機(jī)械手手部課程設(shè)計(jì)

1、1前言1.1工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 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，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

2、進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 1.2世界機(jī)器人的發(fā)展國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：（1） 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修） （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。（3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。（4）機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，

3、裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。（5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。（6）當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。1.3我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人

4、從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全

5、球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。1.4我要設(shè)計(jì)的機(jī)械手1. 臂力的確定 目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手的臂力最小為0.15N，最大為8000N。本液壓機(jī)械手的臂力為N臂 =1650（N），安全系數(shù)K一般可在1.53，本機(jī)械手取安全系數(shù)K=2。定位精度為1mm。2. 工作范圍的確定 機(jī)械手的工作范

6、圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。本機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角度110手臂伸長(zhǎng)量500mm手臂回轉(zhuǎn)角度110手臂升降行程100mm3. 確定運(yùn)動(dòng)速度 機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。液壓上料機(jī)械手要完成整個(gè)上料過(guò)程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能

7、確定。 機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長(zhǎng)的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)間應(yīng)考慮以下要求： 給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時(shí)間； 伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較底的運(yùn)動(dòng)速度。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。 在工作拍節(jié)短、動(dòng)作多的情況下，常使幾個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。為此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，以保證動(dòng)作的同步。 液壓機(jī)械手的手部各運(yùn)動(dòng)速度如下： 手腕回轉(zhuǎn)速度 V腕回 = 45/s 手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度 V夾

8、= 50 mm/s4. 位置檢測(cè)裝置的選擇 機(jī)械手常用的位置檢測(cè)方式有三種：行程開(kāi)關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機(jī)械手采用行程開(kāi)關(guān)式。利用行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)位置，精度低，故一般與機(jī)械擋塊聯(lián)合應(yīng)用。在機(jī)械手中，用行程開(kāi)關(guān)與機(jī)械擋塊檢測(cè)定位既精度高又簡(jiǎn)單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。5. 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式是根據(jù)它們的特點(diǎn)結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來(lái)選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式。 控制系統(tǒng)也有不同的類型。除一些專用機(jī)械手外，大多數(shù)機(jī)械手均需進(jìn)行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 驅(qū)動(dòng)方式一般有四種：氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。 參考工業(yè)機(jī)器人表9-6和表9-7，

9、按照設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手采用的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，控制方式為繼電-接觸器控制。2 手部結(jié)構(gòu)2.1概述手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械手手臂的前端。機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、，它沒(méi)有手掌，只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場(chǎng)合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。其傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等，這里采用滑

10、槽杠桿式。(一) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題1. 應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。2. 手指間應(yīng)有一定的開(kāi)閉角 兩個(gè)手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。3. 應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶V形面的手指，以便自動(dòng)定心。4. 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)

11、械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕。5. 應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求 應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來(lái)設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。2.2驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座圖1 滑槽杠桿式手部受力分析如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿3作用下銷軸2向上的拉力為F，并通過(guò)銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為、 ，其力的方向垂直于滑槽中心線OO1和OO2并指向O點(diǎn)，和的延長(zhǎng)線交O1O2于A及B，AOC=BOC=。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 Fx=0 得 ; Fy=0 得 銷軸對(duì)手指的

12、作用力為。手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過(guò)手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以表示。由手指的力矩平衡條件，即得 h=a/cos F=式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離（mm）。 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F一定時(shí)，角增大則握力也隨之增加，但角過(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=3040。這里取角=30 。 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)。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

13、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F實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算，即： 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250mm/s，系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選取，一般取0.030.5s，移動(dòng)加速度為，工件重量G為294N，V型鉗口的夾角為120，=30時(shí)，拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力F和計(jì)算如下：(1) 手指對(duì)工件的夾緊力計(jì)算公式：式中 安全系數(shù)，通常取1.22.0; 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦浪?=1.05，其中 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)行選定按工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)表2-2選取。 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式(2) 得 (3) 取手

14、指?jìng)髁π?=0.85, 則 2.2夾緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 夾緊缸主要尺寸的計(jì)算由前知，夾緊缸為單作用彈簧復(fù)位液壓缸，設(shè)夾緊工件時(shí)的行程為25mm，時(shí)間為0.5s，則所需夾緊力為：工作壓力取1MP，考慮到為使液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)單緊湊，取工作壓力為2.5MP。選取d=0.5D得： 式中：D液壓缸內(nèi)徑 P液壓缸工作壓力 液壓缸工作效率，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB826-66）選取液壓缸內(nèi)徑，D=50mm 同理查得活塞桿直徑 d=22mm2. 缸體結(jié)構(gòu)及驗(yàn)算缸體采用45號(hào)無(wú)縫鋼管，由JB1068-67查得可取缸筒外徑75mm，則 則，3. 液壓缸額定工作壓力（MP）應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全式中：

15、D缸筒內(nèi)徑 缸筒外徑 缸筒材料的屈服點(diǎn)，45號(hào)鋼為340MPa 已知工作壓力，故安全。4. 缸筒兩端部的計(jì)算 缸筒底部厚度的計(jì)算此夾緊缸采用了平行缸底，且底部設(shè)有油孔，則底部厚度為考慮結(jié)構(gòu)要求，取h=10mm式中： D缸筒內(nèi)徑 液壓缸最大工作壓力，取 缸底材料的許用應(yīng)力，材料為45號(hào)鋼，n為安全系數(shù)，取n=5。 缸筒端部聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算缸筒端部與手指是用螺釘聯(lián)接，聯(lián)接圖如下：圖3 螺釘聯(lián)接圖螺紋處的拉應(yīng)力： 螺紋處的剪應(yīng)力：則合成應(yīng)力：則知螺紋連接處安全可靠。 其中：K擰緊螺紋的系數(shù)，取K=3 螺紋連接處的摩擦系數(shù)， 螺紋外徑， 螺紋底徑， Z螺釘數(shù)量，Z=43 腕部的結(jié)構(gòu)3.1概述腕部是連接手部

16、與臂部的部件，起支承手部的作用。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個(gè)自由度的位置檢測(cè)、管線的布置以及潤(rùn)滑、維修、調(diào)整等問(wèn)題 要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。 3.2 腕部的結(jié)構(gòu)形式 本機(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3 機(jī)械手的腕部

17、結(jié)構(gòu)3.3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： 式中：驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩 慣性力矩 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 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩 腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖1. 摩擦阻力矩M摩 式中： f軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取f=0.010.02，滑動(dòng)軸承取f=0.1； N1 、N2 軸承支承

18、反力 （N）； D1 、D2 軸承直徑（m）由設(shè)計(jì)知D1=0.035m D2=0.075m N1=800N N2=200N G1=294N e=0.020時(shí) 得 M摩 =2.15（N.m）2. 工件重心引起的偏置力矩 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)，為零 當(dāng)e=0.020，G1=294N時(shí) =5.88 （Nm） 3. 腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩M慣 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時(shí)，可用下式計(jì)算 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)）一般取0.050.3s J手腕回轉(zhuǎn)部件對(duì)回

19、轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm） 工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （kgm） 按已知計(jì)算: 故 = 0.29（Nm） 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?。阂虼耍?. 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大干總的阻力矩。下圖為機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)液壓缸，定片1與缸體2固定連接，動(dòng)片3與轉(zhuǎn)軸5固定連接，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)目的?；剞D(zhuǎn)缸簡(jiǎn)圖式中：手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的總的阻力矩 p回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 R缸體內(nèi)孔半徑 r輸出軸半徑 b動(dòng)片寬度3 手部液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)

20、機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過(guò)管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手部夾緊工件時(shí)所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。3.2液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。 液壓缸 壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部分。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)缸，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動(dòng)油缸）。 控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、

21、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動(dòng)。3.3機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡(jiǎn)，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。1 壓力控制回路 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。 卸荷回路 在機(jī)械手各油缸不工作時(shí)，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作，所以采用卸荷回路。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控

22、制溢流閥遙控口卸荷回路。 減壓回路 為了是機(jī)械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個(gè)減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 平衡與鎖緊回路 在機(jī)械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。 為了使機(jī)械手手臂在移動(dòng)過(guò)程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移，可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關(guān)閉，使活塞停止運(yùn)動(dòng)并鎖緊。本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。 油泵出口處接單向閥 在油泵出口處接單向閥。其作用有二：第一是保護(hù)油泵。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)而做功。當(dāng)一旦電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵不再

23、向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時(shí)間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)油缸的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機(jī)時(shí)，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過(guò)油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。 2 速度控制回路 液壓機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)速度的控制，主要是改變進(jìn)入油缸的流量Q。其控制方法有兩類：一類是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面來(lái)改變進(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。本機(jī)械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍較大

24、、價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效率低，發(fā)熱大。3 方向控制回路 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 3.4 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)圖的繪制是設(shè)計(jì)液壓機(jī)械手的主要內(nèi)容之一。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動(dòng)作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。它通常由一些典型的壓力控制、流量控制、方向控制回路加上一些專用回路所組成。繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相

25、應(yīng)元件，以及其他輔助裝置，從而組成整個(gè)液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號(hào)，畫(huà)出液壓原理圖。4結(jié)束語(yǔ)此次課程設(shè)計(jì)我做的是基于液壓工業(yè)機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)，通過(guò)3周努力，設(shè)計(jì)終于完成。這次設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，使我們了解了設(shè)計(jì)工作的基本流程和設(shè)計(jì)的方法以及理念。在此次的課程設(shè)計(jì)中，我遇到了許多以前從未遇到過(guò)的問(wèn)題，但過(guò)通過(guò)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和我的努力，這些問(wèn)題都得到了較好的解決。雖然我們?cè)O(shè)計(jì)的只是個(gè)機(jī)械手的手部，但需要完成手部伸縮和回轉(zhuǎn)功能，對(duì)應(yīng)分別要對(duì)這些液壓缸進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算和校核。通過(guò)這些機(jī)設(shè)計(jì)，使理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過(guò)的專業(yè)理論知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我不斷探索、不斷學(xué)習(xí)和修改。自學(xué)

26、了許多相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，求教了多位專業(yè)老師，上網(wǎng)和在圖書(shū)館查閱大量相關(guān)資料。由于時(shí)間問(wèn)題，對(duì)于本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)還存在許多問(wèn)題，許多地方都還有待改進(jìn)和提高，希望各位專家評(píng)審多多指教。5 參考文獻(xiàn)1 鄧星鐘. 機(jī)電傳動(dòng)控制M. 華中科技大學(xué)出版社， 2002 2 孫志禮、冷興聚、魏延剛等 . 機(jī)械設(shè)計(jì)M. 東北大學(xué)出版社， 2003 3 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M第5卷. 機(jī)械工業(yè)出版社， 1992 4 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)M. 機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 5 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)M. 化學(xué)工業(yè)出版社， 2002年6 羅洪量 . 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)M（第二版）. 高等教育出版社，1986 7 JJ.杰克（美）. 機(jī)械與機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理M（第一版）. 機(jī)械工業(yè)出版社，1985 8 王玉新. 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法學(xué)M（第一版）. 天津大學(xué)出版社， 1996 9 張建民. 工業(yè)機(jī)器人BM. 北京理工大學(xué)出版社，1992 10 馬香峰. 機(jī)器人結(jié)構(gòu)學(xué)B M . 機(jī)械工業(yè)出版社，1991 11 俄IO.M.索羅門采夫. 工業(yè)機(jī)器人圖冊(cè)B M. 機(jī)械工業(yè)出版社，1993 12 黃繼昌、徐巧魚(yú)、張海貴等. 實(shí)用機(jī)械機(jī)構(gòu)圖冊(cè)B M. 人民郵電