輕型平動工業(yè)機械手設計

1、摘 要本文將設計一部三自由度的工業(yè)機械手，可以實現(xiàn)機械手的上下移動，平面伸縮移動以及回轉運動。用于給設備運送物料。介紹機械手的作用，機械手的組成和分類，說明了自由度和機械手整體座標的形式。分析搬運機械手的設計理論與方法。全面分析搬運機械手的手部、手臂以及機身等主要部件的結構設計，本文將分析計算機械手的手部，臂部，機身的結構，然后選擇合適的傳動方式、驅動方式，搭建機械手的結構平臺。關鍵詞：機械手，液壓傳動，液壓缸 the design of light stable motion transports manipulator abstractin this paper i will design

2、 an industrial robot with three dofs, which is used to carry material for a punch. the paper introduces the function,composing and classification of the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate. this article system elaboration industry manipulator's design theory and meth

3、od. the comprehensive exhaustive discussion has transported manipulator's hand, the wrist, the arm ，the fuselage and so on ,which the major structural design computation. then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot.key words: manipulato

4、r， hydraulic power transmission，hydraulic cylinder目 錄1緒論 1 1.1機械手的簡史 1 1.2機械手的分類 1 1.3機械手的組成 1 1.3.1執(zhí)行機構 2 1.3.2驅動機構 2 1.3.3控制系統(tǒng) 32機械手的總體設計方案 3 2.1數(shù)據(jù)參考 3 2.2機械手工作要求 3 2.3機械手坐標形式選擇 43機械手的手部設計計算 4 3.1選擇手抓的類型及夾緊裝置 4 3.2夾緊力與驅動力的計算 5 3.3手抓夾持范圍計算 8 3.4機械手手抓夾持精度的分析計算 84機械手的臂部設計計算 9 4.1臂部設計的基本要求 10 4.2手臂的典型

5、運動機構 11 4.3臂部設計計算 11 4.3.1做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力 11 4.3.2液壓缸的工作壓力和結構的確定 135機械手機身的設計計算 14 5.1機身的整體設計 14 5.2機身回轉機構的設計計算 15 5.2.1回轉驅動力矩的計算 15 5.2.2回轉油缸尺寸的初步確定 16 5.3機身升降機構的設計計算 17 5.3.1手臂偏重力矩的計算 17 5.3.2升降不自鎖的條件分析計算 18 5.4臂做升降運動液壓缸驅動力的計算 18 5.5 升降液壓缸尺寸確定 186液壓回路的設計及分析 197總結 20致謝 20參考文獻 211 緒論1.1 機械手的簡史1958年

6、美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉、俯仰、伸縮、用液壓驅動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉、升降采用液壓驅動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。1978年美國unima

7、te公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯(lián)合研制一種unimate-vicarm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國機械制造業(yè)是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。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。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制

8、造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中的重要一環(huán)。1.2 機械手的分類機械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機械手。它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務的需要編制程序，以完成各項規(guī)定的操作。它的特點是具備普通機械的性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操做的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是用專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用以解決機床上下料和工件送。這種機械手在國外稱為“mechanical hand”，它是為

9、主機服務的，由主機驅動；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是搞第一類通用機械手，國外稱為機器人。本設計所做的機械手是屬于第三類機械手。1.3 機械手的組成機械手主要由執(zhí)行機構、驅動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成及相互關系如下圖1：圖1 機械手機構組成1.3.1 執(zhí)行機構（1）手部手部安裝在手臂的前端。手臂的內孔裝有轉動軸，可把動作傳給手腕，以轉動、伸屈手腕，開閉手指。本設計所指的機械手為平面運動運送物料，不需要腕部的旋轉，僅需開閉手指。機械手手部的機構系模仿人的手指，分為無關節(jié)，固定關節(jié)和自由關節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多

10、?？梢愿鶕?jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應操作需要。本設計所做的機械手采用二指形狀。（2）手臂手臂有無關節(jié)和有關節(jié)手臂之分本設計所做的機械手的手臂采用無關節(jié)臂。手臂的作用是引導手指準確的抓住工件，并運送到所需要的位置上。為了使機械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。本設計所做的機械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉、右轉三個方向的定位均采用行程開關控制，以保證定位的精度?？偫C械手的運動離不開直線移動和轉動二種，因此，它采用的執(zhí)行機構主要是直線油缸、擺動油缸、電液脈沖馬達、伺服油馬達、直流伺服馬達和步進馬達等。軀干是安裝手臂、動力源和執(zhí)行機構的支架。1.

11、3.2 驅動機構驅動機構主要有四種：液壓驅動、氣壓驅動、電力驅動和機械驅動。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機械驅動用的較少。液壓驅動主要是通過油缸、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)回轉運動。液壓驅動的優(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)復雜成本較高。氣壓驅動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達到8-10個大氣壓。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

12、空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機時產生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機構或緩沖機構。電力驅動采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅動執(zhí)行機構；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮用步進電機、直流或交流的伺服電機、變速箱等。電力驅動的優(yōu)點是動力源簡單，維護，使用方便。驅動機構和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。機械驅動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調整。本課

13、題所做的機械手采用液壓傳動機構來實現(xiàn)手臂的上升、下降。1.3.3 控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設計采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手進行工作。2 機械手的總體設計方案2.1 數(shù)據(jù)參考負載重量：10kg重復定位精度：±1mm自由度：3（上下移動（z軸），手臂的平動（r軸），腰軸的轉動（軸）z：臂身的升降；r：臂身的伸縮；：腰軸各軸最大運動速度：z軸上下：100mm/s；軸回轉：30°/s；r軸伸縮：100mm/s各軸最大運動范圍： z軸上下：500mm；軸回轉：9

14、0°；r軸伸縮：500mm2.2 機械手工作動作要求機械手原位機械手上升機械手前伸機械手抓取并夾緊機械手后退機械手下降機械手左轉90°機械手前伸機械手松開機械手后退機械手右轉90°退至原位。2.3 機械手坐標形式選擇機械手一般包括圓柱坐標式、球坐標式、直角坐標式、多關節(jié)式。直角坐標式機械手，占用空間大，工作范圍小，慣性大，一般不多用，只有在自由度較少時才考慮用。圓柱坐標式機械手，占用空間小，工作范圍大，慣性大，結構簡單。多關節(jié)式機械手，占用空間小，工作范圍大，慣性小，能抓取底面物體，但多關節(jié)式結構復雜，所以也不多用。球坐標式機械手，占用空間小，工作范圍大，慣性小，

15、所需動力小，能抓取底面物體。它們的機構簡圖2如下所示： 圖2 a直角坐標式 b圓柱坐標式 c球坐標式 d多關節(jié)式由以上敘述，根據(jù)設計題目為平動型工業(yè)機械手，所以選擇為圓柱坐標式。而且平動不需要考慮腕部的回轉，所以選擇圓柱坐標式更合適?？梢栽谧詈唵蔚慕Y構下最合適的完成要求動作。3 機械手的手部設計計算3.1 選擇手抓的類型及夾緊裝置本設計是設計平動搬運機械手的設計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：手抓張合角設為60度，夾取重量為10kg。常用的工業(yè)機械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設計機械手采用夾持式手指,夾持式機

16、械手按運動形式可分為回轉型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動,這種手指結構簡單, 適于夾持平板方料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指, 驅動力需加在手指移動方向上,這樣會使結構變得復雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。通過綜合考慮，本設計選擇二指回轉型手抓，采用滑槽杠桿這種結構方式。3.2 夾緊力與驅動力的計算（1）手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件

17、的夾緊力可按公式計算： （1） 式中 安全系數(shù)，通常1.2 - 2.0； 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦浪銥?（2）其中a為運載工件時重力方向的最大上升加速度； （3） g 為重力加速度，。 運載時工件最大上升速度。 系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取0.03-0.5s。 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擇。 g被抓取工件所受重力（n）。加緊裝置的動力源可以是液壓或者氣動，如圖3所示，當液壓油進入液壓缸上部時，活塞往下運動，從而使手抓能夠實現(xiàn)張開。由此可以計算出液壓缸推力為： （4）其中 d為活塞直徑（m） d 為活塞桿直徑（m） p 為驅動壓力（pa

18、）（2）手抓的原理圖分析如下圖3所示： 圖3 滑槽杠桿式手部結構、受力分析示意圖1手指 2銷軸 3杠桿在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為，并通過銷軸中心點，兩手指的滑槽對銷軸的反作用力為和，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交和的延長線于及。手指的回轉支點到對稱中心線的距離（mm）工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉支點的夾角（注：當驅動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此最好。）所以，設,機械手達到最高響應時間為，求夾緊力，驅動力和驅動液壓缸的尺寸。1）設， 因此 所以 經查表，設 g =mg=1010=100 n根據(jù)公式（3-1）求出

19、夾緊力： 2）經查表可根據(jù)驅動力公式得液壓缸的理論計算推力的計算值為： （5）由于實際所采取的液壓缸驅動力要大于計算，考慮手爪的機械效率，一般取。3）取 ，則實際驅動力為： （6）4）確定液壓缸的直徑 因為 表1 液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力液壓缸工作壓力作用在活塞上外力液壓缸工作壓力 選取活塞桿直徑，由表1得知液壓缸工作壓力為0.8-1mpa，選擇液壓缸工作壓力。所以 表2 液壓缸的內徑系列（jb826-66） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250 表3 活塞桿直徑系列（jb826-66） （mm）1

20、01214161820222528（30）323540455055（60）63（65）70（75）80（85）90（95）（注：括號內的尺寸盡可能不用）根據(jù)表2，液壓缸內徑系列（jb826-66）選取d=25mmd=0.5d=0.5×25=12.5mm 根據(jù)表3 選取d=12mm3.3 手抓夾持范圍計算已知手抓張開角為，手抓夾持范圍，手指長80mm,當手抓沒有張開角的時候，如圖4（a）所示，根據(jù)機構設計，它的最小夾持半徑=40mm，當張開時，如圖4（b）所示，最大夾持半徑計算如下： （a） （b）圖4 手抓夾持范圍分析示意圖所以，機械手的夾持半徑范圍為4092（mm）3.4 機械手手

21、抓夾持精度的分析計算機械手的精度設計要求工件定位準確,抓取精度高,重復定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能力 。機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度，而且也于機械手夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、小批量生產中，為了適應工件尺寸在一定范圍內變化，一定進行分析機械手的夾持誤差。圖5 手抓夾持誤差分析示意圖如圖5所示，以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。一般夾持誤差不超過1mm。其中，手指長l=80mm。 v型鉗口的角度 工件的平均半徑 偏轉角按照公式（3-7）計算。 （7）其中，a=40mm 所以， 設參考精度平均半徑為 （8）31.5當時，按照公式（3-

22、9）計算如下：= （9） = 0.678< 1所以滿足精度要求。4 機械手的臂部設計計算手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。手臂運動應該包括3個運動：伸縮、回轉和升降。本節(jié)主要分析手臂的伸縮運動，手臂的回轉和升降運動設置在機身處，將在后面討論。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內的一點。因此，一般來說臂部應該具備3個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅動機構和各種傳動機構來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結構、工作范

23、圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。4.1 臂部設計的基本要求（1） 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕1）根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。2）提高支撐剛度和合理選擇支撐點間的距離。3）合理布置作用力的位置和方向。4）注意簡化結構。5）提高配合精度。（2） 臂部運動速度要高，慣性要小機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產水平，一般根據(jù)生產的節(jié)拍確定。一般情況下，臂部的回轉，伸縮都要求勻速運動。但手臂啟動和停止的瞬間，運動時變化的，為了減少沖擊，要求在起動時的加速度和停止時的減速度不能夠太大，否則將會引起沖擊和振動。在速度和回轉角速度一定的情況下，減小自身重量

24、是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個途徑：1） 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。2） 減少臂部運動件的輪廓尺寸。3） 減少回轉半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉動作。4） 驅動系統(tǒng)中設有緩沖裝置。（3）手臂動作應該靈活為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。總結：以上要求是相互制約的，應該

25、綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設計出完美的、性能良好的機械手。4.2 手臂的典型運動機構 （1）雙導向桿手臂伸縮機構 （2）雙液壓鋼空心活塞桿單導桿導向機構 （3）雙活塞桿液壓缸結構 （4）活塞桿和齒輪齒條機構通過綜合分析比較，本設計選取雙導桿伸縮機構，使用液壓驅動,液壓缸選取雙作用液壓缸。4.3 臂部設計計算通常情況下，先進行粗略的估算，或類比同類結構，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關機構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。如此反復，繪出最終的結構。4.3.1 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、回油背壓，密封裝置處摩擦，慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要

26、的驅動力。但是手臂做水平伸縮運動時，主要是克服摩擦阻力和慣性力，其他力比較小，可以忽略不計。液壓缸活塞的驅動力的計算為 （10）其中為摩擦阻力，手臂運動時，運動件表面的摩擦阻力。若是導向裝置，則為活塞桿和缸壁等處的摩擦力。 為起動或者制動時活塞桿所受的平均慣性力。（1）摩擦阻力的分析與計算摩擦力的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。本設計是雙導向桿，導向桿截面形狀為圓柱面，導向桿對稱配置在伸縮崗兩側。起動時，導向裝置的摩擦阻力較大，因此計算如下：由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，所以可以按一個導向桿計算。畫出簡圖如下：圖 6 摩擦力分析示意圖其

27、中， 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（n）；取 l手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（m）。 l=500-250=250mm=0.25m a導向支撐的長度（m）；取a=0.1 當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面有關。對于圓柱面： （11）摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅，取=； 鋼對鑄鐵，??；取1.5×0.2=0.3由圖可得：由a點力矩為零，即 （12）得 （13）由上下軸線上合力為零， 即 （14）得 （15）所以 （16）（2）慣性力的計算。 本設計要求手臂平動為v=100mm/s。在計算慣性力的時候，設置起動時間為t=0.2s,起動速度為v=

28、v=0.1m/s。 所以， （17）所以，經以上分析計算得出做水平直線伸縮運動的液壓缸驅動力為 4.3.2 液壓缸的工作壓力和結構的確定 經上邊的計算確定了液壓缸的驅動壓力為925n。由表1可以查處液壓缸的工作壓力為1mpa。（1） 確定液壓缸的結構。 液壓缸內徑的計算，畫出簡圖如下： 圖7 液壓缸內部壓力示意圖當油進入無桿腔， （18） 當油進入有桿腔，(取機械效率=0.95) （19）所以， （20）由表2選擇標準液壓缸內徑系列確定 d=32mm（2） 液壓缸的外徑設計?？紤]到裝備問題，取液壓缸的壁厚為6mm，所以該液壓缸的外徑為44mm。（3） 活塞桿的設計計算。活塞桿的尺寸要滿足活塞（

29、或液壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長l大于直徑d的15倍以上的活塞桿還必須據(jù)有足夠的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在只需要按照拉，壓強度就可以決定活塞桿直徑。計算如下。 （21）設計中活塞桿取材料為碳剛，故=由表3初步確定活塞桿直徑d=12mm，進行校核所以得出結論：活塞桿強度足夠 。本設計要求液壓缸水平伸縮行程為100mm，小于15d，所以不需考慮活塞桿穩(wěn)定性問題。5 機械手機身的設計計算5.1 機身的整體設計按照設計要求，機械手要實現(xiàn)手臂回轉運動，實現(xiàn)手臂的回轉運動機構一般設計在機身處。為了設計出合理的運動機構，就要綜合考慮，分析。機身承載著手臂，做回轉，升降運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結構有

30、以下幾種：（1） 回轉缸置于升降之下的結構。這種結構優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉精度的影響較大。（2） 回轉缸置于升降之上的結構。這種結構采用單缸活塞桿，內部導向，結構緊湊。但回轉缸與臂部一起升降，運動部件較大。（3） 活塞缸和齒條齒輪機構。手臂的回轉運動是通過齒條齒輪機構來實現(xiàn)：齒條的往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉，從而使手臂左右擺動。分析：經過綜合考慮，本設計選用回轉缸置于升降缸之上的結構。本設計機身包括兩個運動，機身的回轉和升降。回轉機構置于升降缸之上的機身結構。手臂部件與回轉缸的上端蓋連接，回轉缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉運

31、動。回轉缸的轉軸與升降缸的活塞桿是一體的。活塞桿采用空心，內裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導向。花鍵軸與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結構是導向桿在內部，結構緊湊。具體結構見下圖。 圖8 機身整體設計圖驅動機構是液壓驅動，回轉缸通過兩個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉葉片的兩側來實現(xiàn)葉片回轉。回轉角度一般靠機械擋塊來決定，所以在機械手臂回轉度處設置一個機械擋塊，并設置接觸開關，可以準確給控制系統(tǒng)發(fā)出信號進行控制。5.2 機身回轉機構的設計計算5.2.1 回轉驅動力矩的計算 手臂回轉液壓缸的回轉驅動力

32、矩，應該與手臂運動時所產生的慣性力矩，以及各支撐處摩擦阻力矩相平衡。即 （22）慣性力矩的計算其中，j手臂回轉部件對其回轉中心的轉動慣量； 手臂回轉的角速度差； 啟動時所需的時間；零件對回轉中心的轉動慣量；零件作為其重心位置的質點對手臂回轉中心的轉動慣量； （23） 手臂回轉半徑（重心到回轉中心的距離）； 手臂運動的重量；計算時，可把形狀復雜的零件近似看成圓柱體，則 （24）設置啟動角度，則啟動角速度設置啟動時間。取。設回轉零件為一個半徑為60mm，長1500mm,重100kg的圓柱形零件。則 所以，各支撐處摩擦力矩粗略估算為=0.03=11.21所以，=384.875.2.2 回轉油缸尺寸的

33、初步確定回轉油缸內徑d的計算為： （25）式中，p為回轉液壓缸的工作壓力（mpa）；d為輸出軸與動片連接處的直徑（m）；初步設計時按選?。籦為動片寬度（m）； 初步確定，動片寬度b=50mm，液壓缸工作壓力p=5mpa，輸出軸與動片連接處的直徑d=30mm。則回轉缸內徑為：=115mm 根據(jù)表2選擇液壓缸的內徑尺寸為110 mm。根據(jù)實際情況，回轉液壓缸需要螺釘來固定缸蓋和缸體，但是本設計中液壓缸壓力不大，所以初步選取螺栓直徑為10mm，根據(jù)標準液壓缸外徑（jb1068-67），確定回轉液壓缸外徑尺寸為146mm。5.3 機身升降機構的設計計算5.3.1 手臂偏重力矩的計算 偏重力矩就是手臂懸

34、伸部分的全部零件重量（作用在各自重心上）對手臂回轉中心的靜力矩。最大偏重力矩產生于手臂伸縮缸全部伸出，并夾持額定重量的零件時，簡圖如圖9所示。 圖9 手臂偏重力矩分析示意圖 （1） 零件重量為等，其中=100n，對手抓做粗略估計為=200n，對手臂的粗略估計為=100n。 所以=400n （2）各零件的重心位置到回轉軸線的距離為。其中=1000mm，=900mm，=600mm。所以的重心位置距回轉重心的距離 （26）所以=850mm。（3）計算偏重力矩為5.3.2 升降不自鎖的條件分析計算 如圖9所示，手臂在的作用下有順時針方向傾斜的趨勢，而在立柱導套可阻止手臂傾斜。導套對升降立柱的作用力如圖

35、示和,根據(jù)升降立柱的力平衡條件可得： =且，所以= （27） 所以， （28）為摩擦系數(shù)，一般為0.1，這里可取=0.16則。此式即為升降導向立柱不自鎖的條件。，所以在設計中必須考慮立柱導套必須大于272mm。取導套立柱為d=300mm5.4 手臂做升降運動液壓缸驅動力的計算驅動力為f，則 （29）（1） 的計算。 （30） 由要求知，設定啟動或者終止時間，近似估算為150kg，將數(shù)據(jù)帶入上式計算的=（2）摩擦阻力的計算。 取 所以，當液壓缸向上驅動時，f=1500+1360+1500=4360n 當液壓缸向下驅動時，f=4360-1500=2860n5.5 升降液壓缸尺寸確定由公式（4-11

36、）可得升降缸的內徑d =0.077m=77mm所以，根據(jù)表2 液壓缸的內徑系列，選取d為80mm，根據(jù)標準液壓缸外徑系列（jb1068-67）查處升降缸外徑為95mm。活塞由于需要內部鉆孔，所以取d=d/2=40mm。6 液壓回路的設計及分析 本設計中，都是采用的液壓驅動。具體的液壓回路設計如下圖10所示。 圖10 機械手全體液壓控制回路示意圖選用流量為12l/分的yb-12型葉片泵，通過濾油器從油箱中吸取，供應給各缸。在油路上串接一單向閥，以防止油液的回流，保證油泵在斷電故障時，機械手不會因重力而造成跌落事故。通過溢流閥可以調整油泵的供油壓力。各油缸的動作順序由四個二位四通電磁換向閥分別控制

37、。 為防止斷電時工件從機械手抓中掉出，必須使2dt電磁閥在斷電時壓力油從左通路進入夾緊缸左腔，使機械手保持在加緊狀態(tài)。只有當2dt通電后才松開。升降油缸安裝4dt電磁閥，斷電時壓力油進入下腔，以防止手臂即工件因自重下落。手臂伸縮缸和回轉擺動缸屬于水平方向的安裝，不存在脫落問題。專業(yè)機械手不需要經常調整速度，可選擇適宜的缸徑和流量，從而確定機械手的速度。機械手工作時，多余的壓力從溢流閥返回油箱，當機械手不工作時，全部油液會從溢流閥返回油箱，將差生大量熱能，使油溫升高，油質變壞，致使機械手性能下降。因此，利用二位二通換向閥來控制溢流口與油箱聯(lián)通或隔斷。當機械手各油缸都不工作時，電磁閥1dt通電，使二位二通換向閥打開，時溢流閥與油箱直接聯(lián)通，油泵供給的油液經溢流閥返回油箱，使油泵卸荷，不致發(fā)熱。液壓系統(tǒng)采用單向節(jié)流閥來調節(jié)油量，以控制機械手的速度。7 結論本次畢業(yè)設計，設計了能實現(xiàn)了機械手在上下空間，平面伸縮以及回轉運動的