機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、摘要 在當(dāng)今大規(guī)模的制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)械手作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)自動(dòng)化水平。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重要性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取試教在線的方式。本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)四自由度的工業(yè)機(jī)械手，用于給沖壓設(shè)配運(yùn)送物料。首先，本文將設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人的底座、手、手腕、臂部等結(jié)構(gòu)。然后選擇合適的傳動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)方式，搭建工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)械手的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡和伺服放大器的選擇，反饋

2、方式和反饋元件的選擇，端子板電路的設(shè)計(jì)以及控制軟件的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)械手運(yùn)行的安全性。最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的伺服控制和制動(dòng)問(wèn)題實(shí)時(shí)的檢測(cè)機(jī)械手的各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況，機(jī)械手的示教編程和在線修改程序，設(shè)置參考點(diǎn)和回參考點(diǎn)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；示教編程；伺服；制動(dòng)ABSTRACTIn today's large-scale manufacturing, the enterprise to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process

3、 automation degree, manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and the use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the

4、 welding, painting, handling and storage, and the intensity of labor great importance of the work, work way to try to teach the general way online.This paper will design a four degrees of freedom industrial robot, are used to transport materials with stamping set. First of all, this article will des

5、ign the base of the industrial robot hand, wrist, arm, the structure, etc. And then choose the appropriate transmission mode, driving way, build the structure of manipulator platform. On this basis, this paper will design the system control system, including data collection card and the choice of se

6、rvo amplifiers, feedback and feedback of components of the way choice, terminal board circuit design and control of the software design, focusing on the reliability of the control software and operation safety of manipulator. Finally realize the goals include: the joint servo control and braking pro

7、blems in real time detection of each joint movement of the manipulator, the manipulator. Teaching program and on-line modification program, set the reference points and back to the point of reference.Keywords: Manipulator; Demonstration program; Servo; brake.目錄摘要IABSTRACTII1 緒論11.1 工業(yè)機(jī)械手的分類21.2 工業(yè)機(jī)械

8、手的組成31.3 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的作用61.4 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的目的81.5 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的內(nèi)容91.6 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向92 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案122.1 原始數(shù)據(jù)（主要參數(shù)）122.2 工作要求122.3 系統(tǒng)組成132.4 總體技術(shù)方案133 機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)計(jì)算153.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)153.2 夾鉗式手部設(shè)計(jì)的基本要求163.3 夾鉗式手部的計(jì)算與分析173.4 楔塊等尺寸的確定293.5 材料及連接件選擇334 機(jī)械手的腕部設(shè)計(jì)計(jì)算344.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求344.2 腕部結(jié)構(gòu)的選取364.3 腕部結(jié)構(gòu)的計(jì)算37總結(jié)50參考文獻(xiàn)51致謝53附錄 外文文獻(xiàn)541 緒

9、論機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)，不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，工業(yè)機(jī)械手的工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它的特點(diǎn)是通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性，機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的

10、能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線中，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)和勞動(dòng)，不知疲勞，不懼危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手大的特點(diǎn)，因此機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力

11、，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工 業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電氣液壓技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨多種學(xué)科的綜合技術(shù)。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。1.1 工業(yè)機(jī)械手的分類目前，我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)械手尚無(wú)交統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般可按機(jī)械手的規(guī)格、功能或用途等來(lái)分類。 按規(guī)格（所搬運(yùn)的工件重量）分類1）微型的搬運(yùn)重量在1kg以下

12、。2）小型的搬運(yùn)重量在10kg以下。3）中型的搬運(yùn)重量在50kg以下。4）大型的搬運(yùn)重量在500kg以下。目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為1-30kg。最小的為0.5kg，最大的已達(dá)800kg。 按功能分類1） 簡(jiǎn)易型工業(yè)機(jī)械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓或擋塊轉(zhuǎn)鼓控制，可變程序用插銷板或轉(zhuǎn)鼓控制來(lái)給定程序。近年來(lái)，普遍采用可編程序控制器（PC）組成控制系統(tǒng)。這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，改變程序較容易。只適用于程序較簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制，但作為一般單服務(wù)的搬運(yùn)作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。2） 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手 這種工業(yè)機(jī)械手有人工通過(guò)示教裝

13、置領(lǐng)動(dòng)一遍，有記憶元件（如磁盤、磁帶或存儲(chǔ)器）把程序記錄下來(lái)，以后機(jī)械手就自動(dòng)按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。這是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動(dòng)。與前者相比較，有較多的自由度，能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較強(qiáng)。3） 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手 可通過(guò)更換穿孔帶或其它記憶介質(zhì)來(lái)改變工業(yè)機(jī)械手的動(dòng)作程序，還可以進(jìn)行多機(jī)控制（DNC）。計(jì)算機(jī)可以是可編程序控制器或微型計(jì)算機(jī)。4） 智能工業(yè)機(jī)械手 有計(jì)算機(jī)通過(guò)各種傳感元件等進(jìn)行控制，具有視覺(jué)、熱覺(jué)、觸覺(jué)、行走機(jī)構(gòu)等。 按用途分類1）專用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的，具有固定的程序而無(wú)獨(dú)立的控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。這種機(jī)械手工作對(duì)象不變，動(dòng)作固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用

14、可靠，適用于成批、大量生產(chǎn)的生產(chǎn)自動(dòng)線或?qū)C(jī)作為自動(dòng)上、下料用。2）通用機(jī)械手 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。1.2 工業(yè)機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)所組成的，各部分關(guān)系如圖（1.1）所示，機(jī)械手的組成示意圖如圖（1.2）所示。圖1.1 工業(yè)機(jī)械手組成框圖圖1.2 工業(yè)機(jī)械手組成示意圖1手指 2手部 3手腕回轉(zhuǎn)液壓缸 4導(dǎo)向桿 5手臂伸縮液壓缸6手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 7手臂升降液壓缸 8液壓系統(tǒng)控制閥9液壓泵電動(dòng)機(jī) 10液壓泵 11油箱 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由抓取部分（手

15、部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。（1）手部 詳見(jiàn)第三章，即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手爪多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式或內(nèi)抓式兩種；也可用負(fù)壓或真空式的空氣吸盤（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪杠桿式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。（2）腕部 詳見(jiàn)第四章，是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓物體的方位（即姿態(tài)）。（3）臂部 手臂是支撐被抓物體、手部、腕部的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物體，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定的位置。手臂

16、有三個(gè)自由度，可采用直角坐標(biāo)系（前后、上下、左右都是直線），圓柱坐標(biāo)系（前后、上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)），球坐標(biāo)系（前后伸縮、上下擺動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)）和多關(guān)節(jié)（手臂能任意伸縮）四種方式。直角坐標(biāo)占空間大，工作范圍小，慣性小，所以一般不多用，只有在自由度數(shù)較少時(shí)用之。圓柱坐標(biāo)占空間較小，工作范圍較大，但慣性也大，且不能抓取底面物體。球坐標(biāo)式和多關(guān)節(jié)式占用空間小，工作范圍較大，慣性小，所需動(dòng)力小，能抓取底面物體，多關(guān)節(jié)還可以繞障礙物選擇途徑，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以也不多用。目前常用的是球坐標(biāo)式和圓柱坐標(biāo)式的工業(yè)機(jī)械手。（4）行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械式

17、四種形式。氣動(dòng)式速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。采用點(diǎn)位控制或機(jī)械擋塊定位控制時(shí)，有較高的重復(fù)定位精度，但臂力一般在300N以下。液動(dòng)式的臂力可達(dá)1000N以上，且可用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機(jī)械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在1mm范圍內(nèi)。目前常用的是氣動(dòng)和液動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)式用于小型，機(jī)械式只用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的場(chǎng)合?？刂葡到y(tǒng)有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性?；w（機(jī)身）基體是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。1.3 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的作用機(jī)械手在工

18、業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。國(guó)內(nèi)已建成的這類自動(dòng)線很多，如沈陽(yáng)水泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類），大連電機(jī)廠的4號(hào)和5號(hào)電動(dòng)機(jī)軸加工自動(dòng)線（軸類），上海拖拉機(jī)齒輪廠的齒柸加工自動(dòng)線（盤類）等。加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣缸蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面（1）各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開(kāi)的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)床。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用最多，如上海柴

19、油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二機(jī)床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿形車床機(jī)械手，沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的Y38滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾齒花鍵機(jī)床機(jī)械手等。由于這方面使用已有成熟的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)一些機(jī)床廠已在這類機(jī)床產(chǎn)品出廠時(shí)就附上機(jī)械手，或?yàn)橛脩糇孕邪惭b機(jī)械手提供條件。（2）注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。（3）沖床有自動(dòng)上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。如沈陽(yáng)低壓開(kāi)關(guān)廠200t沖床磁力起動(dòng)器殼體下料機(jī)械手和天津拖拉機(jī)廠400t沖床的下料機(jī)械手等

20、；一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)，如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手（生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位沖床）和天津二輕局技術(shù)研究所制作的12t和40t多工位沖床機(jī)械手等。鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面在模鍛方面，國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)的3t、5t、10t模鍛錘，其所配的轉(zhuǎn)底爐，用兩只機(jī)械手成一定夾角布置在爐前，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化。上海柴油機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。總的來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)械手滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，其特點(diǎn)是：（1）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可

21、以在異常的高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手或機(jī)器人。（2）由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因?yàn)榭梢苑€(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。（3）機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人得功能。人在連續(xù)工作幾小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能勝任長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。（4）機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變

22、化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。（5）采用機(jī)械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。1.4 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的目的工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化）等專業(yè)的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課程及有關(guān)專業(yè)課以后的一次專業(yè)課程的綜合設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)提高學(xué)生的機(jī)構(gòu)分析與綜合的能力、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，掌握實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)這一教學(xué)環(huán)節(jié)要求可以達(dá)到：（1）通過(guò)設(shè)計(jì)，把有關(guān)課程（機(jī)構(gòu)分

23、析與綜合、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、測(cè)試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用、自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)等）中所獲得的理論知識(shí)在實(shí)際中綜合地加以應(yīng)用，使這些知識(shí)得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識(shí)和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來(lái)。因此，工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課以后的綜合性的專業(yè)課程設(shè)計(jì)。（2）工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)的學(xué)生一次比較完整的機(jī)電一體化整機(jī)設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)的能力，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握機(jī)電一體化機(jī)械產(chǎn)品的基本方法和步驟，為自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)。（3）通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生能熟練地應(yīng)用有關(guān)資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖冊(cè)和規(guī)范；熟練有

24、關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)，已完成一個(gè)工程技術(shù)人員在機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)方面必須具備的基本技術(shù)訓(xùn)練。（4）由于整個(gè)機(jī)械手設(shè)計(jì)工作量大為了是學(xué)生在幾個(gè)周之內(nèi)得到一個(gè)完整的訓(xùn)練，因此此次設(shè)計(jì)我們小組四個(gè)人分工協(xié)作一個(gè)完整的工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)。這樣既能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作與分工協(xié)作完成大型設(shè)計(jì)的能力，又解決了工作量大、時(shí)間短的矛盾。1.5 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求本設(shè)計(jì)能較鮮明地體現(xiàn)機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)構(gòu)思。所謂機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械工程技術(shù)吸收微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、傳感技術(shù)等而形成的一種新的綜合集成技術(shù)。盡管機(jī)電一體化的產(chǎn)品名目較多，并由于它們的功能不同而有不同的形成和復(fù)雜程度，但做功的機(jī)械本體部分（包括動(dòng)力裝置）和微電

25、子控制部分（包括信息處理）是其最基本的、必不可少的要素。我們選擇工業(yè)機(jī)械手作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，無(wú)論從內(nèi)容的深度、份量以及覆蓋各科知識(shí)面的程度來(lái)衡量都是適當(dāng)?shù)?。此設(shè)計(jì)要就我們組各成員完成以下工作：（1）擬定整體設(shè)計(jì)方案，特別是傳感、控制方式與機(jī)械本體的有機(jī)結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。（2）根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇合適的手部、腕部、臂身和機(jī)身的結(jié)構(gòu)。（3）各部分的設(shè)計(jì)計(jì)算。（4）工業(yè)機(jī)械手工作裝配圖的設(shè)計(jì)與繪制。（5）液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)與繪制。（6）機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)分析。（8）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。（9）就本次設(shè)計(jì)參加答辯。1.6 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況：在現(xiàn)在工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、

26、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。有資料統(tǒng)計(jì)：美國(guó)偏重于毛坯的生產(chǎn)。日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對(duì)象還有所改變。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。國(guó)內(nèi)機(jī)械手工業(yè)，鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料。減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。國(guó)外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床組合成一個(gè)綜合的數(shù)控系統(tǒng)。采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更是現(xiàn)在研究的重點(diǎn)，國(guó)外已研究采用攝像機(jī)和力

27、傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。國(guó)內(nèi)外實(shí)際上使用的定位控制的機(jī)械手，沒(méi)有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”反饋。目前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對(duì)所抓取的工件進(jìn)行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器中定位、定向。為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和法、分辨形狀不同的零件，它有視覺(jué)傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺(jué)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工作。為防止握力過(guò)大引起物件損壞或握力過(guò)小引起物體滑落下來(lái)，一般采用兩種方法：一是檢測(cè)把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測(cè)指部與物體的滑動(dòng)位移，來(lái)修

28、正握力。因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方面的性能：（1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體。（2）能判斷對(duì)象的重量。（3）能自動(dòng)避開(kāi)障礙物。（4）抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來(lái)。這種具有感知能力并能對(duì)感知的信息作出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是具有發(fā)展前途的。現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)單的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替人從事繁重的工作和危險(xiǎn)地工作，在惡劣的環(huán)境下尤其明顯。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說(shuō)是很好的。雖然這些工業(yè)部門工時(shí)不足的問(wèn)題很尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序。其原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機(jī)械手工作的

29、范圍很狹小。另外經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來(lái)節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。然而，利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問(wèn)題獲得解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會(huì)飛躍發(fā)展。2 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案2.1 原始數(shù)據(jù)（主要參數(shù)）1. 抓重： 200N2. 自由度： 4個(gè)3. 標(biāo)形式： 球坐標(biāo)4. 手指夾持范圍：棒料，直徑4060mm，長(zhǎng)度4501200mm5. 定位方式：電位器設(shè)定，點(diǎn)位控制6. 驅(qū)動(dòng)方式：液壓（中、低壓系統(tǒng)）7. 定位精度： ±3mm8. 控制方式：可編程控制9. 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：運(yùn)動(dòng)名稱符號(hào)形成范圍速度回轉(zhuǎn)

30、0°120°小于90(°)/s俯仰0°45°小于90(°)/s伸縮X350小于250mm/s10. 手腕參數(shù)：運(yùn)動(dòng)名稱符號(hào)形成范圍速度回轉(zhuǎn)0°180°小于90(°)/s 11. 放松時(shí)的兩爪的最大距離為8090mm，1s抓緊，夾緊速度20mm/s2.2 工作要求機(jī)械手的工作流程：機(jī)械手的原位伸縮臂前伸夾持器夾緊機(jī)械手臂向左回轉(zhuǎn)90°機(jī)械手手腕逆時(shí)針回轉(zhuǎn)90º機(jī)械手臂向下俯仰30°機(jī)械手松開(kāi)工件機(jī)械手臂向上俯仰30°機(jī)械手手腕順時(shí)針回轉(zhuǎn)90º機(jī)械手臂向右回轉(zhuǎn)

31、90°伸縮臂后縮機(jī)械手復(fù)位：依次循環(huán)其機(jī)械手球坐標(biāo)型運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下圖所示：圖2.1 球坐標(biāo)式手臂運(yùn)動(dòng)：俯仰（或大臂上下擺動(dòng)）2.3 系統(tǒng)組成本次設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的，其中機(jī)體有本體部分組成；傳送機(jī)構(gòu)主要有伸縮臂及抓緊機(jī)構(gòu)組成；動(dòng)力源由液壓驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)兩種形式構(gòu)成控制裝置主要由自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩部分組成。2.4 總體技術(shù)方案畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要把我們所學(xué)的比較分散的知識(shí)綜合起來(lái)，并進(jìn)行靈活運(yùn)用，現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)電一體化，因此，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)是要我們將“機(jī)”“電”“液”三者合并起來(lái)。 動(dòng)作分析工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)是指它的執(zhí)行系統(tǒng)，是機(jī)械手抓持工件、進(jìn)行

32、操作及各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件。機(jī)械部件主要包括手部，手臂前后伸縮部分，手臂上下升降部分，腰轉(zhuǎn)部分以及機(jī)座。 手部手部：包括杠桿手指，單向作用式握緊油缸等。其工件原理：物體進(jìn)入手指之后，拉桿手油缸作用，通過(guò)拉桿帶動(dòng)杠桿手指回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)握緊或松開(kāi)動(dòng)作。手臂的前后伸縮部分 由直線油缸帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)直線油缸工作時(shí)通過(guò)活塞桿行程的變化，完成手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。 腰轉(zhuǎn)部分主要由轉(zhuǎn)盤和回轉(zhuǎn)油缸組成當(dāng)壓力油進(jìn)入回轉(zhuǎn)油缸時(shí)，回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)銷回轉(zhuǎn)，通過(guò)活塞桿的伸縮帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的左右轉(zhuǎn)動(dòng)。3 機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手部（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來(lái)直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、

33、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)持定的工件要求而設(shè)計(jì)的。歸結(jié)起來(lái)，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類常見(jiàn)的主要有夾鉗式，此外還有鉤托式和彈簧式。夾持類手部按其手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式，可分為手指回轉(zhuǎn)型和手指平移型兩種。吸附類中，有氣吸式和磁吸式。夾鉗式手部是有手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成的，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸、盤、套類零件。一般情況下，多采用兩個(gè)手指，少數(shù)采用三指或多指。驅(qū)動(dòng)裝置為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)源有液壓的、氣動(dòng)的和電動(dòng)的等幾種形式。常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)往往通過(guò)滑

34、槽、斜楔、齒輪齒條、連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加緊或松開(kāi)。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng)，適于夾持平板、方料。在夾持直徑不同的圓棒時(shí)，不會(huì)引起中心位移的偏移。但這種手指結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、體積大，要求加工精度高?；剞D(zhuǎn)型手指的張開(kāi)閉合靠手指根部（以樞軸支點(diǎn)為中心）的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成。樞軸支點(diǎn)為一個(gè)的，稱單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型；為兩個(gè)的，稱為雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型。這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形狀小巧，但夾持不同工件會(huì)產(chǎn)生夾持定位誤差。綜合考慮以上各種手部結(jié)構(gòu)和本次設(shè)計(jì)所需的工作要求，最后確定手部的基本結(jié)構(gòu)為夾鉗式雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手部結(jié)構(gòu)。圖3.1 回轉(zhuǎn)型和平移型手指a）單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型 b）雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型 c）平移型（平直指）3.2 夾鉗式手部設(shè)計(jì)的

35、基本要求1、應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力 手指握力（夾緊力）大小適宜，力量過(guò)大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至?xí)p壞工件；力量過(guò)小則夾持不住或產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。在確定握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件夾持安全可靠。而對(duì)手部的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)，應(yīng)有足夠的驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)指出，由于機(jī)構(gòu)傳力比不同，在一定的夾持力條件下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動(dòng)力的大小是不同的。2、手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍 手指應(yīng)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）或開(kāi)閉距離（對(duì)平移型手指從張開(kāi)到合閉的直線移動(dòng)距離）S，以便于抓取和退出工件。3、應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度 應(yīng)

36、保證每個(gè)被夾持的工件，在手指內(nèi)部都有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。這對(duì)一些有方位要求的場(chǎng)合更為重要，如曲拐、凸輪軸一類復(fù)雜的工件，在機(jī)床上安裝的位置要求嚴(yán)格，因此機(jī)械手的手部在夾持工件后應(yīng)保持相對(duì)的位置精度。4、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。5、應(yīng)考慮通用性和特殊要求 一般情況下，手部多是專用的，為了擴(kuò)大它的使用范圍，提高它的通用化程度，以適應(yīng)夾持不同尺寸和形狀的工件要求，通常采取手指可調(diào)整的辦法。如更換手指甚至更換整個(gè)手部。此外，還要考慮能適應(yīng)工件環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、乃承受鍛錘沖擊力等。3.3 夾鉗式手部的計(jì)算

37、與分析 夾緊力的計(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)其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，夾緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按下列公式計(jì)算： F KKKG 式（3.1）式中：K安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定，通常取1.22.0，取1.5K工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，計(jì)算最大加速度，得出工作情況系數(shù)K2，K2=1+ =1+=1.002 ， a為機(jī)器人搬運(yùn)工件過(guò)程的加速度或減速度的絕對(duì)值（m/s）:K 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(jìn)行選定手指與工件位置：手指水平放

38、置，工件水平放置；表3.1 夾緊力的方位系數(shù)手指與工件位置手指水平放置夾水平放置工件手指水平放置夾水平懸臂放置工件手指水平放置夾垂直放置工件V型指夾圓棒K=0.5K粗略計(jì)算KK=V型手指半角。粗略計(jì)算K4手指與工件位置手指水平放置夾水平放置工件手指水平放置夾水平懸臂放置工件手指水平放置夾垂直放置工件V型指夾圓棒K=粗略計(jì)算K0.9 1.1K=粗略計(jì)算K4手指與工件形狀：V型指端夾持圓柱型工件；即根據(jù)手指與工件的位置要求查表3.1得K=0.5；G被抓工件重量；因此，求得夾緊力F,FN=K1K2K3G=1.5×1.002×0.5×200=150.3N 取整的151N

39、驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 根據(jù)驅(qū)動(dòng)力和夾緊力之間的關(guān)系式： F= 式（3.2）式中：c滾子至銷軸之間的距離b抓至銷軸之間的距離 楔塊的傾斜角可得F=146.89N，得出F為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力F要大于理論計(jì)算值，考慮手爪的機(jī)械效率，一般取0.8 0.9，此處取0.88，則： F=166.93N，取F=500N 液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算設(shè)計(jì)方案中壓縮彈簧使爪牙張開(kāi)，故為常開(kāi)式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供推力：F = 式（3.3）式中：D活塞直徑 d活塞桿直徑 p驅(qū)動(dòng)壓力F推=F，已知液壓缸驅(qū)動(dòng)力F,且F=500N10KN由表3.2于F10KN，故選工作壓力P=1MP 液壓缸內(nèi)經(jīng)計(jì)算據(jù)公式計(jì)算可得液

40、壓缸內(nèi)徑：D=mm=25.231mm表3.2 液壓缸工作壓力作用在活塞上的外力F(N)液壓缸工作壓力（MP）50000.81.05000100001.52.010000200002.53.020000300003.04.030000500004.05.0500005.07.0根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，見(jiàn)表3.2圓整后再結(jié)合液壓缸標(biāo)準(zhǔn)取D=40mm。表3.3 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66）20253240*50*5563*6570(75)80*(85)90(95)100*(105)110125*(130)140*160*180200*250注：1.括號(hào)內(nèi)尺寸盡可能不用。 2. *號(hào)者為（JB108

41、667）標(biāo)準(zhǔn)系列。 活塞桿的計(jì)算：活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度的要求。按強(qiáng)度條件校驗(yàn)活塞桿直徑d 按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： = 式（3.4）或 d 式（3.5） = 式（3.6）碳鋼取100120MP，n一般不小于1.4，計(jì)算出的直徑d再按表3-3標(biāo)準(zhǔn)值取整?；钊谐?，當(dāng)抓取60mm工件時(shí)，即手爪從張開(kāi)90mm減小到60mm，楔塊向前移動(dòng)大約40mm。取液壓缸行程S=40mm。表3.4 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑液壓缸工作壓力pMPa5577推薦活塞桿直徑（0.50.55）D(0.60.7)D0.7D即可得： 活塞桿直徑d=0.5D=0.5×40=20mm按強(qiáng)度條件校

42、驗(yàn)活塞桿直徑d可得：d=2.52mm（查表3.5取標(biāo)準(zhǔn)直徑值為20mm） 活塞厚B=（0.6 1.0）D，取B=0.8d=0.8×40=32mm 缸筒長(zhǎng)度L（20 30）D，取L=123mm 活塞行程，當(dāng)抓取60mm工件時(shí)，即手爪從張開(kāi)90mm減小到60mm，楔塊向前移動(dòng)大約30mm。去液壓缸行程S=30mm。液壓缸流量計(jì)算： Q= 式（3.7）放松時(shí)流量 qV=1.1304Lmin夾緊時(shí)流量 qV=1.5072 Lmin表3.5 活塞桿的直徑系列（JB826-66）10121416182022252830323540455055（60）63（65）70（75）80（85）90（95

43、）注：括號(hào)內(nèi)的尺寸盡可能不用。 液壓缸壁厚計(jì)算 液壓缸壁厚計(jì)算，在實(shí)際使用中有下列三種公式：（1） 中等壁厚，即163.2時(shí)=+C 式（3.8）式中： p1液壓缸內(nèi)工作壓力（Pa）； 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)無(wú)縫鋼管時(shí)=1）；C計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)厚度值；D液壓缸內(nèi)徑（m）；（2） 薄壁，即16時(shí)= 式（3.9）（3） 厚壁，即當(dāng)3.2時(shí)=（） 式（3.10）式中： =材料抗拉強(qiáng)度（Pa）； n安全系數(shù)，n=3.55；一般常用缸體材料的許用應(yīng)力；鍛鋼 =110120MPa鑄鐵 =60MPa無(wú)縫鋼管 =100110MPa結(jié)合該液壓缸內(nèi)徑大小取中等壁厚即：=+C=考慮工程機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)液壓缸

44、外徑和C值取壁厚5mm 液壓缸外徑的選取 具體參照表（3.6）表3.6 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB1086-67）液壓缸外徑405063809010011012514015016018020鋼160MP5060769510812115316814618019421930鋼200MP50607695108121153168146180194219由液壓缸內(nèi)經(jīng)和液壓缸壁厚尺寸可確定液壓缸外徑尺寸為50mm。3.3.8 選用夾持器液壓缸經(jīng)網(wǎng)絡(luò)查詢，溫州中冶液壓氣動(dòng)有限公司所生產(chǎn)的輕型拉桿液壓缸型號(hào)為：MOB-B-40-FB，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，外形尺寸及技術(shù)參數(shù)如下： 圖3.2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖3.3 外形尺寸表3.7

45、夾持器液壓缸技術(shù)參數(shù)工作壓力使用溫度范圍允許最大速度效率傳動(dòng)介質(zhì)缸徑受壓面積速度比無(wú)桿腔有桿腔1MPa-10 º+80 º300m/s90常規(guī)礦物液壓油40mm12.58.61.453.3.9 手爪的夾持誤差及分析 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定的位置，不僅取決于機(jī)械手定位精度（右臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關(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，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，必須注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見(jiàn)下圖，圖3.4 夾持不同直徑工件時(shí)的夾持誤差(R和R不同工件 CC)從而使夾持誤差控制在較小范圍內(nèi)。

46、在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過(guò)±1mm就可以了。這就可以在滿足定位精度的條件下，采用簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)型手爪。而避免單純追求自動(dòng)定心，而使設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)過(guò)分復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)為楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，選用兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪。如圖所示：圖3.5 兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪其中：l為手指長(zhǎng)度 選取為60mm； 2為V型槽的夾角 選取為120º； 為偏轉(zhuǎn)角； 2a為兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)距離 選取為50mm；若把工件軸心位置C到手爪兩支點(diǎn)連線的垂直距離CD以X表示，根據(jù)幾何關(guān)系有：X= 式（3.11）為討論方便起見(jiàn)上式改寫為：X= 式（3.12）或該方程同樣為雙曲線方程。如圖3.6所示：圖3.6 工件半

47、徑與夾持誤差關(guān)系曲線由上圖3.6得，當(dāng)工件半徑為R時(shí)，X取最小值X，又從上式可以求出： ，通常取2=120 º X=lsin若工件的半徑R變化到R時(shí)，X值的最大變化量，即為夾持誤差，用表示。在設(shè)計(jì)中，希望按給定的R和R來(lái)確定手爪各部分尺寸，為減少夾持誤差，一方面可加長(zhǎng)手指長(zhǎng)度，但手指過(guò)長(zhǎng)，使其結(jié)構(gòu)增大；另一方面可選取合適的偏轉(zhuǎn)角，是夾持誤差最小，這時(shí)的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。只有當(dāng)工件的平均半徑R取為R時(shí)，夾持誤差最小。此時(shí)必須說(shuō)明，對(duì)于雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當(dāng)a值較大時(shí)），偏轉(zhuǎn)角的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時(shí)，兩手爪的BE和BE邊平行，抓不著

48、工件。為避免上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑R，以BCD=90 º為條件確定兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角，即為： = 式（3.13）表3.8 最佳偏轉(zhuǎn)角(2120)m=1.522.533.544.55最佳偏轉(zhuǎn)角39 405444622967237044731374027639其中2a=50mm，l=60mm，V型鉗的夾角2=120º 即 =56.932º由 R= lsincos=60×sin60 º×cos56.932 º=28.35mm如下表3.9則RRR，此時(shí)定位誤差為和中的最大值。= =mm=0.041mm=mm=0

49、.054mm所以，由=0.054mm1mm，即手指夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。由以上各值可得：X=56.63mm取值為X=57mm3.4 楔塊等尺寸的確定楔塊進(jìn)入杠桿手指時(shí)的力分析如下：圖 3.7上圖3.7中斜楔角，30時(shí)有增力作用；滾子與斜楔面間當(dāng)量摩擦角，tan（dD）tan，為滾子與轉(zhuǎn)軸間的摩擦角，d為轉(zhuǎn)軸直徑，D為滾子外徑，tan=f，f為滾子與轉(zhuǎn)軸間摩擦系數(shù)；支點(diǎn)O至斜面垂線與杠桿的夾角；表3.9 回轉(zhuǎn)型手爪的定位誤差計(jì)算 手爪形式手爪參數(shù)與定位誤差二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手抓 參數(shù)的選擇2通?？扇?120手指長(zhǎng)l不要太大a不要太大偏轉(zhuǎn)角通常取cos定位誤差的計(jì)算當(dāng)RRR或RRR|- 當(dāng)RRR定位誤差

50、為和中最大者- -其中Rlsincos對(duì)于只抓取R和R兩種尺寸時(shí)，偏轉(zhuǎn)角按表右選取，定為誤差為零。cos注意：此時(shí)a值盡量要取小些l杠桿驅(qū)動(dòng)端桿長(zhǎng)；l´杠桿夾緊端桿長(zhǎng)；杠桿傳動(dòng)機(jī)械效率 斜塊的傳動(dòng)效率斜塊的傳動(dòng)效率可由下式表示： 式（3.14）杠桿傳動(dòng)機(jī)械效率取0.834，tan取0.1，dD取0.5.則可得26.036 º，90 º，取整得26 º。 動(dòng)作范圍分析陰影部分杠桿手指的動(dòng)作范圍，即90 º，見(jiàn)下圖圖 3.8如果，則楔面對(duì)杠桿作用力沿桿身方向，夾緊力為零，且為不穩(wěn)定狀態(tài)，所以必須大于。此外，當(dāng)=90º時(shí)杠桿與斜面平行，呈直

51、線接觸，且與回轉(zhuǎn)支點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上干涉，即為手指動(dòng)作的理論極限位置。 斜楔驅(qū)動(dòng)行程與手指開(kāi)閉范圍當(dāng)斜楔從松開(kāi)位置向下移動(dòng)至夾緊位置時(shí),沿兩斜面對(duì)稱中心線方向的驅(qū)動(dòng)行程為L(zhǎng)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的杠桿手指由位置轉(zhuǎn)到位置，其驅(qū)動(dòng)行程可用下式表示： 式（3.15）杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為： 式（3.16）通常狀態(tài)下，在90º左右范圍內(nèi)，則由手指需要的開(kāi)閉范圍來(lái)確定。由給定條件可知最大s為1525mm，最小設(shè)定為15mm。即15（1525）。已知26º，可得=90º64º。 l與l´的確定斜楔傳動(dòng)比i可由下式表示： 式（3.17）可知一定時(shí)，l愈大，i愈大，且

52、杠桿手指的轉(zhuǎn)角在90º范圍內(nèi)增大時(shí)，傳動(dòng)比減小，即斜楔等速前進(jìn)，杠桿手指轉(zhuǎn)速逐漸減小，則由l+=120分配距離為：l=31mm，=17mm。確定由前式得：s=（25-15）=10s=10=60 cos（26 º）-cos（76 º26 º），=50.623º，取=50º。 L的確定L為沿斜面對(duì)稱中心線方向的驅(qū)動(dòng)行程，由下圖中關(guān)系圖 3.9L=30.56mm，取L=31mm，則楔塊上邊長(zhǎng)為8mm。3.5 材料及連接件選擇V型指與夾持器連接選用圓柱銷GBT119.1，d=6mm，需使用2個(gè)杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷GBT119.1，

53、d=8mm，需使用2個(gè)滾子與手指連接選用圓柱銷GBT119.1，d=4mm，需使用2個(gè)以上材料均為鋼，無(wú)淬火和表面處理楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱直徑8mm，螺距p=1，旋合長(zhǎng)度為10mm。4 機(jī)械手的腕部設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。一般機(jī)械手手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，一些動(dòng)作較簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)置腕部搬運(yùn)工件。此外，機(jī)械手腕部具有獨(dú)立的自由度，如下圖所示，手腕運(yùn)動(dòng)有：繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為上下擺動(dòng)（或俯仰）；繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為左右擺動(dòng)；有的甚至是沿Y軸（或Z軸）的橫向移動(dòng)。圖4.1 腕部的自由度1臂部 2腕部 3手部圖4.2 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)a）表示手指 b）表示垂直、升降 c）表示水平伸縮