多自由度機(jī)械手課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：內(nèi) 裝：1. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2. 裝配圖3. 控制電路原理圖4. 專(zhuān)業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：完成日期：成 績(jī)：福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：學(xué) 院：專(zhuān)業(yè)年級(jí)： 學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：一、機(jī)械手的概述 1.1.1 機(jī)械手的組成和分類(lèi) 1.1.2 應(yīng)用機(jī)械手的意義 1.二、總體方案設(shè)計(jì) 3.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 3.2.2 總體方案確定 3.2.2.1 機(jī)械手基本形式的選擇 3.2.2.2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) 3.2.2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 4.三、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.3.1 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.3.1.1 手部設(shè)計(jì)基

2、本要求 5.3.1.3 機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.3.1.4.機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 8.3.1.5 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 9.3.2 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.1.3.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 1.13.2.3 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 1.23.2.4 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.23.3 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 1.53.3.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 1.53.3.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 1.63.3.3 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 1.83.4 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.9.3.4.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 1.93.4.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.03.4.3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 2.23.4.4

3、 軸承的選擇分析 2.5四、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 2.64.1 可編程序控器的簡(jiǎn)介 2.64.2 PLC的結(jié)構(gòu)，種類(lèi)和分類(lèi)264.3 FX2n系列三菱PLC特點(diǎn) 304.4 接近開(kāi)關(guān)傳感器 2.8.4.5 I/O 接口簡(jiǎn)介 2.9.4.6 行程開(kāi)關(guān)的介紹 3.0.4.6.1 行程開(kāi)關(guān)的概念 3.04.6.2 行程開(kāi)關(guān)的作用及原理 3.04.7 電路的總體設(shè)計(jì) 3.0.4.7.1回路的設(shè)計(jì) 3.0.4.7.2 系統(tǒng)輸入 /輸出分布表 3.14 . 7 . 3機(jī)械手的程序設(shè)計(jì) 3.34.7.4 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制 3.3五、參 考 文 獻(xiàn)3.4.、機(jī)械手的概述機(jī)械手也被稱(chēng)為自動(dòng)手能模仿人手和臂的某

4、些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物 件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在 有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等 領(lǐng)域。隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及氣動(dòng)技術(shù)自身的一些優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)廣泛 應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。1.1 機(jī)械手的組成和分類(lèi)1.1.1 機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具） 的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持 型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)） 、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)

5、動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī) 定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式， 稱(chēng)為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6 個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有 23個(gè)自由度。1.1.2 機(jī)械手的分類(lèi)機(jī)械手一般分為三類(lèi)：第一類(lèi)是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬 于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序 , 以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具 備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類(lèi)是需要人工才做的， 稱(chēng)為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，

6、先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用 無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)操作機(jī)來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類(lèi)是 用專(zhuān)用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線(xiàn)上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)械 手在國(guó)外稱(chēng)為“ Mechanical Hand,它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程 序一般是固定的，因此是專(zhuān)用的。在國(guó)外,目前主要是搞第一類(lèi)通用機(jī)械手,國(guó)外稱(chēng)為機(jī)器人。本課題所做的機(jī)械手是屬 于第三類(lèi)機(jī)械手。1.2 應(yīng)用機(jī)械手的意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手也越來(lái)越多的地被應(yīng)用在各行各業(yè)中。在機(jī)械工業(yè)中,鑄、 焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都

7、有應(yīng)用的實(shí)理。其 他領(lǐng)域,如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中,應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：一、以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的 程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故在高 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(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械 手即可部分或全部代 替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中， 以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操

8、作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減輕 人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同 時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù) 的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜 合加自動(dòng)線(xiàn)上，目前幾乎都沒(méi)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有 節(jié) 奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。、總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)多自由度機(jī)械手（至少要有三個(gè)自由度）將最大重量為24Kg的工件，由車(chē)間的一條流水線(xiàn)搬到別一條線(xiàn)上；二條流水線(xiàn)的距離為：1000mm ；工作節(jié)拍為：40s；工件：最大直徑為160mm的棒料；

9、2.2總體方案確定2.2.1機(jī)械手基本形式的選擇常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài)，按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種:（1）直角坐標(biāo)型機(jī)械手；（2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；（3）極坐標(biāo)型機(jī)械手；（4）關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，定位精度較高，占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)，如下圖所示。Hid L V 4yL J4 /J J XIs* f u J 嚴(yán)亠圖2.4柱坐標(biāo)型機(jī)器人2.2.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)在圓柱坐在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有 4個(gè)自由度既：手抓張合；手臂伸縮；手臂回轉(zhuǎn)；手臂升降5個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)械手

10、主要由 4個(gè)大部件和5個(gè)液壓缸組成：（1）手部，采用一個(gè)直線(xiàn)液壓缸， 通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。（2）腕部，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)（3）臂部，采用直線(xiàn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng) 1.2m。（ 4）機(jī)身，采用一個(gè)直線(xiàn)缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。2.2.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分 , 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于 驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。 根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、 氣動(dòng)、電動(dòng) 和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。三、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)3

11、.1機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1手部設(shè)計(jì)基本要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需 的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。（2）手指應(yīng)具有一定的張開(kāi)范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開(kāi)閉角度（手指從張開(kāi)到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度），以便于抓取工件。（3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊 湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。（4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。3.1.3機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算1選擇手抓的類(lèi)型及夾緊裝置本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角= 60，夾取重量為30Kg。常用的工業(yè)機(jī)械手手部,按握持工件

12、的原理,分為夾持和吸附兩大類(lèi)。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(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指，夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開(kāi)閉 合靠手指的平行移動(dòng)，這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類(lèi)型。通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選 擇常開(kāi)式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從 而機(jī)械手手指張

13、開(kāi)。2 手抓的力學(xué)分析F面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿圖3.1 （ a）為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 j(a)(b)圖3.1滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1手指 2銷(xiāo)軸 3杠桿在杠桿3的作用下，銷(xiāo)軸2向上的拉力為F,并通過(guò)銷(xiāo)軸中心 0點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷(xiāo) 軸的反作用力為Fi和F2,其力的方向垂直于滑槽的中心線(xiàn) 001和。2并指向0點(diǎn)，交Fi和F2的 延長(zhǎng)線(xiàn)于A及Bo由 Fx =0得 f1 F2Fy =0得F1 -2cosF1F；由 Mo1 F =0 得 F；FzhcosF=bcos2Fn(3.1 )式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)中心的距離（mr).工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾

14、角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力F 定時(shí)，角增大，則握力 Fn也隨之增大，但角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=3040 o3夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分 析計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生 的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。(3.2 )手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算：Fn K1K2K3G式中 K1 安全系數(shù)，通常 1.2 2.0 ;k2工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估K21 -其中a,a重力方向的最大上升加速度；aVmaxt響Vmax 運(yùn)載時(shí)工件最大

15、上升速度t響一一系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.030.5SK3 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。被抓取工件所受重力（N）。作用在活塞上外力（N）F液壓缸工作壓力 Mpa作用在活塞上外力（N）F液壓缸工作壓力 Mpa小于50000.8 120000300002.0 4.05000100001.5 2.030000500004.0 5.010000200002.5 3.050000以上5.0 8.0表3-1液壓缸的工作壓力040 ；機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，求夾緊力Fn和驅(qū)計(jì)算：設(shè) a=100mm,b=50mm10 動(dòng)力F和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。設(shè)Ki 1.5b0.1K2 1

16、= 15=1.02a 9.8K30.5根據(jù)公式，將已知條件帶入：Fn=1.5 1.02 0.5 588N 449.8N（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：F計(jì)算（3）取 0.85F計(jì)算卜實(shí)際（4）確定液壓缸的直徑 D0 cos30 2 449.8=1378N50空81621N0.852Q F實(shí)際 D 4選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力d2 pP=0.81MPa,4F實(shí)際p 1 0.524 16210.5870.8 105 0.75根據(jù)表4.1 （ JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm則活塞桿內(nèi)徑為：D=63 0.5=31.5mm,選取 d=32mm4.手抓夾持范圍計(jì)算 為

17、了保證手抓張開(kāi)角為 60，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為34mm手抓夾持范圍，手指長(zhǎng)100m m當(dāng)手抓沒(méi)有張開(kāi)角的時(shí)候，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑0R140，當(dāng)張開(kāi)60時(shí)，如圖3.2 （b）所示，最大夾持半徑R2計(jì)算如下:R2100 tg30 40cos30903.1.4.機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確，抓取精度高，重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好 ，并有足夠的抓取能力。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂 部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、 小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定

18、進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。二圖3.3手抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。機(jī)械手的夾持范圍為 般夾持誤差不超過(guò)工件的平均半徑:Rep80mm200mm1mm分析如下：90 40 65mm手指長(zhǎng)l 100mm,取 v型夾角 21200偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定:cos1l sin1 60 0cos046100 sin 60計(jì)算Rol sin cos 100sin 60cos4660.15當(dāng)RoRmaxRmins時(shí)帶入有:22Rmax2si n2l Rmax cos sinrmaxsin2l Rmin cos sin0.678夾持誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.1.5彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇彈簧

19、是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖3.4所示,計(jì)算過(guò)程13如下。n.IL圖3.4圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)(1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力800MPa(2).選擇旋繞比C=8,貝 U4C 14C 40.6156(3.3)4C 14C 40.6154 810.6154 846 1J83(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑428(4).試算彈簧絲直徑D=42mm估算彈簧絲直徑5.25mmd1.6 FmaxKC(3.4 )d 1.6F MAX KC16 1621巴 8 7mmV 800 10(5).根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù):Gd8 F max CMAX(3.5 )Gd8 F MAX C6800

20、00 10MAX16210.007廠(chǎng)2.86選擇標(biāo)準(zhǔn)為n3，彈簧的總?cè)?shù)n11.53 1.54.5圈確定D 42mm7mmD1 D d 4235mmD2 D d 42 7 52mm（7）.對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了H 74避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比b 0 1.76，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下列選D 12?。寒?dāng)兩端固定時(shí)，b 5.3,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，b 3.7 ；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，b 2.6。結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧b 1.762.6，因此彈簧穩(wěn)定性合適。（8）.疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作

21、的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng) 度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù) N 103，或者載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）?，F(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式:Ssca-Ssmax；Ss選取1.3 1.7 （力學(xué)性精確能高）8KDmaxmax8KD F3廠(chǎng)d38 1.184 0.0423.14 0.00731621 598756479結(jié)論:經(jīng)過(guò)校核，彈簧適應(yīng)。Sscamax800 106 pa598756479pa1.33613.2腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載

22、荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕 部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此， 在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2 ）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足 夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3）必須考慮工作條件對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太 受環(huán)境影響，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒(méi)有太 多不利因素。323腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)1800,綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自

23、由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。324腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù)0夾取工件重量30Kg ，回轉(zhuǎn)180。2. 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算(1) 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩(2) 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩M摩。夾取棒料直徑100mm長(zhǎng)度1000mm重量30Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)180時(shí)，計(jì)算 力矩：(1) 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220mm直徑120mm其重力估算G=3.14G0.062 0.22 7800Kg； m3 9.8N Kg 190N(2) 擦力矩M摩 0.1m。(3)啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度018 =0.314rad，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度22.616s 。(

24、4.1)查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有:JMR221190N2 9.8N Kg0.062N m s20.0342N m s2J工件1 G 1212 g3R2丄亜斗129.83 0.0525.0125N m s2代入:0.03425.01252.61622 0.31455N mM M 慣 M 摩 M 慣 0.1M ； M61.11N m0.93.腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算表4-1液壓缸的內(nèi)徑系列(JB826-66)( mm)2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250設(shè)定腕部的部分尺寸： 根據(jù)表4-1設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=110mn，外徑根據(jù)表3-

25、2選擇121mm, 這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后，其外徑為226mm動(dòng)片寬度b=66mm輸出2Mb R2 r22 61.110.0660.055 0.022527.35Mpa，選擇 8Mpa軸 r=22.5mm.基本尺寸示如圖 4.1 所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力圖4.1腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意表4.2標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑(JB1068-67)( mm)徑 內(nèi) 缸 壓 液40O5638090O10O1152401O5601801O O220鋼O5O6765908112133861461O89419524PUUUUUUUU鋼076508112133861461O89419524PUUUUUU

26、UU4.液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算工作壓力p( Mpa螺釘?shù)拈g距t(mm)0.51.5小于1501.52.5小于1202.55.0小于1005.0 10.0小于80缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖 4.2所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見(jiàn)表4.3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力(4.2)計(jì)算：液壓缸工作壓強(qiáng)為P=8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm試選擇8個(gè)螺釘，D 3.14 0.1143.1780，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=8個(gè)危險(xiǎn)截面SR22 20.110.045420.007908875 m所以螺釘材料選擇螺釘?shù)闹睆?908.875N ； Fqs KFqK 1.5: 1.81.5 79

27、08.811863.3 NFqFqFq =11863.3+10545=19772NQ235,41.3 FQ04 1.3 Fq0240160MPa ( n1.54 1.3 1977263.14 160 101.2 : 2.5)0.0159m(4.4)螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=16mm.5.動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘（1）動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見(jiàn)上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱(chēng)安裝，并用兩個(gè)定位 銷(xiāo)定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。bp 22dD d M 摩FQZf8于是得fq 誥 d2 d2(4.5)D一一動(dòng)片的外徑；f 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取f

28、=0.151.3Fq合d12螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為或帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得d1件6)(4.7)4Zfd60.066 8 10 0 112 4 Z 0.15 0.032.0.045224627N螺釘材料選擇Q235,則240n 1.2200MPa （ n 匸2： 2.5）螺釘?shù)闹睆?一1.3246273.14 200 1060.012m螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=12mm選擇M12的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。3.3臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身

29、處，將在下一章敘述。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí) 現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而 且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。3.3.1臂部設(shè)計(jì)的基本要求1臂部應(yīng)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(diǎn)的距離。（3）合理布置作用力的位置和

30、方向。（4）注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。（5）提高配合精度。2臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對(duì)于高速 度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在 10001500mm/s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在 180 /s內(nèi), 大部分平均移動(dòng)速度為 1000mm/s,平均回轉(zhuǎn)角速度在 90 /s。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情 況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個(gè)途徑：（1）減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。（2）減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。（3） 減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回

31、轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。（4）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。3手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸 臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡， 以減少對(duì)升降支撐軸線(xiàn)的偏心力矩， 特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此, 必須計(jì)算使之滿(mǎn)足不自鎖的條件?？偨Y(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問(wèn)題，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出 完美的、性能良好的機(jī)械手。3.3.2手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇1. 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：（1）雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。（2）手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，

32、如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線(xiàn)運(yùn) 動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。（3）雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。（4）活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。2. 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇通過(guò)以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng)，液壓缸選取雙作用液壓缸。3. 手臂直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算先進(jìn)行粗略的估算，或類(lèi)比同類(lèi)結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再 進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。做水平伸縮直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性等幾個(gè)方 面的阻力，來(lái)確定來(lái)確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力

33、的計(jì)算。(5.1)4. 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 分析：摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情 況進(jìn)行估算。上圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱(chēng)配置在伸縮崗兩 側(cè)。圖5.1機(jī)械手臂部受力示意計(jì)算如下:由于導(dǎo)向桿對(duì)稱(chēng)配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。Ma 0G總 LaFbFbG總L得a丫 0G總FbFaFaG總L a得aF摩Fa摩Fb摩FaFb2L a(5.2)F摩G總a式中 6總參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（N）;m）,參考上一L手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（節(jié)的計(jì)算；a導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（m）;

34、I 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。4:1.27 : 1.57對(duì)于圓柱面：2摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí):鋼對(duì)青銅：取卩=0.1 0.15鋼對(duì)鑄鐵：取卩=0.18 0.3導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵0.20 1.50.31070NL=1.69-0.028=1.41m, 導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計(jì)為 0.016m將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算2La1070 0.32 1.410.160.165978.6N5. 手臂慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是V=5mmin ,在計(jì)算慣性力的時(shí)候,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間V=V=0.083m St 0.2s，啟動(dòng)G總v 卜慣 g t(5.3)G總v1070N0.083S

35、卜慣45.5N人Xg t9.8N Kg0.02S6.密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用0型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：F封 0.03F 。經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力：F 0.03F F 摩 F 慣=6210N3.3.3液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=6210N,根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa（1）確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖5.2所示1r1L1 口i111W1圖5.2雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔:F1D2P當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中:F2D2 d2

36、P液壓缸的有效面積:P1故有4FP11.13 FP1（無(wú)桿腔）F=6210N, P1 = 24F d2P1（有桿腔）(5.4)(5.5)610 pa，選擇機(jī)械效率0.95將有關(guān)數(shù)據(jù)代入:1.131.13.62100.95 2 100.06460m根據(jù)表4-1 （JB826-66 ）,選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=65mm.（2） 液壓缸外徑的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在7mm所以該液壓缸的外徑為79mm.（3） 活塞桿的計(jì)算校核活塞桿的尺寸要滿(mǎn)足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對(duì)于桿長(zhǎng)L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：(5.6)設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛，故=100

37、120Mpa，活塞直徑 d=20mm,L=1360mm現(xiàn)在進(jìn)0.02210 Mpa 100 10行校核。44結(jié)論：活塞桿的強(qiáng)度足夠。3.4機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些 運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂 部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的，也可以是 行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。3.4.1機(jī)身的整體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械

38、手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以 下幾種：（1）回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)傳動(dòng)路線(xiàn)長(zhǎng)，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大。（2）回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回 轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。（3）活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn) 動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。分析:經(jīng)過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括 兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié) 構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端

39、蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手 臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的。活塞桿采用空心，內(nèi)裝 一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向。花鍵軸與與升降缸的下端蓋用 鍵來(lái)固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過(guò)花 鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過(guò)兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn) 葉片的兩側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉 片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)180。342機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）回

40、轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩M驅(qū)，應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M慣及各密封裝置處的摩擦阻力矩 M阻相平衡。M驅(qū)M慣M阻M回（6.1）慣性力矩的計(jì)算M 慣 JJ（6.2）式中回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（rad/s），在起動(dòng)過(guò)程中 =；t起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間（s）;若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為，則G 2J J20 cg(6.3)N m s2 )。式中Jc 回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。Jc ml2z3R2 12回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長(zhǎng)（6.4）1800mm直徑為60mm的圓柱體，質(zhì)量為159.2Kg.設(shè)置起動(dòng)Jo 手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（角度 =18，則起動(dòng)角速度

41、=0.314 rad s，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為 0.1s。JCz m l2 3R2 /12 43N m s2G 22J0 Jc1495N m sg0 3142M 慣 J。 J。=1495 -4694.3 N m St0.1密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下M阻=0.03 M驅(qū)，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算 M驅(qū)=4839.5 N m S2（2）回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定8Mps。d為輸出軸與動(dòng)片設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬b=60mm選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為連接處的直徑，設(shè) d=50m m則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算：(6.5)D=151mm既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為 150mm根據(jù)表4.2

42、選擇液壓缸的基本外徑尺寸 再經(jīng)過(guò)配合等條件的考慮。液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算4.3所示，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為180mm不是最終尺寸），算,（3）根據(jù)表t小于80mm根據(jù)初步估D 3.14 150 471mm，t8Mpa所以螺釘間距47178.5 p t,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（68M 驅(qū) J2 bp個(gè)面6個(gè)，兩個(gè)面是12個(gè)）。危險(xiǎn)截面SR2r20.1520.05240.0157m2PS所以，F(xiàn)q三20933NKFqK 1.5: 1.8FqsKFq=1.5 20933 31400N所以 Fq=20933+31400=52333N螺釘材料選擇Q235,則240n 1.2200MPa( n 1.2: 2.5

43、)螺釘?shù)闹睆絛4 1.3Fq(一41.3523333.14 200 1060.020m螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=20mm選擇M20的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。150mm外徑為230mm輸經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，需要螺釘來(lái)連接，最終確定的液壓缸內(nèi)徑為 出軸徑為50mm（4）動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘和輸出軸之間的配合緊密。坐 D2 d28dM 摩 FQZf Fq 旦 D2d2得4Zfd式中Fq 每個(gè)螺釘預(yù)緊力；D一一動(dòng)片的外徑；f 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取f=0.15螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為1.3Fq4 1.3 40000 3.14 200 1060.0135m合W4Fqdi或帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得Fq 旦 D2 d20.0

44、6 8 1062 20.1520.0524Zfd=4 Z 0.15 0.05螺釘材料選擇Q235,則240 200MPa（ n 匸2： 2.5）ni.2440000N螺釘?shù)闹睆?d螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=14mm選擇M14的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。3.4.3機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算1手臂偏重力矩的計(jì)算圖6.3手臂各部件重心位置圖(1)零件重量G工件G2、0腕、G 等。G工件 60Kg現(xiàn)在對(duì)機(jī)械手手臂做粗略估算:G爪和G腕 總共=33KgG 臂 16.2KgG總G工件+G爪+ G腕+G臂=109.2Kg(2)計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的距離工件=1920mm手和腕=i.69mm臂=0.88mm工件G工件

45、手腕G手腕臂 G臂G總(6.6)工件G工件手腕G手腕臂G臂1650mm所以，回轉(zhuǎn)半徑1650mm(3)計(jì)算偏重力矩M偏6總(6.7)M 偏 G總109.2Kg 9.8 1.650m 1765N m2 升降不自鎖條件分析計(jì)算手臂在G總的作用下有向下的趨勢(shì)，而里柱導(dǎo)套有防止這種趨勢(shì)。由力的平衡條件有 Fr1=Fr2，F(xiàn)%h=G總G總即所謂的不自鎖條件為:F% =FR2= hG總 f F1 F22F12Fr, fG總G總 f 2 h f ， h f 2 f取 f0.16則h f 0.32(6.8)當(dāng)=1650mn時(shí)，0.32=528mm因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于528mm3.手臂做升降運(yùn)

46、動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算(6.9)式中F摩一一摩擦阻力，參考圖 5.3F摩2F1 f取 f=0.16G零件及工件所受的總重。G總v總卜慣 (1)F慣的計(jì)算g tt=0.02s; G總近似估算為286.1Kg;將設(shè)定速度為v=4m min ;起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差數(shù)據(jù)帶入上面公式有：958.1NG總 v 286 0.067 msg t =9.8 0.02s(2)摩的計(jì)算F摩 2Fr fFrFr228盹 98N Kg 16亦 8725.6N0.53mF摩2Fr f 2 8725.6 0.16=2792.2N(3)液壓缸在這里選擇 O型密封，所以密封摩擦力可以通過(guò)近似估算 最后通過(guò)以上計(jì)算當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動(dòng)

47、時(shí)，F(xiàn)=6756NF密 0.03F當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=6756- 286 2 =6184N3.4.4軸承的選擇分析對(duì)于升降缸的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于機(jī)身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響，因此，這里要充分考慮這個(gè)問(wèn)題。 對(duì)于本設(shè)計(jì)，采用一支點(diǎn)，雙固定，另一支點(diǎn)游動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能 承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。其結(jié)構(gòu)參看本章開(kāi)始的一一機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖 5.3。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)角接觸球軸承，面對(duì)面或者背對(duì)背的組合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以承受雙向 軸向載荷。四、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制.當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)

48、，只需改變 PLC程序即可實(shí) 現(xiàn)，非常方便快捷。4.1 可編程序控器的簡(jiǎn)介1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC) 研制出第一臺(tái) PLC ，在美國(guó)通用汽車(chē) 自動(dòng)裝配線(xiàn)上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操 作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在 美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到 1971 年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶 金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國(guó)家的高 度重視。 1971 年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái) P LC 。 1973 年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái) P LC 。我國(guó)從 1

49、974 年開(kāi)始研 制 , 于 1977 年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。4.2 PLC 的結(jié)構(gòu)，種類(lèi)和分類(lèi)PLC 實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì) 算機(jī)相同，如圖所示：圖 5-1中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照 PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及 警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。（二） 存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。（三） 電源PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。 如果沒(méi)有一個(gè)良好的、 可 靠得電源系統(tǒng)是

50、無(wú)法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也 十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%（+15%） 范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。常見(jiàn)的PLC的類(lèi)型挺多的，有三菱的FX系列、西門(mén)子的S7系列、臺(tái)灣的豐煒等 等。plc 的分類(lèi)有：（ 一） 小型 PLC小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè) 硬件融為一體， 除了開(kāi)關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功 能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通 訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。（ 二） 中型 PLC中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)