搬運(yùn)機(jī)械行業(yè)手的設(shè)計(jì)概述

第34頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文)（說(shuō)明書(shū)）題目:搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)姓名:編號(hào)：ＸＸXXX學(xué)院年月日摘要本課題設(shè)計(jì)的為通用圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手.工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。此外,它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作,更顯示其優(yōu)越性,有著廣闊的發(fā)展前途。通過(guò)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)原理設(shè)計(jì),它能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)搬運(yùn)棒料。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來(lái)設(shè)定。關(guān)鍵詞:搬運(yùn)機(jī)械手,手爪,手腕,手臂,液壓，ＰLCＡｂstrａctTｈistopｉcdesiｇnfｏrgenerａlcylindrｉcalcoorｄｉｎatemａniｐulaｔoｒ．Iｎdustｒialmａchineｒyhaｎdｉsｔheineｖitaｂleprｏｄuctofinduｓtrｉaｌprｏductiｏn，itｉsacｏｐyoftheｕpperpartｏｆthehｕmanｂｏdｙfunctiｏｎｓ，inａｃcｏｒdancewithaprｅdeteｒｍｉｎedtｒansferrｅqｕeｓtｏrｔhｅwoｒkpｉecehｏldthｅｔｏｏlｓtoopeｒａt(yī)ｅtheｅｑｕｉpmｅntａutoｍationtechnｏloｇy，toachievｅinｄｕstｒialproductionautomａｔioｎ，ｔhepromotionofindｕstｒｉalprodｕctｉonｏftheｆｕrtherdeveｌopmｅntplaysaｎｉmpoｒtａntrolein．Soｔｈｅyｈavestrｏngviｔaｌｉｔyｏfｔheｐｅoｐleｂytｈeeｘtｅnｓiveatｔentionandwelcome．Ｐｒacticeｈａsｐroved，ｔheｉｎdustrｉalｒobotcanｒeplａcethｅstaｆfｏftheheavylaｂor,ｓigniｆicantｌyreｄucedlaboriｎteｎsｉtyofwｏｒkerｓ,improveｗorkingｃｏnｄitioｎｓ，ｉｍprｏｖeｌaboｒｐrｏｄucｔivityaｎdｔhelevｅlofａuｔomation。Iｎdustｒｉａlprodｕcｔionoｆteｎaｐpearsiｎthｅｂuｌkyworkpiｅcehandlingａndｆrｅｑuentｌｏnｇ－term，moｎotｏnouｓｏpeｒaｔiｏn,ａmｅchaｎｉcalhandtoｂeefｆｅctive．Inaddｉtioｎ，iｔcａnbeinhigｈtemｐｅraｔure，lowtｅmperａt(yī)ｕrｅ,ｗater，thｅuniｖerse，ｒadｉoaｃtｉveandotheｒｔｏxｉｃ,poｌluｔiｏnoｆthｅｅｎviｒｏnmｅntuｎdｅrｔhｅcondiｔiｏｎｓoｆｏpｅrａt(yī)ｉon,ｂutalｓｏshowitｓsupｅｒioritｙ，tｈeｒeａreｂroadｄevelopｍｅｎtｐrosｐｅctｓ．Ｔhrｏｕgｈtheｍeｃｈaｎicalhandforstrucｔurｅｄｅsignａndｔheｈydraulictraｎｓmisｓioｎｐｒinciｐledｅsiｇn，iｔｃanrealｉｚetheaｕtomaｔiｃｆeedｉｎg，ａuｔｏmaticｈandlingｂａr。Thｅmaniｐｕlatorｍoｔiｏnspeｅdｉstomｅe(cuò)tthereｑｕirementstｏsettheprodｕctiviｔy.Keywｏrds:maｎipｕlaｔor,gｒipper，ｗrｉｓｔ，aｒm，hydraulic,PLC目錄TＯC＼o＂１—3”\h\z\ｕHYPERＬINＫ\l"_Ｔｏc324９６329２”摘要?PAGEＲＥＦ_Toc32４９63292\h1HYＰＥRＬＩNK\l”_Toｃ32496329３＂Abｓtrａct PAGＥREＦ＿Toc32496329３\h2HYＰERＬＩNK\ｌ＂_Tｏc3249632９4＂第一章緒論?PＡGERＥＦ_Toc32４9６329４\ｈ4HYPERLINK\l”＿Ｔoc324963２95"１.1搬運(yùn)機(jī)械手的組成 PAGEREＦ_Ｔoc324963２9５\ｈ4ＨYPERLINＫ＼ｌ”＿Toc３２4963296”1．2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 PAＧEREＦ_Toｃ３24９６３296＼ｈ5HYPＥRLＩNK2．1手部設(shè)計(jì)計(jì)算?ＰAGEＲＥＦ＿Toc324963298\h7ＨＹＰＥＲＬIＮK＼l"_Toc32４９63299”２.１。1對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求?ＰAGERＥF_Toc32496３299\ｈ7HYPERLINＫ＼l＂_Tｏｃ３2496３３00”２.1。2拉緊裝置原理?ＰAＧEREF_Toc3249６3３00\h8HYPＥＲLＩNK＼ｌ"＿Tｏｃ324963３01＂2。1．3手部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 PＡGEREＦ_Toc32496３301＼h8HYPERLIＮK\ｌ＂_Ｔoｃ３２4963302＂２。２腕部回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算 ＰＡGEＲEF＿Toｃ3２4９63３02\h11HYＰＥＲLINK2。2。2手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算?PAGEＲＥF_Tｏｃ324９６3３04\h12HＹPERＬINK\l＂＿Ｔｏc3２4963305"2。3手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算?PAＧEREF_Toc３2496３305\h14HYPＥRLINK2.4.１尺寸設(shè)計(jì) ＰAGEREF＿Toc324963307＼h１6HＹPＥＲLIＮK＼ｌ”_Toc３24963３08”2．4．2尺寸校核?ＰＡGEREF_Toc3249６3３０8\h17HYPEＲＬINK\ｌ”_Ｔｏc324９6３309”2。5手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)?PAＧEREＦ＿Ｔoc32４9６3309\h１8ＨYＰEＲLINK\l＂_Toｃ３2496３310”2。5．１計(jì)算扭矩M1?ＰAGEＲEF_Ｔoc324９６３3１0\h1９HYPERLINＫ\l”＿Tｏｃ32496331１”2.５。２機(jī)構(gòu)工作參數(shù)總結(jié): PAGERＥＦ_Tｏc３２4963311＼h20HYＰERLINK\l＂＿Toc３2４96３312＂2．６液壓泵的初選擇?ＰＡGＥＲEF＿Toc32４963312\h203．1手部抓取缸 PAGEＲEF_Tｏc32４９6３31４\h23HYPERＬＩNK\l”＿Tｏｃ3２４9６3３1５"3.2腕部擺動(dòng)液壓回路?３315＼h２4HYPERLINK＼ｌ”_Toc3249633１6＂3。3手臂伸縮液壓缸回路 PＡGEREF_Tｏc32４96３316\ｈ25HＹPEＲＬIＮK\l"_Toc324963317"3.5手臂回轉(zhuǎn)擺動(dòng)缸回路?PAGEＲEＦ_Toc3２49６３31７\h2６HＹPERLINK\l”_Toｃ324963３18"3。6總體系統(tǒng)圖?PAGERＥＦ_Ｔｏc３249６33１8\ｈ26HYPERＬINK\l”_Toc３249６３３19”第四章搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?PＡＧERＥF_Toc3２496３319＼h２9HＹＰERLＩＮＫ\l"_Tｏc32496332０”４.1機(jī)械手的模擬工作過(guò)程?PＡGEＲEＦ_Toc32４96332０＼h２9HYPERLＩNK\l＂_Toｃ3249６3321＂4．２機(jī)械手的操作原理?PAＧEREＦ_Toc32496３32１\h31HYPＥRLINK\l”_Toｃ3２４963322”4.3機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖?PAGERＥＦ_Toc324９63322\ｈ31HYＰＥRLINK\l”＿Ｔoｃ3249６３323”參考文獻(xiàn)?PAＧEREF_Tｏc32496３3２３\h34HYPＥRLINＫ\l"_Ｔoc３24９6３32４＂致謝 PＡGEREF_Tｏc3２４963324＼ｈ35第一章緒論１。１搬運(yùn)機(jī)械手的組成搬運(yùn)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(cè)裝置等所組成圖１．1搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作順序和檢測(cè)元件、執(zhí)行元件的布置示意圖1.執(zhí)行機(jī)構(gòu):包括手部、手腕、手臂和立柱等部件手部:是機(jī)械手與工件接觸的部件.由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成,手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用.手臂:支承手腕和手部的部件,用以改變工件的空間位置。立柱：是支承手臂的部件.手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動(dòng)的。機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上,故起支承和聯(lián)接的作用。２．驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。常用的有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。3.控制系統(tǒng):控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng),它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作,并檢測(cè)其正確與否。一般常見(jiàn)的為電器與電子回路控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。搬運(yùn)機(jī)械手各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1．２所示。圖1．2機(jī)械手組成方框圖１.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)通用圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手及控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中的機(jī)械手各動(dòng)作由液壓缸驅(qū)動(dòng)，并有電磁閥控制,技術(shù)指標(biāo)如下：抓重：5０N-2０0N自由度（四個(gè)自由度)動(dòng)作符號(hào)行程范圍速度伸縮Ｘ400ｍm小于2５0ｍｍ／s升降Ｚ3０0mｍ小于70ｍｍ/s回轉(zhuǎn)φ0——120o小于９0o／s手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)回轉(zhuǎn)φ行程范圍0——18０o速度小于９0o/s手指夾持范圍:棒料，直徑5０——70mm，長(zhǎng)度450——12０0ｍm定位精度：±3ｍm?？刂品绞剑篜LC第二章搬運(yùn)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1手部設(shè)計(jì)計(jì)算2．１.1對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力,以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞棒料的已加工表面。對(duì)于剛性很差的棒料夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于本應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。2、有足夠的開(kāi)閉范圍本機(jī)械手手部的手指有張開(kāi)和閉合裝置.工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化量稱(chēng)為開(kāi)閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍,可用開(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示.手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān),如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái)說(shuō)，工作環(huán)境許可,開(kāi)閉范圍大一些較好，如圖2.１所示。圖２.1機(jī)械手開(kāi)閉示例簡(jiǎn)圖３、力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕,體積小手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變,其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度,運(yùn)動(dòng)速度等性能.因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí),必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。４、手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度5、其它要求對(duì)于夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀為圓形棒料，因此最常采用的是外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開(kāi)時(shí),用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,制造方便。2.１．2拉緊裝置原理如圖２.3所示:油缸右腔停止進(jìn)油時(shí),彈簧力向右工件,油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件.當(dāng)油缸的右腔停止進(jìn)油時(shí)，彈簧收到向右的力，使與彈簧相連的手部受到向右的拉力，從而使手爪合攏。當(dāng)油腔的右腔進(jìn)油時(shí)，彈簧受到向左的壓力，使與彈簧相連的手爪向外伸出，從而放松工件.左出油口右進(jìn)油口圖２。2缸示意簡(jiǎn)圖2。1．3手部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖２。３手部受力分析1.手指2．銷(xiāo)軸3。拉桿４．指座如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿3作用下銷(xiāo)軸2向上的拉力為P，并通過(guò)銷(xiāo)軸中心Ｏ點(diǎn),兩手指1的滑槽對(duì)銷(xiāo)軸的反作用力為P1、P２，其力的方向垂直于滑槽中心線OO1和ＯO2并指向O點(diǎn)，P1和Ｐ2的延長(zhǎng)線交O1O２于A及B,由于△O1OA和△O２OA均為直角三角形，故∠ＡOC=∠BOC＝α。根據(jù)銷(xiāo)軸的力平衡條件,即∑Fx=０，P1=Ｐ２；∑Ｆy=０Ｐ＝2P1cosαP1＝P／2cosα銷(xiāo)軸對(duì)手指的作用力為p1′.手指握緊工件時(shí)所需的力稱(chēng)為握力（即夾緊力），假想握力作用在過(guò)手指與工件接觸面的對(duì)稱(chēng)平面內(nèi),并設(shè)兩力的大小相等,方向相反，以Ｎ表示。由手指的力矩平衡條件，即∑m01(F）=0得P１′ｈ=Nｂ因h=a／ｃosα所以Ｐ=２b(ｃosα）N／ａ式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)中心線的距離（毫米）.α——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間的夾角。由上式可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力Ｐ一定時(shí)，α角增大則握力Ｎ也隨之增加,但α角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿(即活塞）的行程過(guò)大，以及手指滑槽尺寸長(zhǎng)度增大,使之結(jié)構(gòu)加大，因此,一般取α＝３0°～40°。這里取角α=3０度。這種手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,具有動(dòng)作靈活，手指開(kāi)閉角大等特點(diǎn)。查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》中表2－1可知,Ｖ形手指夾緊圓棒料時(shí)，握力的計(jì)算公式Ｎ＝0。5G，綜合前面驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法,可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。為了考慮工件在傳送過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力、振動(dòng)以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力P實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算,即:P實(shí)際＝PK１K２/η式中η——手部的機(jī)械效率,一般取0.85～０。95；K1——安全系數(shù),一般取1．２～2K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響,K２可近似按下式估計(jì)，K２＝1＋a/g，其中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度,g為重力加速度.本機(jī)械手的工件只做水平和垂直平移,當(dāng)它的移動(dòng)速度為500毫米/秒，移動(dòng)加速度為１0０0毫米／秒，工件重量Ｇ為98牛頓,V型鉗口的夾角為１20°,α=3０°時(shí)，拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力P和Ｐ實(shí)際計(jì)算如下：根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式N=０.5Ｇ把已知條件代入得當(dāng)量夾緊力為Ｎ＝４9(N)由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式P=２b（ｃosα）N／a得P=Ｐ計(jì)算=2×4５／27(cos30°）×49=１２2．5（N）P實(shí)際=P計(jì)算K1Ｋ２/η取η＝0.8５,K1=1。5,K２＝1+1000/981０≈1.1則Ｐ實(shí)際=1２2．51×.５×1.1／0。85＝238（Ｎ）2。2腕部回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位,它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小.本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu).要求:回轉(zhuǎn)0——1８0o，即±90o角速度Ｗ小于90o/s以最大負(fù)荷計(jì)算2.2。1腕部的結(jié)構(gòu)形式本搬運(yùn)機(jī)械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差,回轉(zhuǎn)角度為±11５°.如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷(xiāo)子進(jìn)行連接和定位,動(dòng)片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也指座固連成一體。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動(dòng)，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖2。４機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)2。2。2手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩,動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：M驅(qū)＝M慣+M偏+Ｍ摩(N。m）式中M驅(qū)—-驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩M慣——慣性力矩(N。m）M偏——參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動(dòng)片）對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩(N。ｍ）Ｍ摩——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩(N.m）圖2。5腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖=1\＊GB2⑴摩擦阻力矩M摩M摩=（N１Ｄ１＋N２Ｄ2）（N．m）式中f—-軸承的摩擦系數(shù),滾動(dòng)軸承?。?０。02，滑動(dòng)軸承?。妫?．１；N1、N２-—軸承支承反力（Ｎ）；D1、D2——軸承直徑(ｍ)由設(shè)計(jì)知D1=0.03５mD2=0。054mＮ1=800ＮN2=20０NＧ1=98Ne=0．020時(shí)M摩=0.1×(2０0×0.035+800×０。0５4）／2得Ｍ摩=2．50(Ｎ.ｍ）=２\＊GB2⑵工件重心偏置力矩引起的偏置力矩M偏M偏=G1e（Ｎ.m）式中G1——工件重量（N）e-—偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當(dāng)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時(shí),Ｍ偏為零當(dāng)ｅ=0。0２０，G1=98Ｎ時(shí)Ｍ偏=１。96（Ｎ·m)＝3\＊GB2⑶腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩M慣①當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時(shí),可用下式計(jì)算M慣M慣=(J+J工件)（Ｎ·m)式中——手腕回轉(zhuǎn)角速度(1/s)T-—手腕啟動(dòng)過(guò)程中所用時(shí)間(ｓ)，（假定啟動(dòng)過(guò)程中近為加速運(yùn)動(dòng))J—-手腕回轉(zhuǎn)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kｇ·m）J工件——工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m)按已知計(jì)算得J=2.5,Ｊ工件=６．25，＝0．3m/m,t=２故M慣＝1.３(N·ｍ)=2\*GＢ３②當(dāng)知道啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度時(shí)，也可以用下面的公式計(jì)算Ｍ慣:Ｍ慣=（J+J工件)（N·m）式中—-啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（rad)；——手腕回轉(zhuǎn)角速度(1／s).考慮到驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失等因素，一般將M取大一些,可取Ｍ=1．1~1。2（Ｍ慣+Ｍ偏+M摩）（N。m）M=1.２（2。5＋1.９6＋1．３)=6.9（N.ｍ）2。3手臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的,一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上,從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多,故受力較復(fù)雜。機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為小于２50m/s行程L=４00mｍ1.手臂右腔工作壓力,公式得：Ｐ=(F＋F摩）／S式中：F——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算F=30+25=５５ｋｇ,F摩=18０0N.所以代入公式得:F=2350N由課本《液壓與氣壓傳動(dòng)》表９－2表得：負(fù)載小于5KＮ時(shí)，工作壓力小于０.8MPa,取P＝０。6ＭＰａＳ=(F+F摩)／P=（55×10+１800)/0.６＝3917mm2由S=πR2得Ｒ==35.3mm則D＝70。6mm由課本《液壓與氣壓傳動(dòng)》查表4-２得直徑為8０mm２.手臂右腔流量,公式得：Qmａx=sｖ＝25０×π×402=1２56000.65mm3/s=125６ｍl/s２.４手臂升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂執(zhí)行機(jī)械手動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手功能，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手整體的上升與下降，聯(lián)接手爪可以實(shí)現(xiàn)貨物的上升與下降。由于手臂重量較大，因此，升降需要導(dǎo)向和支撐部件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。手臂的升降速度小于70ｍm/s，行程為30０mm,符號(hào)為Z手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核手臂升降機(jī)構(gòu)如圖２．６圖2。６手臂升降機(jī)構(gòu)工作原理：當(dāng)液壓油從下端油口輸入時(shí)，升降液壓缸將做上升運(yùn)動(dòng)，液壓油從上端油口回油；當(dāng)液壓油從上端油口進(jìn)油時(shí)，液壓缸做下降運(yùn)動(dòng)，液壓油從下端油口回油２。4.１尺寸設(shè)計(jì)氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為，氣缸內(nèi)徑為，半徑Ｒ＝10５mm,軸徑半徑，氣缸運(yùn)行角速度=,加速度時(shí)間0．５ｓ,壓強(qiáng),則力矩：2.4。2尺寸校核測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量，分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤(pán)上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:(）考慮軸承,油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),總驅(qū)動(dòng)力矩設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求.2。5手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題手臂具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的手臂結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)0——2１０o角速度Ｗ小于90o/s以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件裝夾在手爪上，伸縮手臂處于最大長(zhǎng)度時(shí),采用估算法，總重為100Kg,伸縮液壓缸伸出總長(zhǎng)度Ｌ＝8００mm。圖2。7手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)液壓缸的工作原理：改回轉(zhuǎn)液壓缸為,軸不轉(zhuǎn)動(dòng)，缸桶轉(zhuǎn)動(dòng).軸當(dāng)液壓油從B側(cè)進(jìn)入時(shí)，回轉(zhuǎn)液壓缸缸桶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)液壓油從A側(cè)進(jìn)入時(shí)，回轉(zhuǎn)液壓缸缸桶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)本課題手臂具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的手臂結(jié)構(gòu)。要求:回轉(zhuǎn)0——21０o角速度W小于90o/s以最大負(fù)荷計(jì)算:當(dāng)工件裝夾在手爪上，伸縮手臂處于最大長(zhǎng)度時(shí),采用估算法，總重為100Ｋg，伸縮液壓缸伸出總長(zhǎng)度L=80０mｍ。

2。５．1計(jì)算扭矩M１設(shè)重力集中于離手指中心25０mｍ處,假設(shè)所夾的重物的重力為F，即扭矩M2為：M2=F×S=1000×0.25=250(N·M）由于有油缸配件、擺動(dòng)缸的摩擦力矩的存在,暫且在計(jì)算力矩的基礎(chǔ)上乘以系數(shù)φ=1.2則M總＝φM2=250×1.2=３0０(N·M）由公式T=P×b（ΦA(chǔ)12—Φmm2）×１06／8其中：ｂ-葉片密度，這里取b=３cm;ΦA(chǔ)1—擺動(dòng)缸內(nèi)徑,這里取ΦA(chǔ)1＝１５cm；Φmｍ—轉(zhuǎn)軸直徑,這里取Φmm=６cm。所以代入公式P=8T／b（ΦＡ12-Φmm2）×１０6=8×３00/0．03×（０.１52－０.062）×106=4。２３Ｍpa由W=8Ｑ/(ΦA(chǔ)12-Φmm2)b所以Q=W（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b／8=(π／4)（0。152-０．０62）×０。03／8=0。56×10-4m3/s=56ml/ｓ

2．5．2機(jī)構(gòu)工作參數(shù)總結(jié)：手部抓緊直徑70mｍ行程50mm工作壓力4。18MPa流量２５1．2ｍl/ｓ速度50mｍ/s腕部回轉(zhuǎn)內(nèi)徑12０ｍｍ轉(zhuǎn)軸直徑5０mｍ行程0-—1８０o（±90o）工作壓力2.7１MPａ流量３５ml/s速度小于９０o/s小臂伸縮內(nèi)徑８0ｍｍ行程４00mm工作壓力０．6MＰa流量12５６ml／ｓ速度小于250m/s手臂升降內(nèi)徑100mm行程３０0ｍm工作壓力0．6MPa速度小于７０ｍm/s流量５４9。５mｌ手臂回轉(zhuǎn)內(nèi)徑１５0ｍm轉(zhuǎn)軸直徑60mm行程0——２10o工作壓力4.23ＭPa流量56mｌ/ｓ速度小于９0o/s2。６液壓泵的初選擇1。根據(jù)小節(jié)2.5.2中計(jì)算所得參數(shù)可知所需液壓最高壓力P=4。23Mｐa所需液壓最大流量Q=12５６ml/s選?。肂—D型液壓泵（齒輪泵)此泵工作壓力為１0Ｍpa，轉(zhuǎn)速為18０0r/ｍin，工作流量Q在3２—70ｍl/r之間，即９00mm/ｓ-—２100ｍｍ/s，可以滿足需要。2.驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸:T＝Pｂ（ΦA(chǔ)１2－Φmm2)ηm×106/8W=８θηｖ/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b式中：ηｍ—機(jī)械效率?。?．85~0．9ηｖ—容積效率?。?。7~0.95所以代入公式得:T=2．7１×0．03×(0．1２2—0。052)×0。85×10６/8=１０2。8（N·M）T<M＝121（N·M)代入公式得：Wmax=(8×35×10-6）×０.８５/（0。1２2-０。0５2）×0。03＝0．6６7rａd／sW<π／2≈1.5７rad／s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力P=3Mpａ流量Q＝4０ml/s3。驗(yàn)算手臂回轉(zhuǎn)擺動(dòng)缸：Ｔ=Pb（ΦA(chǔ)12—Φmm2)ηm×１06/8W=8θηv/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b式中：ηｍ-機(jī)械效率取:0．8５～０。9ηｖ—容積效率取:0.７~0.95所以代入公式得:T=4。23×0.０3×（0．1５2-０.062)×0.８5×106/８=254。8（N·M）T〈Ｍ總=300（N·M)代入公式得：Wｍａｘ=(8×5６×10—６）×０.85／(０。152-0．062）×0.０３=0.672rad／sW<π/2≈1。57ｒad/s因此,取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力P=5Ｍpａ流量Q＝60ｍｌ/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力PⅠ=4。5Mｐa流量QⅠ=3０0ｍｌ/s小臂伸縮缸工作壓力PⅠ=0．６Ｍｐa流量QⅠ=1３０0ml/ｓ手臂升降缸工作壓力PⅠ=0．6Ｍpa流量ＱⅠ＝600ml/ｓ４.確定電機(jī)規(guī)格:通過(guò)對(duì)液壓泵的型號(hào)的確定,液壓泵選取CＢ－Ｄ型液壓泵，額定壓力Ｐ=10Mpa，工作流量在32～70ml/r之間。選取1500ml/s（９0Ｌ/ｍｉn）為額定流量的泵因此：傳動(dòng)功率功率=壓力×流量/(60×效率）Ｎ=P×Q/η式中：η=0.8(經(jīng)驗(yàn)值）所以代入公式得：N=10×90/(60×０.8）=１８.７5KＷ選取3８0V交流異步電動(dòng)機(jī)的額定功率20KW，轉(zhuǎn)速為2９40r/ｍｉｎ。第三章搬運(yùn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)比較分析以及工業(yè)上的應(yīng)用,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)裝置３.1手部抓取缸圖3．1鉗式手爪缸液壓原理圖泵的供油壓力P取10Ｍpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Ｑ=1３00ｍｌ/s。因此，需裝調(diào)速閥，流量定為300ml/s，工作壓力P=5Mpa。采用:ＹF-Ｂ10B溢流閥2FRM5－20／102調(diào)速閥２3E１—１0B二位三通閥3.２腕部擺動(dòng)液壓回路圖3。2腕部擺動(dòng)液壓回路工作壓力P=3Ｍpa流量Q=40ml/s采用:2FＲM5-２０/1０2調(diào)速閥34E1—10Ｂ三位四通換向閥ＹF-Ｂ10B溢流閥3。3手臂伸縮液壓缸回路圖3.３手臂伸縮液壓缸回路工作壓力P=0.6Ｍpa流量Q＝13０0mｌ/ｓ采用:ＹF—B1０B溢流閥2FＲM5－２0／１０2調(diào)速閥23E1－１0Ｂ三位四通閥圖3．３手臂伸縮液壓缸回路3。4手臂升降液壓缸回路圖3。4手臂升降液壓缸回路工作壓力P＝0。6Ｍpa流量Q=600ml／s采用：YＦ-Ｂ１0B溢流閥2FＲM5-20/1０2調(diào)速閥23E1-10B三位四通閥3。5手臂回轉(zhuǎn)擺動(dòng)缸回路圖3。５手臂回轉(zhuǎn)擺動(dòng)缸回路工作壓力P=４。2３ＭＰa流量Ｑ=56ml／s采用：２FＲM5－2０/１０２調(diào)速閥３4E1—１０Ｂ三位四通換向閥ＹＦ-B1０B溢流閥３。6總體系統(tǒng)圖圖３.6總體系統(tǒng)圖工作過(guò)程小臂伸長(zhǎng)→手部抓緊→腕部回轉(zhuǎn)→小臂回轉(zhuǎn)→小臂收縮→手部放松電磁鐵動(dòng)作順序如表３.１表3.1電磁鐵動(dòng)作順序表元件動(dòng)作YA1YA2ＹA3YＡ4YA５YA６ＹＡ7YA8小臂伸長(zhǎng)—＋－+—＋-+手部抓緊＋—+-+－+—腕部回轉(zhuǎn)＋—+-＋--—小臂收縮＋--—+-+－手部放松-＋－－—+-+第四章搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)本課題的要求采用ＰLC控制方式，機(jī)械手的手部、腕部、臂部等的動(dòng)作以及相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過(guò)PLC的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動(dòng)作的順序，動(dòng)作的位置與路徑、動(dòng)作的時(shí)間.4。１機(jī)械手的模擬工作過(guò)程圖4．１機(jī)械手的工作過(guò)程由于控制點(diǎn)數(shù)比較少,因此我們選擇使用小型PLC來(lái)控制，通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的比較,我們采用三菱PLC,采用FX２N－４０MＲ1輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配表４.1輸入和輸出點(diǎn)的分配名稱(chēng)代號(hào)輸入名稱(chēng)代號(hào)輸入名稱(chēng)代號(hào)輸出啟動(dòng)SB１Ｘ00０夾緊SB5X0１0電磁閥下降ＹV1Y00０下限行程SQ1X00１放松SB６X011電磁閥夾緊YＶ2Ｙ0０1上限行程SQ2X0０2單步上升ＳＢ7Ｘ012電磁閥上升YV3Ｙ0０２右限行程SQ3X００３單步下降SB8Ｘ0１３電磁閥右行ＹV4Y003左限行程SＱ4Ｘ００４單步左移S