三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)含proe三維仿真及10張CAD圖

三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)含proe三維仿真及10張CAD圖,自由度,圓柱,坐標(biāo),工業(yè),機(jī)器人,設(shè)計(jì),proe,三維,仿真,10,cad 設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 題目 三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì) 專業(yè) 學(xué)號(hào) 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等： 一、主要內(nèi)容 1.總體方案設(shè)計(jì)與分析 2.機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 二、基本要求 1.完成開(kāi)題報(bào)告：含調(diào)研資料、設(shè)計(jì)目的、要求、思路與預(yù)期成果。完成任務(wù)的計(jì)劃及時(shí)間安排、完成設(shè)計(jì)所具備的條件等內(nèi)容。（第1周完成） 2.三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)。（第2～3周完成） 3.相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算。（第4～5周完成） 4.三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真，填寫(xiě)中期自查表。（第6～10周完成） 5.完成三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人裝配圖的繪制及畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（含文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告），準(zhǔn)備答辯。（第11～12周完成） 6.使用最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；查閱科技文獻(xiàn)12篇以上；畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）不少于1.5萬(wàn)字；文獻(xiàn)綜述不少于3000字。 7.說(shuō)明書(shū)格式要符合規(guī)定，內(nèi)容要連貫；說(shuō)明書(shū)段落之間、語(yǔ)句之間要有邏輯性；說(shuō)明書(shū)摘要應(yīng)體現(xiàn)所做的主要內(nèi)容。 三、主要參考資料 [1]濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）.北京：高等教育出版社，2008 [2]馮秋官.機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖（第四版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011 [3]周開(kāi)勤.機(jī)械零件手冊(cè).北京：高等教育出版社，2009 [4]吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [5]龔溎義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)（第三版）.北京：高等教育出版社，2009 [6]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010 [7]孫恒等主編.機(jī)械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006 [8]有關(guān)三維設(shè)計(jì)軟件的專著、電子圖書(shū)等 完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 填 表 日 期： 很多軸都有兩個(gè)這種孔，我專業(yè)知識(shí)學(xué)的不怎么好，這是為什么？ 答復(fù)：這不是軸，這是油缸體，這兩個(gè)孔一個(gè)是進(jìn)油孔，一個(gè)是出油孔 這個(gè)支座尺寸是怎么選擇的，怎么給老師去解釋，上次找他他說(shuō)支座太大了。答復(fù)：支座的大小是根據(jù)上部水平移動(dòng)油缸的大小及下部回轉(zhuǎn)油缸大小配的，太小了沒(méi)法安裝到下面的回轉(zhuǎn)油缸上，也沒(méi)法把水平移動(dòng)油缸安裝到上面。 這個(gè)手抓的結(jié)構(gòu)我不會(huì)分析，看不懂?；卮鸩簧蟻?lái)老師的問(wèn)題，而且這個(gè)圖略微有些凌亂。 液壓缸尺寸的選擇，我查表得出的結(jié)果與其不符，不知道是我的問(wèn)題還是其他的一些原因。 答復(fù)：油缸活塞直徑計(jì)算后為18.42，我們選第一系列值，因此選內(nèi)徑25，外徑36，活塞桿取其1/2. 手抓誤差的選擇，正常情況下選擇是在2mm范圍內(nèi)的，文中的誤差在6mm范圍。怎么去跟老師解釋. 答復(fù)：最后算得的誤差為=1.484＜2mm。 這個(gè)零件是干嘛的？叫什么？ 答復(fù)：圓螺母，固定藍(lán)色連接塊用的 支座與伸縮缸另一端的連接為什么是這樣的？尺寸好像并對(duì)不上。 答復(fù)：這個(gè)間隙里還要裝個(gè)導(dǎo)向襯套減少摩擦同時(shí)提高耐磨性。已經(jīng)增加到三維圖紙。 這個(gè)傳動(dòng)是屬于什么傳動(dòng)，而且在實(shí)現(xiàn)橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)怎么運(yùn)動(dòng)？難道不會(huì)頂?shù)絻蓚€(gè)齒輪？以及兩個(gè)齒輪那么大，你是用什么材料？還有上半個(gè)齒輪為什么嚙合不到為什么還有？ 解答：齒輪傳動(dòng)，會(huì)定頂?shù)?，就是要頂?shù)讲判?，最下面頂不到大齒輪時(shí)靠小齒輪間接傳動(dòng)，頂?shù)胶罂可炜s的齒條與大齒輪嚙合推著大齒輪轉(zhuǎn)，材料45號(hào)鋼，嚙合不到那個(gè)小齒輪裝配時(shí)干涉了轉(zhuǎn)個(gè)角度就可以了。 齒條橫向運(yùn)動(dòng)是靠?jī)?nèi)部油缸伸縮實(shí)現(xiàn)的，齒條直接加工在油缸桿末端，齒條伸縮推動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手指開(kāi)合。 底座問(wèn)題，它能夠站的穩(wěn)么？以及上面的支座那么大，是用什么材料？ 解答：底座上有一圈螺栓孔，用地腳螺栓固定在地面上，底座支座用的HT150，圖紙里每個(gè)零件都有材料。 摘要 機(jī)器人，也稱為自動(dòng)手，模仿手和手臂的一些動(dòng)作功能，用于在固定程序中抓握，移動(dòng)物體或工具。 本次設(shè)計(jì)中首先分析了工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理，經(jīng)過(guò)分析最后得出了本次設(shè)計(jì)中所要應(yīng)用的最佳方案為三自由度圓柱坐標(biāo)型，然后通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)并選擇各種零部件，并對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行了一個(gè)分析，最后使用三維繪圖軟件優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，并對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建模。 完成本次設(shè)計(jì)使我對(duì)大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有了更深的理解，如：材料力學(xué)、理論力學(xué)、機(jī)械制造、公差與互換性理論、機(jī)械原理、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)等；對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法有所掌握，而且能熟練的應(yīng)用AutoCAD軟件，這對(duì)我今后的生活與工作具有重要意義。 關(guān)鍵字：工業(yè)機(jī)器人，三自由度，圓柱坐標(biāo)，建模，機(jī)械設(shè)計(jì) Abstract Robots, also known as automatic hands, imitate some of the action functions of hands and arms, and are used to grasp, move objects or tools in fixed programs. Firstly, the structure principle of industrial robot is analyzed in this design. Finally, the best scheme to be applied in this design is three-degree-of-freedom cylindrical coordinate. Then, through design calculation, various parts and components are designed and selected, and their strength is analyzed. Finally, the structure is optimized by using three-dimensional drawing software, and the structure of the robot is modeled. 。 The completion of this design enables me to have a deeper understanding of the professional knowledge I have learned in university, such as material mechanics, theoretical mechanics, mechanical manufacturing, tolerance and interchangeability theory, mechanical principle, mechanical drawing, mechanical design, etc. I have a good grasp of the design method of mechanical products, and can skillfully apply AutoCAD software, which is of great significance to my future life and work. Key words: industrial robots, three degrees of freedom, cylindrical coordinates, modeling, mechanical design 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1背景及意義 1 1.2機(jī)器人概述 1 1.2.1機(jī)器人的組成 1 1.2.2機(jī)器人的分類 2 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1 設(shè)計(jì)要求 3 2.1.1 動(dòng)作要求 3 2.1.2參數(shù)要求 3 2.2方案設(shè)定 3 2.2.1初步分析 3 2.2.2 擬定方案 3 第3章 機(jī)器人手部設(shè)計(jì) 5 3.1手部分析 5 3.2夾緊力及驅(qū)動(dòng)力設(shè)計(jì)的計(jì)算 6 3.3 夾緊油缸的參數(shù)的b選用 7 3.4手抓的設(shè)計(jì) 7 第4章 機(jī)器人臂部設(shè)計(jì) 10 4.1臂部整體設(shè)計(jì) 10 4.2手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 11 4.2.1 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 11 4.2.2手臂密封處的摩擦阻力的計(jì)算 12 4.2.3手臂慣性力的計(jì)算 12 4.3手臂伸縮油缸的設(shè)計(jì) 12 4.3.1確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 13 4.3.2液壓缸外徑的設(shè)計(jì) 13 4.3.3活塞桿的計(jì)算校核 14 4.3.4 油缸端蓋的設(shè)計(jì) 15 第5章 機(jī)器人機(jī)身設(shè)計(jì) 16 5.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 17 5.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17 5.2.1回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 17 5.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 18 5.3機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20 5.3.1手臂片重力矩的計(jì)算 20 5.3.2升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 21 5.3.3升降油缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 21 5.3.4升降缸尺寸參數(shù)的確定 22 第6章 機(jī)器人液壓及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 6.1液壓系統(tǒng)方案擬定 23 6.1.1調(diào)速回路方案分析 23 6.1.2 快進(jìn)回路b方案分析 25 6.1.3夾緊回路的選擇 27 6.2液壓元件的計(jì)算和選擇 28 6.2.1液壓泵 28 6.2.2確定油箱容量 29 6.2.3液壓元件的選擇 29 6.3液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 30 6.3.1驗(yàn)算回路中的壓力損失 30 6.3.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 31 第7章 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì) 33 7.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述 33 7.2三維設(shè)計(jì) 34 7.2.1升降缸體 34 7.2.2伸縮缸體 34 7.2.3轉(zhuǎn)動(dòng)缸體 34 7.2.4支座 35 7.2.5總成三維裝配 35 7.3仿真分析 36 7.3.1 Pro/E仿真介紹 36 7.3.2仿真 37 總 結(jié) 40 參考文獻(xiàn) 41 致 謝 42 IV 第1章 緒論 1.1背景及意義 目前，因?yàn)槿斯だ媳竞图夹g(shù)問(wèn)題，國(guó)際機(jī)床仍采納手動(dòng)裝卸。 它不僅效率低，而且可能影響產(chǎn)品的質(zhì)量和人工健康。 人類對(duì)生產(chǎn)線自動(dòng)化水平的不斷提高，過(guò)去人工操作已不滿足現(xiàn)狀。因而，設(shè)計(jì)機(jī)器人以替代人工進(jìn)行上下料的操作就變得非常重要，需要我們?nèi)ソ梃b和學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)。本設(shè)計(jì)就是根據(jù)這一工程應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)上下料機(jī)器人構(gòu)造，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)剖析。 自21世紀(jì)起，工業(yè)機(jī)器人的研討取得了不錯(cuò)的開(kāi)展，它是機(jī)械制造、自動(dòng)控制、人工智能、傳感技術(shù)于一體的先進(jìn)設(shè)備，因此機(jī)器人的出現(xiàn)，在提高現(xiàn)代化工廠的自動(dòng)化程度、提高生產(chǎn)率、改善生產(chǎn)質(zhì)量都具有現(xiàn)實(shí)意義。 隨著社會(huì)消費(fèi)的始終提高和人們生活節(jié)拍的加快，人們不斷提出生產(chǎn)效率的新要求。由于軟件和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和指導(dǎo)理論的不斷完善，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展。液壓機(jī)器人系統(tǒng)因其介質(zhì)來(lái)源簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，零部件成本低，維護(hù)方便，在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域中的地位已無(wú)可取代。本文介紹的液壓機(jī)器人主要組成有：氣動(dòng)控制機(jī)器人，XY軸螺桿組，轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)底座。主要用于各種生產(chǎn)線或物流線上，對(duì)機(jī)械部件進(jìn)行處理，使零件處理和貨物運(yùn)輸更快捷，更方便。 機(jī)器人可以模擬人體手臂運(yùn)動(dòng)的一部分，根據(jù)預(yù)定的程序，軌跡和其他要求，來(lái)掌握，運(yùn)輸工件或操縱工具。 這為機(jī)器人大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)開(kāi)辟了不錯(cuò)的條件。 1.2機(jī)器人概述 機(jī)器人也被稱為自動(dòng)手能模擬人手和臂的某些舉措性能，它可以讓工人不用雙手去完成的復(fù)雜的機(jī)械工作和一些自動(dòng)去完成的工作流程，在有損害人身體的環(huán)境中進(jìn)行工作，這樣可以保護(hù)人身安全，它會(huì)依照程序?qū)崿F(xiàn)抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作安裝。因此普遍應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及液壓技術(shù)本身的一些優(yōu)點(diǎn)，液壓機(jī)器人已經(jīng)普遍應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。 1.2.1機(jī)器人的組成 機(jī)器人主要由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。 機(jī)械系統(tǒng)包括工件的抓取，滿足各種運(yùn)動(dòng)條件?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制，按規(guī)定要求進(jìn)行工作，出現(xiàn)問(wèn)題，發(fā)出警報(bào)。檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的反饋與設(shè)定的進(jìn)行比較，保證運(yùn)動(dòng)行走安全。 1.2.2機(jī)器人的分類 機(jī)器人的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)器人；這三種方式各有優(yōu)缺，通過(guò)對(duì)輸出功率、控制性能，響應(yīng)速度三個(gè)因素分析，液壓機(jī)器人與其他兩種進(jìn)行比較輸出功率很大，可實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，響應(yīng)速度也快。因此，綜合考慮，本文采用了液壓式機(jī)器人。 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 二十世紀(jì)六十年代研制出世界上第一臺(tái)機(jī)器人在美國(guó)聯(lián)合控制公司出產(chǎn)。設(shè)計(jì)者在它的機(jī)體上設(shè)置了一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂、工件抓取機(jī)構(gòu)和示教形的控制系統(tǒng)。 二十世紀(jì)六十年代，該公司在第一代機(jī)器人的基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)了一臺(tái)名為Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）的數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)器人。其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)模仿坦克炮塔；控制系統(tǒng)中的存儲(chǔ)裝置使用磁鼓；通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)，長(zhǎng)臂可以實(shí)現(xiàn)伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰的動(dòng)作。后來(lái)的球坐標(biāo)機(jī)器人大部分都是在該機(jī)器人基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。。 在Unimate機(jī)器人研制成功的同一年，美國(guó)機(jī)械制造公司也推出了自己研制的機(jī)器人：Vewrsatran。該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)控制，它具有可伸縮、旋轉(zhuǎn)的中央立柱和示教再現(xiàn)型的控制系統(tǒng)。之后國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展都是以這兩種機(jī)器人為基礎(chǔ)。 二十世紀(jì)六十年代末， Unimate公司聯(lián)合斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院推出一種新型工業(yè)機(jī)器人：Unimate-Vicarm。首次機(jī)器人去進(jìn)行裝配的工作，在這個(gè)工業(yè)的機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，裝上小型電子的計(jì)算機(jī)，這樣工作的定位準(zhǔn)確值差異范圍在±1毫米之內(nèi)。 KnKa公司推出了一種點(diǎn)焊機(jī)器人，該機(jī)器人設(shè)計(jì)為關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，機(jī)器人的動(dòng)作采用程序控制。日本是工業(yè)機(jī)器人在日本的發(fā)展最快、應(yīng)用最多。 目前，最常用的機(jī)器人還是主要依靠工人進(jìn)行控制得第一代工業(yè)機(jī)器人；減少成本和提高精度是第一代工業(yè)機(jī)器人的改善方向。第二代機(jī)器人還在研發(fā)改進(jìn)中，它利用微型電子計(jì)算機(jī)作為機(jī)器人的控制系統(tǒng)，同時(shí)具備機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器觸覺(jué)，甚至還具備聽(tīng)、說(shuō)和思考的能力。是機(jī)器人感覺(jué)機(jī)能主要是利用各種傳感器，傳感器將取得的各種信息反饋給機(jī)器人，使機(jī)器人具備了各種 ‘感覺(jué)’能力。第三代機(jī)器人具備獨(dú)立地完成工作中過(guò)程中出現(xiàn)的各種任務(wù)的能力。機(jī)器人要一直保持聯(lián)系的設(shè)備是電視機(jī)和電子計(jì)算機(jī)，并且一步步的進(jìn)展成為制作柔和的系統(tǒng)簡(jiǎn)稱FMS和柔性制造單元簡(jiǎn)稱FMC中的重要的一環(huán)。 國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)的公司一般采用專用機(jī)器人進(jìn)行工作，這種機(jī)器人附屬于一臺(tái)設(shè)備，它的工作是提前設(shè)計(jì)好的。常用的通用機(jī)器人開(kāi)關(guān)式點(diǎn)位控制型有也有發(fā)展，目前應(yīng)用的都是開(kāi)關(guān)式點(diǎn)位控制型、伺服型和連續(xù)軌跡控制型。觸點(diǎn)固定程序控制是最常用的工業(yè)機(jī)器人控制方式，專用機(jī)器人多采用這種控制。 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 2.1.1 動(dòng)作要求 快速，精準(zhǔn)抓取、放置和移動(dòng)物體，且具有高精度、速度快、能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的位置，不出現(xiàn)干涉現(xiàn)象、靈活的自由度以及能自動(dòng)定位。 2.1.2參數(shù)要求 主要參數(shù)如下： （1） 最大工作半徑約為300mm； （2） 升降距離100mm，回轉(zhuǎn)距離范圍210度； （3） 平均移動(dòng)速度3m/s； （4）手臂的最大抓取量：15kg。 2.2方案設(shè)定 2.2.1初步分析 機(jī)器人能提取分量為15kg和按工業(yè)機(jī)器人的分類和用處，該機(jī)器人契合中型通用機(jī)器人，有許多長(zhǎng)處：根據(jù)一開(kāi)始設(shè)想的規(guī)則、流程及先后步驟，要可以在環(huán)境比較差的環(huán)境，比如危險(xiǎn)系數(shù)高，同時(shí)溫度也高的工作環(huán)境去進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的工作，保障了生產(chǎn)安全，提高了工作環(huán)境，滿足中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人與直角坐標(biāo)式械手進(jìn)行對(duì)比，占地面積小而活動(dòng)范圍大，構(gòu)造較簡(jiǎn)略，定位精度高等特點(diǎn)，被普遍使用。 2.2.2 擬定方案 (1)整體設(shè)計(jì)方案設(shè)定 依照要求本設(shè)計(jì)選擇三個(gè)自由度，滿足水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1： 圖2-1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (2)整體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)手臂的三個(gè)舉措，一升降，二旋轉(zhuǎn)，三伸縮。則可以思考升降在下或回轉(zhuǎn)缸在下兩種模式。通過(guò)綜合考慮，本次試驗(yàn)決定采用升降缸在下的模式。 第3章 機(jī)器人手部設(shè)計(jì) 3.1手部分析 手臂有多種功能，手可大致分為兩類：保持和吸附。 最常見(jiàn)的夾緊類型是夾緊類型。 該設(shè)計(jì)主要考慮夾鉗式的手工設(shè)計(jì)。 驅(qū)動(dòng)的設(shè)備、傳動(dòng)的機(jī)械和手指，這三個(gè)方面可以組合成夾鉗式手。它可以很快的去適應(yīng)，不同樣子的零部件都可以去抓起來(lái)。 它可以抓住軸，盤(pán)和套筒部件。 通常，使用兩個(gè)手指。 滑槽杠桿式手部設(shè)計(jì)的基本要求為： (1)夾緊力的大小要需要在一定的范圍內(nèi)。 (2)手指要有足夠的張開(kāi)和閉合角度。 (3)要有很高的定位精度。 (4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修容易。 (5)動(dòng)作迅速、準(zhǔn)確、靈活。 考慮到設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性，該設(shè)計(jì)采用滑槽式旋轉(zhuǎn)式手動(dòng)構(gòu)造。如下圖所示。 驅(qū)動(dòng)桿的一端與液壓缸連接，液壓缸伸展和縮回以使其來(lái)回驅(qū)動(dòng)，從而可以?shī)A緊或松弛手指。通過(guò)綜合考慮，該設(shè)計(jì)選用雙指雙支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)手柄，并采用滑槽式旋轉(zhuǎn)手柄結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)圖如下。 驅(qū)動(dòng)桿的一端與液壓缸連接，液壓缸伸展和縮回以使其來(lái)回驅(qū)動(dòng)，從而可以?shī)A緊或松弛手指。 下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析： (a) (b) 圖3-1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1-手指 2-銷軸 3-杠桿 在O點(diǎn)受力分析F、F1、F2構(gòu)成平衡條件得： 由方程 得 由方程 得 又有 由方程 得 式中 ——支撐點(diǎn)到O的距離(mm)。 ——當(dāng)工件被夾緊時(shí)，手指滑槽的方向與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)之間的角度。 通過(guò)計(jì)算得，影響掌握的力度Fn, 的變大隨著Fn也在變大，是要在驅(qū)動(dòng)的力度F的大小值成為固定的情況下。但是角過(guò)大也會(huì)使得拉桿的路徑變大，也會(huì)讓手的組成部分變大，因此在=~是合理的。 3.2夾緊力及驅(qū)動(dòng)力設(shè)計(jì)的計(jì)算 能夠干預(yù)手組成部分設(shè)計(jì)的，是零部件的夾緊力的大小，，夾緊力太大，抓取的物品容易損壞。因此需要對(duì)力的三要素：大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。夾緊力的計(jì)算則需查閱相關(guān)公式和理論推導(dǎo)，來(lái)滿足相應(yīng)的條件。 查閱到下列不等式則Fn按不等式計(jì)算： 式中 ——避免因?yàn)橥饷娴牧α俊⑺玫牟牧喜缓玫牡胤?、以及在工作的時(shí)候產(chǎn)生的誤差等其他東西而引起的結(jié)果，在工程當(dāng)中現(xiàn)實(shí)中可以承受的力度肯定小于理論中工程中承受的力度，極限應(yīng)力比上許用應(yīng)力之比，兩者相對(duì)比，通常1.0~2.0； ——工作條件系數(shù)，由慣性力的大小決定； ——方位角的系數(shù)，可以根據(jù)零部件相對(duì)應(yīng)的位置和手指進(jìn)行正確的選擇； ——在去抓取零部件的時(shí)候，那個(gè)零部件所承受的重力（N）。 查閱相關(guān)資料有，初選，，，=1.6，=0.5；求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸的大小。 根據(jù)公式，將已知條件代入得： 根據(jù)上述公式得： (1) 按照最初要求取 (2) 3.3 夾緊油缸的參數(shù)的b選用 確定液壓缸的直徑 ， 選取活塞桿直徑，選擇液壓缸壓力油工作壓力 則 根據(jù)以上大約的計(jì)算、參考的工作環(huán)境和液壓缸內(nèi)徑系列表（JB826-66）的標(biāo)準(zhǔn)和一些氣缸生產(chǎn)產(chǎn)品手冊(cè)選取D=25mm。由公式計(jì)算得活塞桿直徑為： ，根據(jù)活塞桿標(biāo)準(zhǔn)系列去表格里面選選取。 3.4手抓的設(shè)計(jì) 抓取零部件的時(shí)候，對(duì)于零部件的定位準(zhǔn)確，去抓的時(shí)候要精準(zhǔn)度高，重復(fù)定位的精準(zhǔn)度和在不斷運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，穩(wěn)定性要好，要有一定的抓取的能力，這些是在機(jī)器人的精度設(shè)計(jì)要求有一定的影響。 機(jī)器人是否精確維護(hù)工件并將其發(fā)送到指定位置的能力不僅取決于機(jī)器人的定位精度，還取決于機(jī)器人夾持誤差的大小。特別是在多種中小批量生產(chǎn)中，尺寸在某些環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)變化，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)的變化，有必要分析機(jī)器人的夾持誤差。 圖3-3 手抓夾持誤差分析示意圖 本文通過(guò)選取棒料為假設(shè)對(duì)象來(lái)確定機(jī)器人的夾持誤差精度。 機(jī)器人能夠夾住的物體大小范圍是。 夾持誤差不能夠大于，其中具體的原因講解如下： 零件半徑的平均值： = 機(jī)械手指的長(zhǎng)度，取型夾角 偏轉(zhuǎn)角的大?。? 按上面的計(jì)算得來(lái)的角度為最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計(jì)算理論平均半徑 由不等式 和 書(shū)本上的 0.166 進(jìn)行比較 最終夾持的誤差大小是在安全范圍內(nèi)。 第4章 機(jī)器人臂部設(shè)計(jì) 4.1臂部整體設(shè)計(jì) 機(jī)械手的最主要運(yùn)動(dòng)部件就是手臂，也是最大的受力部件，對(duì)機(jī)械手能夠承受的力度和運(yùn)動(dòng)的精度等參數(shù)來(lái)說(shuō)，跟它的工作性能好壞有直接的關(guān)系。臂部設(shè)計(jì)時(shí)要求如下: 1）機(jī)器人臂式機(jī)身的承受能力 機(jī)器人臂式機(jī)身的承受能力，決定于其材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸梁形式。伸出去的長(zhǎng)度愈大，則材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力變差，空間點(diǎn)位獲取坐標(biāo)值與其真實(shí)坐標(biāo)值的符合程度和它的運(yùn)動(dòng)能力也變差。 2）臂部運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度要快，慣性要慢速度要高，慣性要小 機(jī)器人的主要參數(shù)其中一個(gè)就是運(yùn)動(dòng)時(shí)候的速度，因?yàn)榭梢钥闯鰴C(jī)器人的生產(chǎn)狀況，在一般情況下，可以依據(jù)生產(chǎn)的節(jié)奏要求來(lái)設(shè)定。。合適的運(yùn)動(dòng)速度回直接影響到加速度，避免振動(dòng)大，必須要在剛開(kāi)始和最后的時(shí)候，加速度都不可以太大，太大的話，損壞機(jī)器人的零部件。 3）手臂動(dòng)作應(yīng)靈活 避免出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，和減b少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，用滑動(dòng)摩擦代替滾動(dòng)摩擦。 4）空間點(diǎn)位獲取坐標(biāo)值與其真實(shí)坐標(biāo)值的符合程度要高 一般說(shuō)來(lái)，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)器b人空間點(diǎn)位獲取坐標(biāo)值與其真實(shí)坐標(biāo)值的符合程度比較相近；除了這些以外，對(duì)于機(jī)器人的要求就是同用性好，要可以在各種情況下進(jìn)行工作；工藝性能要好，這樣有利于工件的加工和組裝；用于工件加熱的機(jī)器人，這樣可以有效的避免問(wèn)題的出現(xiàn)。也要思考到阻隔熱量，冷卻；機(jī)器人在粉塵比較大的工作環(huán)境中，可以有效的躲開(kāi)粉塵，避免堵塞。在設(shè)計(jì)中要設(shè)置防塵的設(shè)備等。 想到這次設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以?shī)A取物體的重量為15Kg；抓取的重量比較小，為此在設(shè)計(jì)的時(shí)候，最好的選擇就是選用油缸桿伸縮機(jī)構(gòu)。在導(dǎo)向套內(nèi)部安裝了手臂的伸縮油缸活塞桿，這樣就只承受軸向力。隨著導(dǎo)向性在增加。在活塞杠受到拉壓和彎曲的負(fù)荷的共同影響下，作用在它下面的力，沒(méi)有那么復(fù)雜，對(duì)它沒(méi)有沖擊，傳遞的比較穩(wěn)當(dāng)。整齊的把外形進(jìn)行分布。這樣可以達(dá)到外形美觀，整體的架構(gòu)很緊湊，運(yùn)用液壓驅(qū)動(dòng)，能更好控制運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)更多的功能，液壓缸選取雙作用液壓缸。 4.2手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 根據(jù)在液壓缸運(yùn)動(dòng)過(guò)b程中克服的摩擦和b流體中作加速運(yùn)動(dòng)所引起的阻力。決定液壓缸在平行線上運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是有上面的情況而決定的。經(jīng)過(guò)幾種力一起組成的液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)力的公式是： 4.2.1 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 導(dǎo)向桿受力分析如下： 由平衡方程： 得 計(jì)算結(jié)果有： 將求得結(jié)果代入得 式中 機(jī)械手的總重量（包含工件）(N)； ——機(jī)械手的導(dǎo)向支撐的前端到總體重量的核心的距離(m),可以參照上面一節(jié)的計(jì)算； ——導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)短（m）; ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值和導(dǎo)向支撐的橫斷面有關(guān)。 ——摩擦系數(shù)，沒(méi)有任何潤(rùn)滑靜摩擦的時(shí)候： 計(jì)算：選擇鋼做為油缸桿和導(dǎo)向套的材料， 預(yù)計(jì)估算，已經(jīng)知道，導(dǎo)向支撐設(shè)定為 把有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行代人，然后進(jìn)行公式計(jì)算 4.2.2手臂密封處的摩擦阻力的計(jì)算 查閱資料有： 。 4.2.3手臂慣性力的計(jì)算 由摩擦力公式得 = 式中 ——經(jīng)行在運(yùn)動(dòng)時(shí)候的零件總重力（包含工件）（N）； ——從一開(kāi)始的不動(dòng)加速到工作時(shí)候的速度的變化量(m/s)； ——開(kāi)啟或者是關(guān)閉時(shí)間（s）；可以參考資料去查詢得到； 將啟動(dòng)的時(shí)間設(shè)定為0.2s；最大為0.2m/s。 則： = 因?yàn)楸趁媸軌旱淖枇Ρ容^小，可以取 把數(shù)據(jù)放進(jìn)去得 計(jì)算得到 =1434N 驅(qū)動(dòng)手臂的動(dòng)力。 4.3手臂伸縮油缸的設(shè)計(jì) 表5-1 液壓缸的工作壓力 通過(guò)以上的計(jì)算，可以得到準(zhǔn)確的液壓缸驅(qū)動(dòng)動(dòng)力為，選擇液壓缸的工作壓力是依據(jù)表5-1和力的大?。? 4.3.1確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸里面的直徑的計(jì)算，如圖5-2所示 圖4-2 雙作用液壓缸示意圖 把油放進(jìn)無(wú)桿腔： 杠腔進(jìn)入到油： 液壓缸的有效面積： (mm) 通過(guò)變化，可以得到 （無(wú)桿腔） （有桿腔） 式中——活塞驅(qū)動(dòng)力()； ——油缸去克服外面所承載的負(fù)荷的壓力 ()； ——活塞桿直徑； ——油缸機(jī)械效率，一般取，壓力高時(shí)取最大值，壓力小時(shí)，取較小=0.9； 驅(qū)動(dòng)力可以通過(guò)以上的條件得到，，機(jī)械效率 把數(shù)據(jù)放進(jìn)去得到： 依據(jù)表確定要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列來(lái)，應(yīng)該選。 4.3.2液壓缸外徑的設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)需求和其他的參數(shù)取得滿足最初的情況下，確定油缸的外徑. 4.3.3活塞桿的計(jì)算校核 活塞桿的尺寸不光要滿足活塞(或液壓缸)的運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)度要求。還有要求桿子的長(zhǎng)度L，尺寸要大于直徑d的15倍以上，然后計(jì)算基于垃、壓的強(qiáng)度值： 活塞桿的原材料用碳鋼，碳鋼受載后的工作壓力不超過(guò)或不低于某個(gè)預(yù)設(shè)值的。論文中 用式子計(jì)算出來(lái)： 因?yàn)榛钊麠U的里面安裝了機(jī)械手的夾緊油缸，前面介紹過(guò)，機(jī)械手夾緊油缸外徑，從下面表格將活塞直徑定下，對(duì)于裝配還有強(qiáng)度的需求都是符合的。 表5-2 活塞桿直徑系列（GB/T2348-93） 校核穩(wěn)定性，需要滿足下面的關(guān)系式 安全系數(shù)，=2~4。 校核穩(wěn)定性的時(shí)候根據(jù)中長(zhǎng)桿來(lái)，它的臨界力是 ——活塞桿的截面有多大(mm)； 因?yàn)樵嫌锰间摚某?shù)是：； ——物體桿件在單位力的作用下，桿件頂部產(chǎn)生的位移，經(jīng)計(jì)算為70。 代入數(shù)據(jù)，由b公式計(jì)算臨界力得 取 活塞桿的穩(wěn)定性滿足需求，很安全。 4.3.4 油缸端蓋的設(shè)計(jì) (1) 用無(wú)縫鋼管加工缸筒，氣密性相當(dāng)不錯(cuò)。這個(gè)時(shí)候，用半環(huán)連接來(lái)將端蓋連接起來(lái)。好處是生產(chǎn)，裝配都很容易，但缺點(diǎn)是氣缸體的強(qiáng)度降低。主要因開(kāi)設(shè)了開(kāi)環(huán)槽，所以強(qiáng)度就變差。 (2) 算出缸蓋螺釘?shù)臄?shù)據(jù) 要想連接時(shí)候緊密型滿足要求，空氣不允許進(jìn)到里面，所以螺釘?shù)拈g距數(shù)據(jù)要符合要求，圖4-2展示，這樣的連接里面，將作用在每個(gè)螺釘上的極限承受最大的拉力還有工作載荷還有剩下來(lái)的預(yù)緊力總和給算出來(lái) ——工作時(shí)候的載荷，； ——螺釘?shù)闹行脑诘哪莻€(gè)圓直徑的大小 ——驅(qū)動(dòng)力。 —螺釘有多少個(gè)，； ——工作載荷作用下，接合面預(yù)留的壓力。，，； 計(jì)算： ，取，，間距有多大跟工作壓強(qiáng)有直接的關(guān)系，彼此之間的關(guān)系在表4-3里面展示，間距最多，初步確定用六個(gè)螺釘： 表4-3 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系 （） 小于 小于 小于 小于 ，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得，滿足要求； ； 選擇，; 根據(jù)強(qiáng)度的條件將螺釘?shù)闹睆接?jì)算出來(lái) ——算出來(lái)載荷； ； 因?yàn)樵鲜?5鋼，那么屈服強(qiáng)度=； ——極限應(yīng)力與許用應(yīng)力之比，，此處取； ——螺紋內(nèi)徑，，為螺釘?shù)腷公稱直徑，為螺距。 計(jì)算： 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 第5章 機(jī)器人機(jī)身設(shè)計(jì) 機(jī)身可以用來(lái)對(duì)手臂部件進(jìn)行支承還有驅(qū)動(dòng)，機(jī)身的作用很大，將傳動(dòng)裝置都裝在上面，可以做更多的動(dòng)作。為了更好的實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降。穩(wěn)定性體現(xiàn)在機(jī)身的軀干與底座相連。機(jī)身有多種形式：分為固定的，無(wú)固定的。無(wú)固定的包括行走的，沿地面滾動(dòng)的或架空軌道運(yùn)動(dòng)等。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)影響著機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況，運(yùn)動(dòng)多少?zèng)Q定著結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。 5.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)需要，機(jī)械臂進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作達(dá)到210°，在機(jī)身上安裝它的回轉(zhuǎn)裝置，進(jìn)行分析還有設(shè)計(jì)，將運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)給設(shè)計(jì)出來(lái)。 對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，機(jī)身是非常重要的，它攜帶手臂，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)還有上升，下降。用的比較多的機(jī)身構(gòu)造有： （1） 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)處于升降下部，它的好處是可以對(duì)很大的偏置力矩進(jìn)行承擔(dān)，不好的是，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要傳送很長(zhǎng)距離，花鍵軸有形狀的改變，會(huì)影響到回轉(zhuǎn)精度。 （2） 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)處在升降的上部，它用的活塞桿是單缸的，內(nèi)部定向緊湊。 但是旋轉(zhuǎn)氣缸隨著手臂上升和下降，并且運(yùn)動(dòng)部件更大。 （3） 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。 通過(guò)齒條機(jī)構(gòu)讓臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，齒條進(jìn)行來(lái)回動(dòng)作帶著跟臂連接在一起的齒輪進(jìn)行來(lái)回動(dòng)作，這樣臂就擺動(dòng)到左邊還有右邊。 考慮到這一點(diǎn)，使用設(shè)計(jì)提升缸的 上部結(jié)構(gòu)。機(jī)身的設(shè)計(jì)包 括兩個(gè)機(jī)芯。一個(gè)用于擺動(dòng)車身，另一個(gè)用 于升降機(jī)。如圖1所示，該結(jié) 構(gòu)的機(jī)身結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到提升缸的頂部。首先，臂構(gòu)件連 接到旋轉(zhuǎn) 缸的上蓋，并且旋轉(zhuǎn)缸的旋轉(zhuǎn)連接到缸上以旋轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)臂的動(dòng)作。旋轉(zhuǎn)缸的旋轉(zhuǎn)軸跟提升缸的活塞桿是一個(gè)整體?；钊麠U的結(jié)構(gòu)中間是空的，花鍵套筒與內(nèi)花 鍵軸重合，花鍵軸的 運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)活塞 移動(dòng)。鑰匙固定在提升缸和底蓋的 花鍵軸上，下一個(gè)底蓋固定在 與地面連接的底座上。結(jié)果，同時(shí)固定花鍵軸還有活塞桿，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊，詳細(xì)的構(gòu)造下面有展示。 液壓帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)的氣缸從一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔給穿過(guò)去，以抽出每個(gè)葉片 的葉片并使葉片旋轉(zhuǎn)。 旋轉(zhuǎn)角 度通常受機(jī)械 擋塊的影響。因?yàn)檫@兩個(gè)能夠旋轉(zhuǎn)的葉片中間的角度，一定要符合論文設(shè)計(jì)的需求。轉(zhuǎn)子，定子先進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，角度在210°。 5.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.2.1回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 用下面的式子將臂旋轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)扭矩： 慣性力矩 啟動(dòng)時(shí)候，； 要是機(jī)械手臂的回轉(zhuǎn)零件重心距離回轉(zhuǎn)軸)，那么 ——機(jī)械手臂圍繞軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性量度。 旋轉(zhuǎn)部件可以相b當(dāng)于長(zhǎng)度為，圓柱體直徑是，質(zhì)量為.啟動(dòng)時(shí)候角速度定，那么，設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)是。 想計(jì)算簡(jiǎn)單些，假設(shè)密封這個(gè)地方摩擦阻力矩是，因?yàn)榛赜捅巢畹膲毫Σ畈淮?，在這，就不需要在意 那么 5.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 （1）用底下式子將回轉(zhuǎn)缸油腔內(nèi)徑算出： 輸出軸連接動(dòng)片這個(gè)地方的直徑，根據(jù)； 確定動(dòng)片有多寬根據(jù)式子來(lái)進(jìn)行。 將回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片的寬定為，工作時(shí)的壓力， 確定內(nèi)徑就是。 （2）算出油缸缸蓋螺釘?shù)臄?shù)據(jù) 對(duì)于回轉(zhuǎn)缸來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的壓力是，根據(jù)前面的資料，定螺釘?shù)拈g距最多。計(jì)算出螺釘?shù)膫€(gè)數(shù) 那么用六個(gè)缸蓋螺釘就可以。 計(jì)算出危險(xiǎn)截面的大小 那么 放進(jìn)去數(shù)值，算出來(lái) 用生產(chǎn)螺釘，那么 計(jì)算螺釘?shù)闹睆酱笮? 確定直徑是.用的是內(nèi)六角圓頭螺釘，型號(hào)M10。 根據(jù)之前算的，確定液壓缸內(nèi)徑，按照中等的壁厚來(lái)確定外徑。 翻看表4-2，確定外徑是，輸出軸的直徑是。 （3）算出動(dòng)片連接螺釘?shù)拇笮? 輸出螺釘是旋轉(zhuǎn)還有球形的，一般根據(jù)順序?qū)ΨQ的進(jìn)行組裝，擺放兩個(gè)針在上面。螺釘可以在車子部件跟外面孔中間面上進(jìn)行粘附。通過(guò) 當(dāng)下的平衡情 況，當(dāng)收到變化時(shí) 介紹式中的參數(shù) 進(jìn)行連接的零件面跟面之間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)于鋼是 螺釘強(qiáng)度要想符合要求，就要滿足下面式子 或 將數(shù)據(jù)放進(jìn)去 加工螺釘 螺釘?shù)闹睆? 確定螺釘直徑是.用的內(nèi)六角圓頭螺釘，型號(hào)M10。 5.3機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.3.1手臂片重力矩的計(jì)算 圖 5-3 手臂各部件重心位置圖 (1) 對(duì)重量進(jìn)行確定：=150N，， (2) 將產(chǎn)品重心地點(diǎn)定下來(lái)進(jìn)行計(jì)算，將從重心到回轉(zhuǎn)軸線有多遠(yuǎn)算出來(lái): ，， 。 因?yàn)? 那么 (3) 將偏重力矩算出來(lái) 用式子 將數(shù)據(jù)放進(jìn)去 5.3.2升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 手臂因?yàn)闀?huì)有作用，所以它一定會(huì)向下，但是立柱導(dǎo)套就是為了避免這種狀況的出現(xiàn)，這就是不自鎖條件 那么 要是摩擦系數(shù)定為 ，那么導(dǎo)套的長(zhǎng) 也就是 5.3.3升降油缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 摩擦阻力計(jì)算出來(lái)，定。 (1) 算出來(lái) 設(shè)定速度b為；起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差、。 將數(shù)據(jù)帶入上面公式有： (2) 的計(jì)算 那么 (3) 密封液壓缸通過(guò)O型密封圈來(lái)進(jìn)行，非?？煽?，不會(huì)有太大摩擦阻力。在進(jìn)行密封時(shí)候的摩擦力算出 (4) 因?yàn)闆](méi)有太大的背壓阻力，為了算起來(lái)便利，這里就不思考 那么 在液壓缸的驅(qū)動(dòng)是向上 在液壓缸的驅(qū)動(dòng)是向下 5.3.4升降缸尺寸參數(shù)的確定 (1) 算出液壓缸里面的直徑 液壓缸向上升，將他的驅(qū)動(dòng)力算出來(lái)，，翻看表格 (5-1)將油缸工作時(shí)候的壓力確定為1.0MPa，用5.4節(jié)的式子給算出，放到公式里算出數(shù)值： 翻看表 (4-1)將液壓缸里面直徑確定下來(lái)。 (2) 算出液壓缸外部直徑的大小 算數(shù)據(jù)根據(jù)厚壁來(lái)進(jìn)行 ()： ——缸體材質(zhì)應(yīng)力的許用值，鋼管是無(wú)縫的， 翻看表格4-2（JB1068-67）定外面直徑是. (3) 算出活塞桿的數(shù)據(jù) 用碳鋼作為活塞桿的原材料，它的許用應(yīng)力。論文中定 那么： 對(duì)比之后活塞桿的直徑要比8.5mm還要大，才能確保工作安全。 (4) 算出缸蓋螺釘?shù)臄?shù)據(jù) ，確定，，空檔的大小跟工作壓強(qiáng)有直接聯(lián)系，從表4-3可知道他們有什么聯(lián)系，間距最多，初步定用六個(gè)螺釘： 那么 ，將數(shù)值放進(jìn)去，符合設(shè)計(jì)需要，很安全。； ； 確定，; 根據(jù)強(qiáng)度的條件將螺釘直徑算出來(lái)： ——算出來(lái)載荷，； ——抗拉應(yīng)力的許用值，； 用45號(hào)鋼作為原料，螺釘這種材質(zhì)的屈服點(diǎn)，它的塑性變形的應(yīng)力就是352MPa； ，在這是； ——螺紋里面直徑，。 算出數(shù)值： 代入數(shù)據(jù)： 第6章 機(jī)器人液壓及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.1液壓系統(tǒng)方案擬定 6.1.1調(diào)速回路方案分析 （1）第一個(gè)方案：調(diào)整速度通過(guò)節(jié)流實(shí)現(xiàn) 這種對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整的組成有泵，這個(gè)泵輸出的流量沒(méi)有改變，控制閥還有執(zhí)行零部件。供油系統(tǒng)中，泵源的壓力b用安全閥進(jìn)行b恒壓控制。 圖（7）為節(jié)流調(diào)速原理圖 它的好處是：構(gòu)造不復(fù)雜，花銷少，虧損的能量不錯(cuò)，用的時(shí)候，保養(yǎng)起來(lái)都很便利，控制起來(lái)不復(fù)雜。 不好的地方：有些能量損失一點(diǎn)功效都沒(méi)有。效率很差，出現(xiàn)的熱量很多。 （2）第二個(gè)方案，調(diào)整速度通過(guò)容積進(jìn)行 容積調(diào)速，分為兩大類。其中有變排量和變轉(zhuǎn)速。采用變量泵或者是能夠?qū)⒈酶淖兊碾姍C(jī)，對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)系統(tǒng)的名字是泵控制系統(tǒng)，圖紙（8）里面展示。 圖（8）為容積調(diào)速原理圖 它的好處是：不容易出現(xiàn)熱量或者熱量很低，效率較高。避免能量損失易于使b用和維護(hù)。不好就是：購(gòu)買花的錢(qián)很多，結(jié)構(gòu)也不簡(jiǎn)單。 （3）第三個(gè)方案：調(diào)整速度通過(guò)容積節(jié)流來(lái)實(shí)現(xiàn) 通過(guò)流量來(lái)對(duì)元件確定進(jìn)入液壓缸或由液壓缸流出的流量進(jìn)行控制，來(lái)調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度，形成壓力差，再進(jìn)行壓力補(bǔ)償。如圖（9） 圖（9）為容積節(jié)流調(diào)速原理圖 它的好處是：速度穩(wěn)b定性比單純的容積調(diào)速回路好。不會(huì)出現(xiàn)溢流的虧損，有很高的效率。不好的在于：會(huì)出現(xiàn)節(jié)流虧損。 這些方案都有好還有不好，對(duì)比了這些之后，將回路確定下來(lái)。專用使用液壓的機(jī)床體型不大的，在它的液壓系統(tǒng)里面，通常使用節(jié)b流閥或調(diào)速閥來(lái)控制b進(jìn)給速度。 根據(jù)特種銑床比較慢的速度，性能上的要求，還有速度載荷特點(diǎn)，論文中用的是容積節(jié)流來(lái)對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整，它的組成有限壓變量葉片泵還有調(diào)速閥，調(diào)整速度的電路有很高的效率，節(jié)流閥前后的壓力差不變。發(fā)熱量小，速度、剛性好的特點(diǎn)，調(diào)速閥安裝在b回油回路上，讓液壓缸的流量穩(wěn)定，還使供流量和液壓缸相匹配。對(duì)于切削力它是可以承擔(dān)的。 6.1.2 快進(jìn)回路b方案分析 （1）第一個(gè)方案：實(shí)現(xiàn)快速跳幀速度通過(guò)液壓缸差動(dòng)連接來(lái)實(shí)現(xiàn) 差動(dòng)連接這個(gè)回路是增速的，是一種英語(yǔ)較為廣泛的回路。我們也知道作用在活塞無(wú)桿端面的面積是要比有桿端面還要大的，盡管兩頭的壓力都是一樣的，作用在無(wú)桿端面上總的壓力比較大，這樣活塞移動(dòng)就變快，推動(dòng)活塞到桿端，利用液壓缸兩端的有效面積差來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)的液壓缸，具有差動(dòng)連接的單活塞桿液壓缸。這就是差動(dòng)。這個(gè)時(shí)候，油從桿室里面淌出來(lái)，講這些油引入到無(wú)桿室里面去，這樣基于泵的油流淌速度就更快，這樣活塞桿移動(dòng)起來(lái)就更快，這樣差速就出現(xiàn)。圖（10）里面就是怎么去連接油路。 圖（10）為液壓缸差動(dòng)連接原理圖 它的好處是：伸出來(lái)活塞桿的時(shí)候，即使泵的流量很小，它也可以獲得更快的速度，但是氣缸的輸出很小，重載使得不能移動(dòng)，這不適合重載。 當(dāng)氣缸設(shè)計(jì)合理時(shí)，活塞桿的速度在沒(méi)有調(diào)節(jié)的情況下均勻地伸展和縮回。缺點(diǎn)：推力小，不適合在負(fù)載大的場(chǎng)合，噪聲大。 （2）方案二：采用蓄能器的快速調(diào)速 蓄能器是把液壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹匚铩椈?、和氣體的勢(shì)能而儲(chǔ)藏起來(lái)。對(duì)于液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這部分是用來(lái)節(jié)能的。合適的時(shí)候，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的能量成為壓縮能量，在系統(tǒng)要用的時(shí)候，再加這些壓縮的能量釋放出來(lái)，這樣就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行再一次供應(yīng)。要是系統(tǒng)瞬間的壓力加大，那么這部分的能量就被吸走，確保這個(gè)歌系統(tǒng)的壓力在正常范圍內(nèi)。圖（11）里面展示。 圖（11）為蓄能器快速調(diào)速原理圖 它的好處是：發(fā)熱量變小，出現(xiàn)壓力供應(yīng)不足，可作應(yīng)急液壓源。反應(yīng)是很快的，工作起來(lái)相當(dāng)可靠。不好的就是：裝的時(shí)候有很高要求，加工起來(lái)有難度，密封性有很高的要求。 （3）方案三：雙泵供油快速調(diào)速 因?yàn)閯?dòng)力是從兩個(gè)泵里面來(lái)，一個(gè)流量比較大的泵2能夠進(jìn)行快速動(dòng)作，還有一個(gè)流量比較小的泵1工作速度是很慢的，這樣工作進(jìn)給也就實(shí)現(xiàn)了，圖紙（12）里面有展示 圖（12）為雙泵供油快速調(diào)速 它的好處是：耗費(fèi)的功率不大，能實(shí)現(xiàn)比最大的速度還要大的多的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)有很高的效率，用的地方非常多。不好的地方：控制的時(shí)候有難度，系統(tǒng)的構(gòu)造不簡(jiǎn)單。 三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比了之后，調(diào)整速度用快速的方式，對(duì)液壓缸的差動(dòng)連接進(jìn)行選擇，跳幀速度很快，有好多的功能。因?yàn)樗墓ぷ饔泻芨叩男?，回收率高，調(diào)速性能好，與雙泵供油，還有容積調(diào)整速度等進(jìn)行對(duì)比。結(jié)構(gòu)還是要簡(jiǎn)單點(diǎn)，生產(chǎn)起來(lái)沒(méi)有蓄能器那么困難，并且反應(yīng)也很快。最后得出結(jié)論選用第一種，它滿足符合社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，也符合工業(yè)加工的要求。 6.1.3夾緊回路的選擇 通過(guò)兩位四通電磁閥來(lái)對(duì)夾緊進(jìn)行控制，松開(kāi)反轉(zhuǎn)之后，應(yīng)采用掉電夾緊方式，防止工作的時(shí)候忽然沒(méi)有電還有松開(kāi)來(lái)。另外在油的壓力很快降低的時(shí)候，對(duì)于夾緊的時(shí)間能夠進(jìn)行調(diào)整，還要確保夾緊力符合要求，跟節(jié)流閥連接起來(lái)，可以對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整，單向b閥壓力保持。 該回b路還配備有將高壓氣體降為低壓氣體、并保持輸出氣體的壓力還有流量沒(méi)有變化的調(diào)整裝置，要想確保夾緊力的穩(wěn)定要對(duì)夾緊力的大小進(jìn)行調(diào)整 之后，將液壓回路確定下來(lái)，圖6-3里面就是液壓系統(tǒng)的原理。 圖6-3液壓系統(tǒng)原理圖 6.2液壓元件的計(jì)算和選擇 6.2.1液壓泵 ① 壓力運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定，它的大?。? P，計(jì)算出 那么 ② 流動(dòng)量的大?。? ，定 那么 ③ 尺寸及型號(hào)： 翻看液壓設(shè)計(jì)資料P152，表20-5-6，齒輪泵用的是，，， ④ 確定使用的電機(jī)： 泵的效率總值，那么 通過(guò)公式算出數(shù)值，查手冊(cè)選擇電機(jī)的型號(hào)：Y132M-4，，。 6.2.2確定油箱容量 6.2.3液壓元件的選擇 表7 液壓元件一覽表 注意：在表里面元素的系列號(hào)匹配液壓系統(tǒng)圖紙里面的序列號(hào)。 6.3液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 6.3.1驗(yàn)算回路中的壓力損失 系統(tǒng)并不簡(jiǎn)單，我需要考慮更多的因素和結(jié)果。有許多液壓執(zhí)行裝置的動(dòng)作電路，這里面很多部分還有比較大的管路的消耗都是注射液壓缸動(dòng)作回路，所以就是要將泵到注射缸這段管道里面的虧損給算出來(lái)。 ⑴沿程壓力損失 沿著注射缸形成的壓力差和別的因數(shù)，壓力損失就出現(xiàn)了bb主要b是由快速注b射期間進(jìn)氣b管道的壓力損失引起的。 管道長(zhǎng)度為5米，直徑為0.032米，無(wú)阻礙時(shí)速度可到達(dá)b流量為2.7升/秒。 比較優(yōu)劣后選擇20號(hào)機(jī)械系統(tǒng)的油耗。正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，我們選擇油的單位動(dòng)力粘度在同溫度的密度之比，油的密度將它作為根據(jù)。 在管路里面油真正流動(dòng)的速度 對(duì)比雷諾數(shù)，就可以知道在管路里面油的流動(dòng)狀態(tài)是紊流，它的阻力系數(shù)： 將數(shù)據(jù)放進(jìn)去，將沿程損失的壓力算出來(lái)： ⑵局部虧損的壓力 局部虧損的壓力有管道破裂之后出現(xiàn)損失的壓力加上管接頭這個(gè)地方受到?jīng)_擊，因?yàn)閾p耗而損失的壓力Δp2，還有在控制閥作用下出現(xiàn)的局部壓力，這些虧損的壓力Δp3。管路局部虧損沒(méi)有太多的壓力，不需要專門(mén)進(jìn)行計(jì)算，所以只要將控制閥局部虧損的壓力算出來(lái)。 知道單向順序閥17的流量的額定值，額定虧損的壓力是。電液換向閥2流量的額定值，額定虧損的壓力是。單向順b序閥18流量的額定值，額定虧損的壓力是，如何去進(jìn)行選用。 每個(gè)閥局部虧損的所有壓力是 泵是大型的，從出油的地方到注射缸進(jìn)油口，需要借助單向b閥13的作用，電動(dòng)b液壓換向閥2產(chǎn)生作用還有單向順序閥作用。知道單向閥13的技術(shù)數(shù)據(jù)，單向b閥13流量的額定值250L / min，額定虧損的壓力是0.2MPa。 每個(gè)閥局部虧損的所有壓力是： 根據(jù)前面算出來(lái)的數(shù)值，我們得出可以獲得快b速噴射加工時(shí)小蹦還有注射泵虧損的壓力總數(shù)是 從大泵到注射缸這段過(guò)程中虧損的壓力總數(shù) ，算出數(shù)值b，知道大泵，小泵真正出口的壓力跟泵的額定壓力是有差距的，所以說(shuō)用的這個(gè)泵滿足設(shè)計(jì)需要。 因?yàn)橐玫胶芏喹h(huán)境里面，定系統(tǒng)工作時(shí)候最大壓力是6.3MPa，也就是安全閥7指定的壓力。 6.3.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 ⑴算出數(shù)值發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)里面虧損的動(dòng)力成為熱量。 發(fā)熱功率算出數(shù)值 對(duì)這個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行工作時(shí)兩個(gè)泵輸入功率的平均值。 將系統(tǒng)輸出功率的總值計(jì)算出來(lái) 將這個(gè)系統(tǒng)輸出的有效功率計(jì)算出來(lái)： 從給定的參數(shù)和算出數(shù)值結(jié)果可以看出，夾緊缸的外部載荷為，行程為0.35 m; 注射缸的外部載荷為，行程為0.2 m; 預(yù)塑螺b桿的有效功率為5 kW，工作時(shí)間為15秒; 打開(kāi)模具時(shí)夾緊缸的外部載荷幾乎相同，行程相同。 注射機(jī)的有效功率輸出主要是上述。 總的引起的發(fā)熱功率為： ⑵算出散熱功率的大小 初步算出數(shù)值，油箱有效容積是1m3，根據(jù)算出來(lái)油箱每一邊的乘積： 如果是1.25，、的大小都是1。用式子可以將油箱的散熱面積算出來(lái)： 將油箱的散熱功率算出來(lái)： ——油箱穩(wěn)定傳熱，面板兩側(cè)空氣溫度為1度，查表5—1，取； ——油溫b與環(huán)境溫度之b差，取。 。 由上面算出數(shù)值得出結(jié)論，能知道，油箱這里的散熱量沒(méi)有達(dá)到要求，對(duì)于系統(tǒng)對(duì)于散熱要求是沒(méi)有滿足。管道的散熱量一點(diǎn)都不高，散熱知識(shí)依靠管道來(lái)進(jìn)行肯定不行，所以要再加裝一個(gè)冷卻器。 ⑶冷卻器需要多大的冷卻面積進(jìn)行計(jì)算 用式子將冷卻面積的大小算出： ； —平均溫度差(℃)； 進(jìn)入冷卻器前的b溫度為，油流出b冷卻器的得到降溫，此時(shí)的溫度為，冷卻水進(jìn)去之前的度數(shù)，冷卻器作用在冷卻水出口之后，度數(shù)變少， 。那么： 算出數(shù)值，可以知道需要冷卻器進(jìn)行降溫的面積大?。? 對(duì)于使用來(lái)進(jìn)行思考，冷卻器對(duì)機(jī)器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的降溫，這樣容易導(dǎo)致機(jī)器腐蝕，有很多油垢或者水垢在里面，會(huì)影響到傳熱，這樣一來(lái)散熱面積就需要加大，所以冷卻的地方大小要比算出來(lái)的數(shù)據(jù)大30%，定下來(lái)冷卻器真正散熱的大小是： 第7章 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì) 7.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述 Pro / Engineer操作程序是American Parametric Technology Corporation（PTC）的3D CAD / CAM / CAE集成3D軟件。Pro / Engineer軟件的主要功能是參數(shù)化，在當(dāng)前的三維建模軟件領(lǐng)域中已經(jīng)多次使用。 Pro / Engineer作為一種CAD / CAM / CAE軟件，在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，并得到了認(rèn)可和廣泛應(yīng)用。Pro / E解決了單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的特征相關(guān)問(wèn)題，并提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)。 主要功能用于素描，零件制作，裝配設(shè)計(jì)，鈑金設(shè)計(jì)，加工等，以滿足用戶的需求。功能如下： （1）特殊功能的使用，形成槽、倒角、腔、凸臺(tái)、殼等圖形； （2）對(duì)尺寸、圖形以及邊界條件提出參數(shù)化； （3）掌握?qǐng)D形之間的連接關(guān)系，進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)工作； （4）滿足復(fù)雜圖形設(shè)計(jì)要求。 （5）梳理各種零件之間的相關(guān)性。 7.2三維設(shè)計(jì) 7.2.1升降缸體 升降缸體如下圖示： 圖7-1升降缸體 7.2.2伸縮缸體 伸縮缸體如下圖示： 圖7-2伸縮缸體 7.2.3轉(zhuǎn)動(dòng)缸體 轉(zhuǎn)動(dòng)缸體如下圖示： 圖7-3轉(zhuǎn)動(dòng)缸體 7.2.4支座 支座如下圖示： 圖7-4支座 7.2.5總成三維裝配 圖7-5 手抓裝配 圖7-6整體裝配 7.3仿真分析 7.3.1 Pro/E仿真介紹 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)是一種高新技術(shù)，從分析和解決b整體產(chǎn)品性能b及相關(guān)問(wèn)題的角度解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程的弊端。工程設(shè)計(jì)人員可以直接使用Pro / E系統(tǒng)b提供的每個(gè)組件的物理信息和幾何信息來(lái)確定運(yùn)動(dòng)模擬中組件之間的關(guān)系，并執(zhí)行虛擬組件以獲得系統(tǒng)的虛擬原型機(jī)械設(shè)計(jì)。在虛擬環(huán)境中，實(shí)際模擬了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，并模擬和分析了不同工況下的運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力條件。模擬各種設(shè)計(jì)方案，并且不斷升級(jí)整個(gè)系統(tǒng)，直到實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)。然后制作物理原型。b其重要性在于降低甚至消除創(chuàng)建物理原型的成本，b縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期在市場(chǎng)具有很高的競(jìng)爭(zhēng)力。 7.3.2仿真 （1）典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真詳細(xì)過(guò)程 (a)首先打開(kāi)裝配圖，在應(yīng)用程序里面，點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)”命令 圖7-7點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)” (b)接著建立伺服電動(dòng)，設(shè)定一些參數(shù) 圖7-8建立電動(dòng)機(jī) (c)緊接著點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)分析”，彈出界面，在彈出的頁(yè)面選擇 圖7-9機(jī)構(gòu)分析 (d)點(diǎn)擊運(yùn)行，得出結(jié)果 （2）仿真動(dòng)畫(huà)獲取 (a)點(diǎn)擊“回放”-右鍵選擇“播放” 圖7-10啟動(dòng)動(dòng)畫(huà) (b)點(diǎn)擊 “動(dòng)畫(huà)”中“捕獲”命令再點(diǎn)擊關(guān)閉 圖7-11動(dòng)畫(huà) (c)設(shè)置“捕獲”命令參數(shù) 設(shè)置目錄，圖像大小等參數(shù)后，并保存，單擊“確定”，等待算出數(shù)值機(jī)運(yùn)行和捕獲，即可獲得模擬動(dòng)畫(huà)。 圖7-12捕獲 （2）總體運(yùn)動(dòng)仿真 總成運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程與手抓部分類似，仿真參數(shù)設(shè)置完成后效果如下圖，隨后運(yùn)行仿真并“捕獲”仿真動(dòng)畫(huà)即可。 總 結(jié) 該設(shè)計(jì)是整合了大學(xué)學(xué)到的許多知識(shí)，包括基礎(chǔ)課，專業(yè)課，實(shí)習(xí)等方面的學(xué)習(xí)內(nèi)容。將在學(xué)校學(xué)到的書(shū)本知識(shí)跟實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，對(duì)于我本人來(lái)說(shuō)解決實(shí)際問(wèn)題的水平提升了不少。 該項(xiàng)設(shè)計(jì)使用算出數(shù)值機(jī)輔助設(shè)計(jì)，詳細(xì)算出數(shù)值和解釋每個(gè)重要的設(shè)計(jì)步驟，結(jié)合教科書(shū)和在線文獻(xiàn)研究，深入剖析研究課題。完成論文之后，現(xiàn)在對(duì)于如何去翻找有用的