沖壓機械手---手臂部分設(shè)計【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 沖壓機械手 手臂部分設(shè)計 摘要 本文所設(shè)計的沖壓機械手用于搬運工件，為了增加本機械手的通用性，在結(jié)構(gòu)盡可能緊湊的情況下，最大限度地使工業(yè)機械手具有較大的抓取范圍。 本文主要介紹了沖壓機械手的概念、組成和分類，機械手的自由度和坐標(biāo)形式、運動及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。對沖壓機械手進行總體方案設(shè)計，首先確定了機械手的坐標(biāo)形式為圓柱坐標(biāo)型，自由度數(shù)為 5，接著確定了機械手的驅(qū)動裝置為液壓缸，然后確定了機械手的主要技術(shù)參數(shù)。同時，設(shè)計了機械手的手部結(jié)構(gòu)形式為滑槽杠桿式鉗爪、手腕的結(jié)構(gòu)形式為采用電機帶動腕回轉(zhuǎn)、臂部結(jié)構(gòu)形 式采用雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向，機身結(jié)構(gòu)形式為升降缸置于回轉(zhuǎn)缸之上的結(jié)構(gòu)形式，計算出了夾緊工件所需的驅(qū)動力、手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩、手臂伸縮所需的驅(qū)動力、手臂俯仰所需的驅(qū)動力、手臂升降所需的驅(qū)動力和手臂回轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動力矩。繼而設(shè)計了沖壓機械手的各個部分液壓缸的尺寸和結(jié)構(gòu)及各個部分之間連接與支承部件的結(jié)構(gòu)與尺寸。 關(guān)鍵詞 液壓驅(qū)動；沖壓機械手；液壓缸 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 目錄 摘要 . I 第 1 章 緒論 . 1 械手的含義 . 1 械手的產(chǎn)生、應(yīng)用與發(fā)展 . 1 械手的產(chǎn)生（簡史） . 1 用簡況 . 2 展趨勢 . 2 壓機械手的組成與運動 . 3 壓機械手的組成 . 3 壓機械手的運動 . 5 第 2 章 沖壓機械手的手部設(shè)計 . 10 述 . 10 部機構(gòu)形式 . 10 爪 . 10 動裝置 . 10 動裝置 . 10 爪式手部機構(gòu)的選用要點 . 11 槽杠桿式鉗爪的夾緊力分析與 計算 . 11 槽杠桿式鉗爪手部機構(gòu)的驅(qū)動力計算 . 13 部夾緊液壓缸的設(shè)計與計算 . 13 章小結(jié) . 14 第 3 章 沖壓機械手的腕部設(shè)計 . 15 述 . 15 部回轉(zhuǎn)力矩的計算 . 15 擦阻力矩摩M. 15 件重心偏置引起的偏置力矩偏M. 15 部啟動時的慣性阻力矩慣M. 16 章小結(jié) . 錯誤 !未定義書簽。 第 4 章 工業(yè)機械手臂部的設(shè)計 . 18 述 . 18 壓機械手臂部的結(jié)構(gòu)形式 . 18 壓機械手臂部伸縮運動的結(jié)構(gòu) . 19 壓機械手臂部俯仰運動的結(jié)構(gòu) . 19 壓機械手臂部回轉(zhuǎn)及升降的結(jié)構(gòu) . 20 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 導(dǎo)向裝置 . 20 壓機械手臂部運動驅(qū)動液壓缸的設(shè)計與計算 . 21 臂水平伸縮運動驅(qū)動液壓缸的計算 . 21 臂垂直升降運動驅(qū)動液壓缸的設(shè)計與計算 . 22 壓機械手的液壓緩沖裝置 . 23 章小結(jié) . 24 結(jié)論 . 25 致謝 . 26 參考文獻 . 錯誤 !未定義書簽。 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文 V 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 第 1章 緒論 械手的含義 “ 機械手 ” （ 也被稱為 “ 自動手 ” ( 多數(shù)是指附屬于主機 、 程序固定的自動抓取、操作裝置（國內(nèi)一般稱作機械手或者專用機械手）。它 能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓 取、搬運物件或操作工具。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。 械手的產(chǎn)生、應(yīng)用與發(fā)展 械手的產(chǎn)生（簡史） 早在 20 世紀(jì)初，隨著機床、汽車等制造業(yè)的發(fā)展就出現(xiàn)了機械手。 1913 年美國福特汽車工業(yè)公司安裝了第一條零件加工自動線，為了解決自動線、自動機的上下料與工件的傳送，采用了專用 機械手代替人工上下料與傳送工件?？梢妼Ｓ脵C械手就是作為自動機、自動線的附屬裝置出現(xiàn)的。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，至 1977 年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進口。 日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自 1969 年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。 我國雖然開始研究工業(yè)機械手僅比日本晚 5 6 年，但由于種種原因，工業(yè)機械手計時的發(fā)展比較慢。目前我國已開始有計劃地從國外引進工業(yè)機器人（工業(yè)機械手）技術(shù)，通過引進、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機械手技術(shù)必將獲得迅速發(fā)展。 目前，工業(yè)機械手大部分還屬于 第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。 第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)（ 柔性制哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 2 造單元（ 的重要一環(huán)。 用簡況 機械手的應(yīng)用意義可以概括如下： 應(yīng)用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而 可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 有資料統(tǒng)計：美國偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機械加工。隨著機械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對象還會有所改變。 機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱 、累等勞動條件。 國內(nèi)機械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機、專機上采用機械手上下料，減輕工人的勞動強度。 國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。 采用機械手進行裝配更始目前研究的重點，國外已研究采用攝像機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。 展趨勢 目前機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕 勞動強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，有便于更換工件，擴大應(yīng)用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的哈爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文 3 作用。 此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反 饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。 視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。 觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏 感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。 更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 壓機械手的組成與運動 壓機械手的組成 工業(yè)機械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成關(guān)系如圖 1 圖 1壓機械手的組成 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 4 執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機械手完成握取工件（或者工具）實現(xiàn)所需的各種運動的機械部件，包括以下幾個部分： （ 1）手部：是工業(yè)機械手直接與工件（或者工具 ） 的部件。有些工業(yè)機械手直接將工具（如焊槍、噴槍、容器）裝在手部位置，而不再設(shè)置手部。 （ 2）腕部：是工業(yè)機械手中聯(lián)接手部與臂部、主要用來確定手部工作位置并擴大臂部動作范圍的部件。有些專用機械手沒有手腕部件，而是直接將手部安裝在臂部的端部。 （ 3）臂部：是工業(yè)機械手用來支承腕部和手部實現(xiàn)較大運動范圍的部件 。 （ 4）機身：是工業(yè)機械手用來支承手臂部件，并安裝驅(qū)動裝置及其他裝置的部件。專用機械手一般將臂部裝在主機上，成為主機的附屬裝置。 驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力的裝置。采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式有四種 :液壓式、氣壓式、電氣式和機械式。 （ 1）液壓式：液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大、 運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 （ 2）氣壓式：氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用 4大氣壓，個別的達到 8大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，速度不易控制、響應(yīng)慢、動作不平穩(wěn)、有沖擊，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機時產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機構(gòu)或緩沖機構(gòu)。 （ 3）電氣式：其驅(qū)動系統(tǒng)一般是由電機驅(qū)動 ?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動機作為動力，用大減速比減速器來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構(gòu)；有的采用直線電動機。優(yōu)點是電源方便，信號傳遞運算容易、響應(yīng)快、驅(qū)動力較大，適用于中小型工業(yè)機械手。但是必哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 5 須要使用減速機構(gòu)（如齒輪減速器、諧波齒輪減速器等），所需要的電機有步進電機、 服電機和 （ 4）機械式：其驅(qū)動系統(tǒng)由電機、齒輪、齒輪齒條、連桿等機械裝置組成，傳動可靠，適用于專一簡單的機械手。這種方式結(jié)構(gòu)比較龐大。 本設(shè)計的手部夾緊、手臂伸縮、手臂升降、手臂俯仰、手臂回轉(zhuǎn)均采用液壓式，腕 部回轉(zhuǎn)考慮到回轉(zhuǎn)精度的原因，采用電氣式。 控制系統(tǒng)是工業(yè)機械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作，并檢測其正確與否。一般常見的為電氣與電子回路控制，計算機控制系統(tǒng)也不斷增多。就其控制方式，可分為分散控制與集中控制兩種類型。若以控制的運動軌跡來分，原則上分為兩種： （ 1）點位控制：主要控制空間兩點或者有限多個點的空間位置，而對其運動路徑?jīng)]有要求。專用機械手絕大多數(shù)均采用這種點位控制方式。 （ 2）連續(xù)軌跡控制：是用連續(xù)的信息對運動軌跡的任意位置進行控制，其運動軌跡是連續(xù)的 。對運動軌跡有要求的工業(yè)機械手需要連續(xù)軌跡控制，如電弧焊、切割等。 壓機械手的運動 沖壓機械手的運動，擬分為沖壓機械手的自由度、運動范圍和各種運動形式來敘述。 沖壓機械手的手部所握持的工件（或工具）在空間的位置，是由臂部、腕部以及整機等各自獨立運動的合成來確定。確定手部中心位置與手部方位的獨立變化參數(shù)，就是工業(yè)機械手的自由度（有時被稱為運動軸、運動度等）。它是沖壓機械手的重要參數(shù)之一。 沖壓機械手的每一個自由度，都要相應(yīng)地配一個原動件（如伺服馬達、油缸、氣缸、步進馬達等驅(qū)動裝置） ，當(dāng)各原動件按一定的規(guī)律運動時，機械手各運動件就隨之確定的運動，自由度數(shù)與原動件數(shù)必須相等，只有這樣才能使工業(yè)機械手具有確定的運動。對于機械手來說，如果自由度越多，就能更接近人手的多種機能，通用性就更好，但自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，從而不容易滿足對整體結(jié)構(gòu)在重量輕、體積小和高效率等方面的要求。這是沖壓機械手設(shè)計中的矛盾。目前一般沖壓機械哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 6 手的自由度（除手部夾緊動作外）大多不超過五個。沖壓機械手常見的各種自由度包括：臂伸縮、臂回轉(zhuǎn)、臂俯仰、臂升降、腕部回轉(zhuǎn)、腕部俯仰、腕部直移、腕部擺動等。如圖 1 圖 1沖壓機械手的運動示意圖 沖壓機械手的運動范圍，是指機械手在平面或空間的運動軌跡圖形的形狀及其大小，是機械手的技術(shù)參數(shù)之一。機械手所具有的自由度數(shù)目及其組合不同，其運動軌跡圖形也不同。而每個自由度的運動變化量（即直線運動的距離和回轉(zhuǎn)運動的回轉(zhuǎn)角度）的大小都決定著運動軌跡圖形的大小。一般情況下，臂部的自由度主要是用來確定手部以及工件哈爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文 7 （或工具）在空間的運動范圍和位置的。因此，臂部運動也稱為機械手的主運動，而腕部的自由度則主要用來調(diào)整手部以及工件（或工具）在空間的方位。 表 1列為臂部幾種自由度的不同組合及其運動范圍的圖形。臂部具有一個自由度時的運動軌跡為宜直線或圓弧；具有兩個自由度時，其運動軌跡為一平面或圓柱面；具有三個自由度時，其運動軌跡則從面擴大到空間成為立方體或回轉(zhuǎn)體（包括圓柱體和球體等） 表 1 表 1部自由度的組合及其運動范圍 組合運動 自由度數(shù) 直線運動 （ T） 回轉(zhuǎn)運動 （ R） 直線運動與回轉(zhuǎn)運動（ T+R） 1 一直線運動構(gòu)成一個直線軌跡 一回轉(zhuǎn)運動構(gòu)成一圓弧軌跡 2 二直線運動構(gòu)成一個矩形平面 二回轉(zhuǎn)運動構(gòu)成一個球面軌跡 一個直線運動與一個回轉(zhuǎn)運動組合：當(dāng)直線運動方向與回轉(zhuǎn)中心線垂直時構(gòu)成扇面形當(dāng)直線運動方向與回轉(zhuǎn)中心線想平行時構(gòu)成一個圓柱面 3 三個直線運動構(gòu)成一個立方體 二直線運動，一個回轉(zhuǎn)運動構(gòu)成圓柱體二個回轉(zhuǎn)運動，一個直線運動構(gòu)成球體 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 8 表 1部運動組合的一般狀況 3T 4% 4% 2T 3% 60% 3% 1T 2% 20% 0T 3% 0R 1R 2R 3R 如前所示，由 于臂部自由度的不同組合，其運動范圍的圖形也不同，可以將其歸納為以下五種形式： （ 1）圓柱坐標(biāo)型。這種運動形式的機械手的臂部都具有回轉(zhuǎn)、伸縮與升降三個自由度，其與電腦范圍的圖形為一個圓柱體。它具有占地面積小而活動范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，緊湊，并能達到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，運動直觀性強。 （ 2）極坐標(biāo)型。該運動形式工業(yè)機械手的臂部有一個直線運動與兩個回轉(zhuǎn)運動組成，即有一個伸縮，一個俯仰與一個回轉(zhuǎn)運動組成。其運動范圍的圖形為一個球體。它具有動作靈活、占地面積小而工作時的運動范圍大燈特點。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、定位精度較低 、運動直觀性差。 （ 3）直角坐標(biāo)型。直角坐標(biāo)型的工業(yè)機械手的臂部由三個直線運動組成，即由沿 x,y,z 軸三個方向的運動組成。運動范圍的圖形為立方體。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高、運動直觀性強，但占地面積打而工作范圍小，慣性大靈活性差。 （ 4）多關(guān)節(jié)型。這種運動形式的工業(yè)機械手的臂部類似人的手臂可作幾個方向的轉(zhuǎn)動，它由立柱和大、小兩臂組成，大小兩臂之間的聯(lián)接為肘關(guān)節(jié)，大臂與立柱之間的聯(lián)接為肩關(guān)節(jié)，客使大臂作回轉(zhuǎn)運動、小臂俯仰和大臂活動。其特點是工作范圍大、動作靈活、通用性強、能抓取靠近機座的物體，但是，其運動直 觀性差，手部中心位置是由多個回轉(zhuǎn)角確定的， 要達到較高的定位精度很困難。 （ 5） 種形式的機械手實為水平多關(guān)節(jié)型機械手，多用哈爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文 9 于裝配，故也被稱為裝配機械手。動作靈活、速度快、定位精度高。表1 表 1種運動形式特點對比 形式 運動組合 工作范圍 所占空間 運動慣性 國外應(yīng)用狀況 國內(nèi)應(yīng)用狀況 直觀性 其它 圓柱坐標(biāo)型 2T 1R 較大 較小 較大 最多 多 較強 極坐標(biāo)型 1T 2R 大 較小 較小 多 較少 差 能抓取地面物品 直角坐標(biāo)型 3T 小 大 較大 少 較多 強 多關(guān)節(jié)型 最大 較小 較小 較多 最少 最差 能繞過障礙選取途徑 大 小 較小 多 少 較差 用于裝配 綜上所述，最后基本確定本設(shè)計沖壓機械手的運動形式為圓柱坐標(biāo)型，自由度數(shù)為 5，包括腕部回轉(zhuǎn)、臂伸縮、臂升降、臂回轉(zhuǎn)、臂俯仰。其中，臂俯仰機構(gòu)采用在伸縮臂的后方加裝一直線油缸，起平衡作用，減少工件帶來的偏移，而且使臂部可以俯仰，從而增大整個沖壓機械手的運動范圍。 章小結(jié) 本章通過對機械手的發(fā)展歷程的介紹，闡述了機械手在國內(nèi)國外的應(yīng)用前景及應(yīng)用的廣泛性 ，能夠替代人工完成復(fù)雜和危險的工作。同時根據(jù)液壓機械設(shè)計，進一步確定了沖壓機械手的運動形式及其基本數(shù)據(jù)的確定。 哈爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文 10 第 2章 沖壓機械手的手部設(shè)計 述 手部機構(gòu)是工業(yè)機械手最重要的執(zhí)行機構(gòu)，它是沖壓機械手直接與工件、工具等接觸的部件，能執(zhí)行人手的部分功能。由于被握持工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)的不同，其手部機構(gòu)是多種多樣的。大部分的手部機構(gòu)都是根據(jù)特定的工件要求而專門設(shè)計的。 部機構(gòu)形式 各種手部的工作原理不同，故其結(jié)構(gòu)形態(tài)各異。鉗爪式手部機構(gòu)是最常見的形式之一，按其抓取工件的方式有兩種：外卡式和內(nèi) 撐式。從其機械結(jié)構(gòu)特征、外觀與功用來看，有多種形式，且叫法不一，常用的手部機構(gòu)有如下幾種： 一般鉗爪式手部機構(gòu)由以下幾部分組成： 爪 它是直接與工件接觸的構(gòu)件。手部松開和夾緊工件，就是通過手指的張開與閉合來實現(xiàn)的。一般情況下，機械手的手部只有兩個手指，少數(shù)是三個或多指。 動裝置 它是向手指傳遞運動和動力、以實現(xiàn)夾緊和張開的機 構(gòu)。 動裝置 它是向傳遞機構(gòu)提供動力的裝置。安驅(qū)動方式不同，可有液壓、氣壓、電動和機械驅(qū)動。 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 11 此外，還有連接和支承元件，將上述有關(guān)部分連成一個整體。 爪式手部機構(gòu)的選用要點 工業(yè)機械手的手部機構(gòu)靠鉗爪夾緊工件后便把工件從一個位置移動到另一個位置，由于工件本身的重量以及移動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動等，鉗爪必須具有足夠大的夾緊力， 以保證工件在移動過程中不致產(chǎn)生松動或脫落。 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的張開角。手指的張開角應(yīng)保證工件能順利進入或脫開，而且夾持工件的中心位置變化要小（即定 位誤差?。魥A持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求，對于移動式鉗爪要有足夠大的移動范圍。 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的鉗爪形狀來定位。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動定心。 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形。 件的形狀為圓柱形，則采用帶“ V”型鉗口的手爪，工件形狀為圓球形則選用二指或三指鉗爪， 對于特殊形狀的工件應(yīng)設(shè)計與工件向適應(yīng)的鉗爪。 件被抓取部位的尺寸盡可能是不變的，若加工尺寸略有變化，那么鉗爪應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求，工件表面要求高的，對鉗爪應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如加軟墊等。 工作位置窄小時可用薄片型鉗爪 鉗爪一般專用性較強，在可能的情況下，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件的更換。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的要求，可將鉗爪制成組合式結(jié)構(gòu)，也可在設(shè)計時適當(dāng)選取其結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)以擴大其適應(yīng)范圍。 綜上所述，選用滑槽杠桿式鉗爪。 槽杠桿式鉗爪的夾緊力分析與計算 如圖 2示，拉桿 2 端部安裝著圓柱銷 3，當(dāng)拉桿 2 向上拉時，圓柱銷就在兩個鉗爪 4 的滑槽中移動，帶動鉗爪 4 繞 回轉(zhuǎn)指點回轉(zhuǎn)夾緊工件。 當(dāng)拉桿 2 向下推時，使鉗爪 4 松開工件。設(shè) P 為作用在拉桿 2 上的驅(qū)動力， 1P 為兩鉗爪的滑槽對圓柱銷的作用力， N 為鉗爪的夾緊力，鉗爪的尺寸關(guān)系如圖 2示。 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 12 圖 2滑槽杠桿式鉗爪 1 手架； 2 拉桿； 3 圓柱銷； 4 鉗爪 根據(jù)圓柱銷的平衡條件 0F 可知 12 ，則 P 按照鉗爪的平衡條件 0M 得 1 1， )c （式 式中 a 鉗爪回轉(zhuǎn)支點1O（或 2O ）到對稱中心線的距離； b 鉗爪回轉(zhuǎn)支點到鉗口中心線的距離 從式（ 知，在驅(qū)動力 增大，則夾緊力 過大會導(dǎo)致拉桿（即活塞桿）的行程過大，以及鉗爪滑槽哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 13 部分尺寸長度增大，使手部結(jié)構(gòu)加大，所以一般取 =30 40為宜。本設(shè)計選取 30。 因為鉗爪會在各個方向都抓取工件，所以，在計算當(dāng)量夾緊力時，以最大夾緊力來計算： 表得，鋼與鋼的靜摩擦力系數(shù) f=5G=5*30*10=1500（ N） 槽杠桿式鉗爪手部機構(gòu)的驅(qū)動力計算 如圖 a=225b=150 =30 又求得 N=1500(N) )30c o s 1(15 0*2 22 5 P=1500(N) 即 1500計算P(N) 21（ 式中 手部機構(gòu)的機械效率（ 1K 安全系數(shù)（ 2K 工作情況系數(shù)，主要應(yīng)考慮慣性力的影響。 12 ， 設(shè)計取 1m/ 2s 。 最后求得，實際P=2911（ N） 部夾緊液壓缸的設(shè)計與計算 由式（ ，實際P=2911（ N） 根據(jù)選取液壓缸的工作壓力，小于 5000N，所以液壓缸的工作壓力P=1筒內(nèi)徑： D=61據(jù)表 =63筒壁厚：一般液壓缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算 : 2/ 式中 : - 缸筒壁厚， - 氣缸內(nèi)徑， 爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文 14 驗壓力，取 取材料為 :45鋼 , =120入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : 2/ = 考慮到缸筒外徑上要安裝深溝球滾子軸承，且缸蓋與缸筒采用外螺紋連接，初步選取 =6缸筒外徑為 )(7526631 缸筒外徑上攻標(biāo)準(zhǔn)螺紋， 1 =（ *75/2=合要求 厚取 6 活塞桿直徑： d=D 1 （ 為速比，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取 = 1據(jù)表 6塞桿強度校核： =120* 足實際設(shè)計要求。 導(dǎo)向長度： H L/20+D/2=據(jù) 表 導(dǎo)向套長度： A=( 50塞長度： B=( 50慮到此液壓缸行程較短，所以不用外加導(dǎo)向裝置。 章小結(jié) 本章主要介紹了沖壓機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟和主要的設(shè)計過程。手部結(jié)構(gòu)在整個機械手的應(yīng)用過程中起著直接的作用，其與沖壓工件進行直接接觸，所以其強度的設(shè)計和外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計是設(shè)計過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過理論計算和參考資料合理設(shè)計其外形結(jié)構(gòu)，以達到設(shè)計的要求。 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 15 第 3章 沖壓機械手的腕部設(shè)計 述 工業(yè)機械手的腕部是連接手部和手臂的部件 ，起支承手部的作用，并調(diào)整或改變工件的空間方位。腕部實際所具有的自由度數(shù)目應(yīng)根據(jù)機械手的工作性能要求來確定。在大多數(shù)情況下，腕部具有兩個自由度：回轉(zhuǎn)和俯仰或擺動。 設(shè)計腕部時要注意下列幾點：（ 1）結(jié)構(gòu)盡量緊湊、重量盡量輕。對于自由度數(shù)較多以及驅(qū)動力要求較大的腕部，結(jié)構(gòu)設(shè)計矛盾較為突出，因為對于腕部每一個自由度就要相應(yīng)的配一個驅(qū)動件和執(zhí)行件，要使腕部在較小的空間同時容納幾套元件，困難較大。（ 2）轉(zhuǎn)動靈活，密封性要好。（ 3）要適應(yīng)工作環(huán)境的需要，對于高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作的工業(yè)機械手，其腕部與手部經(jīng)常在高溫 區(qū)域或者腐蝕介質(zhì)中停留與操作，直接受到影響，故一定要采取相應(yīng)的措施。 部回轉(zhuǎn)力矩的計算 手腕回轉(zhuǎn)時，驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性阻力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承處的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動件的中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(chǎn)生的偏置力矩。計算方法如下： 擦阻力矩摩 22112 (式中 f 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 02.0f ，對于滑動軸承 1.0f ; 21, 軸承的支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解， 21, 軸承直徑 （ m） 摩M=（ 2730*380* = 件重心偏置引起的偏置力矩偏e（ 式中， G 工件重量（ N） e 偏心距（即工件重心到回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當(dāng)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時，偏。本設(shè)計中工件外形比較規(guī)則，且工件尺寸不大，所以，可以考慮為工件中心一直與手腕回轉(zhuǎn)哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 16 中心線重合，即偏。 部啟動時的慣性阻力矩慣用下式計算： 慣M=（ J +工件J）啟t （ 式中 J 參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量； 工件J 工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量； - 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度 (弧度 /s)； 啟t 起動過程所需的時間 (s); 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)啟動過程中轉(zhuǎn)過的角度啟時，可用下式計算： 慣M=（ J +工件J）啟22 （ 式中 - 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度 (弧度 /s)； 啟 啟動過程中轉(zhuǎn)過的角度啟（ 手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算： M=慣M+摩M+偏M（ 本設(shè)計中腕部啟動時間設(shè)計為 慮到摩擦損失等因素，一般將 取 M=M+摩M+偏M）（ = ） = 考慮到步進電機的扭矩可能不夠，而且為了減小軸向尺寸，因此使步進電機與液壓缸平行安裝，中間通過一對減速齒輪來增大扭矩。 章小結(jié) 本章主要介紹了沖壓機械手的腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計，腕部的功能是通過與手部的連接，直接控制手部的旋轉(zhuǎn)與直線運動。其在使用的過程中同樣承受力矩的作用，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中同樣應(yīng)注重理論計算。腕部的剛度和強度是設(shè)計沖壓機械手的主要設(shè)計環(huán)節(jié)，本章通過理論計算的方式校核了腕部尺寸及其結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。 哈爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文 17 圖 3回轉(zhuǎn)缸 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 18 第 4章 工業(yè) 機械手臂部的設(shè)計 述 臂部是沖壓機械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并改變手部在空間的位置。工業(yè)機械手的臂部一般具有 2、 3個自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰和升降。臂部總重量較大，受力一般較為復(fù)雜，在運動時，直接承受腕部、手部和工件（或工具）的動、靜載荷，尤其高速運動時，將產(chǎn)生較大的慣性力（或慣性矩），引起沖擊，影響定位的準(zhǔn)確性。臂部運動部分零部件的重量直接影響著臂部結(jié)構(gòu)的剛度和強度。專用機械手的臂部一般直接安裝在主機上，工業(yè)機械手的臂部一般與控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)一起安裝在機身上，機身可以是固定式的，也 可以帶有行走機構(gòu)，可沿地面或?qū)к夁\動。 臂部的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)機械手的運動形式、抓取重量、動作自由度、運動精度等因素來確定。同時，設(shè)計時必須考慮到手臂的受力情況、油氣缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此設(shè)計臂部機構(gòu)時一般要注意下述要求： （ 1）剛度要大：為防止臂部在運動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀要合理。工字形截面的彎曲強度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比是新軸大。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 （ 2）導(dǎo)向性要好：為防止手臂在直移運動中，沿運動 軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計方形、花鍵等形式的臂桿。 (3) 偏重力矩要小：所謂偏重力矩就是指臂部的重量對其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為提高機械手的運動速度，要盡量減小臂部運動部分的重量，以減小偏重力矩和整個臂部對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。 （ 4）運動要平穩(wěn)，定位精度要高：由于臂部運動速度越高，重量越大，慣性力引起的定位錢的沖擊也就越大，運動既不平穩(wěn)，定位精度也不會高。故應(yīng)盡量減小臂部運動部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時要采取一定形式的緩沖措施。 壓機械手臂部的結(jié)構(gòu)形式 沖壓機械手的臂部結(jié)構(gòu)一般 包括臂部伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰、升降等運動的結(jié)構(gòu)以及與其有關(guān)的構(gòu)件，如傳動機構(gòu)、驅(qū)動裝置、導(dǎo)向定位裝置、支承連接件和位置檢測元件等。此外還有與腕部連接的有關(guān)構(gòu)件及配管、線等。 哈爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文 19 壓機械手臂部伸縮運動的結(jié)構(gòu) 伸縮運動的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種形式： 種結(jié)構(gòu)的特點是傳遞效率高，易于實現(xiàn)較大的行程和速度。 種結(jié)構(gòu)由于活塞桿、導(dǎo)向桿和檢測棒全部藏在缸體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊、外觀整潔，但增加了缸體厚度，將大幅度增加臂部結(jié)構(gòu)的重量，一般用于小型機械手。 （ 1）采用大直徑導(dǎo)向 管的臂伸縮結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)一根大直徑導(dǎo)向管作伸縮臂。 （ 2）采用燕尾型導(dǎo)軌的臂伸縮結(jié)構(gòu)：采用這種導(dǎo)軌導(dǎo)向，剛度大、工作平穩(wěn)。 （ 3）采用雙導(dǎo)向桿的臂伸縮結(jié)構(gòu)：其特點是手里均衡，可用于抓重大、行程較長的場合 （ 4）采用四根導(dǎo)向柱的臂伸縮結(jié)構(gòu)：其特點是行程長、抓重較大。工件形狀不規(guī)則時，為了防止產(chǎn)生較大的偏重力矩，采用四根導(dǎo)向柱。 本設(shè)計的手部伸縮運動的機構(gòu)采用形式，即雙導(dǎo)向桿結(jié)構(gòu)。如圖4 4手部伸縮缸 壓機械手臂部俯仰運動的結(jié)構(gòu) 沖壓機械手的臂部俯仰運動，一般采用鉸接油氣缸來實現(xiàn)。鉸接油氣缸位于油缸下方，活塞桿與手臂之間用鉸鏈連接，缸體與立柱之間用耳插銷軸等方式連接。如圖 4部的俯仰由鉸接臂部的活塞桿的運動來實現(xiàn)。 哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 20 壓機械手臂部回轉(zhuǎn)及升降的結(jié)構(gòu) 本設(shè)計采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，如圖 4示。這種齒條缸比一般回轉(zhuǎn)缸有較大的輸出扭矩和較大的回轉(zhuǎn)角（可大于 360），但結(jié)構(gòu)尺寸一般比較大，所以安裝在升降缸的下部固定在底座上。回轉(zhuǎn)運動由齒條活塞桿驅(qū)動齒輪帶動輸出軸轉(zhuǎn)動，輸出軸和升降缸缸體連接，帶動缸體轉(zhuǎn)動，再帶動手臂回轉(zhuǎn)。升降運動由升降缸活塞桿帶動手臂升降。 圖 4手臂 向 裝置 沖壓機械手的手臂伸縮及升降運動機構(gòu)上設(shè)有導(dǎo)向裝置，其目的是： 保證手臂運動方位的準(zhǔn)確性。沖壓機械手的手臂伸縮及升降運動機構(gòu)上設(shè)有導(dǎo)向裝置，其目的是： 保證手臂運動方位的準(zhǔn)確性。 部件的剛性，減少移動部件由于自重與抓取重量變化所引起的變形與位移。 承受移動部件的部分自重和抓取工件（或工具）的部分重量。增大移動 部件的剛性，減少移動部件由于自重與抓取重量變化所引起的變形與位移。 承受移動部件的部 分自重和抓取工件（或工具）的部分重量。 哈爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文 21 壓機械手臂部運動驅(qū)動液壓缸的設(shè)計與計算 計算臂部運動驅(qū)動力（包括力矩）時，把臂部所受的全部負荷考慮進去。機械手工作時，臂部所受的負荷主要是慣性力、摩擦力和重力等。 臂水平伸縮運動驅(qū)動液壓缸的計算 手臂作水平伸縮運動時，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦力及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦力等，還要克服啟動過程中的慣性力。其驅(qū)動力 qP=g （ N） （式 4 式中 各支承處的摩擦阻力 啟動過程中慣性力，其大小按下式估算： N） （式 4 式中 W 手臂伸縮部 件的總重量（ N） g 重力加速度（ 10 a 啟動過程中平均加速度（ 而 a=（ v 速度變化量。如果手臂從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度，則這個過程中速度變化量就等于手臂的工作速度。 t 啟動過程所用 時間。一般為 s）。本設(shè)計中，設(shè)計啟動時間為 作速度為 500mm/s，略計算運動部件重量為 80 最后計算得：0+800/10*（ N） =480（ N） 本設(shè)計中，此液壓缸安全系數(shù)取 由式（ ，80 （ N） P=480*76 (N) 根