注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手說明書

第一章緒論1.1工業(yè)機(jī)械手的概述工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)工件的夾取和物料的轉(zhuǎn)移，具有完整的伺服控制系統(tǒng)，可以通過程序指令進(jìn)行控制，并且機(jī)器人的控制指令比較多，有圓弧指令，直線運(yùn)動(dòng)指令定，計(jì)數(shù)指令等的一個(gè)只能化的系統(tǒng)。由于工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，現(xiàn)在工業(yè)上運(yùn)用的很多，代替了一些人工重復(fù)、單調(diào)、勞動(dòng)強(qiáng)度較大、工作環(huán)境較差、具有危險(xiǎn)性的作業(yè)，例如機(jī)器人的噴漆作業(yè)、汽車焊接、鑄造、機(jī)械加工類的作業(yè)、汽車玻璃搬運(yùn)、木材加工等作業(yè)操作都引用了機(jī)器人的參與。“機(jī)器人”原意指的是勞役或者是苦工。出自與一個(gè)名叫《羅素姆萬能機(jī)器人》的科幻小說，作者是捷克斯洛伐克的小說家恰佩克的文中，自此以后，機(jī)器人這個(gè)詞語被西方各國接受，并命名為專門名詞。上個(gè)世紀(jì)五十年代，美國科學(xué)家在機(jī)械本體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加上了伺服控制系統(tǒng)和自動(dòng)控制技術(shù)。使其具有了獨(dú)立的工業(yè)自動(dòng)操作設(shè)備，并命名為工業(yè)機(jī)器人；60年代，美國把研制成功的機(jī)器人與汽車的焊接工藝結(jié)合了起來，行程了一條現(xiàn)代化的機(jī)器人自動(dòng)焊接生產(chǎn)線，此舉引起了各國的重視，各國也在不斷投入研發(fā)和應(yīng)用，機(jī)器人迅速在工業(yè)制造領(lǐng)域中流行起來，機(jī)器人的通用性和適應(yīng)性能也為機(jī)器人的應(yīng)用打開了一扇窗。特別是在后面，由于市場的需求多品種、小批量的成產(chǎn)方式，以及數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的完美組合，慢慢形成了一種柔性智能制造系統(tǒng)。機(jī)器人按照運(yùn)動(dòng)方式分為兩種，固定式和行走式。但是不管什么形式的機(jī)器人，其主要組成方式是一樣的，主要有三部分組成，底座、機(jī)身、末端執(zhí)行器。這只是機(jī)器人的硬件，機(jī)器人還具有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括動(dòng)力裝置和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。大多數(shù)機(jī)器人都有3~6個(gè)自由度。，機(jī)器人的自由度越多說明此機(jī)器人的自由度較大，現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人一般都有6個(gè)軸，每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)電機(jī)控制，每個(gè)軸就是一個(gè)自由度。有些簡單的機(jī)械手指具有3個(gè)自由度，這個(gè)需要根據(jù)機(jī)器人的坐標(biāo)來進(jìn)行分析。有圓柱坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)型機(jī)器人，不同的坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)方式也不一樣。機(jī)器人也可以按照機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制方式進(jìn)行分類，可以分成點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型的機(jī)器人一般適用于在一些配合機(jī)床上下料、焊接、一般的物料轉(zhuǎn)移等工位。連續(xù)軌跡型的機(jī)器人一般運(yùn)用在噴漆作業(yè)和不同軌跡焊接的作業(yè)上。機(jī)器人的指令輸入一般采用上位機(jī)軟件編程后下載系統(tǒng)或者是通過示教器進(jìn)行編寫程序。1.2機(jī)械手的組成及分類1.2.1機(jī)械手的分類機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。如下示意圖1-1.圖1-1機(jī)械手示意圖1.2.2機(jī)械手的分類由于機(jī)械手的種類比較多，目前沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)用于機(jī)器人的分類，有時(shí)候按照機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式和坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行分類。(一)按用途分更具用途可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行分類為通用和專用兩類：1、專用機(jī)械手對(duì)于不同的工作工作對(duì)象需要采用不同的機(jī)器人，比如工業(yè)上的大批量的自動(dòng)生產(chǎn)線的加工，長時(shí)間加工一種零件，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)比較單一，此時(shí)需要采用一種專用的機(jī)械手在生產(chǎn)線上進(jìn)行操作。此機(jī)械手手結(jié)構(gòu)比較簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、故障較少，成本較低。2、通用機(jī)械手通用機(jī)械手現(xiàn)在已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，通用化的機(jī)械手具有成熟穩(wěn)定度伺服系統(tǒng)。傳動(dòng)精度也比較高，能夠達(dá)到0.1毫米。可以運(yùn)用于多個(gè)場合，比如小批量的生產(chǎn)。通用機(jī)械手具有較強(qiáng)的編程功能，能夠在軟件中編寫程序，編程完成后可以在軟件中模擬，如果運(yùn)行正確，程序可以在線下載到機(jī)器人的控制單元中。常見的機(jī)器人分為點(diǎn)位型和軌跡型。點(diǎn)位型的機(jī)器人通過開關(guān)進(jìn)行控制。軌跡型的機(jī)器人具有完善的伺服控制系統(tǒng)，能過實(shí)現(xiàn)復(fù)雜軌跡的運(yùn)行。(二)按驅(qū)動(dòng)方式分1、液壓傳動(dòng)機(jī)械手液壓傳動(dòng)機(jī)械手采用液壓進(jìn)行輸送動(dòng)力，由于液壓負(fù)載比較大、運(yùn)行比較平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、故障率低、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)。電液伺服的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)軌跡控制。但是這種機(jī)器人也存在一定的缺陷，由于液壓傳動(dòng)采用液壓油這種介質(zhì)，不適合在高溫的工作環(huán)境進(jìn)行工作，因?yàn)闇囟雀吡?，降低了液壓油的粘稠度，液壓油的泄漏量增多，降低了機(jī)械手的工作性能。并且這種液壓機(jī)械后，其制造精度要求較高，提高了機(jī)械手的成本。2、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手較與液壓傳動(dòng)的機(jī)械手，氣壓傳動(dòng)到機(jī)械后具有一定優(yōu)勢，能夠在較高的溫度環(huán)境下工作，不用擔(dān)心液壓油泄漏影響機(jī)械手的工作性能，氣動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)速度較快、結(jié)構(gòu)簡單、降低了成本。但是氣動(dòng)機(jī)械手存在缺陷，由于空氣的壓縮性質(zhì)，工作速度不夠穩(wěn)定。沖擊較大，氣動(dòng)機(jī)械后的負(fù)載較小，一般在30公斤以下，氣動(dòng)機(jī)械手工作在高速、高溫、輕載的作業(yè)環(huán)境中。3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手機(jī)械式機(jī)械手在傳動(dòng)上比較可靠、采用巧妙的傳統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)行穩(wěn)定。可以設(shè)計(jì)成專用的機(jī)器人，按照軌跡要求可以設(shè)計(jì)出不同機(jī)構(gòu)的機(jī)械手臂。但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)械手臂，其傳動(dòng)效率也較大。一般機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)空間加大。4、電力傳動(dòng)機(jī)械手現(xiàn)在很多通用的機(jī)械手采用伺服電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)，六個(gè)自由度分別用6個(gè)電機(jī)控制，其伺服控制系統(tǒng)完善，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，控制較為簡便，不需要太多的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減少了機(jī)械手的傳動(dòng)誤差，機(jī)器人的精度和電機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度來控制，并且由于電機(jī)技術(shù)進(jìn)步，機(jī)器人也會(huì)隨著電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步會(huì)有很大的提高。(三)按控制方式分1、點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制一般實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位之間的移動(dòng)，空間點(diǎn)的移動(dòng)一般用于機(jī)械手夾取物料和搬運(yùn)的作業(yè)，一般和數(shù)控機(jī)床嵌入，配合機(jī)床上下料、焊接、一般的物料轉(zhuǎn)移等工位。2、連續(xù)軌跡控制連續(xù)軌跡型的機(jī)器人一般運(yùn)用在噴漆作業(yè)和不同軌跡焊接的作業(yè)上。機(jī)器人的指令輸入一般采用上位機(jī)軟件編程后下載系統(tǒng)或者是通過示教器進(jìn)行編寫程序。但是這種通用的機(jī)器人電氣系統(tǒng)較為復(fù)雜，一般采用功能強(qiáng)大控制器進(jìn)行控制。1.3國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r機(jī)器人行業(yè)發(fā)展的幾個(gè)方向（1）在工業(yè)制造過程中，長時(shí)間的加工生產(chǎn)的工作要求，對(duì)機(jī)器人的工作性能提出了更高的要求，首先需要較高的可靠性、隨著制造精度的提高，機(jī)器人是精度也需要提高。（2）機(jī)器人的結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行模塊化，采用不能的運(yùn)動(dòng)模塊，可以組裝成能夠勝任不同工作環(huán)境的機(jī)械手臂，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，機(jī)械手臂模塊化后，機(jī)械手的維護(hù)保養(yǎng)較為簡便，有利于機(jī)械手的標(biāo)準(zhǔn)化，提高了互換性。（3）機(jī)器人的控制系統(tǒng)慢慢走向了網(wǎng)絡(luò)化、智能化，能夠使機(jī)械手高度的集成，可以遠(yuǎn)程控制，使得操作和維護(hù)更為簡便，為智能制造打下了基礎(chǔ)。（4）傳感器在機(jī)器人運(yùn)用中比較重要，除了一般的速度、加速度、位移傳感器外，后面的機(jī)器人還需要加上視覺、力覺等傳感器，機(jī)器人能識(shí)別物料，進(jìn)行定位夾取。加入力覺傳感器后，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)更加廣闊，不僅在工業(yè)上可以運(yùn)用機(jī)械手，也可以運(yùn)用在農(nóng)業(yè)上，機(jī)器人根據(jù)視覺進(jìn)行顏色識(shí)別后，實(shí)現(xiàn)果實(shí)的采摘作業(yè)。（5）未來的機(jī)器人具有自主學(xué)習(xí)的功能，能夠深度學(xué)習(xí)，機(jī)器人根據(jù)多次的運(yùn)動(dòng)，可以自主建立模型，通過模型來進(jìn)行調(diào)整機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，例如在搬運(yùn)物料時(shí)，機(jī)器人可以更具以往所走的軌跡快速分析規(guī)劃處一個(gè)比較合理的路徑，可以提高工作效率。2注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手總體設(shè)計(jì)在注塑自動(dòng)化生產(chǎn)線生產(chǎn)中，需要利用機(jī)械手從注塑機(jī)床上把注塑完成的零件取出來轉(zhuǎn)移到放料工位，然后松開機(jī)械手，注塑好的零件脫落。可以實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的自動(dòng)化，使得沖壓效率大幅度提升。此注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、取料、放料等基本功能，總共三個(gè)自由度，機(jī)械手的靈活性比較高。能夠滿足注塑機(jī)的工作要求。2.1注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手結(jié)構(gòu)的組成由于注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手在工作時(shí)，需要把注塑好的零件動(dòng)取料位取出后，然后把零件提出來，轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后，伸出氣缸，夾爪松開零件。根據(jù)以上的工作要求，機(jī)械手需要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、升降、夾取等功能。因此氣動(dòng)機(jī)械手需要采用旋轉(zhuǎn)氣缸、有桿氣缸、和無桿氣缸進(jìn)行組合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)氣缸控制機(jī)架的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，無桿氣缸控制機(jī)械手平臺(tái)的移動(dòng)，升降氣缸控制機(jī)械手的移動(dòng)，夾取氣缸控制零件的夾取動(dòng)作。2.2注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)要求機(jī)械手的工作流程如下：旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)到取料位—有桿垂直氣缸推動(dòng)機(jī)械手到位—無桿氣缸水平移動(dòng)到取料位置—機(jī)械手氣缸實(shí)現(xiàn)夾取—無桿氣缸移動(dòng)到位—垂直氣缸提升到位—旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)到位—垂直氣缸推動(dòng)機(jī)械手到位—機(jī)械手氣缸實(shí)現(xiàn)放料動(dòng)作，以上完成了一次作業(yè)的循環(huán)。機(jī)械手主要實(shí)現(xiàn)了零件轉(zhuǎn)移與夾取的功能。主要設(shè)計(jì)要求如下：（1）最大載荷2kg；（2）上下行程500mm；（3）引拔行程：120mm；（4）旋出角度：60°~90°；（5）采用全氣動(dòng)方式。2.2.2總體方案擬定根據(jù)工作流程，本設(shè)計(jì)采用3自由度的注塑機(jī)回斜式機(jī)械手結(jié)構(gòu)：自由度具體分配如下：手臂水平移動(dòng)自由度。采用旋轉(zhuǎn)氣壓缸進(jìn)行控制，根據(jù)工作要求，旋轉(zhuǎn)角那位60~90度。采用接近開關(guān)來進(jìn)行位置控制。手臂水平移動(dòng)自由度。采用無桿氣壓缸進(jìn)行控制。根據(jù)引拔行程來選擇氣缸的行程。手臂垂直移動(dòng)自由度。采用有桿氣壓缸進(jìn)行控制。任務(wù)書要求行程為500mm,根據(jù)上下行程來選擇氣缸的行程。2.3本章總結(jié)根據(jù)任務(wù)書要求，本章確定了注塑機(jī)回斜式機(jī)械手結(jié)構(gòu)整機(jī)設(shè)計(jì)方案，機(jī)構(gòu)的裝配方式，能夠滿足任務(wù)書上的設(shè)計(jì)需求。根據(jù)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖。3注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1整機(jī)裝配結(jié)構(gòu)1、底座2、立柱3、旋轉(zhuǎn)氣缸4、旋轉(zhuǎn)架5、垂直氣缸、6水平移動(dòng)無桿氣缸7、機(jī)械手氣缸8、機(jī)械手末端機(jī)構(gòu)圖3.1裝配簡圖注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手的裝配圖如圖3.1所示，底座采用螺栓以底板連接固定，立柱2與旋轉(zhuǎn)氣壓缸采用焊接的方式進(jìn)行固定，旋轉(zhuǎn)氣缸控制著機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)氣缸的旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)架采用平鍵進(jìn)行傳遞扭矩，并且采用軸端卡簧進(jìn)行軸向定位，旋轉(zhuǎn)架需要采用剛度較好的材料，因?yàn)檫@里需要安裝機(jī)械手，并且機(jī)械手要相對(duì)于旋轉(zhuǎn)架做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力和行程是通過采用磁性的無桿氣缸進(jìn)行控制的，這個(gè)行程需要滿任務(wù)書中規(guī)定的引拔行程。機(jī)械后的垂直移動(dòng)主要通過氣缸5來進(jìn)行控制，并且氣缸的選擇依據(jù)主要靠任務(wù)書中規(guī)定的行程來保證。機(jī)械手末端執(zhí)行器部分通過采用單作用的氣缸進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)夾取作業(yè)。以上就是注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手的整個(gè)裝配方式。3.2旋轉(zhuǎn)機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書中的要求，機(jī)械手臂需要旋轉(zhuǎn)60°到90°的旋轉(zhuǎn)度數(shù)。因此采用旋轉(zhuǎn)氣缸進(jìn)行轉(zhuǎn)角的控制，旋轉(zhuǎn)角度可以通過進(jìn)行開關(guān)等來進(jìn)行控制。旋轉(zhuǎn)氣缸主要有定片和動(dòng)片、傳動(dòng)軸、氣缸等組成。在進(jìn)行傳動(dòng)時(shí)，電磁閥動(dòng)作后，氣體輸入到氣缸內(nèi)，當(dāng)壓力大于氣缸工作扭矩時(shí)，動(dòng)片推動(dòng)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)定的角度時(shí)，接近開關(guān)檢測到信號(hào)時(shí)，通過控制給電磁閥信號(hào)，使電磁閥進(jìn)行動(dòng)作，關(guān)閉氣口通路。當(dāng)機(jī)械手完成相應(yīng)的動(dòng)作后，控制器再給電磁閥信號(hào)，使其另一個(gè)通氣口打開，低壓推動(dòng)動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)缸帶動(dòng)機(jī)械手向著相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，接近快關(guān)反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行控制電磁閥進(jìn)行通氣口的關(guān)閉。以上就是旋轉(zhuǎn)部分的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)過程。3.3機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注塑機(jī)用回斜式機(jī)械手除了進(jìn)行旋轉(zhuǎn)功能外還需要進(jìn)行平移，機(jī)械手末端執(zhí)行器的垂直方向上的移動(dòng)和機(jī)械手夾取動(dòng)作。前面已經(jīng)設(shè)計(jì)好了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的主軸通過平鍵與旋轉(zhuǎn)機(jī)架連接，旋轉(zhuǎn)機(jī)架為機(jī)械臂提供了一個(gè)安裝的平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上機(jī)械臂需要實(shí)現(xiàn)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)架的平移運(yùn)動(dòng)，這個(gè)平移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力主要是通過氣缸來進(jìn)行控制，此處需要考慮到安裝的剛度和運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此不采用有桿的氣缸進(jìn)行控制，因?yàn)闄C(jī)械臂的安裝版需要固定在活塞桿上，有桿的氣缸一端固定，活塞桿端沒有和旋轉(zhuǎn)架進(jìn)行固定，此處就相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁的結(jié)構(gòu)，由于需要安裝機(jī)械手臂，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的剛度較差。因此不能采用這種氣缸，采用無桿氣缸進(jìn)行傳動(dòng)，并且行程是可調(diào)整的，無桿氣缸的兩端通過螺母可以安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，導(dǎo)桿的移動(dòng)塊可以安裝機(jī)械臂。旋轉(zhuǎn)架采用兩個(gè)無桿氣缸進(jìn)行對(duì)稱安裝，兩個(gè)移動(dòng)塊和機(jī)械臂安裝板采用螺栓固定。這樣的結(jié)構(gòu)避免了懸臂梁式的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的剛度，并且可以提高機(jī)械手的工作負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)比較合理。3.4本章總結(jié)本章確定了注塑機(jī)回斜式機(jī)械手的整機(jī)方案，完成了局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過對(duì)比分析，進(jìn)行了局部的優(yōu)化，此結(jié)構(gòu)可以提高機(jī)械手的剛度和工作負(fù)載。第四章旋轉(zhuǎn)氣缸計(jì)算4.1旋轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算氣缸回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服的阻力有：（1）回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩式中，—軸承處支反力（N），可由靜力平衡方程求得;,—軸承的直徑（m）；—軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承=0.01-0.02；對(duì)于滑動(dòng)軸承=0.1。為簡化計(jì)算，取，其中為工件重量，為手臂重量，為氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)件重量。（2）克服由于機(jī)械臂重心偏置所需的力矩式中e—機(jī)械臂引拔行程，已知e=120mm.則（3）克服啟動(dòng)慣性所需的力矩啟動(dòng)過程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度及啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)過的角度按下式計(jì)算：式中—機(jī)械手臂回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；—旋轉(zhuǎn)缸對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；—機(jī)械手臂回轉(zhuǎn)過程的角速度；—啟動(dòng)過程所需的時(shí)間，一般取0.05-0.3s,此處取0.1s.。手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為200mm，直徑90mm，其重力估算： ,取98N.等效圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，已知圓柱體工件，要求工件在0.5s內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度,取平均角速度，即=，代入得：解可得：=0.80834.2回轉(zhuǎn)液壓缸所驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩如圖4.2，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與轉(zhuǎn)軸5固連，當(dāng)a,b口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)的目的。圖4.2圖4.3圖4.3為回轉(zhuǎn)氣壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成力矩即驅(qū)動(dòng)力矩?；蚴街小滞蠡剞D(zhuǎn)時(shí)的總的阻力矩——回轉(zhuǎn)氣壓缸的工作壓力（Pa）——缸體內(nèi)孔半徑（m）——輸出軸半徑（m），設(shè)計(jì)時(shí)按選取——?jiǎng)悠瑢挾龋╩）上述動(dòng)力距與壓力的關(guān)系是設(shè)定為低壓腔背壓力等于零。4.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D計(jì)算由，得：，為減少動(dòng)片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動(dòng)片的懸伸長度，選擇動(dòng)片寬度時(shí)，選用：綜合考慮，取值計(jì)算如下：r=16mm，R=40mm，b=50mm，取值為1Mpa，即如下圖：圖3.54.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算圖3.6缸蓋螺釘間距示意表3.3螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系工作壓力P（Mpa）螺釘?shù)拈g距t(mm)小于150小于120小于100小于80上圖中表示的連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)截面上承受的拉力為：，即工作拉力與殘余預(yù)緊力之和計(jì)算如下：液壓缸工作壓強(qiáng)為P=1Mpa,所以螺釘間距小于150mm,試選擇2個(gè)螺釘，，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=2個(gè)受力截面，此處連接要求有密封性，故k?。?.5-1.8），取K=1.6。所以螺釘材料選擇Q235，，安全系數(shù)n取1.5（1.5-2.2）螺釘?shù)闹睆接上率降贸?，F(xiàn)為總拉力即螺釘?shù)闹睆竭x擇d=8mm.4.5靜片和輸出軸間的連接螺釘靜片和輸出軸之間連接方式如上圖所示。采用螺釘進(jìn)行連接，由于在傳動(dòng)過程中，受到氣壓的沖擊所產(chǎn)生的載荷，需要給螺釘加上預(yù)緊力，使結(jié)合面產(chǎn)生的摩擦力來進(jìn)行抵抗氣壓所產(chǎn)生的載荷，一般以貼合面不產(chǎn)生滑移作為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算螺釘?shù)念A(yù)緊力的大小。為預(yù)緊力,為接合面摩擦系數(shù)，?。?.10-0.16）范圍的0.15，即鋼和鑄鐵零件，為接合面數(shù)，取=2，Z為螺釘數(shù)目，取Z=2，D為靜片的外徑，d為輸出軸直徑，則可得：螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為：帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：螺釘材料選擇Q235，則（安全系數(shù)）螺釘?shù)闹睆?，d值極小，取。螺釘選擇M6的開槽盤頭螺釘，,如圖3.7：圖3.74.6軸承選擇軸承材料選用灰鑄鐵材料，，與軸承配合處所承受的載荷為50N,由于承受載荷較小，可以忽略，軸承類型均采用深溝球軸承。6005軸承基本數(shù)據(jù)如下：，當(dāng)量動(dòng)載荷，載荷系數(shù)取1，，則，由公式：N為轉(zhuǎn)速，由0.5s完成回轉(zhuǎn)，計(jì)算得：，，球軸承代入得：，遠(yuǎn)大于軸承額定壽命。選用軸承為深溝球軸承6005，6008。4.7材料及連接件，密封件選擇圖3.8動(dòng)片與輸出軸連接選用六角頭螺栓全螺紋，，需用2個(gè)。密封件選擇：全部選用氈圈油環(huán)密封，材料為半粗羊毛氈。右端蓋d=40mm,左右缸蓋d=25mm。第五章手臂伸縮氣缸設(shè)計(jì)與校核5.1夾持式手部結(jié)構(gòu)手臂的夾持結(jié)構(gòu)較多，有電磁式、氣動(dòng)、機(jī)械式、吸盤式的結(jié)構(gòu)。例如采用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)夾取工件、氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)夾取工件、還有齒輪齒條式的夾持結(jié)構(gòu)等。3.1.1手指的形狀和分類在現(xiàn)有的機(jī)械手中，手指的形狀較多。有柔性的手指和機(jī)械式手指，柔體的手指現(xiàn)在應(yīng)用不是很多，還處于實(shí)驗(yàn)階段。機(jī)械式的手指有兩指式、三指式和多指式。機(jī)械手的夾持方式也不同，有的機(jī)械手指采用內(nèi)部夾持的方式，有的采用外部夾持的方式。夾持式機(jī)械手的主要原理是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)把氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為夾爪的夾持運(yùn)動(dòng)。氣缸待用單作用氣缸，復(fù)位的時(shí)候采用彈簧進(jìn)行復(fù)位?，F(xiàn)在有點(diǎn)夾持手指直接采用氣動(dòng)的方式進(jìn)行夾持。這些手指運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、故障率較低、應(yīng)用較為廣泛。3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題(一)具有足夠的握力(即夾緊力)在選擇機(jī)械手結(jié)構(gòu)前，除了需要考慮結(jié)構(gòu)的夾持力度之外，還需要考慮機(jī)械手在夾持工件運(yùn)動(dòng)的過程中的慣性，以防止在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生脫落。(二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角對(duì)于機(jī)械手指的夾持還需要考慮機(jī)械手的夾持角度，在實(shí)際生產(chǎn)中，需要換產(chǎn)的時(shí)候，加工不同的零件，對(duì)于不同的工件尺寸，需要調(diào)整機(jī)械手的夾持角度，以保證機(jī)械手能夠順利的夾持工件與松開工件。(三)保證工件準(zhǔn)確定位機(jī)械手再夾持工件時(shí)需要控制其夾持位置準(zhǔn)確，在工件的放置的時(shí)候，需要保證足夠的位置精度，以免造成機(jī)床的碰撞事故，例如在夾持圓柱類的工件，需要采用v型的機(jī)械手抓，可以實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)定心。(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指在夾持工件時(shí)需要考慮到運(yùn)動(dòng)過程中所受的慣性力和振動(dòng)等因素的影響。整個(gè)機(jī)構(gòu)需要有一定的強(qiáng)度和剛度，整機(jī)的重量不適宜太重，以免增大了機(jī)構(gòu)的慣性力，在機(jī)械手夾持工件時(shí)，盡可能使工件的重心位置在中心軸線上，可以有效的降低手腕的轉(zhuǎn)矩。(五)考慮被抓取對(duì)象的要求根據(jù)以上的對(duì)比分析，采用氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的夾持方式夾取圓柱型零件，并且采用V形的夾持手指，這樣有利于工件的自動(dòng)定心，以確保夾持的準(zhǔn)確性。3.2升降缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核和伸縮缸的選擇3.2.1氣缸的分類普通氣缸的結(jié)構(gòu)組成見圖3-1。主要由前蓋、后蓋9、活塞6、活塞桿4、缸筒5其他一些零件組成。圖3-1普通氣缸的結(jié)構(gòu)組成1—螺母2—后端蓋3—?dú)飧茁菽?—孔用YX密封圈5—活塞；6—缸筒7—活塞桿8—螺桿9—導(dǎo)套10—彈簧墊圈11—前端蓋12—螺紋孔13—墊圈3.2.2升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核活塞桿輸出力矩和氣缸直徑計(jì)算機(jī)械手升降氣缸采用雙作用氣缸，這種氣缸在工程中使用的普遍，由于活塞桿使得活塞的兩面受力面積的不同，機(jī)械手下行，活塞桿承受推力，機(jī)械手上行時(shí)，活塞桿承受拉力。（3-1）（3-2）式中活塞桿的推力(N);活塞桿的拉力(N);活塞直徑(m);活塞桿直徑(m);氣缸工作壓力(Pa);氣缸工作總阻力(N);機(jī)械手升降氣缸的工作阻力是一個(gè)合力，活塞桿帶動(dòng)末端執(zhí)行器的慣性力、活塞密封處所承受的摩擦力，以及氣動(dòng)系統(tǒng)所承受的背壓阻力等。這些載荷不能準(zhǔn)確的測量，在計(jì)算的時(shí)候帶入載荷率系數(shù)，氣缸所承受的靜推力和拉力的計(jì)算公式如下：（3-3）（3-4）載荷率的帶入計(jì)算使得計(jì)算過程較為簡便，能夠保證氣缸的動(dòng)態(tài)特征。載荷率的選擇需要考慮工作頻率、速度等因素。在載荷率較高的情況下，載荷率值與速度取值相反，載荷率高，速度值較小，載荷率低，速度值較高。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，取載荷率為，機(jī)械手升降氣缸升降拉力需要克服機(jī)械手的重力和夾持的工件重力。由式（3-3，3-4）可求得氣缸直徑D。當(dāng)推力作功時(shí)（3-5）（3-6）用式（3-6）計(jì)算時(shí)，活塞桿d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定，詳細(xì)計(jì)算見活塞的計(jì)算。估定活塞桿直徑可按計(jì)算。若將代入式（3-6），則可得（3-7）==3.9cm式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。以上公式計(jì)算出的氣缸內(nèi)徑D應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。參考表3-1得根據(jù)可估算得表3-1缸筒內(nèi)徑系列（mm）810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630注：無括號(hào)的數(shù)值為優(yōu)先選用者3-2活塞桿直徑系列（mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400（2）活塞桿的計(jì)算1）按強(qiáng)度條件計(jì)算當(dāng)活塞桿的長度L較小時(shí)（L≤10d），可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑d（3-8）式中氣缸的推力（N）；活塞桿材料的許用應(yīng)力(Pa),材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；安全系數(shù)，S≥1.4。氣缸在工作時(shí)，承受的軸向力比較大時(shí)，活塞桿產(chǎn)生彎曲變形，當(dāng)縱向載荷較大的時(shí)候，活塞桿出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，極限力的大小與活塞桿長度、直徑大小等有關(guān)。當(dāng)長細(xì)比時(shí)