圓柱坐標機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

63/72圓柱坐標式三自由度機械手摘要機器人不僅是一種自動化的機器。機器人是一種可重新編程的、多功能的、機械手,為實現(xiàn)各種任務設(shè)計成通過可改變的程序動作來移動材料、零部件、工具或是其他專用裝置。本設(shè)計設(shè)計的是一種圓柱坐標式機械手,該裝置具有三個獨立運動(兩個直線運動、一個旋轉(zhuǎn)運動)，也確實是所講的三個自由度。該機構(gòu)中立柱可相關(guān)于機座旋轉(zhuǎn)180度，回轉(zhuǎn)速度15r/min，可水平伸縮距離400，移動速度約0.2/s，機械手可上下垂直運動，其垂直升降量1000，移動速度約0.15/s，機械手最大夾持重量10，所夾持工件為圓柱形，直徑范圍：Ф30—Ф120。本設(shè)計的旋轉(zhuǎn)運動采納擺動液壓馬達（旋轉(zhuǎn)液壓缸）驅(qū)動，水平伸縮運動采納液壓缸驅(qū)動，垂直升降運動仍采納液壓缸驅(qū)動。關(guān)鍵詞：三自由度，圓柱坐標式，工業(yè)機器人，機械手CYLINDRICALCOORDINATEROBOTOFTHREEDEGREESOFFREEDOMABSTRACTArobotisnotsimplyanotherautomatedmachine.Arobotisareprogrammablemultifunctionalmanipulatordesignedtomovematerial,parts,tool,orspecializeddevicesthroughvariableprogrammedmotionsfortheperformanceofavarietyoftask.Thisdesignisacylindricalcoordinatemanipulator,thedevicehasthreeseparatecampaigns(twostraight-linemovement,arotatingMovement),thatistosaythatthedevicehasthreedegreesoffreedom.Thebodiesofthecolumncanbecomparedtoframe180-degreerotation,withtherotationspeed15r/min.Themanipulatormaybestretchingfromthelevelof400mm,withthemovingspeedabout0.2m/s.Fromthetoptothebottom,themanipulatorcandoverticalmovementanditsverticaltake-offandlandingis1000mm,withthemovingspeedabout0.15m/s.Thelargestweightthatthedevicegripcanleadto10kg.Theworkpiecewiththediameterfrom30mmto120mmthatthedevicecangripiscylindrical.Accordingtotheissuedemands,besides,carefulthinkingandasktheteacher,therotatingmovementsofthedesignoptsrotatinghydraulicmotor(rotatingcylinder),thelevelofstretchingmovementsaredrivenbyhydrauliccylinders,verticaltake-offandlandingmovementsarestilldrivenbyhydrauliccylinders.KEYWORDS：Threedegreesoffreedom,Cylindrical，Industrialrobot,Manipulator目錄前言 1第1章概述 21.1工業(yè)機械手的概述 21.1.1機械手的組成 21.1.2機械手的運動與分類 31.1.3機械手的要緊參數(shù) 41.1.4機械手的結(jié)構(gòu) 51.2工業(yè)機械手的進展 51.3工業(yè)機械手在我國的進展與應用 6第2章總體設(shè)計方案 82.1總體設(shè)計的思路 82.1.1思路 82.2總體方案的確定 82.2.1方案 8第3章機械手相關(guān)的設(shè)計與計算 93.1手指的相關(guān)設(shè)計與計算 93.1.1手指夾緊力的計算 93.1.2手部液壓缸的選取 113.1.3水平伸縮缸尺寸計算 133.1.4垂直升降液壓缸要緊參數(shù)的確定 143.2升降手臂的設(shè)計 163.3立柱與托盤的設(shè)計 173.4液壓馬達的設(shè)計與計算 193.5液壓泵、電機的選擇 213.6機械手的操縱 22第4章相關(guān)的校核 234.1手爪扇形齒輪與齒條強度校核 23結(jié)論 24謝辭 25參考文獻 26前言機器人技術(shù)的進展，能夠講是科學技術(shù)進展共同的一個綜合性的結(jié)果，同時，也是為社會經(jīng)濟進展產(chǎn)生了重大阻礙的一門科學技術(shù)，它的進展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強了經(jīng)濟的投入，就加強了本國的經(jīng)濟的進展。另一方面它也是生產(chǎn)力進展的需求的必定結(jié)果，也是人類自身進展的必定結(jié)果，人類的進展隨著人們逐漸的這種社會進展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認識自然過程中,需求能夠解放人的一種工具。那么這種工具確實是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫碗s和繁重的體力勞動，實現(xiàn)人們對不可達世界的認識和改造，這也是人們在科技進展過程中的一個客觀需要。另一方面，人們有各種各樣的好的方法，它也歸功于電子技術(shù)，計算機技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的進展而產(chǎn)生了提供了強大的技術(shù)保證。畢業(yè)設(shè)計是對大學所學的知識的總結(jié)和運用。它是基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的統(tǒng)一，是理論和實踐相結(jié)合，這加深了我們對所學知識的理解和靈活運用。通過查閱大量的資料，學到了專門多在課堂上學不到的知識和掌握了一部分新的理念，為我們走向工作崗位奠定了一定的知識基礎(chǔ)。同時，也是檢驗我們掌握所學知識的深度和力度第1章概述1.1工業(yè)機械手的概述工業(yè)機器手的用途十分廣泛，它關(guān)于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，提高勞動效率，減輕工人的勞動強度，保證工人的安全都具有重要的意義，尤其關(guān)于那些有毒、高危、多粉塵、油漆、深水作業(yè)的工作環(huán)境和有放射等惡劣環(huán)境條件下的作業(yè)，使用工業(yè)機械手和機器人更具有顯著的優(yōu)越性，在FMS中要實現(xiàn)物流系統(tǒng)的正常運用，以實現(xiàn)坯料進入車間到加工成成品零件的全過程，使各個環(huán)節(jié)都能進行自動連接，以及機床刀具的自動調(diào)換，機械手都將起的重要的作用。隨著機械工業(yè)的進展，工業(yè)機械手的應用范圍會越來越廣。1.1.1機械手的組成工業(yè)機械手是一種模仿人手動作，并按設(shè)定的程序、軌跡、和要求代替人手抓取、搬運工件或操持工具或進行操作的自動化裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的工業(yè)機械手簡稱為“機械手”。機械手要緊由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成，各部分之間的相互關(guān)系如1-1所示。工件執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)操縱系統(tǒng)工件執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)操縱系統(tǒng)位置檢測裝置圖1-1機構(gòu)相互關(guān)系圖1、執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。(1)手部（或稱抓取機構(gòu)）是與物體接觸的部件，要緊是抓取和放置物件的作用。(2)手腕是連接手部和手臂的部件，能夠調(diào)整和改變工件方位。(3)手臂是支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。(4)立柱是支承手臂的部件，立柱也能夠是手臂的一部分。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有緊密的聯(lián)系。(5)機座是機械手的基礎(chǔ)部分。執(zhí)行機構(gòu)的各個部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，起支承和連接的作用。有時為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，能夠增設(shè)滾輪行走機構(gòu)2、驅(qū)動系統(tǒng)機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置，常用的有液壓、氣壓、電力和機械式驅(qū)動四種形式。3、操縱系統(tǒng)操縱系統(tǒng)是機械手動作的指揮系統(tǒng)，用來操縱動作的順序（程序）、位置和時刻、速度和加速度等。4、位置檢測裝置位置檢測裝置操縱執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，可隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給操縱系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過操縱系統(tǒng)進行調(diào)整，使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置。1.1.2機械手的運動與分類1、機械手的運動機械手以及及其手部所夾持的工件（或工具）在空間的位置，有臂部、腕部等部件以及整機的各自獨立運動的合成來確定。機械手的每一個動作，必須要配有一個原動件，當各個原動件按一定的規(guī)律運動時，機械手各運動部件隨之作確定的運動，從而使機械手具有運動和位置的確定性。2、機械手的分類機械手按不同的標準可有不同的分類方法，如按用途可分為用機械手和專用機械手；按驅(qū)動方式可分為液壓驅(qū)動機械手、氣動驅(qū)動機械手、電力驅(qū)動機械手和機械驅(qū)動機械手；按操縱方式可分為點位操縱機械手和連續(xù)軌跡操縱機械手兩種。在實際應用中，大多按運動坐標形式將機械手分為直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關(guān)節(jié)坐標式四種。此設(shè)計選用的是圓柱坐標。1.1.3機械手的要緊參數(shù)機械手的要緊參數(shù)是講明機械手的規(guī)格和具體指標，一般包括以下幾項：1、抓取重量抓取重量（又稱臂力）是機械手所能抓取或搬運物件的最大重量，它對其他參數(shù)如行程范圍、運動速度、坐標形式和緩沖裝置的設(shè)計均有阻礙，是機械手最差不多的參數(shù)。2、運動速度運動速度反應了機械手的生產(chǎn)水平，阻礙機械手的運動周期和工作效率，專門多機械手由于速度低而限制了它的使用范圍。阻礙機械手動作快慢的兩個要緊運動是手臂伸縮和回轉(zhuǎn)運動。速度大小與機械手的驅(qū)動方式、定位方式、抓取重量和行程距離有關(guān)系。3、行程范圍機械手的手臂運動行程對使用性能有較大的阻礙。一般來講，通用機械手的手臂回轉(zhuǎn)應盡量可能大些，回轉(zhuǎn)行程范圍應大于180，使機械手具有一定的通用性；手臂伸縮行程及工作半徑要適宜，太大會增加手臂伸縮量，相應的偏重力矩和轉(zhuǎn)動慣量也增加，且剛性降低，關(guān)于定位精度也難以保證。4、定位精度定位精度是衡量機械手工作質(zhì)量的又一指標，是機械手是運動部件從某一起始位置運動到預期的另一位置時所達到的實際位置的準確程度。定位精度的高低取決于位置操縱方式以及機械手運動部件本身的精度和剛度，并和抓取重量、運動速度等因素也有緊密關(guān)系。定位精度包括位置設(shè)定精度和重復定位精度兩種，一般所講的定位精度是指重復定位精度。1.1.4機械手的結(jié)構(gòu)機械手的機械結(jié)構(gòu)（運動）本體是機械手的基礎(chǔ)部分，各運動部件的結(jié)構(gòu)形式取決于它的使用場合和各種不同的作業(yè)要求。機械手的結(jié)構(gòu)類型特征，用它的結(jié)構(gòu)坐標形式有和自由度表示；機械手的空間活動范圍用它的工作空間來表示。1、機械手的運動自由度所謂機械手的運動自由度是指確定一個機械手的執(zhí)行系統(tǒng)需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，它表示機械手動作靈活程度的參數(shù)。機械手執(zhí)行系統(tǒng)的手部、手腕、手臂和機座等的獨立運動所合成的運動狀態(tài)（方位），決定了手部所夾持的工件或工具在空間的位置和姿態(tài)。機械手的自由度越多，其動作的靈活性和通用性就越好，然而其結(jié)構(gòu)和操縱就越復雜。在決定機械手的自由度時，不計入手部的抓取動作，因為那個動作并不改變工件或工具的位置與姿態(tài)。2、手的工作空間與坐標所謂工作空間，是指機械手正常運作時，手腕參考點或者機械接口坐標系原點能在空間活動的最大范圍，是機械手的要緊技術(shù)參數(shù)之一。機械手工作空間與其具有的自由度數(shù)目以及所選用的運動關(guān)節(jié)的類型及配置有關(guān)。每個運動關(guān)節(jié)所形成的變化量，如直線移動的距離、回轉(zhuǎn)角度的大小，都將阻礙工作空間的大小。機械手的坐標系按右手定則決定。1.2工業(yè)機械手的進展機器人(機械手)的歷史并不算長，1959年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，機器人的歷史才真正開始。英格伯格在大學攻讀伺服理論，這是一種研究運動機構(gòu)如何才能更好地跟蹤操縱信號的理論。德沃爾曾于1946年發(fā)明了一種系統(tǒng)，能夠“重演”所記錄的機器的運動。1954年,德沃爾又獲得可編程機械手專利，這種機械手臂按程序進行工作，能夠依照不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機器人，認為汽車工業(yè)最適于用機器人干活，因為是用重型機器進行工作，生產(chǎn)過程較為固定。1959年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。它成為世界上第一臺真正的有用工業(yè)機器人。此后英格伯格和德沃爾成立了“尤尼梅遜”公司，興辦了世界上第一家機器人制造工廠。第一批工業(yè)機器人被稱為“尤尼梅特”，意思是“萬能自動”。他們因此被稱為機器人之父。1962年美國機械與鑄造公司也制造出工業(yè)機器人，稱為“沃爾薩特蘭”，意思是“萬能搬動”?！庇饶崦诽亍焙汀拔譅査_特蘭”就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機器人。近百年來進展起來的機器人，大致經(jīng)歷了三個成長時期，也即三個時代。第一代為簡單個體機器人，第二代為群體勞動機器人，第三代為類似人類的智能機器人，它的以后進展方向是有知覺、有思維、能與人對話。第一代機器人屬于示教再現(xiàn)型,第二代則具備了感受能力,第三代機器人是智能機器人,它不僅具有感受能力,而且還具有獨立推斷和行動的能力。英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機器人是第一代機器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機械手，把應當完成的任務做一遍，或者人用“示教操縱盒”發(fā)出指令，讓機器人的機械手臂運動，一步步完成它應當完成的各個動作。

1.3工業(yè)機械手在我國的進展與應用隨著現(xiàn)代科技的迅猛進展，機器人技術(shù)已廣泛應用于人類社會的各個領(lǐng)域。在制造業(yè)中誕生的工業(yè)機器人是繼動力機、計算機之后而出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具。機器人的應用是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。縱觀目前經(jīng)濟進展現(xiàn)狀，我國機器人市場增長異常迅猛；從銷售量上更是充分講明了那個不爭的事實。在中國市場上占有35％市場份額的ABB公司2004年在中國賣出了600臺機器人。而該公司在過去9年中一共才在中國大陸市場銷售了2000臺機器人。專家預測，中國機器人2005年擁有量將增至7600臺，到2010年擁有量將達到17300臺，到2015年，市場容量將達十幾萬臺(套)。據(jù)悉，汽車制造、工程機械及電機、電子等行業(yè)的企業(yè)是中國今后對機器人需求最大的部門，其中所需機器人的品種以點焊、弧焊、噴漆、裝配、搬運、沖壓等為主。近年來我國的機器人自動化技術(shù)也取得了長足的進展，然而與世界發(fā)達國家相比，還有一定的差距，如可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。我國目前從事機器人研發(fā)和應用工程的單位相對較少，工業(yè)機器人的擁有量遠遠不能滿足需求量，長期大量依靠從國外引進。在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人，約占全球已安裝臺數(shù)的0.4%。產(chǎn)生以上差距，有關(guān)專家認為要緊是我國沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)差不多上應用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本較多，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。

2004年中國國際機器人展覽會于11月1-4日進行，會后分析報告數(shù)據(jù)表明，與會的專業(yè)觀眾只占43%，非專業(yè)觀眾占57%；而90.3%的專業(yè)觀眾為了了解、收集產(chǎn)品信息，其余的大多沒有填寫具體參觀目的；專業(yè)觀眾中只有21%的工業(yè)制造業(yè)人員，其余要緊以科研單位為主，國內(nèi)參展單位展出的多是面向教育應用和處于實驗開發(fā)中的機器人，且產(chǎn)品略顯不成熟。這充分表明我國機器人產(chǎn)業(yè)還停留在純技術(shù)層面，離市場化還有專門長一段距離。我國機器人產(chǎn)業(yè)要快速進展，就不能只靠幾個愛好者的激情和科研單位的單方努力，機器人就不能只作為展覽會上的表演者。研制單位必須和需求緊密結(jié)合，讓機器人走進工廠和家庭，實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化。把進展中國機器人產(chǎn)業(yè)納入政府重要產(chǎn)業(yè)政策中，引導和扶持企業(yè)進行產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，加速機器人產(chǎn)業(yè)化進程。第2章總體設(shè)計方案2.1總體設(shè)計的思路2.1.1思路設(shè)計機器人大體上可分為兩個時期：1、系統(tǒng)分析時期(1)依照系統(tǒng)的目標，明確所采納機器人的目的和任務。(2)分析機器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境。(3)依照機器人的工作要求，確定機器人的差不多功能和方案。如機器人的自由度、所能抓取的重量。2、技術(shù)設(shè)計時期(1)確定驅(qū)動系統(tǒng)的類型；(2)選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進行機器人總裝圖的設(shè)計；(3)繪制機器人的零件圖，并確定尺寸。2.2總體方案的確定2.2.1方案提到總體方案的確定，讓我們重復一下本課題的要求：設(shè)計一種圓柱坐標式三自由度工業(yè)機械手，要求該裝置具有三個獨立的運動（兩個直線運動和一個旋轉(zhuǎn)運動）。該機構(gòu)中立柱可相關(guān)于機座旋轉(zhuǎn)180度，回轉(zhuǎn)速度15r/min，可水平伸縮距離400，移動速度約0.2/s，機械手可上下垂直運動，其垂直升降量1000，移動速度約0.15/s，機械手最大夾持重量10，所夾持工件為圓柱形，直徑范圍：Ф30—Ф120。依照課題要求通過認真考慮和請教指導老師，本設(shè)計的旋轉(zhuǎn)運動采納擺動液壓馬達（旋轉(zhuǎn)液壓缸）驅(qū)動，水平伸縮運動采納液壓缸驅(qū)動，垂直升降運動仍采納液壓缸驅(qū)動。第3章機械手相關(guān)的設(shè)計與計算3.1手指的相關(guān)設(shè)計與計算3.1.1手指夾緊力的計算手部是機械手直接抓取和握緊（或吸附）物件或夾持專用工具執(zhí)行作業(yè)任務的部件，因此手部的結(jié)構(gòu)和尺寸應依據(jù)作業(yè)任務要求來設(shè)計，從而形成了多種的結(jié)構(gòu)型式。它安裝在手臂的前端，能夠模仿人手動作。設(shè)計手部時除了要滿足抓取要求外，還應滿足以下幾點要求：（1）手指握力的大小要適宜確定手指的握力（即夾緊力）時，應考慮工件的重量以及傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落，但握力太大又會造成白費并可能損壞工件。（2）應保證工件能順利地進入或脫開手指開合式手指應具有足夠大的張開角度來適應較大的直徑范圍，保證有足夠的夾緊距離以方便抓取和松開工件。移動式鉗爪要有足夠大的移動范圍。（3）應具有足夠的強度和剛度，同時自身重量輕因受到被夾工件的反作用力和運動過程中的慣性力、振動等的阻礙，要求機械手具有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但結(jié)構(gòu)要簡單緊湊、自重輕，并使手部的重心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小。（4）動作迅速、靈活、準確，通用機械手還要求更換手部方便依照用途手部可分為夾持式手部、吸附式手部和專用工具（噴槍、扳手、焊接工具）三類。通過分析和比較此設(shè)計采納夾持式手部。1、夾持式手部夾持式手部對抓取工件的形狀具有較大的適應性，故應用較廣。它的動作與鋼絲鉗或虎鉗相似。2、結(jié)構(gòu)夾持式手部是有驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)和手指（或手爪）等組成。驅(qū)動裝置多半用活塞缸。傳動機構(gòu)常用連桿機構(gòu)、滑槽機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)等。手指常用兩指，也有多指等形式。指端是手指上直接與被夾工件接觸的部位，它的結(jié)構(gòu)形狀取決于工件的形狀。手部結(jié)構(gòu)按模仿人手手指的動作，可分為回轉(zhuǎn)型、移動型等形式。經(jīng)分析和比較此設(shè)計選擇移動式的齒輪齒條手部。依照所夾取的零件半徑（30120的圓柱形棒料）經(jīng)分析取扇型齒輪的齒頂圓半徑R=47，模數(shù)m=4，=23。齒條齒數(shù)取=23。手指夾緊力的計算公式：(3-1)為抓取的工件重量最大為10Kg，為安全系數(shù)取1.22,暫取5，為工作情況系數(shù)，可按=1.12.5此取=2，為方位系數(shù)，即為當爪子處在不同位置夾取工件不同放置位置是的系數(shù)，依照查取的公式：=0.5tan，粗略計算約等于0.91.1此處取1。依照公式（3-1）計算得:1.521109.8N=294N因為此設(shè)計采納移動型齒輪齒條手部結(jié)構(gòu)，查資料知其夾緊力為驅(qū)動力的一半，即:=0.5(3-2)因此，=588N，此處考慮其他因素取600N。3、手腕手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變手部的方位。一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)運動或再增加一個上下擺動即可滿足要求，若有專門要求可增加手腕左右擺動或橫向移動。機械手的手腕結(jié)構(gòu)相對比較復雜。因此設(shè)計時要注意下面幾個問題：（1）能夠有手臂完成的動作，盡量不設(shè)置手腕。（2）手腕結(jié)構(gòu)盡可能簡單化，對不需要三維自由度的手腕，可采納兩個或一個回轉(zhuǎn)運動。此設(shè)計能夠不要手腕，動作能夠由手臂完成。圖3-1機械手手部簡圖3.1.2手部液壓缸的選?。?）、初算活塞桿直徑經(jīng)分析液壓缸的最大工作力為F=1451N由于手爪是靠推力夾緊的，因此驅(qū)動液壓缸的活塞桿選用材料HT-15則得δ=650，由[δ]=/(3-3)取=3得：[δ]=216.7N又[δ]=N/A(3-4)得：=2.792（2）、壓桿穩(wěn)定性校核歐拉公式=π2EI/()2（3-5）由于此活塞桿是一端固定，一端鉸接，因此μ=0.7依照結(jié)構(gòu)要求取L=200則得HT-15的彈性模量E=115160Gpa取E=115Gpa又F=π2EI/()2[](3-6)為了更安全，取[]=6得Imax=()2[]F/π2E而I=πd2d2/64(3-7)得={64()2[]F/（π2Eπ）}=0.0341依照GB/T-2348-1993圓整得：d=35（3）、液壓缸參數(shù)確定由d=(0.61)D得缸體內(nèi)徑D=35/0.6=58.33依照GB/T-2348-1993[11]圓整得D=65則選用T5160-1型夾緊油缸液壓缸行程：S=（282-162）=120依照表GB/T-2348-1993圓整得S=125（4）、選擇調(diào)速閥查《機械設(shè)計手冊》選擇YF型溢流閥，技術(shù)規(guī)格為通徑mm額定流量L/min調(diào)速范圍Mpa螺紋聯(lián)結(jié)重量kg1020.57YF-L10B2.4表3-1溢流閥技術(shù)規(guī)格3.1.3水平伸縮缸尺寸計算1.選擇調(diào)速閥：選用ZFRM型調(diào)速閥，技術(shù)規(guī)格如下圖框所示表3-2調(diào)速閥技術(shù)規(guī)格通徑mm工作壓力Mpa調(diào)速范圍重量160.5-310-16011.32.液壓缸內(nèi)壁直徑計算D=(3-8)=0.1301即D=130.1取D=1303.考慮伸縮缸與夾緊缸配合，取活塞直徑d=70。4.活塞行程查表得S=5005.缸頭厚度計算h=(3-9)（1）、選擇材料TQ-400=400=250（2）、F=（q值取其屈服極限）(3-10)==31689+675885N=707574N（3）、(3-11)=0.000899=0.899（4）、缸頭法蘭按T5016-1型夾緊缸缸頭2倍尺寸制造。3.1.4垂直升降液壓缸要緊參數(shù)的確定1、查表文獻[11]得液壓缸活塞桿外徑尺寸系列表37.7-2取活塞桿直徑為25。工程液壓缸的技術(shù)規(guī)格，液壓缸缸徑φAL為40，速度比φ=1.33，推力為20.11kN，拉力15.08kN。2、液壓缸缸蓋及密封依照參考資料[11]表19-13和GB3452.1-92O型圈用（內(nèi)徑）=28.7，公差0.30，為密封截面直徑，=5.300.13氈圈密封（內(nèi)徑）=36D（外徑）=403、缸底厚度計算依照參考資料[16]公式37.3-29(3-12)已知=0.04=16=0.01（缸底油孔直徑）=1000.0110取h=104、缸底油孔直徑的計算依照參考資料[16]式37.9-1管子油口內(nèi)徑dd1130(3-13)Q為液體流量，V為流速關(guān)于壓油管V3—6/s，那個地點V取5/s由(3-14)為液壓缸輸出速度，AL活塞直徑得：(3-15)已知：=0.15/s,=0.0007512.87由文獻[1]得:公稱直徑故d取10采納卡套式直通管接頭鋼管外徑為22，管接頭連接螺紋M221.5采納推舉管路通過流量為1000GB3755.1-83公稱壓力P=16圖3-2升降液壓缸簡圖3.2升降手臂的設(shè)計手臂是機械手執(zhí)行機構(gòu)中的重要部件，它的作用是把物料運送到工作范圍內(nèi)的給定位置上。手臂一般能夠完成伸縮運動、左右回轉(zhuǎn)、升降或上下擺動（即俯仰）運動，其運動形式有直線運動、回轉(zhuǎn)運動以及二者的復合運動。手臂是支持手部和手腕的部件，它需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對機械手性能阻礙專門大，因此在設(shè)計手臂的結(jié)構(gòu)型式時，除了應考慮上述因素外，還應注意以下幾點：1、應使手臂剛度大、重量輕，保證手臂準確工作并具有一定的定位精度。2、應使手臂運動速度快、慣性小、動作靈活。應使手臂傳動準確、導向性好。3、輸油（氣）管道的布置合理，不阻礙機械手的運動且使手臂外形整齊，結(jié)構(gòu)緊湊。4、其他要求，如高溫作業(yè)，應考慮熱輻射的阻礙;粉塵場合應設(shè)有防塵裝置。本設(shè)計的手臂是垂直直線運動。手臂的伸縮、升降及橫向（或縱向）移動均屬于直線運動。常用的實現(xiàn)手臂直線運動的機構(gòu)有活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)、絲杠螺母機構(gòu)以及活塞缸和連桿機構(gòu)等。下圖所示為采納齒輪齒條機構(gòu)的手臂結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動導向并使手臂移動的距離和速度有定值的增加?；钊麠U左移時，與之相連的齒輪也左移，并使運動齒條一起移動。由于齒輪與固定齒條相嚙合，因而齒輪在移動的同時，又迫使其在固定齒條上滾動，并將此運動傳給運動齒條，從而使運動齒條又左移一距離。因手臂固結(jié)于運動齒條上，因此手臂的行程和速度均為活塞桿行程和速度的兩倍。因手臂的移動速度約為0.15/s,因此活塞桿的速度為0.075/s。3.3立柱與托盤的設(shè)計立柱是支承水平液壓缸和機械手的部件，立柱設(shè)計的質(zhì)量直接關(guān)乎到機械手的工作。此設(shè)計的立柱通過分析與計算，最后采納如下圖的立柱。立柱與托盤是一體的，用鑄造生產(chǎn)。托盤與液壓缸的連接用四個GB528-M24螺栓進行連接。立柱與底座的連接采納四個M24的螺釘進行連接。具體尺寸見下圖3-4。圖3-4立柱與托盤簡圖3.4液壓馬達的設(shè)計與計算1、計算轉(zhuǎn)動慣量將立柱與托盤以上的部分等效成Ф40×2000的均勻直桿，估算出其總質(zhì)量為（包括工作時的夾持的工件）=50其轉(zhuǎn)動慣量為=ml212（3-16）=50×221216.67由于其形心距立柱有效距離為d=140由平行軸定理得出橫梁相對立柱形心的轉(zhuǎn)動慣量=+（3-17）=（16.67+50×0.142）=17.65將立柱與托盤視為Ф50×2000的均勻圓柱，估算其質(zhì)量m=30則其轉(zhuǎn)動慣量為=/2（3-18）=30×0.052=0.075則底座托盤以上整體的轉(zhuǎn)動慣量為總=+（3-19）=（17.65+0.075）=17.7252、起動轉(zhuǎn)矩計算（1）立柱角速度計算若要求立柱在0.1秒內(nèi)速度由0增大到15r/min，則ω=πn/30（3-20）=15π/30=0.5π/s角速度ε=ω/t（3-21）=0.5π/0.1=5π/s(2)、起動轉(zhuǎn)矩=×ε=17.725×5≈278.283、馬達外徑計算此液壓馬達是用于驅(qū)動立柱往復回轉(zhuǎn)180°的機構(gòu)，采納擺動液壓馬達。由公式T=b(D2-d2)(P2-P1)/8（3-22）取馬達容積高b=50軸徑d=35工作壓力=3背壓=1馬達工作效率=0.9則D=104.8查表GB/T2348-1993取D=1254、葉片設(shè)計葉片設(shè)計如下圖，帶鍵槽的通孔套在底座托盤軸徑為Ф100的軸上，與之配合。葉片厚度為10。5、緊固及連接方案上下缸蓋與缸筒之間采納毛氈密封，并用8個M8的螺釘緊固；至于缸體與底座的連接，用4個M24的螺栓連接，為防止兩組螺栓孔削弱缸體上端蓋的強度，特將兩組螺栓孔錯開45°3.5液壓泵、電機的選擇1、流量計算(1)、手爪驅(qū)動缸流量計算若要求手爪在0.1秒內(nèi)抓取并夾緊工件，則手爪運動速度=/t（3-23）=0.125/0.1/s=1.25/s則手爪驅(qū)動缸的流量=V1×A1×1000×60=1.25×0.022×1000×60π×/4=2.355/min(2)、橫梁驅(qū)動缸的流量計算=V2×A2×1000×60=0.2×0.0632×1000×60π×/4=37.4/min(3)、立柱液壓缸的流量計算=V3×A3×1000×60π×/4=0.15×0.022×1000×60π×/4=2.826/min(4)、底盤液壓缸流量計算=b(D2-d2)ω/8ηm=0.5×(12-0.352)×15/8×0.9=0.9141/min則總流量為=Qv1+Qv2+Qv3+Qv4=2.355+37.4+2.826+0.9141=43.4951/min2、選擇液壓泵為實現(xiàn)用一個液壓泵給這幾個液壓缸供油，需要選擇一個大流量的液壓泵，依照液壓泵產(chǎn)品列表選擇CB-32型液壓泵，其相關(guān)參數(shù)為額定排量32.1ml/r額定轉(zhuǎn)速1500r/min額定壓力10額定功率9.8質(zhì)量6.4算得其額定流量=32.1×1500÷1000=48.15/min滿足此液壓系統(tǒng)流量要求。3、選擇電機依照液壓泵功率選擇合適的電機，查電機產(chǎn)品列表選擇Y160-4型電機，其相關(guān)參數(shù)如下：額定功率11滿載轉(zhuǎn)速1460r/min額定電壓380V機械效率88%3.6機械手的操縱該機械手采納單一液壓泵供油，為實現(xiàn)這一要求，油路采納液力順序閥、行程閥、溢流閥、單向閥等閥體操縱。操作方便，只要兩個按鈕接通與斷開電源即可，工作時只要接通其電源，就會往復擺動運送工件，工作完畢斷開電源即可。