機(jī)械手夾持器設(shè)計(jì)

江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE24 密級(jí)：學(xué)號(hào)：108202010063本科生畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文機(jī)械手夾持器設(shè)計(jì)

學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性申明本人鄭重申明：所呈交的設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名（手寫）：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江西藍(lán)天學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。不保密□。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）學(xué)位論文作者簽名（手寫）：指導(dǎo)老師簽名（手寫）：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘要機(jī)械手夾持器，它具有夾持物件和剪切纜索的雙重功能，適用于有這兩種功能需要的機(jī)械手，特別適用于水下機(jī)械手，可以順利進(jìn)行水下作業(yè)。本實(shí)用新型是在一種普通的機(jī)械手夾持器臂上安裝一對(duì)能剪切的刀片，當(dāng)手掌閉合運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀片作剪切運(yùn)動(dòng)，達(dá)到在夾持的同時(shí)完成剪切動(dòng)作。本文采用手指式夾持器，執(zhí)行動(dòng)作為抓緊—放松所要抓緊的工件直徑為60-80mm放松時(shí)的兩抓的最大距離為150mm，1s抓緊，夾持速度10-20mm/s；工件的最大重量為5kg，材質(zhì)為45#鋼。主要研究?jī)?nèi)容是分析機(jī)械手夾持器的原理；確定夾持器與伸縮臂總體方案；完成驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案；對(duì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要部件的受力分析和強(qiáng)度校核；對(duì)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，原理圖，整體結(jié)構(gòu)裝配圖的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；夾持器；裝配圖；

ABSTRACTThemechanicalarmgrippingdevice,ithasaclampingobjectsandshearcabledualfunction,applicabletothetwofunctionsrequiredmechanicalhand,isparticularlysuitableforunderwatermanipulator,cansmoothlyoperateunderwater.Theutilitymodelisinacommonmechanicalhandgripperarmmountedonapairofcuttingblades,whenthepalmisclosedwheninmotion,thebladeshearingmovement,achieveintheclampingwhilecompletingashearingaction.Thispaperusesthefingergripper,performingasClutch-relaxtoholdtheworkpiecediameterof60-80mmrelaxationtimetwograspingthemaximumdistancefor150mm,1sclutch,clampingspeed10-20mm/S;theworkpiecemaximumweightis5kg,materialsforthe45#steel.Themainresearchcontentistheanalysisofmanipulatorgripperprinciple;determinethegripperandthetelescopicarmtocompletethedrivescheme;structuredesign;theoverallstructuredesign,themaincomponentsofthestressanalysisandstrengthcheck;todrivestructuredesign,schematicdiagram,theoverallstructureofthedesignofassemblydrawing.Keywords:manipulator;gripper;assemblydrawing;目錄16601摘要 324642ABSTRACT 4第一章14101引言 792071.1背景及意義 7222431.1.1論文選題背景 7103591.1.2畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 7176971.2畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求 82471第2章夾持器的總體設(shè)計(jì) 9165032.1夾持器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù) 9212602.2夾持器夾緊裝置設(shè)計(jì) 9270522.2.1夾持器夾緊力計(jì)算 970132.2.2夾持器驅(qū)動(dòng)力力計(jì)算 10245942.2.3夾持器液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 11305742.2.4夾持器液壓缸的選用 12117452.3夾持器手爪的夾持誤差及分析 1320198第3章夾持器腕部的設(shè)計(jì) 16125213.1夾持器腕部設(shè)計(jì)的基本要求 16176863.2自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的典型腕部結(jié)構(gòu) 16321603.3腕部結(jié)構(gòu)計(jì)算 17188803.3.1腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 17120703.3.2回轉(zhuǎn)液壓缸所驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 1899013.3.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D計(jì)算 192903.3.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 20201813.3.5靜片和輸出軸間的連接螺釘 21117673.3.6腕部軸承選擇 22229243.3.7材料及連接件，密封件選擇 22222234章夾持器伸縮臂的設(shè)計(jì) 2436334.1夾持器伸縮臂設(shè)計(jì)基本要求 2433254.2方案設(shè)計(jì) 25190564.3夾持器伸縮臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26108784.3.1伸縮臂液壓缸參數(shù)計(jì)算 26121134.3.2導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3310061第5章夾持器夾持器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3629905.1夾持器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 3667855.2夾持器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 3659735.3夾持器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 37198045.3.1分功能設(shè)計(jì)分析 37277605.3.2液壓泵的確定與所需功率計(jì)算 37142465.3.3液壓元件的選擇 3822754第6章PLC控制系統(tǒng) 40143466.1PLC的構(gòu)成及工作原理 40170816.2PLC選擇 40114876.3程序設(shè)計(jì) 41121226.4語(yǔ)句表 4414101總結(jié) 5014101參考文獻(xiàn) 5114101致謝 52第1章引言 1.1背景及意義1.1.1論文選題背景 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、工件的裝夾、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)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(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)。1.1.2畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過的基本理論、基本知識(shí)與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對(duì)學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。其主要目的：培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法.培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。1.2畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求1、原始數(shù)據(jù)采用手指式夾持器，執(zhí)行動(dòng)作為抓緊—放松所要抓緊的工件直徑為60-80mm放松時(shí)的兩抓的最大距離為150mm，1s抓緊，夾持速度10-20mm/s；工件的最大重量為5kg，材質(zhì)為45#鋼2、技術(shù)要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力（2）手指應(yīng)具有一定的開閉范圍（3）保證工件在手指內(nèi)的夾持精度3、工作要求（1）機(jī)械手夾持器的原理（2）確定夾持器與伸縮臂總體方案（3）驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案（4）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要部件的受力分析和強(qiáng)度校核 第2章夾持器的總體設(shè)計(jì)2.1夾持器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)采用手指式夾持器，執(zhí)行動(dòng)作為抓緊—放松（1）所要抓緊的工件直徑為60-80mm；（2）放松時(shí)的兩抓的最大距離為150mm；（3）1s抓緊，夾持速度10-20mm/s；（4）工件的最大重量為5kg，材質(zhì)為45#鋼。2.2夾持器夾緊裝置設(shè)計(jì)2.2.1夾持器夾緊力計(jì)算夾持器夾在工件上的夾緊力是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，所以必須對(duì)其大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析和計(jì)算。一般來說，加緊力必須克服工件本身重力所產(chǎn)生的慣性力或慣性力矩來使工件保持穩(wěn)定的加緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按下列公式計(jì)算：（2-1）式中：—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，本設(shè)計(jì)取1.6；—工件情況系數(shù)，主要受慣性力的影響，可根據(jù)公式計(jì)算出，公式中為最大加速度可根據(jù)任務(wù)書中給出的有關(guān)參數(shù)可得，得到的數(shù)據(jù)代人上述公式可得?！轿幌禂?shù)，可根據(jù)手指與工件位置和工件形狀不同進(jìn)行選定。本設(shè)計(jì)采用手指與工件位置為手指水平放置，工件垂直放置；手指與工件形狀為型指端夾持圓柱型工件。所以可根據(jù)公式計(jì)算出。上式中代表摩擦系數(shù)，代表型手指半角，此處粗略計(jì)算,如圖2.1圖2.1機(jī)械手開閉示例簡(jiǎn)圖—被抓取工件的重量，可根據(jù)任務(wù)書中的參數(shù)被抓取的工件最大為，本設(shè)計(jì)中取其最大值。把上述有關(guān)數(shù)據(jù)代人上式（2—1）的公式中可以求得夾持器的夾緊力，，取。2.2.2夾持器驅(qū)動(dòng)力力計(jì)算根據(jù)夾緊力和驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系式可得：式中：c—滾子至銷軸之間的距離；b—爪至銷軸之間的距離；—楔塊的傾斜角；代人數(shù)據(jù)可得得出為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力要大于理論計(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：，取2.2.3夾持器液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算設(shè)計(jì)方案中夾緊裝置為常開式夾緊裝置，故采用的液壓缸為單作用缸，提供推力：式中—活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑）—活塞桿直徑—驅(qū)動(dòng)壓力，由于,已知液壓缸驅(qū)動(dòng)力=，且由于，故選工作壓力P=1MPa可根據(jù)公式計(jì)算出液壓缸內(nèi)徑（活塞直徑）：根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè),見表2.1?？傻牡揭簤焊變?nèi)徑（活塞直徑）D，活塞桿直徑d,活塞厚B,缸筒長(zhǎng)度L。表2.1液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66）（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250由表可得D=32mm活塞桿直徑d=0.5D=0.5×32mm=16mm活塞厚B=(0.6～1.0)D取B=0.8D=0.8×32mm=25.6mm,取26mm.缸筒長(zhǎng)度L≤(20～30)D取L為123mm活塞行程，當(dāng)抓取80mm工件時(shí)，即手爪從張開150mm減小到80mm，楔快向前移動(dòng)大約70mm。取液壓缸行程S=70mm。液壓缸流量計(jì)算：放松時(shí)流量夾緊時(shí)流量2.2.4夾持器液壓缸的選用選擇一種型號(hào)為：MOB-B-32-83-FB的輕型拉桿液壓缸其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，外形尺寸及技術(shù)參數(shù)如下：表2.2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～+300m/s90%常規(guī)礦物液壓油32mm12.58.61.45工件FSF圖2.3腕部受力簡(jiǎn)圖2.3夾持器手爪的夾持誤差及分析機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件確定）和手指的夾持誤差的大小決定了夾持器能否按照任務(wù)要求來夾持工件和把工件送到指定的位置。尤其是在中、小批量生產(chǎn)多品種產(chǎn)品時(shí)，工件尺寸會(huì)在一定范圍內(nèi)變化，從而產(chǎn)生定位誤差，為了避免產(chǎn)生這種誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見圖2-4，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，一般情況下夾持誤差不會(huì)超過，而手部的最終誤差取決于控制系統(tǒng)補(bǔ)償能力手部裝置和以及加工精度。圖2.4工件直徑為80mm，尺寸偏差，則，，。本設(shè)計(jì)為楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，屬于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指夾持，如圖2.5。圖2.5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：簡(jiǎn)化為：該方程為雙曲線方程，如圖2.6：圖2.6工件半徑與夾持誤差關(guān)系曲線由上圖得，當(dāng)工件半徑為時(shí)，X取最小值，又從上式可以求出：，通常取若工件的半徑變化到時(shí)，X值的最大變化量，即為夾持誤差，用表示。在設(shè)計(jì)中，希望按給定的和來確定手爪各部分尺寸，為了減少夾持誤差，一方面可加長(zhǎng)手指長(zhǎng)度，但手指過長(zhǎng)，使其結(jié)構(gòu)增大；另一方面可選取合適的偏轉(zhuǎn)角，使夾持誤差最小，這時(shí)的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。只有當(dāng)工件的平均半徑取為時(shí)，夾持誤差最小。此時(shí)最佳偏轉(zhuǎn)角的選擇對(duì)于兩支點(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)，兩手爪的和邊平行，抓不著工件。為避免上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑，以為條件確定兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角，即下式：其中,,型鉗的夾角代入得出：則則，此時(shí)定位誤差為和中的最大值。分別代入得：，所以，，夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。由以上各值可得：取值為。 第3章夾持器腕部的設(shè)計(jì)3.1夾持器腕部設(shè)計(jì)的基本要求夾持器腕部是操作機(jī)的臂部和手部（末端執(zhí)行器）之間的連接部件，它的功用主要是利用自身的活動(dòng)度確定被末端執(zhí)行器加持物體的空間姿態(tài)，也可以說是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整工件方位，所以手腕部件具有獨(dú)立的自由度來擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍和使手部適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。此設(shè)計(jì)中要求有繞中軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（1）力求重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊腕部是臂部和手部之間的部件，因此它的動(dòng)力載荷和手部的動(dòng)力載荷都由臂部來承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力載荷和重量，直接影響著臂部的性能、重量和結(jié)構(gòu)。所以，在設(shè)計(jì)腕部時(shí)，必須要做到結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）考慮結(jié)構(gòu)，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，還要考慮他的靈活性、平穩(wěn)性和定位精度高等。因此合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接很重要。（3）要適應(yīng)工作環(huán)境的要求對(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)械手的腕部沒有太多不利因素。3.2自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的典型腕部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從A—A剖視圖上可以看到，回轉(zhuǎn)葉片（簡(jiǎn)稱動(dòng)片）用螺釘，銷釘和轉(zhuǎn)軸10連接在一起，定片8則和缸體9連接。壓力油分別由油孔5.7進(jìn)出油腔，實(shí)現(xiàn)手部12的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角的極限值由動(dòng)，靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于），圖中缸可回轉(zhuǎn)。腕部旋轉(zhuǎn)位置控制問題，可采用機(jī)械擋塊定位。當(dāng)要求任意點(diǎn)定位時(shí)，可采用位置檢測(cè)元件（如本例為電位器，其軸安裝在件1左端面的小孔）對(duì)所需位置進(jìn)行檢測(cè)并加以反饋控制。圖3.1手部抓取缸液壓原理圖通向手部驅(qū)動(dòng)液壓缸的油管是從回轉(zhuǎn)中心通過，腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，油路認(rèn)可保證暢通，這種布置可使油管既不外露，又不受扭轉(zhuǎn)。腕部用來和臂部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉(zhuǎn)液壓缸）由手臂內(nèi)通過并經(jīng)腕架分別進(jìn)入回轉(zhuǎn)液壓缸和手部驅(qū)動(dòng)液壓缸。本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，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)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)，參考上圖典型結(jié)構(gòu)。3.3腕部結(jié)構(gòu)計(jì)算3.3.1腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服的阻力有：（1）腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩。（3-1）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(jiǎn)化計(jì)算，取，其中，為工件重量，為手部重量，為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量。（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩。（3-2）式中e—工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離，已知e=10mm，把數(shù)據(jù)代入（3-2）得：（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：（3-3）式中—工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；—手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；—手腕回轉(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G=98N.等效圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：已知圓柱體工件，則工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：要求工件在0.5s內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度,取平均角速度，即=，代入（3-3）得：則有：由上式可得：3.3.2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?；剞D(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩?；颍?-4）式中—手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的總的阻力矩—回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（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。3.3.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D計(jì)算由，得：，（3-5）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(zhǎng)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(3.5)：3.3.4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)則受力截面由以上數(shù)據(jù)可得，此處連接要求有密封性，故k取，取K=1.7?？傻盟赃x擇Q235為螺釘?shù)牟牧希?，安全系?shù)n取1.6。螺釘?shù)闹睆接上率降贸?，F(xiàn)為總拉力即根據(jù)實(shí)際螺釘?shù)闹睆絛應(yīng)選擇8mm。3.3.5靜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)見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)。螺釘由于油液沖擊產(chǎn)生橫向載荷，由于預(yù)緊力的作用，將在接合面處產(chǎn)生摩擦力以抵抗工作載荷，預(yù)緊力的大小，以接合面不產(chǎn)生滑移的條件確定，故有以下等式：（3-6）為預(yù)緊力,為接合面摩擦系數(shù)，取范圍中的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，則由（3-6）可得：（3-7）螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為：（3-8）把有關(guān)數(shù)據(jù)代入（3-7）得：選擇Q235為螺釘?shù)牟牧?，則（安全系數(shù)），把有關(guān)數(shù)據(jù)代入（3-8）可得螺釘?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3.73.3.6腕部軸承選擇腕部材料選擇HT200，，估計(jì)軸承所受徑向載荷為50N,軸向載荷較小，忽略。兩處均選用深溝球軸承?，F(xiàn)校核較小軸徑處軸承。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。N為轉(zhuǎn)速，由0.5s完成回轉(zhuǎn)，計(jì)算得：，，球軸承。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計(jì)算軸承壽命，軸承壽命公式如下：（3-9）把數(shù)據(jù)代入（3-9）可得：，遠(yuǎn)大于軸承額定壽命。所以可選用軸承為深溝球軸承6005和6008。3.3.7材料及連接件，密封件選擇右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個(gè)。右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個(gè)。左缸蓋與缸體及法蘭盤連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個(gè)。選用墊圈防松，，公稱尺寸為5。右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個(gè)。為定位作用，軸左側(cè)增加一個(gè)套筒，材料為HT200，尺寸如下：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。PAGE524章夾持器伸縮臂的設(shè)計(jì)4.1夾持器伸縮臂設(shè)計(jì)基本要求機(jī)械手伸縮臂的底板固定在大臂上，前端安裝機(jī)械手，完成直線伸縮動(dòng)作。（1）功能性的要求伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（2）適應(yīng)性的要求為了因工件大小不同而隨時(shí)做出調(diào)整，所以要設(shè)置成為可調(diào)式定位機(jī)構(gòu)。為了減少運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊和慣性力，因此要求動(dòng)力和負(fù)載大小相適應(yīng)。（3）可靠性的要求可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預(yù)定使用壽命期內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率。工業(yè)機(jī)械手可自動(dòng)完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，因此要求機(jī)械手工作必須可靠。設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行可靠性分析。（4）壽命的要求產(chǎn)品壽命是產(chǎn)品正常使用時(shí)因磨損而使性能下降在允許范圍內(nèi)而且無(wú)需大修的工作期限里。因此在設(shè)計(jì)中要特別考慮采取怎樣的措施來減少摩擦和磨損。如：采取潤(rùn)滑措施、選擇耐磨材料、合理設(shè)計(jì)零件的形面等。（5）經(jīng)濟(jì)的要求機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性包括設(shè)計(jì)、制造、和使用的經(jīng)濟(jì)性。在制造機(jī)械產(chǎn)品的成本中材料費(fèi)、加工費(fèi)占了很大的比例。因此設(shè)計(jì)時(shí)必須要合理考慮。（6）人機(jī)工程學(xué)的要求人機(jī)工程學(xué)也稱為技術(shù)美學(xué)，它包括調(diào)節(jié)有效省力、操作簡(jiǎn)單、照明適度、顯示清晰、色彩和諧、造型美觀、容易保養(yǎng)維護(hù)等。因此在本設(shè)計(jì)中充分考慮了人機(jī)工程學(xué)的特點(diǎn)。（7）自動(dòng)報(bào)警和安全保護(hù)的要求按照規(guī)范要求，為了確保操作人員的人身安全，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，這是任何設(shè)計(jì)的前提。例如因故障造成的突然工作中斷，如突然斷電、機(jī)構(gòu)卡死等情況。如果不安裝報(bào)警裝置可能會(huì)造成人身安全，所以報(bào)警裝置和安全保護(hù)措施必須要有。設(shè)計(jì)參數(shù)（1）伸縮長(zhǎng)度：300mm； （2）單方向伸縮時(shí)間：1.5～2.5S；（3）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm；（4）前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無(wú)剛性沖擊；4.2方案設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動(dòng)方案（1）伸縮原理這里選擇的液壓油缸為單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時(shí)采用單向調(diào)速閥進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速；當(dāng)接近終點(diǎn)時(shí)，發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行調(diào)速緩沖（也可采用緩沖油缸），靠油缸行程極限定位，采用導(dǎo)向桿導(dǎo)向防止轉(zhuǎn)動(dòng)；采用電液換向閥，控制伸縮方向。（圖4.1）圖4.1（2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動(dòng)作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動(dòng)力要求和運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求，具體設(shè)計(jì)計(jì)算參考《液壓傳動(dòng)與控制》等相關(guān)教材。由于伸縮臂做間歇式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，有較大的沖擊，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮緩沖措施，可從液壓回路設(shè)計(jì)上考慮，也可從液壓件結(jié)構(gòu)上考慮等。設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及要求：①電磁閥流量：要滿足伸縮速度的要求。②油缸直徑：推力大小要能克服機(jī)構(gòu)起動(dòng)慣性并有一定的起動(dòng)加速度，要滿足運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求。③導(dǎo)向桿剛度：按最長(zhǎng)伸出時(shí)機(jī)械手端部的撓度不超過規(guī)定要求。④定位方式和元件：自選。（3）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及強(qiáng)度和剛度計(jì)算伸縮臂運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見圖4-1①結(jié)構(gòu)方案說明a：支座1安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導(dǎo)向桿等零部件。b：法蘭4用于安裝機(jī)械手，其形式和尺寸要與機(jī)械手相協(xié)調(diào)。c：液壓缸伸出桿帶動(dòng)導(dǎo)向桿同時(shí)伸出300mm，伸出長(zhǎng)度較大，設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)要考慮液壓缸與導(dǎo)向桿的平行度要求。d：導(dǎo)向桿可采用直線導(dǎo)軌或直線導(dǎo)軸。直線導(dǎo)軌可選用外購(gòu)件，直接從生產(chǎn)廠家的有關(guān)資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軸）。采用直線導(dǎo)軸時(shí)可自行設(shè)計(jì)，并且要考慮導(dǎo)向桿的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式參考有關(guān)手冊(cè)設(shè)計(jì)。②強(qiáng)度及剛度計(jì)算根據(jù)任務(wù)書機(jī)械手夾持工件最大重量為5Kg，本設(shè)計(jì)中取5Kg，根據(jù)設(shè)計(jì)需要夾持器重量取10Kg，夾持器長(zhǎng)度最大約250mm。從受力角度分析，載荷不大，可參考其它機(jī)器作類比設(shè)計(jì)即可。伸縮臂的機(jī)構(gòu)力學(xué)模型如圖4.2所示。夾持器夾著工件，伸縮臂全部伸出，是導(dǎo)桿受力最大的狀態(tài),也是變形最大的位置。在此情況下，用材料力學(xué)的知識(shí)計(jì)算它的強(qiáng)度和剛度。圖4.24.3夾持器伸縮臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.1伸縮臂液壓缸參數(shù)計(jì)算1.工作負(fù)載R液壓缸的工作負(fù)載R是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷情況下，以一定加速度啟動(dòng)時(shí)對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即：（4-1）式中：-工作機(jī)構(gòu)的荷重及自重對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力；-工作機(jī)構(gòu)在滿載啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力；-工作機(jī)構(gòu)滿載啟動(dòng)時(shí)的慣性力。(1)的確定①工件的質(zhì)量m5.9(kg)②夾持器的質(zhì)量10kg(估計(jì))③伸縮臂的質(zhì)量50kg(估計(jì))④其他部件的質(zhì)量15kg(估計(jì))工作機(jī)構(gòu)荷重：取=810N(2)的確定(3)的確定)式中：為啟動(dòng)時(shí)間，其加速時(shí)間約為0.1～0.5s=0.1s,=0.2s把數(shù)據(jù)代入（4-1）可得：取實(shí)際負(fù)載為：=11002.液壓缸缸筒內(nèi)徑D的確定可根據(jù)公式：（4-2）式中：<,p可取,把數(shù)據(jù)代入（4-2）可得：根據(jù)第二章中表2.1可得液壓缸缸筒內(nèi)徑為40mm。3.活塞桿設(shè)計(jì)參數(shù)及校核(1)活塞桿材料：選擇45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，其抗拉強(qiáng)度=570(2)活塞桿的直徑：查《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，當(dāng)壓力小于10Mpa時(shí)，速比=1.33。則可選取活塞桿直徑為20mm系列，且缸筒的厚度為5mm。最小導(dǎo)向長(zhǎng)度：(3)活塞桿強(qiáng)度及壓桿穩(wěn)定性的計(jì)算采用非等截面計(jì)算法①油缸穩(wěn)定性的計(jì)算因?yàn)橛透椎墓ぷ餍谐梯^大，則在油缸活塞桿全部伸出時(shí)，計(jì)算油缸受最大作用力壓縮時(shí)油缸的穩(wěn)定性。假設(shè)油缸的活塞桿的推理為P，油缸穩(wěn)定的極限應(yīng)力為Pk，則油缸穩(wěn)定性的條件為P<Pk。Pk按下式得到：（4-3）式（4-3）中：可按《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到；（4-4）式中：為活塞桿直徑，可根據(jù)公式為缸體外徑，為缸體內(nèi)徑,代入數(shù)據(jù)進(jìn)（4-4）有：則可得：因?yàn)?、為長(zhǎng)度、上的斷面慣性矩。查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)可知時(shí)極限力的計(jì)算圖，可由且查得（其中，為活塞桿頭部至油缸A點(diǎn)處的距離；為缸體尾部至油缸A點(diǎn)處的距離）。所以：?？傻盟透椎姆€(wěn)定性是滿足條件的。②活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算（E：材料的彈性模量）剛的彈性模量為E＝200Mpa。由《液壓傳動(dòng)與控制》查得：<20所以活塞桿強(qiáng)度是滿足條件的。4.缸筒設(shè)計(jì)參數(shù)及校核(1)缸筒材料：選擇ZG310-570鑄鋼,其抗拉強(qiáng)度(2)缸筒壁厚及校核：取壁厚=5mm因此屬于普通壁厚缸筒壁厚的校核公式為：（4-5）式中：-缸筒內(nèi)最高工作壓力；=7-材料的許用應(yīng)力-材料的安全系數(shù)=5把數(shù)據(jù)代入（4-5）可得：校核符合要求(3)缸筒外徑：5.缸底設(shè)計(jì)參數(shù)及校核(1)缸底材料：選擇Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)度375～460(2)缸底厚度mm取缸底厚度為5mm6.油缸零件的連接計(jì)算首先確定油缸缸筒與缸蓋采用螺紋連接;缸筒與缸底的連接此處選用焊接方式，此種方式能夠使液壓缸緊湊牢固。（1）缸筒螺紋處的強(qiáng)度計(jì)算：螺紋處的拉應(yīng)力：（4-6）螺紋處的剪應(yīng)力：（4-7）合成應(yīng)力：許用應(yīng)力：式中：P:油缸的最大推力;D:油缸內(nèi)徑[cm];：螺紋直徑[cm]；：螺紋內(nèi)徑，當(dāng)采用普通螺紋時(shí)（GB196-63）時(shí)，可近似按下式（t螺距[cm]）;K:螺紋預(yù)緊力系數(shù)，去K＝1.25～1.5；：螺紋那摩擦系數(shù)（0.07～0.2），一般?。?.12；：缸筒材料的屈服極限。n:安全系數(shù)，取n=1.2-2.5,一般取n=1.75.由前面計(jì)算可得：D=40mm=4cm，則查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》，采用普通螺紋基本尺寸（GB/T196-2003）公稱直徑第二系列4.8，可得螺距t=0.4cm;=4.8cm.所以，。K取1.5，，n:取1.75。所以代入數(shù)據(jù)進(jìn)（4-6），（4-7）有：,滿足強(qiáng)度條件。（2）缸筒與缸底的焊接強(qiáng)度計(jì)算P:油缸推力:焊縫效率，可取＝0.7：焊條材料得抗拉強(qiáng)度[]n:安全系數(shù)，取n＝3.3～4并查到焊條材料的抗拉強(qiáng)度為900Mpa～1200Mpa(手工焊條)，因此缸體與缸底得焊縫強(qiáng)度是滿足要求得。7.液壓油缸其他零件結(jié)構(gòu)尺寸得確定由于液壓缸的工作負(fù)載較小，所以選定液壓缸的工作壓力為低壓。取額定工作壓力為2.0。液壓缸系統(tǒng)圖如下圖所示： 圖4-3 整個(gè)油缸安裝在下部伸縮臂基座上。（1）活塞與活塞桿得連接結(jié)構(gòu)：油缸在一般工作條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接。其形式如圖所示圖4.4（2）活塞桿導(dǎo)向套：做成一個(gè)套筒，壓入缸筒，靠缸蓋與缸筒得連接壓緊固定，材料選用鑄鐵材料?；窘Y(jié)構(gòu)為：圖4.5圖中：1為缸蓋，2為橡膠防塵圈，3為活塞桿，4為活塞桿導(dǎo)向套。（3）活塞與缸體得密封。采用O型密封圈密封。選用36.5內(nèi)徑，截面直徑為3.55mm.其基本形式如下：圖4.6圖中：1即為O型密封圈，2則為活塞?；钊c缸體之間靠O型密封圈密封。（4）活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式及尺寸端部結(jié)構(gòu)形式有：外螺紋的，內(nèi)螺紋的，光滑的，球形，耳環(huán)等等。此處因活塞桿固定，選用外螺紋連接形式。其基本結(jié)構(gòu)如下：圖4.7圖中各尺寸可查《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，當(dāng)d＝20mm時(shí)，取.L=(1.2~1.5),＝4.3.2導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用保證伸出活塞桿時(shí)的方向性和伸縮量的準(zhǔn)確性以及提供機(jī)構(gòu)剛度等都是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用。2.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的外形尺寸及材料導(dǎo)向選擇矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向，導(dǎo)軌為伸縮臂基座上得一部分，經(jīng)加工而成；滑臺(tái)則在其上滑動(dòng)且滑臺(tái)得端部靠法蘭安裝夾持器部分。材料選擇為45號(hào)鋼.，如圖4.8所示：圖4.8圖中：1為滑臺(tái)，2為伸縮臂基座，3為矩形導(dǎo)軌的壓板。此處矩形導(dǎo)軌是直接在基座上加工出來的，滑臺(tái)在導(dǎo)軌面上滑動(dòng)，靠壓板來固定調(diào)節(jié)。基座臂厚為10mm.。3.矩形導(dǎo)軌的彎曲強(qiáng)度及撓度的校核(1)導(dǎo)軌的彎曲應(yīng)力(4-8)根據(jù)（4-8）可得：<[]符合要求。因?yàn)橹挥?jì)算了一邊得矩形導(dǎo)軌，由結(jié)構(gòu)可知還有另外一邊得導(dǎo)軌支撐，故滿足條件。(2)桿的撓度此桿為一懸臂梁，根據(jù)簡(jiǎn)單載荷作用下梁的撓度和轉(zhuǎn)角公式：，（4-9）式中：EI是截面抗彎剛度：本式計(jì)算是完全把載荷加在導(dǎo)軌上，實(shí)際是載荷由導(dǎo)軌和活塞桿共同承受，所以導(dǎo)向桿的撓度會(huì)更小，符合設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)角=符合要求。(3)導(dǎo)軌的表面處理及潤(rùn)滑①導(dǎo)軌表面淬火，不僅能使表面硬度增加而且導(dǎo)向桿的耐磨性也加強(qiáng)了，也可以保證導(dǎo)向桿的韌性，但導(dǎo)軌精度要求必需要精加工才能提高；②導(dǎo)軌的潤(rùn)滑可采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，或是采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。本設(shè)計(jì)采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。伸縮臂基座與升降臂相連靠伸縮臂基座底部的法蘭。用4個(gè)M12的內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定。4.伸縮臂范圍控制與調(diào)整伸縮臂伸縮范圍控制靠活動(dòng)擋塊與行程開關(guān)。設(shè)備附件活動(dòng)擋塊，它用在當(dāng)設(shè)備安裝好后，可以靠它在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)臂的伸長(zhǎng)量，其結(jié)構(gòu)圖如圖4.6所示此活動(dòng)擋塊可套裝在導(dǎo)向桿上，a處可以壓住行程開關(guān)壓柱，從而壓動(dòng)行程開關(guān)使行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。此外除上述調(diào)節(jié)外，還可以調(diào)節(jié)連接件的旋入導(dǎo)向桿和液壓活塞桿的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)伸長(zhǎng)度的微調(diào)。保證把工件精確地放在加工機(jī)床作業(yè)臺(tái)上。行程開關(guān)使用LXW4-11型微型開關(guān)。第5章夾持器夾持器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1夾持器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)的機(jī)械手屬于液壓機(jī)械手。具有手臂伸縮，回轉(zhuǎn)，升降，手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度。因此，相應(yīng)地有手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂升降機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)都是用液壓缸或液壓馬達(dá)驅(qū)控制和驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)要求（1）滿足工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作順序要求。而這個(gè)要求是靠電控系統(tǒng)按照程序控制電磁鐵依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)。（2）機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動(dòng)換位工作。它要求伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（3）液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動(dòng)作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動(dòng)力要求和運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求。5.2夾持器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用葉片泵供油，動(dòng)作順序：從原位開始——升降臂下降——夾持器夾緊——升降臂上升——底座快進(jìn)回轉(zhuǎn)——底座慢進(jìn)——手腕回轉(zhuǎn)——伸縮臂伸出——夾持器松開——伸縮臂縮回；待加工完畢后，伸縮臂伸出——夾持器夾緊——伸縮臂縮回——底座快退(回轉(zhuǎn))——底座慢退——手腕回轉(zhuǎn)——升降臂下降——夾持器松開——升降臂上升到原位停止，準(zhǔn)備下次循環(huán)。上述動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)訊號(hào)控制相應(yīng)的電磁鐵（電磁換向閥），按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)。（1）各液壓缸的換向回路本設(shè)計(jì)采用可編程控制器進(jìn)行控制，是為機(jī)械手能更好的的自動(dòng)控制，前文分析可以知道系統(tǒng)的流量和壓力都不是很高，所以本設(shè)計(jì)選用電磁換向閥回路，這樣更能較好的獲得的自動(dòng)化成都和經(jīng)濟(jì)效益。液壓機(jī)械手采用單泵供油，手腕回轉(zhuǎn)，手臂伸縮，夾持動(dòng)作采用并聯(lián)供油，這樣可有效降低系統(tǒng)的供油壓力，此時(shí)為了保證多缸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)同步或非同步運(yùn)動(dòng)，換向閥采用中位“O”型換向閥。（2）調(diào)速方案整個(gè)液壓系統(tǒng)只用單泵工作，各液壓缸所需的流量相差較大，各液壓缸都用液壓泵的全流量是無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求的。盡管有的液壓缸是單一速度工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，用以保證液壓缸的平穩(wěn)運(yùn)行。各缸可選擇進(jìn)油路或回油路節(jié)流調(diào)速，選用節(jié)流閥調(diào)速。單泵供油系統(tǒng)以所有液壓缸中需流量最大的來選擇泵的流量。系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，所需元件較少，經(jīng)濟(jì)性好，考慮到系統(tǒng)功率較小，其溢流損失也較小。（3）緩沖回路伸縮臂處設(shè)置緩沖回路，使用單向節(jié)流閥（4）系統(tǒng)安全可靠性?shī)A緊缸在夾緊工件時(shí)，為防止失電等意外情況，設(shè)置鎖緊保壓回路。手臂升降缸在系統(tǒng)失壓的情況下會(huì)自由下落或超速下行，所以在回路中設(shè)置平衡回路。5.3夾持器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.3.1分功能設(shè)計(jì)分析（1）為了保證運(yùn)動(dòng)過程中不使工件掉下，因此本夾持器采用單出桿雙作用缸，夾持器夾緊工件后，鎖緊回路由單向閥和先導(dǎo)型順序閥組成。順序閥的設(shè)置在夾持器松開回油過程中起到緩沖作用。（2）手臂伸縮采用單出桿雙作用缸，手臂伸出時(shí)，由單向閥和節(jié)流閥組成的調(diào)速回路進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速。手臂縮回時(shí)，回油路設(shè)置調(diào)速閥以完成緩沖作用。（3）伸縮臂進(jìn)油路設(shè)置蓄能保壓回路，伸出完全后，進(jìn)油路壓力升高，壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)導(dǎo)致?lián)Q向閥通電，泵卸荷，單向閥自動(dòng)關(guān)閉，由蓄能器保壓。（4）手臂升降運(yùn)動(dòng)采用單出桿雙作用缸，上升和下降均由單向調(diào)速閥回油節(jié)流。因?yàn)樯蹈诪榱⑹?，在其液壓缸下腔油路中安裝單向順序閥，避免因整個(gè)手臂運(yùn)動(dòng)部分的自重而下降，起支撐平衡作用。（5）底座回轉(zhuǎn)采用擺動(dòng)液壓缸，正反方向均采用單向調(diào)速閥調(diào)速。由于回轉(zhuǎn)部分的重量大，回轉(zhuǎn)長(zhǎng)度長(zhǎng)，因此手臂回轉(zhuǎn)時(shí)具有很大的動(dòng)能。為此，除采用調(diào)速閥的回油節(jié)流閥調(diào)速閥外，還在回油路上安裝雙溢流閥，進(jìn)行減速緩沖。（6）單泵供油，采用先導(dǎo)型溢流閥卸荷，設(shè)置二位二通換向閥。5.3.2液壓泵的確定與所需功率計(jì)算系統(tǒng)各執(zhí)行元件最大需用流量夾緊缸：Q=1.5L/min伸縮缸：Q=15L/min升降缸：Q=7.536L/min回轉(zhuǎn)缸：Q=17.34L/minb、泵的排量c、泵工作時(shí)的最高壓力夾緊缸：伸縮缸：升降缸：回轉(zhuǎn)缸：包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部損失，管路沿程損失等為0.20.5Mpa作為壓力儲(chǔ)備，可選額定壓力為5Mpa選擇YB-A16B型號(hào)泵，其主要性能參數(shù)如表5.1所示排量壓力輸入功率額定轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速YB-A16B16.3ml/r5Mpa1.69Kw1000r/min600r/min1800r/min表5.1項(xiàng)目型號(hào)5.3.3液壓元件的選擇,如表5.2所示項(xiàng)目型號(hào)表5.2編號(hào)元件名稱閥最大通過流量L/min型號(hào)公稱流量L/min1濾油器（粗）19.074XU-CJ4550BS403溢流閥19.074YF3-10L634電磁換向閥23DO-B8C226濾油器（精）XU-CJ4530BS409電磁換向閥（夾緊）10、11液控單向閥CPT-03-04-504013壓力繼電器HEO/3514電磁換向閥（伸縮）1534DF30-E10B-D2515單向調(diào)速閥AQ-10C3017電磁換向閥（回轉(zhuǎn)）17.3434DF30-E10B-D2518、19單向調(diào)速閥AQ-1021電磁換向閥（升降）7.536DG55-522單向順序閥HCT-03-A-3-225023、24單向節(jié)流閥SRCT-0.3-5030第6章PLC控制系統(tǒng)6.1PLC的構(gòu)成及工作原理可編程邏輯控制器（PLC）又稱可編程控制器。它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制各種機(jī)電一體化，程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。正是基于PLC這些特點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)可以滿足該套工業(yè)機(jī)械手的要求。工業(yè)機(jī)械手控制工藝流程圖6-1所示圖6-16.2PLC選擇可編程邏輯控制器（PLC）是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，又稱可編程控制器。它使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制各種機(jī)電一體化，程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于控制、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。PLC的按以下方式選擇：（1）I/O點(diǎn)數(shù)的估算根據(jù)分析的結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估算，F(xiàn)1-40系列選擇主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為24/16。（2）容量計(jì)算內(nèi)存容量指的是用戶程序的容量。最大I/O點(diǎn)數(shù)為120，一般指令的條數(shù)為I/O點(diǎn)數(shù)的10-12倍左右，PLC的容量不得小于此要求。根據(jù)所選的PLCF1-40系列的內(nèi)部元件及輸入輸出的相關(guān)元件、設(shè)備，編制出I/O分配圖6-2所示如下圖6-26.3程序設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的要求，可以采用移位寄存指令或步進(jìn)指令進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)。1）模塊化設(shè)計(jì)公共程序模塊，手動(dòng)程序模塊，自動(dòng)程序模塊，遠(yuǎn)位模塊。公共程序模塊包括主電路、油泵等的控制，狀態(tài)初始化，狀態(tài)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換停止，事故報(bào)警保護(hù)等程序。公共程序部分如圖6-3所示手動(dòng)程序采用電動(dòng)方式，應(yīng)能完成全部自動(dòng)程序所完成的動(dòng)作。手動(dòng)程序部分如圖6-4所示自動(dòng)程序應(yīng)包括連續(xù)過程，單周過程，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。自動(dòng)程序部分如圖6-5所示圖6-3圖6-4 圖6-56.4語(yǔ)句表000LDX400001ORY530002ANIX401003OUTY530004OUTY535005LDX403006ORY536007ANIX404008OUTY536009LDX531010OUTY537011LDX502012ORX503013ORX504014CJP700015LDX501016OUTM121017MCM121018LDX505019OUTM122020MCM122021LDX403022ANIX413023OUTY531024LDX404025ANIX500026OUTY532027LDX506028OUTM123029MCM123030LDX403031OUTY432032LDX404033OUTY434034LDX507035OUTM124036MCM124037LDX403038ANIX412039OUT435040LDX404041ANIX411042OUTY434043LDX510044OUTM125045MCM125046LDX403047ANIX406048OUTY430049LDX404050ANIX405051OUTY431052MCRM125053EJP700054LDX501055CJP701056LDX403057ORM120058ANIX404059OUTM1220060LDX403061ANIX504062ORX502063SM200064LDX503065ORX402066RM200067LDX503068ANDM120069ANIM101070ANIM102071ANIM103072ANIM104073ANIM105074ANIM106075ANIM107076ANIM110077ANIM111078ANIM112079ANIM113080ANIM114081ANIM115082OUTM100083LDM100084ANDX500085LDM101086ANDX513087ORB088LDM102089ANDX413090ORB091LDM103092ANDX412093ORB094LDM104095ANDX406096ORB097LDM105098ANDT451099ORB100LDM106101ANDX512102ORB103LDM107104ANDX406105ORB106LDM110107ANDX513108ORB109LDM111110ANDX405111ORB112LDM112113ANDX411114ORB115LDM113116ANDX500117ORB118LDM114119ANDT451120ORB121ANIX502122ORX403123ANB124SFT125LDM115126ANDX413127ANDM100128OR