畢業(yè)設(shè)計(jì)論文搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）（說 明 書）題 目： 搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 姓 名： 編 號： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 年 月 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書姓名 郭海曼 專業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）開始日期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）完成日期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）題目： a編制設(shè)計(jì) b設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 系(部)主 任 年 月 日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會記錄 電力工程 系 機(jī)電一體化技術(shù) 專業(yè)，學(xué)生 郭海曼 于 年 月 日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目： 搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 專題（論文）題

2、目： 指導(dǎo)老師： 劉玉美 答辯委員會根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會討論評定，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績?yōu)?。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評語第 頁共 頁學(xué)生姓名： 郭海曼 專業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 年級 級機(jī)電班 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 評 閱 人： 指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評語： 摘要摘要本課題設(shè)計(jì)的為通用圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是

3、工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動化技術(shù)設(shè)備，對實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。通過對機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動原理設(shè)計(jì)，它能實(shí)現(xiàn)自動上料運(yùn)動，自動搬運(yùn)棒料。機(jī)械

4、手的運(yùn)動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定。關(guān)鍵詞： 搬運(yùn)機(jī)械手,手爪,手腕,手臂,液壓，plcabstractabstractthis topic design for general cylindrical coordinate manipulator. industrial machinery hand is the inevitable product of industrial production, it is a copy of the upper part of the human body functions, in accordance with a predetermine

5、d transfer request or the workpiece hold the tools to operate the equipment automation technology, to achieve industrial production automation, the promotion of industrial production of the further development plays an important role in. so they have strong vitality of the people by the extensive at

6、tention and welcome. practice has proved, the industrial robot can replace the staff of the heavy labor, significantly reduced labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and the level of automation. industrial production often appears in the bulky workpiece ha

7、ndling and frequent long-term, monotonous operation, a mechanical hand to be effective. in addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic, pollution of the environment under the conditions of operation, but also show its superiority, there

8、are broad development prospects.through the mechanical hand for structure design and the hydraulic transmission principle design, it can realize the automatic feeding, automatic handling bar. the manipulator motion speed is to meet the requirements to set the productivity.key words: manipulator, gri

9、pper, wrist, arm, hydraulic, plc目錄摘要摘要.1abstract.2第一章第一章 緒論緒論.41.1 搬運(yùn)機(jī)械手的組成.41.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.5第二章第二章 搬運(yùn)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).72.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算.72.1.1 對手部設(shè)計(jì)的要求.72.1.2 拉緊裝置原理.82.1.3 手部驅(qū)動力的計(jì)算.82.2 腕部回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算.112.2.1 腕部的結(jié)構(gòu)形式.112.2.2 手腕驅(qū)動力矩的計(jì)算.122.3 手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算.142.4 手臂升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).152.4.1 尺寸設(shè)計(jì).162.4.2 尺寸校核.172.5 手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

10、.182.5.1 計(jì)算扭矩 m1.192.5.2 機(jī)構(gòu)工作參數(shù)總結(jié)：.202.6 液壓泵的初選擇.20第三章第三章 搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì).233.1 手部抓取缸.233.2 腕部擺動液壓回路.243.3 手臂伸縮液壓缸回路.253.5 手臂回轉(zhuǎn)擺動缸回路.263.6 總體系統(tǒng)圖.26第四章第四章 搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).294.1 機(jī)械手的模擬工作過程.294.2 機(jī)械手的操作原理.314.3 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖.31參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).34致謝致謝.35第一章第一章 緒論緒論1.11.1 搬運(yùn)機(jī)械手的組成搬運(yùn)機(jī)械手的組成搬運(yùn)機(jī)械手主要由執(zhí)

11、行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成圖 1.1 搬運(yùn)機(jī)械手的動作順序和檢測元件、執(zhí)行元件的布置示意圖1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件手部：是機(jī)械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務(wù)。手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和升降運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動的。機(jī)座：是機(jī)械手

12、的基礎(chǔ)部分。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支承和聯(lián)接的作用。2.驅(qū)動系統(tǒng)：機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行運(yùn)動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機(jī)械傳動等四種形式。3.控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測其正確與否。一般常見的為電器與電子回路控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。搬運(yùn)機(jī)械手各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 1.2 所示。 圖1.2 機(jī)械手組成方框圖1.21.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)通用圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手及控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中的機(jī)械手各動作由液壓缸驅(qū)動，并有電磁閥控制，技術(shù)指標(biāo)如下：抓重：50n

13、-200n自由度（四個自由度）動作 符號 行程范圍 速度伸縮 x 400mm 小于 250mm/s升降 z 300mm 小于 70mm/s回轉(zhuǎn) 0120 小于 90/s手腕運(yùn)動參數(shù) 回轉(zhuǎn) 行程范圍 0180 速度 小于 90/s手指夾持范圍：棒料，直徑 5070mm，長度 4501200mm 定位精度：3mm。 控制方式：plc 第二章第二章 搬運(yùn)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.12.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算手部設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.12.1.1 對手部設(shè)計(jì)的要求對手部設(shè)計(jì)的要求1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞棒料的已加工表面。對于剛性

14、很差的棒料夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對于本應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。2、有足夠的開閉范圍本機(jī)械手手部的手指有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖 2.1 所示。圖 2.1 機(jī)械手開閉示例簡圖3、力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運(yùn)動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體

15、積小。4、手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度5、其它要求對于夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀為圓形棒料，因此最常采用的是外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。2.1.22.1.2 拉緊裝置原理拉緊裝置原理如圖 2.3 所示：油缸右腔停止進(jìn)油時，彈簧力向右工件，油缸右腔進(jìn)油時松開工件。當(dāng)油缸的右腔停止進(jìn)油時，彈簧收到向右的力，使與彈簧相連的手部受到向右的拉力，從而使手爪合攏。當(dāng)油腔的右腔進(jìn)油時，彈簧受到向左的壓力，使與彈簧相連的手爪向外伸出，從而放松工件。 左出油口 右進(jìn)油口圖 2.2 缸示意簡圖2.1.32.1.3 手部驅(qū)動力的計(jì)算手部驅(qū)動力的計(jì)算圖

16、2.3 手部受力分析1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿 3 作用下銷軸 2 向上的拉力為 p，并通過銷軸中心o 點(diǎn)，兩手指 1 的滑槽對銷軸的反作用力為 p1、p2，其力的方向垂直于滑槽中心線 oo1 和oo2 并指向 o 點(diǎn)，p1 和 p2 的延長線交 o1o2 于 a 及 b，由于o1oa 和o2oa 均為直角三角形，故aoc=boc=。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 fx=0,p1=p2;fy=0p=2p1cosp1=p/2cos銷軸對手指的作用力為 p1。手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大

17、小相等，方向相反，以 n 表示。由手指的力矩平衡條件，即m01(f)=0 得p1h=nb因 h=a/cos所以 p=2b(cos) n/a2式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離（毫米）。 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間的夾角。 由上式可知，當(dāng)驅(qū)動力 p 一定時， 角增大則握力 n 也隨之增加，但 角過大會導(dǎo)致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取=3040。這里取角 =30 度。 這種手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動作靈活，手指開閉角大等特點(diǎn)。查工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中表 2-1 可知，v 形手指夾緊圓棒料時，握力的計(jì)算公式 n=0.5g，綜合前面驅(qū)動

18、力的計(jì)算方法，可求出驅(qū)動力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其實(shí)際的驅(qū)動力 p 實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算，即： p 實(shí)際=pk1k2/式中 手部的機(jī)械效率，一般取 0.850.95； k1安全系數(shù)，一般取 1.22 k2工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，k2 可近似按下式估計(jì)，k2=1+a/g，其中 a 為被抓取工件運(yùn)動時的最大加速度，g 為重力加速度。本機(jī)械手的工件只做水平和垂直平移，當(dāng)它的移動速度為 500 毫米/秒，移動加速度為1000 毫米/秒 ，工件重量 g 為 98 牛頓，v 型鉗口的夾角為 120,=30時，拉緊油缸的驅(qū)2動力 p 和 p 實(shí)

19、際計(jì)算如下： 根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式n=0.5g 把已知條件代入得當(dāng)量夾緊力為n=49（n） 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力計(jì)算公式p=2b(cos)2n/a 得p=p 計(jì)算=245/27(cos30)2 49=122.5(n)p 實(shí)際=p 計(jì)算 k1k2/取 =0.85, k1=1.5, k2=1+1000/98101.1則 p 實(shí)際=122.51.51.1/0.85=238(n)2.2 腕部回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算腕部回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用

20、具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn) 0180，即90 角速度 w 小于 90/s以最大負(fù)荷計(jì)算2.2.12.2.1 腕部的結(jié)構(gòu)形式腕部的結(jié)構(gòu)形式 本搬運(yùn)機(jī)械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為115. 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進(jìn)行連接和定位，動片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也指座固連成一體。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時，驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 圖 2.4 機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)2.2.22.2.2 手腕驅(qū)動力矩的計(jì)算手腕驅(qū)動力矩的計(jì)算 驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動

21、力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩可按下式計(jì)算： m 驅(qū)=m 慣+m 偏+m 摩 （n.m） 式中 m 驅(qū)驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 m 慣慣性力矩 （n.m） m 偏參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動片）對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 （n.m） m 摩手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦力矩 （n.m） 圖 2.5 腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖 摩擦阻力矩 m 摩m 摩 =（n1d1+n2d2） （n.

22、m）2f 式中 f軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承取 f=0.02，滑動軸承取 f=0.1； n1 、n2 軸承支承反力 （n）； d1 、d2 軸承直徑（m）由設(shè)計(jì)知 d1=0.035m d2=0.054m n1=800n n2=200n g1=98n e=0.020 時m 摩 =0.1（2000.035+8000.054）/2得 m 摩 =2.50（n.m） 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩 m 偏 m 偏 =g1 e （n.m） 式中 g1工件重量（n） e偏心距（即工件重心到碗回轉(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，m 偏為零 當(dāng) e=0.020，g1=98n 時 m 偏 =1

23、.96 （nm） 腕部啟動時的慣性阻力矩 m 慣 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時，可用下式計(jì)算 m 慣 m 慣 =（j+j 工件） （nm） t 式中 手腕回轉(zhuǎn)角速度 （1/s） t手腕啟動過程中所用時間（s），（假定啟動過程中近為加速運(yùn)動） j手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（kgm ）2 j 工件工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （kgm ） 2 按已知計(jì)算得 j=2.5，j 工件 =6.25，=0.3m/ m ,t=22故 m 慣 = 1.3（nm） 當(dāng)知道啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度時，也可以用下面的公式計(jì)算 m 慣：m 慣=（j+j 工件） （nm）22 式中 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）; 手腕回轉(zhuǎn)

24、角速度 （1/s）。 考慮到驅(qū)動缸密封摩擦損失等因素，一般將 m 取大一些，可取m =1.11.2 （m 慣+m 偏+m 摩 ） （n.m）m = 1.2（2.5+1.96+1.3） =6.9 （n.m）2.3 手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運(yùn)動。臂部運(yùn)動的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運(yùn)動又較多，故受力較復(fù)雜。 機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸

25、縮速度為小于 250m/s行程 l=400mm1.手臂右腔工作壓力，公式得：p=（f+ f 摩）/s式中：f取工件重和手臂活動部件總重，估算 f=30+25=55kg， f 摩=1800n。所以代入公式得：f=2350n由課本液壓與氣壓傳動表 9-2 表得：負(fù)載小于 5kn 時，工作壓力小于 0.8mpa， 取p=0.6mpas=（f+ f 摩）/p =（5510+1800）/0.6=3917mm由 s=r得 r=35.3mm 則 d=70.6mm3.14/s由課本液壓與氣壓傳動查表 4-2 得直徑為 80mm2.手臂右腔流量，公式得：qmax=sv =25040 =1256000.65mm/

26、s =1256ml/s2.42.4 手臂升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂執(zhí)行機(jī)械手動作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手功能，通過升降機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手整體的上升與下降，聯(lián)接手爪可以實(shí)現(xiàn)貨物的上升與下降。由于手臂重量較大，因此，升降需要導(dǎo)向和支撐部件來實(shí)現(xiàn)功能。手臂的升降速度小于 70mm/s，行程為 300mm，符號為 z手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核手臂升降機(jī)構(gòu)如圖 2.6圖 2.6 手臂升降機(jī)構(gòu)工作原理：當(dāng)液壓油從下端油口輸入時，升降液壓缸將做上升運(yùn)動，液壓油從上端油口回油；當(dāng)液壓油從上端油口進(jìn)油時，液壓缸做下降運(yùn)動，液壓油從下端油口回油2.4.12.4.1 尺寸設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)氣缸長度設(shè)計(jì)為,氣缸內(nèi)徑為,半徑 r

27、=105mm,軸徑半mmb120mmd2101mmd402徑,氣缸運(yùn)行角速度=，加速度時間0.5s,壓強(qiáng),mmr20s/90tmpap4 . 0則力矩： 2)(22rrpbm ).(2552)020. 0105. 0(12. 0104 . 0226mn2.4.22.4.2 尺寸校核尺寸校核測定參與手臂轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，kgm1201質(zhì)量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量：mmr200 221rmj 210. 01202（）6 . 02.mkg tjm.慣).(1085 . 0906 . 0mn考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),2 . 0k慣摩mkm.）

28、（mn.4 . 51082 . 0總驅(qū)動力矩摩慣驅(qū)mmm）（mn.4 .1134 . 5108 設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。mm驅(qū)2.52.5 手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題手臂具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的手臂結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn) 0210 角速度 w 小于 90/s以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件裝夾在手爪上，伸縮手臂處于最大長度時，采用估算法，總重為 100kg，伸縮液壓缸伸出總長度 l=800mm。圖 2.7 手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)液壓缸的工作原理： 改回轉(zhuǎn)液壓缸為，軸不轉(zhuǎn)動，缸桶轉(zhuǎn)動。軸當(dāng)液壓油從 b 側(cè)進(jìn)入時，回轉(zhuǎn)液壓缸缸桶逆時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)液壓油從 a 側(cè)進(jìn)入時，回轉(zhuǎn)液壓缸缸

29、桶順時針轉(zhuǎn)動本課題手臂具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的手臂結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn) 0210 角速度 w 小于 90/s以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件裝夾在手爪上，伸縮手臂處于最大長度時，采用估算法，總重為 100kg，伸縮液壓缸伸出總長度 l=800mm。 2.5.12.5.1 計(jì)算扭矩計(jì)算扭矩 m1設(shè)重力集中于離手指中心 250mm 處，假設(shè)所夾的重物的重力為 f，即扭矩 m2 為：m2=fs =10000.25=250（nm）由于有油缸配件、擺動缸的摩擦力矩的存在，暫且在計(jì)算力矩的基礎(chǔ)上乘以系數(shù) =1.2則m 總= m2=2501.2=300（nm）由公式t=pb（a1-mm）1

30、06/8其中： b葉片密度，這里取 b=3cm；a1擺動缸內(nèi)徑, 這里取 a1=15cm；mm轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取 mm=6cm。所以代入公式p=8t/b（a1-mm）106 =8300/0.03（0.15-0.06）106=4.23mpa由 w=8q/（a1-mm）b所以 q=w（a1-mm）b/8 =（/4）（0.15-0.06）0.03/8=0.5610-4m/s=56ml/s 2.5.22.5.2 機(jī)構(gòu)工作參數(shù)總結(jié)：機(jī)構(gòu)工作參數(shù)總結(jié)：手部抓緊 直徑 70mm 行程 50mm 工作壓力 4.18mpa 流量 251.2ml/s 速度 50mm/s 腕部回轉(zhuǎn) 內(nèi)徑 120mm 轉(zhuǎn)軸直徑 50

31、mm 行程 0180（90） 工作壓力 2.71mpa 流量 35ml/s 速度小于 90/s小臂伸縮 內(nèi)徑 80mm 行程 400mm 工作壓力 0.6mpa 流量 1256ml/s 速度小于 250m/s手臂升降 內(nèi)徑 100mm 行程 300mm 工作壓力 0.6mpa 速度小于 70mm/s 流量 549.5ml手臂回轉(zhuǎn) 內(nèi)徑 150mm 轉(zhuǎn)軸直徑 60mm 行程 0210 工作壓力 4.23mpa 流量 56ml/s 速度小于 90/s2.6 液壓泵的初選擇液壓泵的初選擇1.根據(jù)小節(jié) 2.5.2 中計(jì)算所得參數(shù)可知所需液壓最高壓力 p=4.23mpa 所需液壓最大流量 q=1256m

32、l/s選取 cb-d 型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為 10mpa，轉(zhuǎn)速為 1800r/min，工作流量 q 在 3270ml/r 之間，即900mm/s2100mm/s，可以滿足需要。2.驗(yàn)算腕部擺動缸：t=pb（a1-mm）m106/8w=8v/（a1-mm）b式中：m機(jī)械效率?。?0.850.9v容積效率?。?0.70.95所以代入公式得：t=2.710.03（0.12-0.05）0.85106/8=102.8（nm）tm=121（nm）代入公式得：wmax=（83510-6）0.85/（0.12-0.05）0.03 =0.667rad/sw/21.57rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作

33、壓力 p=3mpa 流量 q=40ml/s3.驗(yàn)算手臂回轉(zhuǎn)擺動缸：t=pb（a1-mm）m106/8w=8v/（a1-mm）b式中：m機(jī)械效率?。?0.850.9v容積效率?。?0.70.95所以代入公式得：t=4.230.03（0.15-0.06）0.85106/8 =254.8（nm）tm 總=300（nm）代入公式得：wmax=（85610-6）0.85/（0.15-0.06）0.03=0.672rad/sw/21.57rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 p=5mpa 流量 q=60ml/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力 p=4.5mpa 流量 q=300ml/s小臂伸縮缸工作

34、壓力 p=0.6mpa 流量 q=1300ml/s手臂升降缸工作壓力 p=0.6mpa 流量 q=600ml/s4.確定電機(jī)規(guī)格：通過對液壓泵的型號的確定，液壓泵選取 cb-d 型液壓泵，額定壓力 p=10mpa，工作流量在 3270ml/r 之間。選取 1500ml/s（90l/min）為額定流量的泵因此：傳動功率 功率=壓力流量/（60效率） n=pq/ 式中：=0.8 （經(jīng)驗(yàn)值）所以代入公式得：n=1090/（600.8）=18.75kw選取 380v 交流異步電動機(jī)的額定功率 20kw，轉(zhuǎn)速為 2940r/min。第三章第三章 搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)過比較分

35、析以及工業(yè)上的應(yīng)用，驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動裝置3.13.1 手部抓取缸手部抓取缸 圖 3.1 鉗式手爪缸液壓原理圖 泵的供油壓力 p 取 10mpa，流量 q 取系統(tǒng)所需最大流量即 q=1300ml/s。因此，需裝調(diào)速閥，流量定為 300ml/s，工作壓力 p=5mpa。采用： yf-b10b 溢流閥 2frm5-20/102 調(diào)速閥 23e1-10b 二位三通閥3.23.2 腕部擺動液壓回路腕部擺動液壓回路 圖 3.2 腕部擺動液壓回路工作壓力 p=3mpa 流量 q=40ml/s 采用： 2frm5-20/102 調(diào)速閥34e1-10b 三位四通換向閥yf-b10b 溢流閥3.33.3

36、 手臂伸縮液壓缸回路手臂伸縮液壓缸回路圖 3.3 手臂伸縮液壓缸回路工作壓力 p=0.6mpa 流量 q=1300ml/s采用： yf-b10b 溢流閥2frm5-20/102 調(diào)速閥23e1-10b 三位四通閥圖 3.3 手臂伸縮液壓缸回路3.43.4 手臂升降液壓缸回路手臂升降液壓缸回路 圖 3.4 手臂升降液壓缸回路工作壓力 p=0.6mpa 流量 q=600ml/s采用： yf-b10b 溢流閥2frm5-20/102 調(diào)速閥 23e1-10b 三位四通閥3.53.5 手臂回轉(zhuǎn)擺動缸回路手臂回轉(zhuǎn)擺動缸回路圖 3.5 手臂回轉(zhuǎn)擺動缸回路工作壓力 p=4.23mpa 流量 q=56ml/s

37、 采用： 2frm5-20/102 調(diào)速閥34e1-10b 三位四通換向閥 yf-b10b 溢流閥3.63.6 總體系統(tǒng)圖總體系統(tǒng)圖圖 3.6 總體系統(tǒng)圖工作過程 小臂伸長手部抓緊腕部回轉(zhuǎn)小臂回轉(zhuǎn)小臂收縮手部放松電磁鐵動作順序如表 3.1表 3.1 電磁鐵動作順序表 元件動作ya1ya2ya3ya4ya5ya6ya7ya8小臂伸長+-+-+手部抓緊+-+-+-腕部回轉(zhuǎn)+-+-小臂收縮+-+-+-手部放松+-+-+第四章第四章 搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)本課題的要求采用 plc 控制方式，機(jī)械手的手部、腕部、臂部等的動作以及相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)

38、動作都是通過 plc 的控制來實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動作的順序，動作的位置與路徑、動作的時間。4.14.1 機(jī)械手的模擬工作過程機(jī)械手的模擬工作過程圖 4.1 機(jī)械手的工作過程由于控制點(diǎn)數(shù)比較少，因此我們選擇使用小型 plc 來控制，通過對經(jīng)濟(jì)效益的比較，我們采用三菱 plc，采用 fx2n-40mr1 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配-表 4.1 輸入和輸出點(diǎn)的分配名名 稱稱代號代號輸入輸入名名 稱稱代號代號輸入輸入名名 稱稱代號代號輸出輸出啟動sb1x000夾緊sb5x010電磁閥下降yv1y000下限行程sq1x001放松sb6x011電磁閥夾緊yv2y001上限行程sq2x002單步上升sb7x01

39、2電磁閥上升yv3y002右限行程sq3x003單步下降sb8x013電磁閥右行yv4y003左限行程sq4x004單步左移sb9x014電磁閥左行yv5y004停止sb2x005單步右移sb10x015原點(diǎn)指示ely005手動操作sb3x006回原點(diǎn)sb11x016連續(xù)操作sb4x007工件檢測sq5x0172.輸入和輸出點(diǎn)原理接線圖輸入和輸出點(diǎn)原理接線圖如圖4.2所示。 圖 4.2 原理接線圖4.2 機(jī)械手的操作原理機(jī)械手的操作原理操作原理圖如 4.3 所示。圖 4.3 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.34.3 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖回原位程序和自動操作程序。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以 r