖形為一矩形面；兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合時(shí)，送放圖形為一圓弧面；一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合 時(shí)，送放圖形為一扇形面（如手臂伸縮和手臂回轉(zhuǎn)組合）或圓柱面（如手臂升降和手臂回轉(zhuǎn)組合。 體位送放，其送放圖形為一個(gè)確定的空間體，故主運(yùn)動(dòng)有三個(gè)自由度。其送放圖形也有幾種不同的情況：三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組合時(shí)，送放圖形為一空間立方體；兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合時(shí)，送放圖形為一空間圓柱體；兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組合是，送放圖形為一空間組合體；三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合時(shí)，送放圖形為空間球體或多球體。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 （ 4）送放運(yùn)動(dòng)的自由度 送放運(yùn)動(dòng)具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目，即送放運(yùn)動(dòng)的自由度，亦即機(jī)械手或機(jī)器人的自由度。它等于主運(yùn)動(dòng)自由 度數(shù)和輔運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)之和。一般情況下，主運(yùn)動(dòng)有1 3個(gè)自由度：當(dāng)主運(yùn)動(dòng)有 1個(gè)自由度時(shí)，送放圖形為點(diǎn)位送放；當(dāng)主運(yùn)動(dòng)有 2個(gè)自由度時(shí)，送放圖形為面位送放；當(dāng)主運(yùn)動(dòng)有 3個(gè)自由度時(shí)，送放圖形為體位送放。如果采用多關(guān)節(jié)的送放機(jī)構(gòu)，則機(jī)械手的主運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)還可以增加，但其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，故實(shí)際應(yīng)用不多。此時(shí)，宜采用增設(shè)輔運(yùn)動(dòng)的方法來增加機(jī)械手的功能，如增加腕部的平移或整機(jī)的行走運(yùn)動(dòng)以擴(kuò)大送放范圍，或增設(shè)腕部的回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)以改變被送放物的方位。 機(jī)械手有幾個(gè)自由度就說明有幾個(gè)送放運(yùn)動(dòng)。自由度越多，送放動(dòng)作也越多，則機(jī)械手 越靈活，其送放范圍也越大，但機(jī)械手也越復(fù)雜。 本次所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的送放機(jī)構(gòu)共有 5個(gè)自由度，即主運(yùn)動(dòng)有 3個(gè)自由度（手臂的伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰）、輔助運(yùn)動(dòng)有 2個(gè)自由度（腕部的回轉(zhuǎn)、擺動(dòng)），為體位送放，全部采用液壓驅(qū)動(dòng)，分別由兩個(gè)直動(dòng)液壓和三個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理圖如下圖 示： 圖 液壓系統(tǒng)的工作原理圖 壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 R= f （ w （ 式中， R 液壓缸的工作載荷； 液壓缸軸線方向上的外作用力； 液壓缸軸線方向上的重力； 運(yùn)動(dòng)部件的摩擦力； 運(yùn)動(dòng)部件的慣性力。 非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械的液壓缸設(shè)計(jì)，按實(shí)際計(jì)算出工作壓力后，還應(yīng)符合液壓缸額定工作壓力系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（ 本設(shè)計(jì)確定的系統(tǒng)工作壓力 為 當(dāng)液壓缸工作壓力確定之后，即可計(jì)算出液壓缸的推力。對(duì)于活塞式液壓缸，液壓缸的推力為 P= （ 式中， p 系統(tǒng)的工作壓力； A 活塞的有效工作面積。 液壓缸的工作流量為 q= （ 式中， v 液壓缸或活塞桿的速度； A 液壓缸的有效工作面積。 因此，只要確定出液壓缸的直徑 D，就可求出活塞或液壓 缸的有效工作面積，從而可求得液壓缸的推力和流量?；蛘撸鶕?jù)各缸的實(shí)際工作載荷 P，先求出活塞或液壓缸的有效工作面積 A，再確定各缸的直徑 D。 （ 1）活塞缸直徑 D 的確定 無桿腔工作時(shí)： D=)()(4212221 （ 有桿腔工作時(shí)： D=)()(4211221 （ 式中， 1P 系統(tǒng)的工作壓力， 1P = 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 2P 回油腔的壓力； m 機(jī)械效率，一般取 m = R 液壓缸的工作載荷； d 活塞桿的直徑。 按上式計(jì)算后，還應(yīng)按 （ 2）活塞桿直徑 d 的確定 活塞桿直徑可按工作壓力確定，對(duì)于 常用速比的液壓缸也可根據(jù)已定的缸徑 壓缸工作壓力（ 5 5 7 7 活塞桿直徑 d （ D （ D 外，當(dāng)液壓缸速度在 6 10 m/可按活塞往返的工作速度之比來確定活塞桿直徑： d=D 1 ，其中 = 12速比 與工作壓力有如下關(guān)系： 工作壓力（ 20 速比 2 2 （ 3）液壓缸壁厚的確定 = 2 試驗(yàn)壓力； D 液壓缸直徑； 缸體材料的許用應(yīng)力 。 （ 4）液壓缸外徑 長(zhǎng)度 +2 l（ 20 30） 體長(zhǎng)度 注意缸體的制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性。 機(jī)械手的腕部設(shè)計(jì) 部結(jié)構(gòu)形式的確定 工業(yè)機(jī)器人的腕部是聯(lián)接手部與臂部的部件，起支承手部的作用，為了使手部處于空間任意方向，要求腕部能實(shí)現(xiàn)對(duì)空間三個(gè)坐標(biāo)軸 X、 Y、 具有回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動(dòng)三個(gè)自由度。腕部實(shí)際所具有的自由度數(shù)目應(yīng)根據(jù)機(jī)器人的工作性能要求來確定。在多數(shù)情況下，腕部具有 兩個(gè)自由度：回轉(zhuǎn)和俯仰或擺動(dòng)。一些專業(yè)機(jī)械手甚至沒有腕部，但有的腕部為了特殊要求還有橫向移動(dòng)自由度。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 本機(jī)械手腕部具有兩個(gè)自由度，因此采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)油缸，即回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，且回轉(zhuǎn)范圍為 0 180 ，擺動(dòng)范圍為 0 90 ?；剞D(zhuǎn)油缸和擺動(dòng)油缸的結(jié)構(gòu)圖分別如圖 腕部回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力必須克服腕部啟動(dòng)時(shí)所需的慣性力矩、 腕部回轉(zhuǎn)軸與支承處的摩擦力矩、動(dòng)片與缸壁和端蓋等處密封裝置的摩擦力矩，以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩，圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)必須克服三種力矩 摩M 、 偏M 和 慣M ，故手腕的回轉(zhuǎn)力矩 ）（慣偏摩 （ 考慮到驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失等因素，一般將 M 取大一些，可取 ）（慣偏摩 式中， M 驅(qū)動(dòng)力矩； 慣性力矩； 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量（包括工件、手部及腕部的回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片等）對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩； 腕部回轉(zhuǎn)與支承處的摩擦力矩； 以上各力矩的分析計(jì)算如下： 1）腕部加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 若手部啟動(dòng)時(shí)按等加速運(yùn)動(dòng)，角速度為 w，啟動(dòng)過程所用的時(shí)間為 t ，啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度為 ，則 ）（慣 1或 221）（慣 式中， J 腕部參與轉(zhuǎn)動(dòng)的各部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 工件對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度； t 啟動(dòng)過程所需的時(shí)間，一般為 s），這里取 啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 若工件的重心與回轉(zhuǎn)軸不重合，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2111 （ 式中， 工件對(duì)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 1G 工件的重量； 1e 工件重心到回轉(zhuǎn)軸的偏心距； g 重力加速度。 本機(jī)械手腕部參與轉(zhuǎn)動(dòng)的各部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下： 回轉(zhuǎn)軸：對(duì)其 重量進(jìn)行估算，定小直徑段為 1G ，大直徑段為 2G ，即 查表得其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2622222211 連接板：對(duì)其重量進(jìn)行估算，即 2332 查表得其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 26222221 7 液壓缸：對(duì)其重量進(jìn)行估算，即 2332 查表得其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2622 60 2 7 手爪：對(duì)其重量進(jìn)行估算，即 2332 查表得其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 2622 8 60 3 故腕部參與轉(zhuǎn)動(dòng)的各部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和為： 266 0 4101 9 8 6 . 65 8 6 . 52 0 . 11 1 . 4J 工件對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2222222 5 0121 由以上計(jì)算得腕部加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩為： 2 6 0 4 2）腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在軸頸處的摩擦力矩 1221 A 摩 式中， 腕部軸頸的直徑（參見圖 10）； f 軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承， f=于滑動(dòng)軸承， f= 軸頸處的支撐反力。 按腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解 B。根據(jù) 0 112233 即 Nl 同理，根據(jù) 0 式中， 1G 、 2G 、3G 工件、手部、腕部的重量； 1l 、 2l 、 3l 、 l 尺寸，見圖 10。 故 2摩本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 3）工件重心偏置引起的偏重力矩 M 偏 = （ 式中， 工件重量（ N）； e 偏心距。 由于本課題的工件為 250 170 140為對(duì)稱的零件，因此工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合，也就是偏心距為零，故 因此腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩為： ）（慣偏摩 又腕部回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩 p 的關(guān)系為： 2 22 （ 式中， M 回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩； P 回轉(zhuǎn)缸的工作壓力； R 缸體內(nèi)壁半徑； r 輸出軸半徑； b 動(dòng)片寬度。 上述驅(qū)動(dòng)力矩 低壓腔有一定的背壓，則 部回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸的確定 1