曲軸搬運機械手設計【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 畢 業(yè) 設 計（說明書） 題 目 曲軸搬運機械手 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 學 號 指導教師 論文字數(shù) 完成日期 2010 年 5 月 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 機械設計制造及其自動化 摘要 ： 隨著科學技術的發(fā)展和自動化生產(chǎn)線在企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的廣泛應用，機械 手作為自動化生產(chǎn)線的重要組成部分也得到了長足的發(fā)展和進步。尤其是隨著機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，氣動、液壓技術的成熟，控制元件的發(fā)展和控制方式的不斷改進和創(chuàng)新，機械手的動作精確性、控制靈活性和工作可靠性得到了明顯的改善。機械手的出現(xiàn)在減輕工人勞動強度和難度、提高工作效率和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本上做出了突出貢獻，機械手的發(fā)展在企業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)收上起到了舉足輕重的作用。本課題是一個機、電結(jié)合較為緊密的實用性項目，文中對 應用、機械結(jié)構(gòu)的設計、控制方法的選擇等方面進行了必要的探討。最后，總結(jié)了全文，指出了機械手的改進措施、應 用前景和發(fā)展方向。 關鍵字： 機械手，液壓驅(qū)動， 編程控制器）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 s of of in as of of of of of as of to s as to an in of is a a in of of of I 目錄 第 1章 緒論 . 1 業(yè)機器人（ 機械手）的概述 . 1 業(yè)機器人的發(fā)展 . 1 業(yè)機器人的分類 . 1 業(yè)機械手的應用 . 2 計問題的提出 . 2 第 2章 機械手的總體設計 . 3 械 手的組成及各部分關系概述 . 3 械手的設計分析 . 3 計要求 . 3 體設計任務分析 . 3 體方案擬定 . 5 第 3章 機械手結(jié)構(gòu)的設計分析 . 6 端操作器的設計分析 . 6 端操作器的概述 . 6 端操作器結(jié)構(gòu)的設計分析 . 6 腕的設計分析 . 6 臂的設計分析 . 6 身和機座的設計分析 . 7 第 4章 機械手各部件的載荷計算 . 8 計要求 分析 . 8 指夾緊機構(gòu)的設計 . 8 指夾緊機構(gòu)載荷的計算 . 8 臂伸縮機構(gòu)載荷的計算 . 9 臂俯仰機構(gòu)載荷的計算 . 10 腕擺動機構(gòu)載荷力矩的計算 . 10 身擺動機構(gòu)載荷力矩的計算 . 12 選系統(tǒng)工作壓力 . 12 第 5章 機械手各部件結(jié)構(gòu)尺寸計算及校核 . 13 指夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的確定 . 14 腕擺動機構(gòu)的確定 . 17 身擺動機構(gòu)的確定 . 17 度校核 . 17 曲穩(wěn)定性校核 . 18 第 6章 液壓系統(tǒng)的設計 . 19 壓缸或液壓馬達所需流量的確定 . 20 壓缸或液 壓馬達主要零件的結(jié)構(gòu)材料及技術要求 . 21 體 . 21 缸蓋 . 21 塞 . 21 塞桿 . 21 壓缸的緩沖裝置 . 22 壓缸的排氣裝置 . 22 定基本方案 . 22 本回路的選擇 . 22 壓元件的選擇 . 23 壓泵的選擇 . 23 壓泵所需電機功率的確定 . 24 壓閥的選擇 . 24 壓輔助元件 的選擇原則 . 25 箱容量的確定 . 26 壓原理圖 . 27 結(jié)論 . 29 參考文獻 . 30 致謝 . 錯誤 !未定義書簽。 附錄 圖紙列表 . 32 1 第 1章 緒論 業(yè)機器人（ 機械手）的概述 業(yè)機器人的發(fā)展 1954 年，美國人 他申請的專利“ ，首次提出了“工業(yè)機器人”的概念。 1958年，被譽為“工業(yè)機器人之父”的 建了世界上第一個機器人公司 司，并參與設計了第一臺 此同時，另一家美國公司 主要用于機器之間的物料搬運。 1970 年 4 月，在伊利諾斯工學院召開了全美第一 屆工業(yè)機器人會議。 日本機器人的發(fā)展，經(jīng)過了 20 世紀 60 年代的搖籃期、 70 年代的實用化時期以及 80 年代的普及、提高期 3 個基本階段。在 1967年，日本東京機械貿(mào)易公司首次從美國 器人。 1968 年，日本川崎重工業(yè)公司與美國 司締結(jié)國際技術合作協(xié)議，引進 器人， 1970 年實現(xiàn)國產(chǎn)化。從此日本進入了開發(fā)和應用機器人技術時期。 1980 年，機器人技術在日本取得了極大的成功與普及。現(xiàn)在日本人呢擁有的工業(yè)機器人的臺數(shù)約占世界總臺數(shù)的 65%，而且其制造技術也 處于領先地位。 我國工業(yè)機器人起步于 20世紀 70 年代初期， 1972 年我國開始研制自己的工業(yè)機器人。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個階段： 70 年代的萌芽期、 80 年代的開發(fā)期和 90 年代的適用化期。現(xiàn)在，國家更重視機器人工業(yè)的發(fā)展，也有越來越多的企業(yè)和科研人員投入到機器人的開發(fā)研究中。目前，我國研制的工業(yè)機器人已經(jīng)達到了工業(yè)應用水平。我國機器人技術研究主要體現(xiàn)在以下五個方面：一是示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人；二是智能機器人；三是機器人化機械；四是以機器人為基礎的重組裝配系統(tǒng)；五是多傳感器信息融合與配置技術 7 。 業(yè)機器人的分類 表 1機器人分類表 6 分類名稱 簡要解釋 操作型機器人 能自動控制，可重復編程，多功能，有幾個自由度，可固 定或運動，用于相關自動化系統(tǒng) 程控型機器人 按預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作 示教再現(xiàn)型機器人 通過引導或其他方式，先教會機器人動作，輸入工作程序， 機器人則自動重復進行工作 數(shù)控型機器人 不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等對機器人進行示教， 機器人根據(jù)示教后的信息進行作 業(yè) 感覺控制型機器人 利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作 適應控制型機器人 機器人能適應環(huán)境變化，控制自身的行為 學習控制型機器人 機器人能“體會”工作經(jīng)驗，具有一定的學習能力，并能 將所“學”的經(jīng)濟用于工作中 智能機器人 以人工智能決定其行為的機器人 關于機器人如何分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標準，有的按負載重量分，有的按控制方 2 式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應用領域分。一般的分類方式如上表。 業(yè)機械手的應用 工業(yè)機械手是伴隨工業(yè)生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，特別是電子計算機的廣泛 應用而迅速發(fā)展起來的一門新興技術裝備。它綜合應用了機械，電子，自動控制等先進技術以及物理，生物等學科的基礎知識，以實現(xiàn)機械化與自動化的有機結(jié)合而廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)的各個部門2 。 工業(yè)機械手是工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的必然產(chǎn)物。它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件和握持工具進行操作的自動化技術裝備。這種新穎技術裝備的出現(xiàn)和應用，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā)展起著重要作用，因而具有強大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。 工業(yè)上應用的機械手，由于 使用場合和工作要求的不同，其結(jié)構(gòu)形式亦各有不同，技術復雜程度也有很大差別。但它們都有類似人的手臂，手腕和手的部分動作及功能；一般都能按預定程序，自動地，重復循環(huán)地進行工作。此外，還有些非自動化的裝備，具有與人體上肢類似的部分動作，結(jié)構(gòu)上與工業(yè)機械手是一致的，亦可歸屬于工業(yè)機械手的范疇。例如，早期就有一種由人直接用繩索牽引進行操作的隨動機械手和近期發(fā)展起來的由人工進行操作的機械手（如平衡吊），以及一些就近按扭控制和遙控的非自動的單循環(huán)的機械手等。 實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強 度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期，頻繁，單調(diào)的操作，采用機械手是有效的；此外，它還能在高溫，低溫，深水，宇宙，放射性和其他有毒，污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。 計問題的提出 在生產(chǎn)實踐中，常常需要將上料、加工、卸料等工序進行合理的安排，組成一條自動流水加工線 3 。但在流水線上加工時，需要許多工人搬運工件，有時勞動強度較大。當生產(chǎn)效率很高時，為了減少工人數(shù)量，改善工人的 勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率這就需要使自動線上工件搬運自動化。于是針對這一問題就提出了要研制一種搬運機械手來代替工人實現(xiàn)工件的搬運上線，并且能滿足定位和重復定位精度。用搬運機械手來代替工人搬運工件可以減輕工人的勞動強度，減少自動線上的工人數(shù)目，同時也提高了生產(chǎn)效率并且精度也得到了保障。而事實上，在生產(chǎn)領域真正用來加工的時間一般不大于整個生產(chǎn)時間的 10 ，大部分時間是用在了工件的搬運、裝夾等輔助工序上。從這個方面可以看出研制一種自動化搬運機械手的迫切性和重要性。 3 第 2章 機械手的總體設計 械手的組成及 各部分關系概述 機械手由三大部分（機械部分、傳感部分、控制部分）六個子系統(tǒng)（驅(qū)動系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機器人 機交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)）組成。 機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：機器人的機械結(jié)構(gòu)又主要包括末端操作器、手腕、手臂、機身（立柱）。 驅(qū)動系統(tǒng)：驅(qū)動器是把從動力源獲得的能量變換成機械能，使機器人各關節(jié)工作的裝置，常見的驅(qū)動形式有步進電機驅(qū)動、直流電機驅(qū)動、交流電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動以及近些年出現(xiàn)的一些特殊的新型驅(qū)動（例如超聲波驅(qū)動、磁致伸縮驅(qū)動、靜電驅(qū)動等）。 控制系統(tǒng)：機器人的控制方式多種多 樣，根據(jù)作業(yè)任務不同，主要可分為點位控制方式（ 連續(xù)軌跡控制方式（ 力（力矩）控制方式和智能控制方式。 械手的設計分析 計要求 某生產(chǎn)線上搬運工件原由人工完成 , 勞動強度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)線的工作效率 , 降低成本 , 使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) , 適應現(xiàn)代自動化大生產(chǎn) , 針對具體生產(chǎn)工藝 , 利用機器人技術 , 設計用一臺搬運機械手代替人工工作。 該機械手能完成如下的動作循環(huán)：手臂前伸手指夾緊抓料手臂上升手臂縮回機身回轉(zhuǎn) 180 度手腕回轉(zhuǎn) 90 度手臂下降 手臂前伸手指松開手臂縮回機身回轉(zhuǎn)復位手腕回轉(zhuǎn)復位待料。 體設計任務分析 (1) 結(jié)構(gòu)形式的設計 : 機械手常見的運動形式有 1）直角坐標型 2）圓柱坐標型 3）球坐標（極坐標）型 4） 關節(jié)型 （ 回轉(zhuǎn)坐標 ） 型 5） 平面關節(jié)型 五種 1 。 圓柱坐標型是 由 三個自由度組成的運動系統(tǒng)，工作空間為圓柱形，它與直角坐標型比較，在相同的空間條件下，機體所占體積小，而運動范圍大。 直角坐標型，其運動部分的三個相互垂直的直線組成，其工作空間為長方體，它在各個軸向的移動距離可在 坐標軸上直接讀出，直觀性強，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高，結(jié)構(gòu)簡單，但機體所占空間大，靈活性較差。 球坐標型，它由兩個轉(zhuǎn)動和一個直線組成，即一個回轉(zhuǎn)，一個俯仰和一個伸縮，其工作空間圖形唯一球體，它可以做上下俯仰動作并能夠抓取地面上的東西或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作范圍大的特點，但是結(jié)構(gòu)比較復雜。 關節(jié)型，這種機器人的手臂與人體上肢類似，其前三個自由度都是回轉(zhuǎn)關節(jié)，這種機器人一般由和大小臂組成，立柱與大臂間形成肘關節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運動和使大臂作俯仰運動，小臂作俯仰擺動，其特點是工作空間范圍大 ，動作靈活，通用性強，能抓取靠近機座的工件。 平面關節(jié)型 ， 采用兩個回轉(zhuǎn)關節(jié)和一個移動關節(jié) ， 兩個回轉(zhuǎn)關節(jié)控制前后、左右運動，而移動關節(jié)控制上下運動。這種機器人在水平方向上有柔順度，在垂直方向上有較大的剛度，它結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合中小規(guī)格零件的插接裝配。 4 綜上，本次設計中采用 回轉(zhuǎn)坐標型 。 (2) 自由度的確定：自由度 (指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目，不包括末端操作器的開合度。在運動形式上分為為直線運動 P，為旋轉(zhuǎn)運動 R。 自由度數(shù)的多少反映 了這種機械手能完成動作的復雜程度，根據(jù)對機械手必須完成的動作的研究，設計四個自由度的機械手即可完成所規(guī)定的工作任務。從機座到手腕，關節(jié)的運動方式為旋轉(zhuǎn) 直線 1 15 。 (3) 驅(qū)動方式的選擇 :1）驅(qū)動系統(tǒng)有液壓驅(qū)動 2）氣壓驅(qū)動 3）電機 驅(qū)動 4）機械聯(lián)動四種，其中液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動較為通用 5 。 液壓驅(qū)動 ：結(jié)構(gòu)緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐振動、防爆性好。而且 液壓技 術比較成熟，具有動力大、力慣量比大、快速響應高、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點。 氣壓驅(qū)動 ： 具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、 造 價 較 低 、 維修方便 、清潔 等特點，適用于中小負載的系統(tǒng)中 ，但對速度很難進行精確控制，且氣壓不可太高，所以抓舉能力較低， 難于實現(xiàn)伺服控制。 電 機 驅(qū)動 ：步進或伺服電機可用于程序復雜、運動軌跡要求嚴格的小型通用機械手； 異步電機、直流電機適用于抓重大、速度低的專用機械手；電源方便，響應快，驅(qū)動力較大，信號檢測、傳遞、處理方便，控制方式靈活， 安裝維修方便 。但 控制性能差，慣性大，不易精確定位。 機械聯(lián)動：動作可 靠，動作范圍小，結(jié)構(gòu)比較復雜，適用于自由度少、速度快的專用機械手。 并且，同其他轉(zhuǎn)動方式相比較，傳動功率相同時，液壓傳動裝置的重量輕，體積緊湊，可實現(xiàn)無級變速，調(diào)速范圍大。運動件的慣性小，能夠頻繁順序換向，傳動工作平穩(wěn)，系統(tǒng)容易實現(xiàn)緩沖吸著震，并能自動防止過載。與電氣配合，容易實現(xiàn)動作和操作自動化，與微電子技術和計算機配合，能夠?qū)崿F(xiàn)各種自動控制工作 4 。液壓元件基本已經(jīng)上系列化、通用化和標準化，利于 術的應用、提高工效，降低成本。容易達到較高的單位面積壓力，較 小的體積可獲得較大的出力（推力或轉(zhuǎn)距）。液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作較平穩(wěn)，可靠，并可實現(xiàn)較高的位置精度。液壓傳動中，力，速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制。液壓裝置采用油液做介質(zhì)，具有防銹性和自潤滑效能，可以提高機械效率，使用壽命長。 綜上，本次設計采用液壓驅(qū)動。 (4) 控制方式的選擇 :1）點位控制方式（ 2）連續(xù)軌跡控制方式（ 3）力（力矩）控制方式 4）智能控制方式 1 。 點位控制的特點是只控制工業(yè)機器人末端執(zhí)行機構(gòu)在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點上的位 姿?？刂茣r只要求工業(yè)機器人快速、準確地實現(xiàn)相鄰各點之間的運動，而對達到目標點的運動軌跡不做任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術指標是定位精度和運動所需時間。由于其控制方式易于實現(xiàn)，常應用于上下料、搬運、點焊等工業(yè)機器人。 連續(xù)軌跡控制的特點是連續(xù)的控制工業(yè)機器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴 5 格按照預定的軌跡和速度在一定的精度要求內(nèi)運動，而且速度可控，軌跡光滑且運動平穩(wěn)。這種控制方式的主要技術指標是工業(yè)機器人末端操作器位姿的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性。常用于弧焊、噴漆、去毛邊和檢測作業(yè)機器人。 力（力矩）控制方式 常用于準確定位并要求使用適度的力或力矩來完成裝配、抓放物體等工作。 智能控制方式是通過傳感器獲得周圍環(huán)境的知識，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識庫相應做出決策。采用智能控制技術的機器人具有較強的環(huán)境適應性及自學能力，技術難度及成本要求都比較高。 綜上，本次設計采用點位控制。 另外該機械手的動作是有順序要求的，控制系統(tǒng)采用 5 ，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動生產(chǎn)率。 綜合上述，此次采用電 以很好的完成自動線工作。 體方案擬定 因為本機械手工作范圍大，位置精度要求高?？紤]本機械手工作要求的特殊情況，本設計采用懸臂式四自由度的機械手，簡圖下所示： 圖 2機械手結(jié)構(gòu)簡圖 自由度具體分配如下： 1）手臂回轉(zhuǎn)自由度。擬采用擺動油缸來實現(xiàn)，擺動缸的動片與缸體相連接，通過油液帶動葉片轉(zhuǎn)動，與之相連的缸體也發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機身的回轉(zhuǎn)。其行程角度靠擋塊和限位行程開關來調(diào)整。 2）手臂俯仰自由度。機 器人的手臂俯仰運動，一般采用活塞油（氣）與連桿機構(gòu)聯(lián)用來實現(xiàn)。設計中擬采用單活塞桿液壓缸來實現(xiàn)，缸體采用尾部耳環(huán)與機身連接，而其活塞桿的伸出端則與手臂通過鉸鏈相連。其行程大小靠擋塊和限位行程開關來調(diào)整。 3）手臂伸縮自由度。由于油缸或氣缸的體積小，質(zhì)量輕，因而在機器人手臂結(jié)構(gòu)中應用較多。設計中擬采用單活塞桿液壓缸來實現(xiàn)，其伸縮行程大小靠擋塊和限位行程開關來調(diào)整。 4）手腕回轉(zhuǎn)自由度。擬采用擺動液壓缸來實現(xiàn)。當注入壓力油時，油壓推動動片連同轉(zhuǎn)軸一起回轉(zhuǎn)。因為動片是固定在轉(zhuǎn)軸上的，故動片轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)軸也隨著其一起 轉(zhuǎn)。而末端操作器與轉(zhuǎn)軸是固定在一起的，故轉(zhuǎn)軸一轉(zhuǎn)手部便一起轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)手腕的回轉(zhuǎn)運動。其行程角度靠擋塊和限位行程開關來調(diào)整。 6 第 3章 機械手結(jié)構(gòu)的設計分析 端操作器的設計分析 端操作器的概述 工業(yè)機器人的末端操作器是機器人直接用于抓取、握緊、吸附專用工具等進行操作的部件，根據(jù)被操作工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面形態(tài)各有不同，其形式也多種多樣，大部分末端操作器的結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件專門加工的，常用的有四類： 1）夾鉗式取料手2）吸附式取料手 3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器 4）仿生多指靈巧手 1 。 夾鉗式取料手是工業(yè)機器人最常用的一種末端操作器形式，在流水線上應用廣泛。它一般由手指、驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、連接與支承元件組成，工作機理類似于常用的手鉗。 吸附式取料手靠吸附力取料，根據(jù)吸附力的不同分為氣吸附和磁吸附兩種。吸附式取料手應用于大平面（單面接觸無法抓?。?、易碎（玻璃、磁盤）、微?。ú灰鬃ト。┑奈矬w。 因為專用操作器及轉(zhuǎn)換器和仿生多指靈巧手的 技術難度及成本要求都比較高，故 在此不多做介紹。 端操作器結(jié)構(gòu)的設計分析 根據(jù)發(fā)動機曲軸結(jié)構(gòu)特點， 本次設計的機械手的末端操作器宜采用夾鉗式取料手。 夾鉗式取料手的手指的結(jié)構(gòu)形式通常取決于被夾持工件的形狀和特性。其中 有夾持平穩(wěn)可靠，夾持誤差小等特點。 腕的設計分析 機器人手腕是連接末端操作器和手臂的部件，它的作用是調(diào)節(jié)或改變工件方位，因而它具有獨立的自由度，以使機器人末端操作器適應復雜的動作要求。此處手腕需實現(xiàn)手部的翻轉(zhuǎn)（ 作 ,腕部結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在手部相對于臂部的旋轉(zhuǎn)運動上。 臂的設計分析 手臂是機器人執(zhí)行機構(gòu)中重要的部件，它的作用是將被抓取 的工件運動到給定的位置上。手臂的結(jié)構(gòu)要緊湊小巧，才能使手臂運動輕快、靈活。 手臂一般有伸縮運動、左右回轉(zhuǎn)運動、升降（或俯仰）運動三個自由度。在一般情況，手臂的伸縮和回轉(zhuǎn)、俯仰均要求勻速運動，但在手臂的起動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求起動時間的加速度和終止前速度不能太大，否則引起沖擊和振動。伸縮運動一般采用直線液壓缸驅(qū)動，俯仰運動大多采用伸縮單作用（單活塞桿）驅(qū)動，而回轉(zhuǎn)運動則大多用回轉(zhuǎn)缸或齒條缸來實現(xiàn) 1 。 本設計采用單作用（單活塞桿）缸來實現(xiàn)手臂的 伸縮。為了增加手臂的剛性，防止手臂在伸縮運動時繞軸線轉(zhuǎn)動或產(chǎn)生變形，手臂的伸縮機構(gòu)需設置導向裝置，或設計方形、花鍵等形式的臂桿。根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素，為了使抓取時不產(chǎn)生偏重力矩使抓取可靠，本設計中采用四根導向柱的臂伸縮結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點是行程長，抓重大，而工件不規(guī)則時還可以防止產(chǎn)生過大的偏重力矩。簡圖如下： 7 圖 3四導向桿式手臂機構(gòu)簡圖 從圖中可以比較清楚地看到手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)及導向桿的安放方式以及手臂與其他部件的連接點。 手臂俯 仰運動采用單作用（單活塞桿）缸來驅(qū)動。直線油缸的缸底與機身通過鉸鏈相連，而油缸活塞桿的伸出端則與臂部鉸接，這樣當壓力油進個油缸時就驅(qū)動活塞桿往復運動，通過活塞桿的運動就使與其相連的手臂形成了俯仰的運動。由于俯仰油缸是采用底部耳環(huán)擺動式直線缸，所以在活塞桿往復運動的同時，缸體可在平面內(nèi)擺動。 采用擺動馬達來實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。擺動馬達布置在機身上部，手臂部件用銷軸與回轉(zhuǎn)缸體上的耳叉連接，作為手臂俯仰運動的支點?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸和機身固定連接，擺動缸的動片與缸體相連，當擺動缸進壓力油時，通過葉片的帶動，缸體隨之轉(zhuǎn)動，從 而實現(xiàn)機身的回轉(zhuǎn)。 對于懸臂式的機械手，還要考慮零件在手臂上的布置，就是要計算手臂移動零件時的重量對回轉(zhuǎn)、升降、支承中心的偏重力矩。偏重力矩對手臂運動很不利。偏重力矩過大，會引起手臂的振動，在升降時還會發(fā)生一種沉頭現(xiàn)象，也會影響運動的靈活性，嚴重時手臂與立柱會卡死。所以在設計手臂時要盡量使手臂重心通過回轉(zhuǎn)中心，或離回轉(zhuǎn)中心要盡量地近，以減少偏重力矩 15 。為減少轉(zhuǎn)動慣量： 1）可減少手臂運動件的輪廓尺寸 2）減少回轉(zhuǎn)半徑 ，在安排 機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸） ，盡可能在較小的前伸位置進行回轉(zhuǎn)動作 3）在驅(qū)動系統(tǒng)中設有緩沖裝置。 身和機座的設計分析 機身 ，又稱為立柱，是支撐手臂的部件，并能輔助實現(xiàn)手臂的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰運動。它 是機器人的基礎部分，起支承作用。對固定機器人，直接連接在地面基礎上，對移動式機器人，則安裝在移動機構(gòu)上。 機器人機座可分為固定式和行走式兩種，一般工業(yè)機器人的機座為固定式。 1 固定式機器人的機身直接連接在地面基礎上，也可以固定在機身上。 此處要求機械手的工作范圍比較小，故設計為固定式機器人， 機身與機座用螺柱連接，機座用螺栓固定在地面基礎上。 機身設計要求： 1）剛度和強度大，穩(wěn)定性好 2）運動靈活，導套不宜過短，避免卡死 3）驅(qū)動方式適宜，結(jié)構(gòu)布置合理。 8 第 4章 機械手各部件的載荷計算 計要求分析 本課題設計的曲軸搬運機械手采用關節(jié)型坐標系、全液壓驅(qū)動，具有手臂伸縮、俯仰、回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)四個自由度，以及手指的抓取動作。執(zhí)行機構(gòu)相應由手部抓取機構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機構(gòu)、手臂伸縮機構(gòu)、手臂俯仰機構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)和各定位裝置等組成，每一部分均由液壓缸驅(qū)動與控制。 它完成的動作循環(huán)為： 手臂前伸手指夾緊 抓料手臂上升手臂縮回機身回轉(zhuǎn) 180度手腕回轉(zhuǎn) 90 度手臂下降手臂前伸手指松開手臂縮回機身回轉(zhuǎn)復位手腕回轉(zhuǎn)復位待料。 指夾緊機構(gòu)的設計 設計中采用四指 V 形結(jié)構(gòu)，指面光滑，避免工件被夾持部位的表面受損。手指的驅(qū)動采用彈簧復位（單活塞桿）單作用液壓缸，傳動機構(gòu)采用斜楔杠桿式復合回轉(zhuǎn)傳動，并在杠桿上裝有張緊彈簧，以保證手指夾緊驅(qū)動液壓缸的復位 1 。手指厚度根據(jù)需要夾持的工件設定， V 形指合攏后的的尺寸為工件被夾持部位直徑的外接正六邊形，保證了機 械手工作時的可靠性。 指夾緊機構(gòu)載荷的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設計手部結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)。夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的載荷以及工件運動狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài) 5 。 手指對工件的夾緊力 21（ 4 式中： 1K 安全系數(shù)，通常取 2K 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？晒浪悖?2K = （ 4 其中： g 重力加速度； a 運載工件時重力方向 的最大上升加速度，可計算： 響 （ 4 運載工件時重力方向的最大上升速度， 。 9 響t 系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般取 3K 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定。3K G 被抓取工件所受重力（ N ）。 計算可得： 21 手指夾緊由單作用液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)，則手指夾緊缸的載荷為： 夾緊F 160N 臂伸縮機構(gòu)載荷的計算 手臂伸縮采用雙作用液壓缸實現(xiàn)，臂部作水平伸縮運動時，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等，還在克服啟動過程中的慣性力 13 。其驅(qū)動力