自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)【四自由度】
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湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題 目
自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
劉世平
班級(jí)學(xué)號(hào)
機(jī)本1007班10201420716
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
一、本課題研究的背景目的和意義
工業(yè)機(jī)械手是近十年發(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)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支它的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，早構(gòu)造和性能上兼具有人和機(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)械手祖業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中有著廣闊的發(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)代生產(chǎn)中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)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(mén)新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好的實(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)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用。
在機(jī)械工業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手的意義可以概括如下：
1、以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度
2、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故
3、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)
二、機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展前景及方向
隨著工業(yè)生產(chǎn)效率的提高以及PLC在機(jī)械控制方面的廣泛應(yīng)用，機(jī)械手已逐步代替工人手工的操作，在工廠車間得到了廣泛的應(yīng)用。
就目前來(lái)看，總的來(lái)說(shuō)機(jī)械手的發(fā)展前景及方向：
a) 重復(fù)高精度
精度是指機(jī)器人的機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度，它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)械手達(dá)到同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠準(zhǔn)確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定誤差，這個(gè)誤差是可預(yù)測(cè)的，因此可以通過(guò)編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍，它通過(guò)一定次數(shù)的重復(fù)運(yùn)行來(lái)測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的重復(fù)定位精度將越來(lái)越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。
b) 模塊化
有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手稱為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。模塊化機(jī)械手是同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同模塊而具有不同功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
c) 機(jī)電一體化
由“可編程控制器-傳感器-液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件，使液壓技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡(jiǎn)單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來(lái)越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來(lái)越可能。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前，機(jī)械手不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)，如：采礦、冶金、石油、化學(xué)、船舶等領(lǐng)域，同時(shí)也已開(kāi)始擴(kuò)大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔，醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。機(jī)械手廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來(lái)各式各樣的機(jī)械手將不斷應(yīng)用于各行各業(yè)。
三、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案
1、收集相關(guān)資料，并對(duì)現(xiàn)有資料進(jìn)行可行性研究分析，進(jìn)而分析自己完成本課題還存在哪些問(wèn)題，除了現(xiàn)有的知識(shí)還應(yīng)具備哪些知識(shí)。
2、選定自己適合和熟悉的制圖軟件，對(duì)選定的工具進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)及具體實(shí)踐。
3、對(duì)驅(qū)動(dòng)油路進(jìn)行仔細(xì)研究，了解液壓驅(qū)動(dòng)原理，繪制油路圖。
4、機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)要求設(shè)計(jì)出合理輕便的機(jī)械手。
5、用CAD軟件繪制出設(shè)計(jì)的機(jī)械手裝配圖以及相關(guān)零件圖。
6、對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行整理，并總結(jié)此次設(shè)計(jì)的得失，為以后的設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。
四、研究計(jì)劃安排及預(yù)期效果
2014年3月---------上網(wǎng)搜索資料了解發(fā)展機(jī)械手的科學(xué)意義，國(guó)內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢(shì)以及應(yīng)用前景等，為自己設(shè)計(jì)定下初步目標(biāo)和方向。參閱外文文獻(xiàn)并翻譯一篇，并完成開(kāi)題報(bào)告。
2014年3月---------收集相關(guān)資料，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)，不但要滿足功能要求，而且追求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)布置合理，噪聲低，安全可靠，操作和維護(hù)方便等，并同時(shí)考慮驅(qū)動(dòng)液壓缸的安裝位置來(lái)設(shè)計(jì)好接口。
2014年4月--------- 擬定機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)機(jī)械手各部件進(jìn)行全面細(xì)致的設(shè)計(jì)，使其能完成自動(dòng)取料和下料的運(yùn)動(dòng)需要。
2014年5月--------使用CAD繪制上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖、以及液壓原理圖等，并完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。
指導(dǎo)教師批閱意見(jiàn)
指導(dǎo)教師(簽名)： 年 月 日
2014屆畢業(yè)論文
材料
院 、 部： 機(jī)械工程學(xué)院
學(xué)生姓名 劉世平
指導(dǎo)教師： 劉吉兆 職稱 教授
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)本1007 班
完成時(shí)間： 2014年5月
湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度檢查表
題目
自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
劉世平
班級(jí)學(xué)號(hào)
10201420716
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指
導(dǎo)
教
師
填
寫(xiě)
學(xué)生開(kāi)題情況
學(xué)生調(diào)研及查閱文獻(xiàn)情況
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原計(jì)劃有無(wú)調(diào)整
學(xué)生是否按計(jì)劃執(zhí)行工作進(jìn)度
學(xué)生是否能獨(dú)立完成工作任務(wù)
學(xué)生的英文翻譯情況
學(xué)生每周接受指導(dǎo)的次數(shù)及時(shí)間
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過(guò)程檢查記錄情況
學(xué)生的工作態(tài)度在相應(yīng)選項(xiàng)劃“√”
□認(rèn)真
□一般
□較差
1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)各階段時(shí)間如下：[畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研：2周（2月25日—3月8日），集中實(shí)習(xí)：2周（3月11日—3月22日），畢業(yè)設(shè)計(jì)：10周（3月25日—5月31日），答辯時(shí)間：1周（6月5日—6月10日）]。開(kāi)題報(bào)告需修改。
2. 進(jìn)度太慢，以后請(qǐng)按照教務(wù)系統(tǒng)中設(shè)定的時(shí)間及時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況用電子文進(jìn)行匯報(bào)，可通過(guò)系統(tǒng)上傳畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的進(jìn)展、圖紙等資料，希高度重視，最好回到學(xué)校進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，趕快進(jìn)行設(shè)計(jì)，否則時(shí)間來(lái)不及，抓緊時(shí)間，積極主動(dòng)從事畢業(yè)設(shè)計(jì)。
3. 希望按學(xué)校的時(shí)間要求進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，要抓緊時(shí)間，積極主動(dòng)從事畢業(yè)設(shè)計(jì)。以后請(qǐng)按照教務(wù)系統(tǒng)中設(shè)定的時(shí)間及時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況用電子文檔進(jìn)行匯報(bào)，可通過(guò)系統(tǒng)上傳畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的進(jìn)展、圖紙等資料，希高度重視，最好回到學(xué)校進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。
4. 只有開(kāi)題報(bào)告，沒(méi)有其它資料，進(jìn)度太慢，以后請(qǐng)按照教務(wù)系統(tǒng)中設(shè)定的時(shí)間及時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況用電子文檔進(jìn)行匯報(bào)，可通過(guò)系統(tǒng)上傳畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的進(jìn)展、圖紙等資料，希高度重視，最好回到學(xué)校進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，趕快進(jìn)行設(shè)計(jì)，否則時(shí)間來(lái)不及，抓緊時(shí)間，積極主動(dòng)從事畢業(yè)設(shè)計(jì)。
5. 進(jìn)度太慢，請(qǐng)按照教務(wù)系統(tǒng)中設(shè)定的時(shí)間及時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況用電子文檔進(jìn)行匯報(bào)，可通過(guò)系統(tǒng)上傳畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的進(jìn)展、圖紙等資料，希高度重視，抓緊時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)，否則時(shí)間來(lái)不及，要主動(dòng)從事畢業(yè)設(shè)計(jì)。
6. 按在我辦公室討論的方式修改，請(qǐng)按學(xué)校規(guī)定的時(shí)間完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，仔細(xì)審查畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量(完成合計(jì)不少于3張零號(hào)圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖和零件圖)、說(shuō)明書(shū)格式（字體、行距、目錄、參考文獻(xiàn)等）是否符合學(xué)校要求，圖紙是否符合制圖規(guī)范；通過(guò)系統(tǒng)及時(shí)上傳畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)資料供評(píng)閱老師評(píng)閱,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯時(shí)間：（5月27日—5月30日，6月3日—6月4日）。畢業(yè)論文修改后請(qǐng)及時(shí)上傳。
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
系部意見(jiàn)：
負(fù)責(zé)人簽字：
年 月 日
湖南工學(xué)院2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表
學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
劉世平
學(xué) 號(hào)
10201420716
班 級(jí)
機(jī)本1007班
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師姓名
劉吉兆
課題名稱
自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)
是否同意參加答辯：
是□ 否□
指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)
分值：
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱表
題 目
自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
劉世平
班級(jí)學(xué)號(hào)
10201420716
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
評(píng)閱
教師姓名
劉安民
職稱
教授
工作單位
湖南工學(xué)院
評(píng)分內(nèi)容
具 體 要 求
總分
評(píng)分
開(kāi)題情況
調(diào)研論證
能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料及從事其他形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實(shí)施方案，有分析整理各類信息并從中獲取新知識(shí)的能力。
10
外文翻譯
摘要及外文資料翻譯準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)定內(nèi)容及字?jǐn)?shù)要求。
10
設(shè)計(jì)質(zhì)量
論證、分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算、結(jié)構(gòu)、建模、實(shí)驗(yàn)正確合理。
35
創(chuàng)新
工作中有創(chuàng)新意識(shí)，有重大改進(jìn)或獨(dú)特見(jiàn)解，有一定實(shí)用價(jià)值。
10
撰寫(xiě)質(zhì)量
結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字通順，用語(yǔ)符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，書(shū)寫(xiě)格式規(guī)范，符合規(guī)定字?jǐn)?shù)要求。
15
綜合能力
能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題。
20
總評(píng)分
評(píng)閱教師
評(píng)閱意見(jiàn)
評(píng)閱成績(jī)
總評(píng)分ⅹ20%
評(píng)閱教師簽名
日期
湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯資格審查表
題 目
自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
劉世平
學(xué)?? 號(hào)
10201420716
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
劉吉兆
設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：
本次設(shè)計(jì)的題目是汽車零件加工自動(dòng)線上的設(shè)計(jì)，主要是通過(guò)老師指導(dǎo)和查詢各種相關(guān)資料得以完成。步驟如下：
課題調(diào)研，資料收集工作；總體方案擬定，畫(huà)總圖；機(jī)械部分設(shè)計(jì)、計(jì)算，畫(huà)機(jī)械手手腕、手臂、機(jī)身結(jié)構(gòu)圖；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，畫(huà)液壓系統(tǒng)圖和電器系統(tǒng)圖各一張；編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及翻譯科技外文一篇。
主要內(nèi)容：
（1）主要由手爪、手腕、手臂、機(jī)身、機(jī)座等組成，具備上料、翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等多種功能，并按該自動(dòng)線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動(dòng)作。
（2）機(jī)械手機(jī)身采用機(jī)座式，自動(dòng)線圍繞機(jī)座布置，其坐標(biāo)形式為球坐標(biāo)式，具有立柱旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂俯仰、腕部轉(zhuǎn)動(dòng)和腕部擺動(dòng)4個(gè)自由度。
（3）說(shuō)明書(shū)內(nèi)容完整，字跡工整，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，文字通順。說(shuō)明書(shū)重點(diǎn)包括設(shè)計(jì)方案的分析與論證，考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)和最后選擇的依據(jù)，必要的計(jì)算過(guò)程，其他說(shuō)明等
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)老師和同學(xué)們的幫助下，終于堅(jiān)持完成了我的這個(gè)設(shè)計(jì)完成了。當(dāng)然，由于所學(xué)知識(shí)和見(jiàn)識(shí)有限，設(shè)計(jì)中仍然存在許多不足和不完善的地方，所以，還請(qǐng)各位老師糾正和指導(dǎo)，望各位老師給我這次畢業(yè)答辯的機(jī)會(huì)。謝謝！
申請(qǐng)人簽名：劉世平
?? ?日期：2014.5.30
資? 格? 審? 查? 項(xiàng)? 目
是
否
01
工作量是否達(dá)到所規(guī)定要求
?
?
02
文檔資料是否齊全（任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文資料翻譯、定稿論文及其相關(guān)附件資料等）
?
?
03
是否完成任務(wù)書(shū)規(guī)定的任務(wù)
?
?
04
完成的成果是否達(dá)到驗(yàn)收要求
?
?
05
是否剽竊他人成果或者直接照抄他人設(shè)計(jì)（論文）
指導(dǎo)教師簽名：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯資格審查小組意見(jiàn)：
符合答辯資格，同意答辯 □????? 不符合答辯資格，不同意答辯□
審查小組成員簽名： ?
??? 年??? 月??? 日
湖南工學(xué)院2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表
學(xué)院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
劉世平
學(xué)號(hào)
10201420716
班級(jí)
機(jī)本1007班
答辯
日期
課題名稱
自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)
指導(dǎo)
教師
劉吉兆
成 績(jī) 評(píng) 定
分值
評(píng) 定
小計(jì)
伍
利
群
匡
建
新
周
立
鄧
興
貴
畢
紅
霞
課題介紹
思路清晰，語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確，實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)（論文）有應(yīng)用價(jià)值。
30
答辯
表現(xiàn)
思維敏捷,回答問(wèn)題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問(wèn)題回答準(zhǔn)確大、深入,知識(shí)面寬。
必
答
題
40
自
由
提
問(wèn)
30
合 計(jì)
100
答 辯 評(píng) 分
分值：
答辯小組長(zhǎng)簽名：
答辯成績(jī)a：
×20％＝
指導(dǎo)教師評(píng)分
分值：
指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)b：
×60％＝
評(píng)閱教師評(píng)分
分值：
評(píng)閱教師評(píng)定成績(jī)c：
×20％＝
最終評(píng)定成績(jī)：
分?jǐn)?shù)： 等級(jí)：
答辯委員會(huì)主任簽名：
年 月 日
湖南工學(xué)院2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書(shū)
院(系)：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
劉吉兆
學(xué)生姓名
劉世平
課題名稱
自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)
內(nèi)容及任務(wù)
本課題為汽車零件加工自動(dòng)線的輔助裝置之一，機(jī)械手在零件加工自動(dòng)線上完成上料、轉(zhuǎn)位和翻轉(zhuǎn)等多種功能。
2、設(shè)計(jì)內(nèi)容
（1）機(jī)械手的總裝圖，
（2）部件裝配圖及零件圖，
（3）機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理圖；
（4）設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)：１份
（所有圖紙折合不得少于3張A0圖）
擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)
1、設(shè)計(jì)（論文）基本要求
（1）材料牌號(hào)，形位公差，粗糙度，圖紙的標(biāo)題欄及明細(xì)表都宜采用新圖標(biāo)。
（2）設(shè)計(jì)應(yīng)以獨(dú)立完成為主，圖紙表達(dá)要正確清晰，計(jì)算正確，能借助各種工具書(shū)和技術(shù)資料獲得所需的正確數(shù)據(jù)。
（3）說(shuō)明書(shū)應(yīng)內(nèi)容完整，字跡工整，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，文字通順。說(shuō)明書(shū)中應(yīng)重點(diǎn)包括設(shè)計(jì)方案的分析與論證，考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)和最后選擇的依據(jù)，必要的計(jì)算過(guò)程，其他說(shuō)明等
2、主要技術(shù)指標(biāo)：
（1）最大抓取重量：15Kg；
（2）工件最大尺寸（長(zhǎng)×寬×高）250×170×140mm
（3）最大操作范圍：提升高度1.5m；回轉(zhuǎn)半徑1m；行走范圍≤30m；
（4）機(jī)械手的自由度：4~5個(gè)；
（5）定位精度：0.5~1mm；
（6）裝料高度：1050mm；輸送軌道寬度：350mm；輸送速度：20m/min
（7）生產(chǎn)綱領(lǐng)：10萬(wàn)件/年；生產(chǎn)節(jié)拍：3min/件；
（8）性能要求：抓取靈活，送放平穩(wěn)，安全可靠，壽命不低于15年。
進(jìn)度安排
起止日期
工作內(nèi)容
備注
第2～5周
畢業(yè)調(diào)研及實(shí)習(xí)、搜集設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告
第6～8周
設(shè)計(jì)方案的確定
第9～11周
完成部件裝配圖及零件圖的繪制
第12～15周
編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū), 通過(guò)指導(dǎo)老師驗(yàn)收，準(zhǔn)備答辯
第16周
畢業(yè)答辯
主要參考資料
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[3] 工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ) 系列教材編寫(xiě)委員會(huì).機(jī)械工程材料基礎(chǔ)[M].湖南:中南大學(xué)出版社,1995,13～47
[4] 劉守勇主編.機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1995.55～56
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[6] 甘永立主編.幾何量公差與檢測(cè)[M].上海:科學(xué)技術(shù)出版社，2005.12～13
[7] 吳宗澤主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[J]（上冊(cè) 下冊(cè)）.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.99～105
[8] 楊恢先，黃輝先等編著.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2003
[9] 何永然，唐增寶，劉安俊主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第二版）[M].武漢：
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[10] 周良德，朱泗芳等編著.現(xiàn)在工程圖學(xué)[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000
[11] 華中理工大學(xué)等院校編，畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社，2003
[12] 馮炳堯，韓泰榮，殷振海，蔣文森編.模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)[J].上海：
上海科學(xué)技術(shù)出版社，1992. 108～120
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[14] 王衛(wèi)衛(wèi)主編.材料成形設(shè)備[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.49～50
教研室
意見(jiàn)
年 月 日
主管領(lǐng)導(dǎo)意見(jiàn)
年 月 日
湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題 目
自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
劉世平
班級(jí)學(xué)號(hào)
機(jī)本1007班10201420716
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
一、本課題研究的背景目的和意義
工業(yè)機(jī)械手是近十年發(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)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支它的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，早構(gòu)造和性能上兼具有人和機(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)械手祖業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中有著廣闊的發(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)代生產(chǎn)中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)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(mén)新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好的實(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)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用。
在機(jī)械工業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手的意義可以概括如下：
1、以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度
2、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故
3、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)
二、機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展前景及方向
隨著工業(yè)生產(chǎn)效率的提高以及PLC在機(jī)械控制方面的廣泛應(yīng)用，機(jī)械手已逐步代替工人手工的操作，在工廠車間得到了廣泛的應(yīng)用。
就目前來(lái)看，總的來(lái)說(shuō)機(jī)械手的發(fā)展前景及方向：
a) 重復(fù)高精度
精度是指機(jī)器人的機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度，它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)械手達(dá)到同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠準(zhǔn)確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定誤差，這個(gè)誤差是可預(yù)測(cè)的，因此可以通過(guò)編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍，它通過(guò)一定次數(shù)的重復(fù)運(yùn)行來(lái)測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的重復(fù)定位精度將越來(lái)越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。
b) 模塊化
有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手稱為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。模塊化機(jī)械手是同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同模塊而具有不同功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
c) 機(jī)電一體化
由“可編程控制器-傳感器-液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件，使液壓技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡(jiǎn)單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來(lái)越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來(lái)越可能。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前，機(jī)械手不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)，如：采礦、冶金、石油、化學(xué)、船舶等領(lǐng)域，同時(shí)也已開(kāi)始擴(kuò)大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔，醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。機(jī)械手廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來(lái)各式各樣的機(jī)械手將不斷應(yīng)用于各行各業(yè)。
三、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案
1、收集相關(guān)資料，并對(duì)現(xiàn)有資料進(jìn)行可行性研究分析，進(jìn)而分析自己完成本課題還存在哪些問(wèn)題，除了現(xiàn)有的知識(shí)還應(yīng)具備哪些知識(shí)。
2、選定自己適合和熟悉的制圖軟件，對(duì)選定的工具進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)及具體實(shí)踐。
3、對(duì)驅(qū)動(dòng)油路進(jìn)行仔細(xì)研究，了解液壓驅(qū)動(dòng)原理，繪制油路圖。
4、機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)要求設(shè)計(jì)出合理輕便的機(jī)械手。
5、用CAD軟件繪制出設(shè)計(jì)的機(jī)械手裝配圖以及相關(guān)零件圖。
6、對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行整理，并總結(jié)此次設(shè)計(jì)的得失，為以后的設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。
四、研究計(jì)劃安排及預(yù)期效果
2014年3月---------上網(wǎng)搜索資料了解發(fā)展機(jī)械手的科學(xué)意義，國(guó)內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢(shì)以及應(yīng)用前景等，為自己設(shè)計(jì)定下初步目標(biāo)和方向。參閱外文文獻(xiàn)并翻譯一篇，并完成開(kāi)題報(bào)告。
2014年3月---------收集相關(guān)資料，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)，不但要滿足功能要求，而且追求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)布置合理，噪聲低，安全可靠，操作和維護(hù)方便等，并同時(shí)考慮驅(qū)動(dòng)液壓缸的安裝位置來(lái)設(shè)計(jì)好接口。
2014年4月--------- 擬定機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)機(jī)械手各部件進(jìn)行全面細(xì)致的設(shè)計(jì)，使其能完成自動(dòng)取料和下料的運(yùn)動(dòng)需要。
2014年5月--------使用CAD繪制上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖、以及液壓原理圖等，并完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。
指導(dǎo)教師批閱意見(jiàn)
指導(dǎo)教師(簽名)： 年 月 日
自動(dòng)上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)的多功能機(jī)械手用于汽車零件加工自動(dòng)線上的設(shè)計(jì)，主要由手爪、手腕、手臂、機(jī)身、機(jī)座等組成，具備上料、翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等多種功能，并按該自動(dòng)線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動(dòng)作。本機(jī)械手機(jī)身采用機(jī)座式，自動(dòng)線圍繞機(jī)座布置，其坐標(biāo)形式為球坐標(biāo)式，具有立柱旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂俯仰、腕部轉(zhuǎn)動(dòng)和腕部擺動(dòng)4個(gè)自由度。驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，選用雙泵，共有整機(jī)回轉(zhuǎn)油缸、手臂俯仰油缸、手臂伸縮油缸、手腕擺動(dòng)油缸、手腕回轉(zhuǎn)油缸、手爪夾緊油缸6個(gè)液壓缸。送放機(jī)構(gòu)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由液壓基本回路組成，包括調(diào)壓回路，緩沖回路，調(diào)速回路，換向回路.鎖緊回路，保壓回路。定位采用機(jī)械擋塊定位，定位精度為0.5～1mm，采用行程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。
關(guān)鍵詞： 機(jī)械手，自動(dòng)線，液壓，設(shè)計(jì) ，點(diǎn)位控制
ABSTRACT
The current design of multifunctional mechanical hand used for R175-type diesel organisms automatic processing line, mainly consist of claw, wrists, arms, body, base and so on. With moving the materials, turnover and transfer spaces, and many other functions, the automatic line with the unified production rhythms and production program completed more moves. With the automatic production line rhythms and the production of complete reunification of the above movements, automatic line is around the machine arrange, the coordinates of the ball coordinates of the form, with huge rotary, extendable arm, arm pitch, hitting and hitting back five moves freedom; Driven approach to hydraulic-driven, and the choice of double leaves pumps, the system pressure to 2.5MPa, 5.5KW electrical power for a total of whole sets of rotation tank, arm tilt cylinders, fuel tanks extendable arm, wrist swing tank, wrist rotation tank, claw clip tank six hydraulic oil tank; positioning a piece of machinery turned positioning, positioning accuracy for 0.5~1mm, using control systems to achieve their point spaces control.
Key words: Mechanical hand, the ball coordinates, hydraulic, mechanical turned pieces, control point spaces
目 錄
1緒論 1
1.1機(jī)械手的概述 1
1.2機(jī)械手的組成與分類 1
1.2.1機(jī)械手的組成 1
1.3機(jī)械手的分類 2
1.3 機(jī)械手的組成 3
2總體方案分析 4
2.1總體方案分析 4
2.2方案的確定 4
2.3動(dòng)作原理 4
2.4 主要技術(shù)指標(biāo) 5
3手部的設(shè)計(jì) 6
3.1手部結(jié)構(gòu) 6
3.2手爪的計(jì)算與分析 6
3.2.1手爪執(zhí)行液壓缸工作壓力計(jì)算 6
3.2.2 手爪的夾持誤差分析與計(jì)算 7
4腕部的設(shè)計(jì) 8
4.1腕部結(jié)構(gòu) 8
4.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 8
5手臂的設(shè)計(jì) 11
5.1手臂伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
5.1.1手臂作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 11
5.1.2手臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 11
5.1.3確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 12
5.1.4液壓缸壁厚計(jì)算 12
5.1.5活塞桿的計(jì)算 13
5.1.6液壓缸端蓋的聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算 13
5.1.6缸蓋螺釘計(jì)算 13
5.1.7缸體螺紋計(jì)算 14
5.2手臂俯仰運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
5.2.1手臂俯仰時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 15
5.2.2缸蓋聯(lián)接螺釘計(jì)算和動(dòng)片聯(lián)接螺釘計(jì)算 16
5.2.3動(dòng)片聯(lián)接螺釘?shù)挠?jì)算 16
6.機(jī)身設(shè)計(jì) 18
6.1機(jī)身結(jié)構(gòu)的計(jì)算 18
6.2機(jī)身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 19
7機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 20
7.1液壓系統(tǒng)的組成 20
7.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械手的特點(diǎn) 20
7.3油缸泄漏問(wèn)題與密封裝置 20
7.3.1活塞式油缸的泄漏與密封 21
7.3.2回轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封 21
7.4液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定 22
7.4.1各液壓缸的換向回路 22
7.4.2調(diào)整方案 22
7.4.3減速緩沖回路 22
7.4.4系統(tǒng)安全可靠性 23
參考文獻(xiàn) 25
致 謝 26
1緒論
1.1機(jī)械手的概述
工業(yè)機(jī)械手（以下簡(jiǎn)稱機(jī)械手）是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，作為多學(xué)科融合的邊沿學(xué)科，它是當(dāng)今高技能發(fā)展速度最快的領(lǐng)域之一，并已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。
所謂工業(yè)樞機(jī)手就是一種能按給定的程序或要求自動(dòng)完成物件（如材料、工件、零件或工具等）傳送或操作作業(yè)的機(jī)械裝置，它能部分地代替人的手工勞作。較高級(jí)型式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動(dòng)作，完成較復(fù)雜的作業(yè)。
1.2機(jī)械手的組成與分類
1.2.1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)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成，各部關(guān)系如圖1所示：
圖1 工業(yè)機(jī)械手組成圖框
機(jī)械手大致可分為手部、傳送機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、控制部分以及其他部分。
手部（或稱抓取機(jī)構(gòu)）包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等.主要起抓取和放置物件的作用；
傳送機(jī)構(gòu)（或稱臂部）包括手腕、手臂等.主要起改變物件方向和位置的作用；
驅(qū)動(dòng)部分 它是驅(qū)動(dòng)前兩部分的動(dòng)力.因此也稱動(dòng)力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動(dòng)等四種形式；
控制部分 它是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng).它來(lái)控制動(dòng)作的順序（程序）、位置和時(shí)間（甚至速度與加速度）等；
其它部分 如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測(cè)裝置和傳感裝置等。
1.3機(jī)械手的分類
機(jī)械手從使用范圍、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及臂力大小四個(gè)方面的分類分別為：
（1）按機(jī)械手的使用范圍分類：
1）專用機(jī)械手
一般只有固定的程序，而無(wú)單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具，例如“毛胚上下料機(jī)械手”、“曲拐自動(dòng)車床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手”等等。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡(jiǎn)單的大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。
2） 通用機(jī)械手（也稱工業(yè)機(jī)器人）
指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，不從屬于某種機(jī)器，而且能自動(dòng)生成傳送物件或操作某些工具的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手按其定位和控制方式的不同，可以分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種。簡(jiǎn)易型只是點(diǎn)位控制，故屬于程序控制類型，伺服型可以是點(diǎn)位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù)字控制類型。這種機(jī)械手由于手指可以更換（或可調(diào)節(jié)），程序可變，故適用于中、小批生產(chǎn)。但因其運(yùn)動(dòng)較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)條件要求較高，故制造成本一般也較高。
按機(jī)械手臂部的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類：
1)直角坐標(biāo)式機(jī)械手
臂部可以沿直角坐標(biāo)系X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)，亦即臂部可以前后伸縮（定為沿X方向移動(dòng)）、左右移動(dòng)（定為沿Y方向移動(dòng)）和上下升降（定為沿Z方向的移動(dòng)）;
2)圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手
手臂可以沿著直角坐標(biāo)系的X和Z方向移動(dòng)，又可繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)（定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)），亦即臂部可以前后伸縮、上下升降和左右轉(zhuǎn)動(dòng)；
3)球坐標(biāo)式機(jī)械手
臂部可以沿直角坐標(biāo)軸Z方向移動(dòng)，還可以繞Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即手臂可以前后伸縮（沿X軸方向移動(dòng)）上下擺動(dòng)（定為繞Y軸擺動(dòng)）和左右轉(zhuǎn)動(dòng)（仍定為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)）；
4)多關(guān)節(jié)式機(jī)械手
這種機(jī)械手的臂部可以分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連接（肘部）以及大臂和機(jī)體的連接（肩部）均為關(guān)節(jié)（鉸鏈）式連接，亦即小臂對(duì)大臂可以繞肘部上下擺動(dòng)，大臂可繞肩部擺動(dòng)多角，手臂還可以 左右移動(dòng)。
（3）按機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式分類：
1）液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
2）氣壓驅(qū)動(dòng)樞機(jī)手以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng);
3）電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
4）機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手是將主機(jī)的動(dòng)力通過(guò)凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式。
1.3 機(jī)械手的組成
機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡(jiǎn)單，有的較為復(fù)雜，但基本上的組成形式是相同的。一般機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。機(jī)構(gòu)手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支座組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來(lái)夾緊或是松開(kāi)工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動(dòng)作。手腕是連接手指和手臂白元件，可以上下、左右和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。簡(jiǎn)單的機(jī)械手可以沒(méi)有手腕，而只有手臂，手臂的動(dòng)作和手腕相類似，只是動(dòng)作范圍更大，可以前后伸縮，上下升降和左右擺動(dòng)等。支柱用來(lái)支撐手臂，它是固定的，也可以根據(jù)需要做成移動(dòng)的。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要有傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用的機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)分機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)等幾種形式。
控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程度、方向、位置、速度進(jìn)行動(dòng)作。簡(jiǎn)單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開(kāi)關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)作。動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
簡(jiǎn)單的組成和分類以及適用范圍如下：
執(zhí)行系統(tǒng)的組成：手部、腕部、機(jī)身、行走機(jī)構(gòu)。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成：各種電氣、液壓元件。
控制系統(tǒng)的組成：位置檢測(cè)器、記憶存儲(chǔ)器。
2總體方案分析
2.1總體方案分析
由設(shè)計(jì)內(nèi)容可知，本次設(shè)計(jì)所確定的機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)為球坐標(biāo)式機(jī)械手，此機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)從傳送帶到設(shè)備的上下料過(guò)程。傳送帶移動(dòng)方向與設(shè)備上所夾持的工件方向垂直。因此手臂動(dòng)作擺動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，手爪的動(dòng)作為伸縮和松夾。由于此機(jī)械手的動(dòng)作要求旋轉(zhuǎn)不同的工件，所以實(shí)現(xiàn)上下料過(guò)程也要求手腕能旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
多種方案分析
通過(guò)以上分析，這里初選三個(gè)方案，各方案如下：
方案一：機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，大手臂的俯仰也采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，小手臂的伸縮用伸縮缸實(shí)現(xiàn)，手腕的回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。
方案二：機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，大手臂的俯仰也采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，小手臂的伸縮用齒輪條實(shí)現(xiàn)，手腕的回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。
方案三：機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，采用擺液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，大手臂的俯仰采用擺動(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，小手臂的伸縮用伸縮缸實(shí)現(xiàn)，手腕的回轉(zhuǎn)用擺液壓缸實(shí)現(xiàn)。
2.2方案的確定
通過(guò)方案一，方案二和方案三的比較分析可知，方案一從功能上講可以滿足條件，但電動(dòng)機(jī)的造價(jià)太高，不太經(jīng)濟(jì)。方案二中也存在上述的問(wèn)題。同時(shí)齒輪齒條的驅(qū)動(dòng)精度太低，在抓取工件時(shí)定位不夠準(zhǔn)確，而且結(jié)構(gòu)大而復(fù)雜。方案三中，由液壓缸來(lái)完成的部分，不僅驅(qū)動(dòng)力大且結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)尺寸大但輸出轉(zhuǎn)矩大，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而得出方案三最佳，并最終確實(shí)此次的設(shè)計(jì)方案為方案三，方案如下：
機(jī)身旋轉(zhuǎn)、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)，均采用擺缸來(lái)控制，手臂的伸縮用伸縮缸控制，而爪的松夾用夾緊缸來(lái)控制。
2.3動(dòng)作原理
本次設(shè)計(jì)是液壓驅(qū)動(dòng)，電氣控制。機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作是由液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)的，其動(dòng)作過(guò)程是由液壓缸的各個(gè)動(dòng)作運(yùn)動(dòng)至終點(diǎn)時(shí)壓合行程開(kāi)關(guān)，將行程開(kāi)關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)通過(guò)PLC轉(zhuǎn)化為電磁閥得電和失電，后由電磁閥控制各油路的通斷，以實(shí)現(xiàn)各液壓缸的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，從而控制機(jī)械手的和個(gè)動(dòng)作。
2.4 主要技術(shù)指標(biāo)
（1）最大抓取重量：15Kg；
（2）工件最大尺寸（長(zhǎng)×寬×高）250×170×140mm
（3）最大操作范圍：提升高度1.5m；回轉(zhuǎn)半徑1m；行走范圍≤30m；
（4）機(jī)械手的自由度：4~5個(gè)；
（5）定位精度：0.5~1mm；
（6）裝料高度：1050mm；輸送軌道寬度：350mm；輸送速度：20m/min
（7）生產(chǎn)綱領(lǐng)：10萬(wàn)件/年；生產(chǎn)節(jié)拍：3min/件；
（8）性能要求：抓取靈活，送放平穩(wěn)，安全可靠，壽命不低于15年；
3手部的設(shè)計(jì)
3.1手部結(jié)構(gòu)
手部（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來(lái)直接握持工件的部分，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等不同，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)特定的工件要求而設(shè)計(jì)的。歸結(jié)起來(lái)，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可以分成夾持和吸附兩大類。
夾持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。
平移型手指的張開(kāi)和閉合靠手指的平行移動(dòng)，適用于夾持平板、方料。在夾持直徑不同的圓棒時(shí)，不會(huì)引起中心位置的偏移。所以選擇平移型手指。
由于工件為方料，而平移型手指適于夾持平板和方料，故本設(shè)計(jì)選用平移型十指。移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座往復(fù)移動(dòng)。
其驅(qū)動(dòng)力為：F=2FN
3.2手爪的計(jì)算與分析
3.2.1手爪執(zhí)行液壓缸工作壓力計(jì)算
一般來(lái)說(shuō)，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。
手爪對(duì)工件的夾緊力：
FN≥K1K2K3G
式中K1—安全系數(shù)，通常取1.2～2.0；
K2—工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按下式估算 K2=1+
運(yùn)載工件重力方向的最大上升加度；
g—重力加速度，g=9.8m/s2
a=
vmax—運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升速度；
t響—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0.03～0.5s。
K3—方向系數(shù)，由于手爪是水平放置夾持水平放置工件，v形指端夾圓形工件，
由<<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷>>表2-1得:
取K3=0.5。
G—被抓持工件的重量，G=15×9.8=147N
代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得
FN=K1K2K3G
=1.5×1.02×0.5×147N=112.45N≈112N
查<<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷>>表2-1得：
驅(qū)動(dòng)力：F計(jì)算=2 FN=224N
取η=0.85
F實(shí)際==224/0.85N=264N
3.2.2 手爪的夾持誤差分析與計(jì)算
機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手定位精度，而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。為適應(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)，從而使夾持誤差控制在較小的范圍。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。
4腕部的設(shè)計(jì)
4.1腕部結(jié)構(gòu)
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)一步改善或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。
手腕部件具有獨(dú)立的自由度。
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)；甚至沿著Y軸（或Z軸）的橫向移動(dòng)。
采用一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。
4.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算
腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩用來(lái)克服腕部摩擦力矩、工件重心偏移力矩和慣性力矩。受力分析和圖所示。
圖2 腕部回轉(zhuǎn)受力分析圖
手腕回轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)力矩大小可以按下式計(jì)算：
M驅(qū)=kf（M摩+M偏+M慣）
kf—考慮驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失的系數(shù)，通常kfbc 1.1～1.2；
M偏—工件重心偏執(zhí)引起的偏置力矩（N·m）；
M摩—腕部轉(zhuǎn)動(dòng)支撐處的摩擦阻力矩（N·m）；
M慣—克服啟動(dòng)慣性所需的力矩（N·m）；
（1）腕部轉(zhuǎn)動(dòng)支撐處的摩擦阻力矩：
f—軸承的摩擦系數(shù),滾動(dòng)軸承f=0.02，滑動(dòng)軸承f=0.1；
N1，N2—軸承處支承反力（N）；
D1，D2—軸承直徑（m）；
（2）工件重心偏置引起的偏置力矩：
M偏=G1e
G1—工件重量；
e—偏心矩（m ）(即工件重心到腕部回轉(zhuǎn)中心線垂直距離)；
由于工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心重合，故M偏=0。
（3）克服啟動(dòng)慣性所需的力矩：
M慣=（J+J工件）
J—手腕回轉(zhuǎn)對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（KG·M2）；
J工件—工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（KG·M2）；
ω—腕部回轉(zhuǎn)角速度（rad/s）；
t—啟動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間（s），此處假定啟動(dòng)過(guò)程均為加速運(yùn)動(dòng)， 一般取0.05～0.3s。
查<<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷>>表3—1有：
J=M（a2+b2）/12=（a2+b2）/12
取G=15×9.8=147N
∴J=15×（0.22+0.22）/12KG·M2
=0.1 KG·M2
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取J工件=0.5J=0.1 KG·M2
∴M慣=（J+ J工件）
=0.3×N·m=1.9 N·m
M偏=0
取M摩=0.1 M驅(qū)
又M驅(qū)=kf（M摩+M偏+M慣）
=1.2×（0.1 M驅(qū)+0+1.9）
∴M總=2.61 N·m
圖3 回轉(zhuǎn)缸筒圖
1-定片 2-缸體 3-動(dòng)片 4-密封圈 5-轉(zhuǎn)軸
5手臂的設(shè)計(jì)
5.1手臂伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1.1手臂作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算
手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等，還要克服啟動(dòng)過(guò)程中的慣性力。
其驅(qū)動(dòng)力F驅(qū)可按下式計(jì)算：
F驅(qū)=F摩+F慣（N）
式中F摩—各支承處的摩擦阻力；
F慣—啟動(dòng)過(guò)程中的慣性力，其大小可按下式估算：
F慣=a(N)
式中W—手臂伸縮部件的總重量（N）；
g—重力加速度（g=9.8m/s2）；
a—啟動(dòng)過(guò)程中的平均加速度（m/s2），
而 a=（m/s2）
△ν—速度變化量。手臂從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度V時(shí)，則這個(gè)過(guò)程的速度量就毛等于手臂的工作速度；
△t—啟動(dòng)過(guò)程中所用的時(shí)間，一般為0.01～0.5s。
5.1.2手臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算
手臂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦阻力F摩和慣性力F慣之外，還要克 服臂部運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力F驅(qū)可以按下式計(jì)算：
F驅(qū)=F摩+F慣±W（N）
式中F摩—各支承處的摩擦力（N）；
F慣—啟動(dòng)時(shí)的慣性力（N）可按臂伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況計(jì)算；
W—臂部部件的總重量（N）；
±—上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。
當(dāng)F摩=100N，F(xiàn)慣=133N，W=1300N時(shí)
F慣=100+ ×+1300=1533(N)
5.1.3確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸
液壓缸的內(nèi)徑的計(jì)算，當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔，活塞推力
F=F1η=Pη
當(dāng)油進(jìn)入有桿腔活塞推力
F=F2η=Pη
液壓缸有效面積 D=(無(wú)桿腔)
式中F—驅(qū)動(dòng)力（N）
P1—液壓缸的工作壓力（Pa）
d—活塞桿的直徑（m）
D—液壓缸的內(nèi)徑（m）
η—液壓缸的機(jī)械效率，在工程機(jī)械中可用耐油橡膠
可取η=0.95
∴D==0.059m
查<<液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)>>表4-3，4-4圓整 取D=80mm,d=45mm
查<<液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)>>表4-2和表4-3得
液壓缸工作壓力的選取一般取2～8MPa
∴液壓缸的工作壓力是1533N
液壓缸的內(nèi)徑80mm
5.1.4液壓缸壁厚計(jì)算
三種壁厚的公式選取中等壁厚：
δ=+C
式中P1—液壓缸內(nèi)工作壓力（Pa）
C—入管壁公差及侵蝕的附加厚度值
D—液壓缸內(nèi)徑（m）
б—缸筒材料的許用應(yīng)力，應(yīng)按壁厚圓筒公式驗(yàn)算壁厚
取[б]=100MPa；
∴δ==0.7×10-3m
查<<液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)>>表4-4得液壓缸外徑為95mm
5.1.5活塞桿的計(jì)算
活塞桿的尺寸要滿足活塞運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度的要求。對(duì)于桿長(zhǎng)1大于直徑d的15倍（即1＞15d）的活塞桿必須具有足夠的穩(wěn)定性。
按強(qiáng)度條件計(jì)算決定活塞桿直徑d
∴d≥ P=100～120MPa
∴d≥=0.004m（d=45mm）
滿足強(qiáng)度要求
又已知手臂伸縮行程600mm，即1=600mm
1＜15d=675
∴活塞桿的穩(wěn)定性校核無(wú)需進(jìn)行
5.1.6液壓缸端蓋的聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算
當(dāng)液壓缸缸體的材料先用無(wú)縫鋼管時(shí)，它的端蓋連接方式多采用半環(huán)聯(lián)接，優(yōu)點(diǎn)是加工和裝卸方便，缺點(diǎn)是缸體開(kāi)環(huán)槽削弱了強(qiáng)度。
5.1.6缸蓋螺釘計(jì)算
查《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》表4-1 工件壓力為 P=2MPa
∴螺間距t1＜120mm 取t1=100mm
又 FQ0=FQ+FQS
FQ==
FQ0—螺栓所受的總接力
FQ—工作載荷
F—驅(qū)動(dòng)力（N）
FQS—加載后被連接件結(jié)合面之間的剩余緊力 FQS =K FQ K=1.5～1.8
Z—螺釘數(shù)目
P—工作壓力（Pa）
D—危險(xiǎn)剖面直徑
取Z=4 又Z=
∴D0===0.13m
∴D0=0.14m
∴FQ ==7693N
∴FQS=K FQ=1.6×7693=12308N
FQ=7693+12308=20001N
螺釘?shù)膹?qiáng)度條件
б合=≤[б] [б]= 抗拉許應(yīng)力（單位MPa）
n=1.2～1.5 取n=2 бs取45鋼為360MPa
∴[б]==180MPa
∴d1==8.11cm
取d1=100cm
5.1.7缸體螺紋計(jì)算
d1≥
取k1=1.3 D=80mm d1=100mm
d1≥0.08m
聯(lián)接半環(huán)的計(jì)算
半環(huán)的剪切強(qiáng)度條件
t=≤[t]
D1=D+2d=80+20=100mm
[t]=0.75×180×106=135MPa
l≥PD1/4[t]=2×106×0.1/4×135×106=0.37mm
取l=10mm
半環(huán)的擠壓強(qiáng)度條件
бc=≤[б]jy
[б]jy—材料的許用擠壓應(yīng)力（Pa）；
h—半環(huán)的徑向高度（m）；
∴滿足條件
5.2手臂俯仰運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.2.1手臂俯仰時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩
驅(qū)動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)的力矩M驅(qū)，應(yīng)該與手臂起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M慣及各密封裝置處的摩擦阻力矩M封相平衡。
M驅(qū)=M慣+M封
式中M封—密封裝置處的摩擦力矩（N·m）
需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量Q：
Q=L/min
Z-葉片數(shù)，Z=1
D—回轉(zhuǎn)油缸的內(nèi)徑，D=15cm
D—輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，d=6cm
b—?jiǎng)悠瑢挾?，b=12cm
ω—輸出軸的角速度，ω=0.187rad/s
∴Q==3.18L/min
驅(qū)動(dòng)力矩M驅(qū)=
=
=567 N·m
d1≥=8.11cm
5.2.2缸蓋聯(lián)接螺釘計(jì)算和動(dòng)片聯(lián)接螺釘計(jì)算
螺釘?shù)拈g距取60mm
Z===9.42 取Z=10
工作載荷：F==
==3532.5N
缸蓋聯(lián)接螺釘直徑d1：
d1≥=0.57cm
取d1=8mm
5.2.3動(dòng)片聯(lián)接螺釘?shù)挠?jì)算
FQ=(D2-d2)
=
=12600N
螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為б合=≤[б]
又FQj=1.3 FQ=1.3×12600=16380N
[б]=1800kg/cm2
∴d1≥==3.4cm
取d1=16mm
式中 FQ—每個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力（N）
b—?jiǎng)悠膶挾龋╩）
p— 回轉(zhuǎn)液壓缸的工件壓力（Pa）
d—?jiǎng)悠c輸出軸配合處的直徑
D—?jiǎng)悠鈴剑╩）
z—螺釘數(shù)目
d1—螺釘?shù)牡讖剑╩）
[б]—螺釘材料的許用應(yīng)力（Pa）
6.機(jī)身設(shè)計(jì)
機(jī)身是直接支承和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的驅(qū)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜。機(jī)身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿著地面或空軌道運(yùn)動(dòng)。
機(jī)身具有獨(dú)立的自由度。
采用一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的機(jī)身結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而背廣泛采用。
6.1機(jī)身結(jié)構(gòu)的計(jì)算
機(jī)座回轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩用來(lái)克服機(jī)身摩擦力矩、機(jī)身重心偏移力矩和慣性力矩。
機(jī)座回轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)力矩大小可以按下式計(jì)算：
M驅(qū)= kf（M摩+ M偏+ M慣）
kf—考慮驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失的系數(shù)，通常kf取1.1～1.2
M偏—機(jī)身重心偏置引起的偏置力矩（N·m）；
M摩—機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)支撐處的摩擦阻力矩（N·m）；
M慣—克服啟動(dòng)慣性所需的力矩（N·m）；
機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)支撐處的摩擦阻力矩：
M摩=(N1D1+N1D2)
f—軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承f=0.02，滑動(dòng)軸承f=0.1；
N1, N1—軸承處支承反力（N）；
D1，D2—軸承直徑（m）；
機(jī)身重心偏執(zhí)引起的偏置力矩：
M偏= G1e
G1—機(jī)身重量
e—偏心距（m）（即機(jī)身重心到機(jī)身回轉(zhuǎn)中心線垂直距離）；
由于機(jī)身重心與機(jī)身回轉(zhuǎn)中心重合，故M偏=0。
克服啟動(dòng)慣性所需的力矩：
M慣=（J+ J工作）
J—機(jī)座回轉(zhuǎn)部分對(duì)機(jī)身回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)慣量（kg·m2）；
J工作—機(jī)身對(duì)機(jī)身回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）；
ω—機(jī)座回轉(zhuǎn)角速度（rad/s）
t—啟動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間（s），此處假定啟動(dòng)過(guò)程為勻加速度運(yùn)動(dòng)，一般取0.05～0.3s。
查<<簡(jiǎn)明機(jī)械工程手冊(cè)>>表3-1有：
J=m(a2+b2)/12=(a2+b2)/12
取G=2500N
∴J=2500/9.8×（1.62+0.62）/12 kg·m2
=62 kg·m2
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取J工作=0.5J=31 kg·m
∴M慣=（J+ J工作）
=93×N·m=586 N·m
M偏=0
取M摩=0.1 M驅(qū)
又M驅(qū)= kf（M摩+ M偏+ M慣）
=1.2 ×（0.1M驅(qū)+0+586）
∴M總=800 N·m
6.2機(jī)身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)
應(yīng)使機(jī)身具有足夠的風(fēng)度和穩(wěn)定性；
應(yīng)使機(jī)身運(yùn)動(dòng)的位置精度高，動(dòng)作靈活；
應(yīng)使機(jī)身結(jié)構(gòu)布置合理，結(jié)構(gòu)緊湊，便于維修；
要求缸體剛度和強(qiáng)度要大。
7機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理
7.1液壓系統(tǒng)的組成
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下幾個(gè)主要部分組成：油泵、液壓機(jī)、控制調(diào)節(jié)裝置、（如單向閥、洋流閥、換向閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等）輔助裝置。
7.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械手的特點(diǎn)
液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，由于液壓技術(shù)是一個(gè)比較成熟的技術(shù)，它具有動(dòng)力大（或力矩）慣性比大，快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，適用于承載能力大、慣性大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。
機(jī)械手采用液壓傳動(dòng)比采用氣壓傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)能得到較大的輸出力和力矩
2)液壓傳動(dòng)滯后現(xiàn)象下，反應(yīng)較靈活，傳動(dòng)平穩(wěn)
3)輸出力和運(yùn)動(dòng)速度控制較容易
4)可達(dá)到較高的定位精度
5)但液壓傳動(dòng)也有缺點(diǎn)：
6)系統(tǒng)的泄漏難以避免，影響工作效率和系統(tǒng)的工作性能
7)油液的粘度對(duì)溫度的變化很敏感，當(dāng)溫度升高時(shí)，油的粘度即顯著降低，油液粘度的變化直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄漏量。
7.3油缸泄漏問(wèn)題與密封裝置
機(jī)械手由于油缸泄漏嚴(yán)重，壓力不能提高，工作性能不穩(wěn)定，以致影響機(jī)械手的正常使用。因此，為了保證機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作性能，在各油缸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面和固定連接斷面的進(jìn)行密封。以防止壓力油從高壓腔泄漏到低壓油或泄漏到缸體外面。
目前，機(jī)械手液壓系統(tǒng)使用的密封大多采用耐油橡膠制成的各種形式密封圈，作為動(dòng)密封和靜密封，以保證兩結(jié)合面的密封性。
密封圈在配合面間的密封作用，主要是借安裝時(shí)的預(yù)壓和工作時(shí)由油液壓力的作用，使密封圈變形并壓緊密封表面達(dá)到目的。
7.3.1活塞式油缸的泄漏與密封
對(duì)于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞缸來(lái)說(shuō)，其泄漏主要是活塞與缸臂處的內(nèi)泄漏及復(fù)活塞桿與缸蓋處的泄漏。引起泄漏的原因是加工和滑動(dòng)面光潔度不高，以及控制裝置不良所致。
對(duì)于活塞油缸的靜密封，主要采用O型密封圈，它既可以用外徑或內(nèi)徑密封，也可以用端面密封。
O型密封圈裝在溝槽中，因愛(ài)油壓作用而變形，并張緊溝槽和間隙，從而起到密封的作用，因此它的密封性能隨壓力的增加而提高。但是，當(dāng)壓力過(guò)高或溝槽尺寸選擇不當(dāng)時(shí)，密封圈很容易被擠出溝槽而造成劇烈磨損。這克服這個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)油缸油液的壓力大于100kg/cm2時(shí)，要在O型密封圈側(cè)放置擋圈，在壓力低于100 kg/cm2時(shí)，一般不加擋圈。在手臂伸縮油缸和手臂俯仰油缸中都用了Y型密封圈，Y型密封圈在工作時(shí)壓力油液把Y型密封圈的唇邊緊緊壓在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩配合面上，并隨著油液壓力的增高而提高密封性能，并能補(bǔ)償磨損的影響，所以裝配時(shí)唇邊要對(duì)壓力油腔。在一般情況下，Y型密封圈可直接裝入溝槽內(nèi)即可引起密封作用，但在壓力變動(dòng)較大，滑動(dòng)速度較高的地方，要使用支承環(huán)以固定密封圈。
7.3.2回轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封
手臂回轉(zhuǎn)油缸中，由于動(dòng)片與缸體，動(dòng)片與輸出軸，動(dòng)片端面和缸蓋之間的間隙不易保證，易引起較大的泄露，使湍流的壓力降低，減少了輸出扭矩，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，主要的是采用密封裝置進(jìn)行密封。
經(jīng)反復(fù)考慮，選擇矩形橡膠密封圈組成回轉(zhuǎn)油罐的密封結(jié)構(gòu)，其中擋圈的作用是防止高壓油將橡膠密封圈擠入配合間隙，以保證密封性并延長(zhǎng)密封圈的使用壽命。
7.4液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定
7.4.1各液壓缸的換向回路
為方便機(jī)械手的自動(dòng)化控制，如采用可編程器或微機(jī)進(jìn)行控制，從工況圖中可知系統(tǒng)的壓力和流量都不高，因此一般選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)效益。
液壓機(jī)械手一般采用單泵或雙泵供油，手臂伸縮、手臂俯仰和手臂回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)供油，這樣可以有效降低系統(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)，換向閥需采用中位“O”型換向閥。
7.4.2調(diào)整方案
整個(gè)液壓系統(tǒng)只用單泵或雙泵工作，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工作是無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求的。盡管有的液壓缸是單一工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)整，用以保證液壓缸運(yùn)行的平穩(wěn)性。各缸可選擇進(jìn)油路或回油路節(jié)流調(diào)整，因?yàn)橄到y(tǒng)為中低系統(tǒng)，一般適宜選用節(jié)流閥高速。
機(jī)械手的手臂伸縮和手臂俯仰或升降缸采用兩個(gè)單身節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。若只用一節(jié)流速高速時(shí)，則進(jìn)行油達(dá)到最大允許高速來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)，其速度就少于最大允許速度，但仍然符合設(shè)計(jì)需要。
在一般情況下，機(jī)械手的各個(gè)部位是分別動(dòng)作，手腕回轉(zhuǎn)和手臂回轉(zhuǎn)缸（或升降）所需的流量較為接近，手腕回轉(zhuǎn)缸和手臂回轉(zhuǎn)缸及夾緊缸所需流量較為接近，且它們兩組缸所需的流量相關(guān)較大，這樣不但可以選擇單泵供油系統(tǒng)，也可以選擇雙泵系統(tǒng)。
單泵供油系統(tǒng)要以所愿液壓缸中需流量大的來(lái)選擇泵的流量。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，所需的元件較少，經(jīng)濟(jì)性好。缺點(diǎn)是當(dāng)所需流量較少的液壓缸動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)的溢流損失較大，能源利用率較低。對(duì)于系統(tǒng)功率較小的場(chǎng)合是可取的。本設(shè)計(jì)選用雙泵供油。
7.4.3減速緩沖回路
通用工業(yè)機(jī)械手要求可變行程，它是由微機(jī)控制，可在行程中任意點(diǎn)定位，故應(yīng)在液壓系統(tǒng)中采用緩沖裝置，形成緩沖回路。
7.4.4系統(tǒng)安全可靠性
手臂俯仰缸（或手臂升降缸）在系統(tǒng)失壓情況下會(huì)自由下落或超速下行，所以應(yīng)在回路中增加平衡回路，方法可用單向順序閥做平衡閥，手臂伸縮缸有俯仰狀態(tài)時(shí)，變應(yīng)同樣考慮。為防止夾緊缸壓力系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響過(guò)高，導(dǎo)致夾緊力過(guò)大損壞工作，或過(guò)低無(wú)法夾緊工作，造成意外的安全事故，需在沿路上增加減壓閥保證夾緊缸的壓力恒定不變。
機(jī)械手的動(dòng)作分析
表1 工業(yè)機(jī)械手所用液壓元件一覽
序號(hào) 元件名稱 型號(hào) 數(shù)量
1 濾油器 XU-1337-50 1
2 濾油器 XU-13327-75 1
3 小流量泵 YB-32 1
4 大流量泵 YB-80 1
5 溢流閥 Y-32J 1
6 溢流閥 Y-80J 1
7 單向閥 I-50 3
8 壓力表開(kāi)關(guān) K-3B 1
9 壓力表 Y-60 1
10 電磁換向閥 22D-50B 2
11 減壓閥 J-10 1
12 電磁換向閥 23D-20B 1
13 電液換向閥 23DY-63B 1
14 單向溢流閥 QI-63B 2
15 電液換向閥 34DY-63B 2
16 單向溢流閥 QI-63B 2
17 電磁換向閥 24D-25B 1
18 單向溢流閥 QI-130B 4
19 單向順序閥 XI-160B 1
20 電磁換向閥 23D-100B 1
對(duì)機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作分析如下：
（1）手指夾緊與松開(kāi)
夾緊：電磁鐵13DT通電，換個(gè)閥的右位接入系統(tǒng)，手指在液壓缸的作用下夾緊。
松開(kāi)：電磁鐵14DT斷電，換向閥的左位接入系統(tǒng)，手指在液壓缸的作用下松開(kāi)。
（2）手臂上下擺動(dòng)
電磁鐵11DT通電時(shí)，換向閥左位接入系統(tǒng)，手臂在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下可快速向上擺動(dòng)，電磁鐵10DT、11DT通電可完成上擺動(dòng)緩沖，電磁鐵11DT、12DT通斷電可控制手臂的上下擺動(dòng)方向。電磁鐵11DT斷電，12DT通電。手臂可實(shí)現(xiàn)快速向下擺動(dòng)。
（3）手腕回轉(zhuǎn)擺動(dòng)
電磁鐵2DT通電，換向閥的左位工作 ，手腕在回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)下快速回轉(zhuǎn)，電磁鐵2DT、3DT的通、斷電可控制手腕的回轉(zhuǎn)方向。
若2DT斷電，3DT通電手腕逆時(shí)鐘快速轉(zhuǎn)動(dòng)。
（4）手臂回轉(zhuǎn)
電磁鐵鐵8DT通電時(shí)換向閥的左位工作，手臂在擺缸的驅(qū)動(dòng)下可快速回轉(zhuǎn)，電磁鐵8DT、9DT的通、斷電可控制手腕的擺動(dòng)方向。
若8DT斷電，9DT通電，換向閥的右位接入系統(tǒng)，手臂逆時(shí)鐘快速擺動(dòng)。
(5) 手腕擺動(dòng)
電磁鐵5DT通電是，換向閥左位接入系統(tǒng)，手腕在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下可以快速擺動(dòng)，電磁鐵5DT、6DT的通、斷電可以控制手腕擺動(dòng)的方向。
若電磁鐵5DT斷電，6DT通電，手逆時(shí)鐘方向快速擺動(dòng)。
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致 謝
為期兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)忙忙碌碌的設(shè)計(jì)與計(jì)算中結(jié)束了，這意味著幾年多姿多彩的大學(xué)生活也將結(jié)束。本次設(shè)計(jì)是我們?cè)诖髮W(xué)里的最后一個(gè)綜合學(xué)習(xí)，也是對(duì)我們幾年學(xué)期的檢驗(yàn)與考核，更是理論聯(lián)系實(shí)際的一次體驗(yàn)，可以說(shuō)我又發(fā)現(xiàn)了很多不足，在不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的過(guò)程中，我體會(huì)到了干好任何一份工作的艱辛和快樂(lè)，對(duì)我來(lái)說(shuō)是充實(shí)的。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不但全面檢驗(yàn)了過(guò)去我們所學(xué)，特別是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣壓傳動(dòng)等課程的檢驗(yàn)更是讓我意識(shí)到查找資料的不易與重要性,整個(gè)過(guò)程對(duì)我來(lái)說(shuō)，不僅是專業(yè)知識(shí)的再一次鞏固和加深，同時(shí)也讓我感覺(jué)到知識(shí)的欠缺和經(jīng)驗(yàn)的不足。我會(huì)在今后的工作與學(xué)習(xí)中，繼續(xù)努力，不斷豐富自己的知識(shí)。
在這里，我感謝劉老師的悉心指導(dǎo)，感謝幾年來(lái)各位老師對(duì)我的辛勤培育，以及在整個(gè)過(guò)程中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)！我真誠(chéng)的向你們道一聲感謝！
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