球坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)

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1、摘要機(jī)械手與機(jī)械人是二十世紀(jì)五十年代以后,伴隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,而迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。它綜合應(yīng)用了機(jī)械、電子、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)以及物理，生物等學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。它不僅在工業(yè)生產(chǎn)上，而且對(duì)宇宙開(kāi)發(fā)，海洋開(kāi)發(fā)，軍事工程和生物醫(yī)學(xué)等方面都起著推動(dòng)的作用，因而日益受到世界許多國(guó)家政府，學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)和科學(xué)技術(shù)人員的重視，毫無(wú)疑問(wèn)，這門(mén)技術(shù)將具有廣闊的發(fā)展前景。在生產(chǎn)現(xiàn)代化領(lǐng)域里，材料的搬運(yùn)，機(jī)床的上下料，整機(jī)的裝配等是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。在機(jī)械工業(yè)部門(mén)，這些工序的費(fèi)用占全部加工費(fèi)用三分之二以上，而且絕大多數(shù)的事故發(fā)生在這些工序，自動(dòng)上下料裝置和工業(yè)機(jī)械手就是為

2、實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而采用的。通用機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用只有二十來(lái)年的歷史，這種裝置在國(guó)外得到相當(dāng)重視，到七十年代，其品種和數(shù)量都有很大的發(fā)展，并且研制了具有各種感覺(jué)器官的機(jī)器人。關(guān)鍵詞：機(jī)械手 液壓缸PLC自由度 控制閥目 次摘要21 緒論12 設(shè)計(jì)參數(shù)72.1設(shè)計(jì)題目7球坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)72.2 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求73設(shè)計(jì)方案的擬定83.1初步分析83.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)8手部8腕部8臂部及機(jī)身93.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)93.4控制機(jī)構(gòu)104 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算104.1設(shè)計(jì)計(jì)算104.2機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算135 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算145.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求145.2 腕部的結(jié)構(gòu)以

3、及選擇15典型的腕部結(jié)構(gòu)155.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇155.3腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算155.3.1 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù)155.3.2 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算156腕部與臂部連接處的回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算176.1驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算18慣性力矩的計(jì)算18摩擦阻力矩的計(jì)算18偏重力矩的計(jì)算186.2回轉(zhuǎn)液壓缸的確定187 臂部的設(shè)計(jì)計(jì)算197.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求197.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇20典型的臂部運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)20手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇217.3 手臂直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算21手臂摩擦力的分析與計(jì)算21手臂慣性力的計(jì)算23密封裝置的摩擦阻力237.4 確定液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)23確定液壓缸的結(jié)

4、構(gòu)尺寸237.5液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算268臂部俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算278.1驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算298.2俯仰擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算298.3俯仰擺動(dòng)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算308.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算309 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算329.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)329.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算339.2.1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算339.3回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定3410機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理3410.1 能量轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)圖3410.2 液壓系統(tǒng)的組成3510.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械手的特點(diǎn)3510.4 油缸泄漏問(wèn)題與密封裝置3610.4.1 活塞式油缸的泄漏與密封3610.4.2 回轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封3610.5 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定3

5、710.5.1 各液壓缸的換向回路3710.5.2 調(diào)速方案3710.5.3 減速緩沖回路3810.5.4 系統(tǒng)安全可靠性3810.5.5 機(jī)械手的動(dòng)作分析3811機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4011.1 用于控制機(jī)械手的PLC簡(jiǎn)介4111.1.1 PLC簡(jiǎn)介4111.1.2 機(jī)械手PLC的選用4111.2工業(yè)用機(jī)械手的動(dòng)作順序的PLC編程4212 設(shè)計(jì)感想4613 參考文獻(xiàn)481 緒論(1)機(jī)械手的概述工業(yè)機(jī)械手（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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)今高技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，并已成為現(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)機(jī)械手就是

6、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動(dòng)。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)。由于機(jī)械手科學(xué)的發(fā)展十分迅速，世界上對(duì)機(jī)械手還沒(méi)有一個(gè)明晰，統(tǒng)一的定義。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對(duì)機(jī)械手做了如下定義：機(jī)械手是一種可以反復(fù)編程和多功能的用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)或是為了執(zhí)行不同任務(wù)而具有可改變和可編程的動(dòng)作的專(zhuān)門(mén)系統(tǒng)（A reprogrammable and multifunctional manipulator, devised forthe transports of masteries,

7、 parts, tools or specialized Systems, with varied and programmed movements, with the aim of carrying out varied tasks）。隨著我國(guó)工業(yè)機(jī)械手技術(shù)的不斷發(fā)展，很多專(zhuān)家也建議建立自己的機(jī)械手定義，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643-90 也將工業(yè)機(jī)械手定義為“一種能自動(dòng)定位控制，可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。它能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用于完成各種任務(wù)作業(yè)”。(2)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0-1工業(yè)機(jī)械手組成框圖機(jī)

8、械手大致可分為手部、傳送機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、控制部分以及其它部分。手部（或稱(chēng)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(chēng)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(chēng)動(dòng)力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動(dòng)四種形式；控制部分它是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng)，由它來(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。(3)機(jī)械手的分類(lèi)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(lèi)分別為：按機(jī)械手的使用范圍分類(lèi)：專(zhuān)用機(jī)械手 一般只有固定的程序，而無(wú)

9、單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線(xiàn)用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料機(jī)械手”、“曲拐自動(dòng)車(chē)床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線(xiàn)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。通用機(jī)械手（也稱(chēng)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(lèi)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(lèi)型。這種機(jī)械手由于手指可更換(或可調(diào)節(jié))，程序可變，故適用于中、小批生產(chǎn)。但因其

10、運(yùn)動(dòng)較多，結(jié)構(gòu)較復(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(lèi)：直角坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸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 方向的移動(dòng))、左右移動(dòng)(定為沿Y方向的移動(dòng))和上下升降(定為沿Z方向的移動(dòng))；圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的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)；球坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X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))；多關(guān)節(jié)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的臂部可

11、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，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。(4)按機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)：液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；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)；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。按機(jī)械手的臂力大小分類(lèi)：微型機(jī)械手臂力小于1kg；小型機(jī)械手臂力為110kg；中型機(jī)械手臂力為1030kg；大型機(jī)械手臂力大于30kg。(5)機(jī)械手發(fā)展概況機(jī)械手是在自動(dòng)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。

12、近年來(lái)，隨著電子技術(shù)，特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，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)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手是一種模仿人手部的動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的程序、軌跡和其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件和操縱工具的自動(dòng)化裝置。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)、抓舉重物的力量臂人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛的得到應(yīng)用。(6)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)

13、和輔助裝置組成。機(jī)械手的執(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(lèi)似動(dòng)作。手腕是連接手指和手臂的元件，可以進(jìn)行上下、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(lèi)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?？刂葡到y(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、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(zhuān)用的控制系統(tǒng)，只采用行程開(kāi)關(guān)、繼電

14、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(lèi)以及適用范圍如下：工業(yè)機(jī)械手的組成：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。工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi)：液壓式：操作力大，動(dòng)作平穩(wěn)，其缺點(diǎn)是泄油會(huì)影響系統(tǒng)的工作性能，油的粘度對(duì)溫度的變化敏感。氣動(dòng)式：氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，易于獲得高速度，其缺點(diǎn)是操作力有限，體積大?？諝鈮嚎s性大,速度控制困難,動(dòng)作不平穩(wěn),控制有滯后現(xiàn)象。電動(dòng)式：動(dòng)力源方便，操作力度大。其缺點(diǎn)是需要設(shè)置減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜

15、，或用特殊電機(jī)驅(qū)動(dòng)。機(jī)械式：一般借助主機(jī)動(dòng)力源，通過(guò)凸輪，連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，變換程序較困難，結(jié)構(gòu)龐大。工業(yè)機(jī)械手按適用范圍分：專(zhuān)業(yè)機(jī)械手：一般指附屬于某一設(shè)備的，動(dòng)作程序固定的，沒(méi)有獨(dú)立的控制系統(tǒng)的搬運(yùn)裝置。通用機(jī)械手：一般指動(dòng)作程序可變的，具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的自動(dòng)化裝置。工業(yè)機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式分：點(diǎn)位控制：機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡是空間兩點(diǎn)間的聯(lián)線(xiàn)，只要求準(zhǔn)確控制部件的移動(dòng)起始位置或有限的設(shè)定點(diǎn)位置，不要求控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。連續(xù)軌跡控制：機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡是空間連續(xù)曲線(xiàn)，其設(shè)定點(diǎn)是無(wú)限的能在三維空間中作任意復(fù)雜的動(dòng)作。(7)上下料機(jī)械手的使用必要性在現(xiàn)代的機(jī)械加工中，消耗于上下料的時(shí)間損失是

16、組成零件單件加工時(shí)間的一部分，它屬于輔助時(shí)間，我們知道要想提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)中的輔助時(shí)間，將是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而要想減少輔助時(shí)間必須實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)就是為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中上下料工序而設(shè)計(jì)的一種專(zhuān)用機(jī)構(gòu)。自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)中供散亂的中、小型工件毛坯，經(jīng)過(guò)定向機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)定向排列，然后順序的由上下料機(jī)構(gòu)送到機(jī)床或工作地點(diǎn)去。這在自動(dòng)化成批大量的生產(chǎn)中顯然是實(shí)用的，它不但可把操作人員從復(fù)雜而繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，而且對(duì)保證安全生產(chǎn)也是一種行之有效的方法。工業(yè)機(jī)械手在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn)。它是在自動(dòng)上下料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種機(jī)械裝置。開(kāi)始主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和搬運(yùn)工件，完成單機(jī)自動(dòng)

17、化和生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化。隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已用來(lái)操持工具和完成一定的作業(yè)。實(shí)踐證明：使用自動(dòng)上下料的機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，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，還具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量臂人手大等特點(diǎn)。因此，自動(dòng)上下料機(jī)械手已得到越來(lái)越廣泛的得到應(yīng)用。(8)機(jī)械手在生產(chǎn)中的作用機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下一些方面。旋轉(zhuǎn)休零件（軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、環(huán)類(lèi)）自動(dòng)線(xiàn)，一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。加工箱體類(lèi)零件的組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的。在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面：各類(lèi)半自動(dòng)車(chē)床，有自動(dòng)夾進(jìn)刀、切削

18、、退刀和松開(kāi)的功能，但仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)。注塑機(jī)有加料、合成、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。沖床有自動(dòng)上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。鑄、鍛、焊、熱處理熱加工方面：對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境時(shí)行合理設(shè)計(jì)，扶把適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線(xiàn)作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工作事故多的工程，如沖壓、壓鑄、熱處理、鍛造、

19、噴漆以及有有強(qiáng)烈紫外線(xiàn)照射的電弧焊等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手工機(jī)器人。機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。人在連續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能用途長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可避免人為的操作錯(cuò)誤。機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性、靈活性好，能較好地適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿(mǎn)足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能，在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。采用機(jī)

20、械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。2 設(shè)計(jì)參數(shù)2.1設(shè)計(jì)題目球坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)2.2 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求（1）抓重：100N（2）自由度：4個(gè)（3）臂部運(yùn)動(dòng)參數(shù)：表 2-1運(yùn)動(dòng)名稱(chēng)符號(hào)行程范圍速度伸縮X350mm250mm/s回轉(zhuǎn)0 -21090 /s回轉(zhuǎn) 0 -4590 /s（4）腕部運(yùn)動(dòng)參數(shù)：表 2-2運(yùn)動(dòng)名稱(chēng)符號(hào)行程范圍速度回轉(zhuǎn)0 -18090 /s（5）手指夾持范圍：棒料，直徑40-60mm，長(zhǎng)度450-1200mm（6）定位方式：電位器（或接近開(kāi)關(guān)等）設(shè)定，點(diǎn)位控制（7）驅(qū)動(dòng)方式：液壓（中、低壓系統(tǒng)）（8）定位精度：3mm（9）控制方式：PLC控制3設(shè)計(jì)方案的擬定3.1初

21、步分析該工業(yè)機(jī)械手的坐標(biāo)形式是球坐標(biāo)式，其臂部的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成，即沿X軸的伸縮，繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種機(jī)械手臂部的俯仰運(yùn)動(dòng)能抓取到地面上的物件，為了使手部能夠適應(yīng)被抓取對(duì)象方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。這種形式的機(jī)械手具有動(dòng)作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點(diǎn)，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動(dòng)形式。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，此外，臂部擺角的誤差通過(guò)手臂會(huì)引起手部中心處的誤差放大。3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)手部手部是用來(lái)直接抓取或握緊（或吸附）工件的部件。由于被抓握工件的形狀、尺寸大小、輕重和材料的性能、表面狀況等不同，工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，

22、大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)工件的要求而設(shè)計(jì)的。常用的手部結(jié)構(gòu)有夾鉗式、氣吸式、電磁式以及其他形式。夾鉗式手部設(shè)計(jì)的基本要求（1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力（2） 手指應(yīng)應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍（3） 應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾緊精度（4） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高（5） 應(yīng)考慮通用性和特殊要求3.2.2腕部連接手部與臂部的部件，主要作用是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。要求0-180的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，因此選用具有單自由度的回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，但回轉(zhuǎn)角度較小，并且要求嚴(yán)格密封，否則就很難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。腕部設(shè)計(jì)的基本要求及其自

23、由度：a 力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕b 綜合考慮，合理布局c 必須考慮工作條件 對(duì)于高溫作業(yè)和在腐蝕性介質(zhì)中工作的機(jī)械手，其腕部在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮環(huán)境對(duì)腕部的不良影響3.2.3臂部及機(jī)身臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。作用是支承腕部和手部（包括工件與工具）。并帶動(dòng)他們作空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)則由腕部的自由度實(shí)現(xiàn)。因而機(jī)械手的臂部一般具有三個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求：即手部的伸縮 左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。機(jī)身是直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降 回轉(zhuǎn)和俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(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)身的軀干與底座相連。因而其

24、設(shè)計(jì)與臂部的設(shè)計(jì)經(jīng)常一起考慮。機(jī)身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。臂部設(shè)計(jì)的基本要求為：a 承載能力大，剛度好，自重輕 b 運(yùn)動(dòng)速度高，慣性小c 臂部運(yùn)動(dòng)應(yīng)靈活 d 位置精度要高除上面提到的要求外，還要保證機(jī)械手的通用性要好，能適應(yīng)在不同環(huán)境作業(yè)的要求：工藝性要好，便于安裝和加工;用于高溫環(huán)境作業(yè)的機(jī)械手，還要考慮隔熱和冷卻；用于粉塵大作業(yè)區(qū)的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。這方面的設(shè)計(jì)需要根據(jù)機(jī)械手工作環(huán)境條件進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。綜上所述，本機(jī)械手的設(shè)計(jì)，臂部選用雙導(dǎo)向桿伸縮結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)為手臂的伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，受力簡(jiǎn)單，

25、傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀(guān)，結(jié)構(gòu)緊湊。3.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)動(dòng)力源不同大致可分為氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)課題特點(diǎn)。其中以液壓氣動(dòng)用的最多，占90%以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過(guò)油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無(wú)級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)

26、簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤(rùn)滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡(jiǎn)單，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可

27、靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用液壓驅(qū)動(dòng)，其特點(diǎn)是速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，傳遞力矩大，并且控制精度高3.4控制機(jī)構(gòu)PLC控制4 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1設(shè)計(jì)計(jì)算（1）如下圖為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿3的作用下銷(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和P2，其力的方向垂直于滑槽的中心線(xiàn)OO1和OO2并指向O點(diǎn)，P1和P2的延長(zhǎng)線(xiàn)交O1O2于A(yíng)與B。由Fx=0 得P1= P2Fy=0 得P1=Mo1（F）=0 得P1h=Nb因h= 所以P=式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)的距離（mm）；工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)

28、支點(diǎn)連線(xiàn)間的夾角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增加，但角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿的行程過(guò)大，以及手指滑槽尺寸長(zhǎng)度，使之結(jié)構(gòu)增大，因此一般取=，這里取為350。此處設(shè)計(jì)的機(jī)械手是滑槽杠桿式的。夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算(1)由上知，驅(qū)動(dòng)力 P=手指與工件的位置：手指垂直位置夾水平平位置放置的工件，那么握力,其中,f為摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼f=0.1。工件的重力G=100N,解得握力N=84.18N.由計(jì)算可得，b=120mm,a=20mm,代入公式中解得 驅(qū)動(dòng)力P=678N圖4-1 1.手指 2.銷(xiāo)軸 3.拉桿 4.指座 (2)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力：式中P計(jì)算出的驅(qū)動(dòng)力手部的機(jī)械效率安全系數(shù)，一般取為(1.

29、22)工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似估算：，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()該傳力機(jī)構(gòu)為杠桿式，故取，并取=1.5,假設(shè)被抓取工件的最大加速度a=g時(shí)，那么=2.所以N表4-1 液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa小于500050000以上 （3）確定液壓缸的直徑D由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 液壓傳動(dòng)與控制可知 由于作用在活塞上的外力小于5000N,故選擇液壓缸壓力油工作壓力P=1MPa,根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 液壓傳動(dòng)與控制表23.6-33，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm則活塞桿內(nèi)徑為: D=630.5=3

30、1.5mm，選取d=32mm4.2機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(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)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)，為使機(jī)械手能適用于多品種小批量 工件直徑在一定范圍內(nèi)變化的生產(chǎn)中，必須使用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以采用自動(dòng)定心的手部結(jié)構(gòu)來(lái)減少機(jī)械手的調(diào)整工作，從而使加持誤差控制在較小范圍內(nèi)。該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。機(jī)械手的夾持范圍為40mm60mm一般夾持誤差不超過(guò)1mm,分析如下：工件的平均半徑：手指長(zhǎng),取V型夾角圖4-3 手抓夾持誤差分析示意圖偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：計(jì)算 因，即和在雙曲線(xiàn)的對(duì)

31、稱(chēng)點(diǎn)的同側(cè)，故其夾持誤差為： mm夾持誤差=1.5mm，因此本設(shè)計(jì)的夾持誤差3mm,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。5 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。腕部處于臂部的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）綜合考慮，合理布局。腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除了保證力和運(yùn)動(dòng)的要求，及具有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，碗部各個(gè)自由度的位置檢測(cè)，管線(xiàn)布置，以及潤(rùn)滑、維修、調(diào)整等問(wèn)題。（3）必須考慮工作條件。對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械

32、手的工作條件是在正常工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，不會(huì)受到環(huán)境的影響，對(duì)機(jī)械手的腕部沒(méi)有太多不利因素。如果機(jī)械手處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，就應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮環(huán)境對(duì)機(jī)械手腕部的影響。5.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇典型的腕部結(jié)構(gòu)(1) 具有單自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它直接用回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。(2) 用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它是來(lái)實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)和左右擺動(dòng)。(4) 機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu) 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)

33、構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，通過(guò)以上的分析，腕部的結(jié)構(gòu)采用具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)方式采用液壓驅(qū)動(dòng)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為球坐標(biāo)式機(jī)械手，為了使手部能適應(yīng)被抓取對(duì)象方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平或其他狀態(tài)。所以在腕部與臂部連接處安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸，使腕部具有上下擺動(dòng)的功能。5.3腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 夾取工件重量10Kg，回轉(zhuǎn)。 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算（1）腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩力矩可按下式計(jì)算驅(qū)動(dòng)腕部轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(Nm)慣性力矩(Nm)參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件 手部 腕部回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩(Nm)腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的

34、摩擦阻力矩(Nm)腕部回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片 缸徑 端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩(Nm)棒料的計(jì)算采用最大值，夾取棒料直徑60mm，長(zhǎng)度800mm，重量10Kg,因?yàn)橥蟛康纳炜s缸為腕部回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)缸的軸，故將其整體視為一圓柱體，直徑為180mm，其長(zhǎng)為185mm，故估算其重為，另外，工件重為G2=100N。其總重為G=460N。等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。因?yàn)?=（+)=0.149=8.3958代入 =(0.0367+8.3958) =33所以 =0.1+0+33=38.22(2)回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 單葉片回轉(zhuǎn)缸的壓力P與驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為 式中 R缸體內(nèi)壁半徑 r輸出軸半徑 b動(dòng)片寬度 根據(jù)表5-1選擇液壓

35、缸內(nèi)徑R=64mm,輸出軸直徑d=32mm,動(dòng)片寬度b=25mm. 那么回轉(zhuǎn)缸工作壓力為 選擇工作壓力為P=4Mpa. 表5-1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250表5-2 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB1068-67） （mm）液壓缸內(nèi)徑40 5063809010011012514015016018020020鋼P(yáng)5060769510812113316814618019421924545鋼506076951081211331681461801942192456腕部與臂部連接處

36、的回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算在上節(jié)的計(jì)算中，可知腕部及手指和工件的重力分別為G1=360N,G2=100N.回轉(zhuǎn)油缸等效為高為150mm,直徑為105mm的圓柱體，其重力為臂部伸縮油缸等效為高為730mm,直徑為135mm的圓柱體，其重力為6.1驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算慣性力矩的計(jì)算若腕部啟動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度，啟動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為，則若腕部轉(zhuǎn)過(guò)的角速度為，啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為，則式中參與腕部轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()工件對(duì)腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()設(shè)置轉(zhuǎn)過(guò)的角度=，啟動(dòng)時(shí)間=0.08s，那么角速度=1.963， 解得那么摩擦阻力矩的計(jì)算偏重力矩的計(jì)算=0解得6.2回轉(zhuǎn)液壓缸的確定

37、根據(jù)表選擇液壓缸內(nèi)徑，輸出軸直徑為，動(dòng)片寬度為，那么回轉(zhuǎn)缸工作壓力為式中 R缸體內(nèi)壁半徑（m） r輸出軸半徑（m） b動(dòng)片寬度（m）解得7 臂部的設(shè)計(jì)計(jì)算臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：。臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)(方位)則由腕部的自由度實(shí)現(xiàn)。因而機(jī)械手的臂部一般具有三個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求:即手部的伸縮 回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。臂部的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(油缸或氣缸)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況看，他在工作中既直接承受腕部 手部和工件的靜 動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)

38、又較多，因而它的結(jié)構(gòu) 工作范圍 靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。7.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求(1)臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。提高支撐剛度和合理選擇支撐間的距離。合理布置作用力的位置和方向。盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化水平放置的手臂，應(yīng)該增加導(dǎo)向桿的剛度提高活塞和缸體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂伸縮時(shí)的剛度。(2)臂部要運(yùn)動(dòng)速度高，慣性小。 機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，在大部分行程上平均移動(dòng)速度為回轉(zhuǎn)角速度在。平均回轉(zhuǎn)速度為在速度

39、和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣性沖擊的措施有： 減少臂部運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手運(yùn)動(dòng)順序時(shí)，先縮回回轉(zhuǎn)(或先回轉(zhuǎn)后伸)，盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。(3)臂部動(dòng)作應(yīng)靈活。為減少臂部運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸臂式機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使臂部運(yùn)動(dòng)盡可能保持平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線(xiàn)的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿(mǎn)足不自鎖的條件。(4)位

40、置精度要高。7.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇典型的臂部運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 臂部的典型運(yùn)動(dòng)的形式有：直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，如臂部的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如臂部的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；復(fù)合運(yùn)動(dòng)，如直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的組合，兩回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合等。（1）臂部作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)雙導(dǎo)向桿手臂伸縮結(jié)構(gòu)雙層油缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)采用花鍵套導(dǎo)向的手臂升降結(jié)構(gòu)雙活塞伸縮油缸結(jié)構(gòu)（2）臂部作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之下的機(jī)身結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線(xiàn)長(zhǎng)，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與

41、臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大?；钊麠U和齒條齒輪結(jié)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。（3）臂部做俯仰運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu) 俯仰運(yùn)動(dòng)大多采用擺動(dòng)式直線(xiàn)缸驅(qū)動(dòng)，而回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)大多采用回轉(zhuǎn)缸或齒條缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇通過(guò)以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)的伸縮運(yùn)動(dòng)選擇單花鍵軸導(dǎo)向的伸縮機(jī)構(gòu),俯仰運(yùn)動(dòng)選擇擺動(dòng)式直線(xiàn)缸驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)。7.3 手臂直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算通常先進(jìn)行粗略的估算，或類(lèi)比同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)數(shù)次，繪出最終的結(jié)構(gòu)。根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的負(fù)載、摩

42、擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來(lái)確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算為 式中 摩擦阻力（N）.臂部運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)件表面間的摩擦力。密封裝置處的摩擦阻力（N）油缸回油腔低壓油造成的阻力，一般背壓阻力較小，可取臂部啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)活塞桿上受到的平均慣性力（N）手臂摩擦力的分析與計(jì)算計(jì)算如下：本機(jī)械手采用花鍵軸導(dǎo)向，在活塞桿與花鍵軸接觸處采用花鍵軸套，如圖中所示。 根據(jù)受力平衡，有得 得 (5.2)式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重力（包含被抓去的工件）（N）； L臂部參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重心到導(dǎo)向支撐前端的距離（m）； a導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（m）;當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面形狀有關(guān)。對(duì)于圓柱面：

43、摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)：鋼對(duì)青銅：取鋼對(duì)鑄鐵：取計(jì)算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇青銅 ，L=540mm,花鍵軸套a=60mm將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算手臂慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是V=,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 (5.3)解得密封裝置的摩擦阻力密封圈的形式有O型密封圈，Y型密封圈，V型密封圈。不同的密封圈，其摩擦阻力是不同的。在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力：7.4 確定液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=5591N，根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2Mpa

44、,機(jī)械效率確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如下圖所示圖7-2 液壓缸受力示意當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔，當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， 液壓缸的有效面積：故有 （無(wú)桿腔） （有桿腔） 式中 P活塞的驅(qū)動(dòng)力（N）油缸的工作壓力（Mpa） d活塞桿直徑（mm） D油缸內(nèi)徑（mm）機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐用膠可取=0.96F=5591N，=，選擇機(jī)械效率將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：根據(jù)表5-1，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=100mm.（1）液壓缸外徑的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在15mm，所以該液壓缸的外徑為130mm.（2）活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算按強(qiáng)度條件決定活塞桿直徑按直桿拉 壓強(qiáng)度計(jì)算：即 (mm)式中 P活塞

45、桿所受的總載荷（N）,即活塞的驅(qū)動(dòng)力活塞桿材料的許用應(yīng)力(Mpa):,其中為活塞桿的抗拉強(qiáng)度， n為安全系數(shù)，一般?。惶间撊‖F(xiàn)取 計(jì)算解得由于采用花鍵軸在活塞桿內(nèi)部進(jìn)行導(dǎo)向，會(huì)使活塞桿的結(jié)構(gòu)變大，因此根據(jù)實(shí)際情況并參照表4-4，選擇活塞桿直徑d=70mm 表7-1 活塞桿直徑系列（GB/T2348-93）（mm） 1012 14 1618 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100110125140160180活塞桿的計(jì)算校核活塞桿的尺寸要滿(mǎn)足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對(duì)于桿長(zhǎng)L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：因?yàn)榛钊?/p>

46、桿不滿(mǎn)足的條件，所以不必對(duì)活塞桿進(jìn)行校核。 表7-2 螺釘距離t1與工作壓力p 1 的關(guān)系工作壓力p 1 螺釘距離t1 工作壓力p 1 螺釘距離t1 0.51.5 150 2.55 100 1.52.5 120 510 807.5液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算根據(jù)表4.3所示，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為2Mpa,所以螺釘間距t小于120mm,每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷和剩余預(yù)緊力之和式中工作載荷（N）， P缸蓋所受的合成液壓力，即驅(qū)動(dòng)力（N） Z螺釘數(shù)目，螺釘中心所在圓的直徑（mm）工作壓力(Mpa)剩余預(yù)緊力，螺釘所在圓的直徑，根據(jù)表選擇那么螺釘數(shù)目 取為工作載荷 剩余預(yù)緊力 螺釘材料選擇45

47、#，則n為安全系數(shù)，,現(xiàn)取為2螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為螺釘?shù)闹睆接?jì)算載荷，許用抗拉強(qiáng)度，螺釘材料的屈服點(diǎn)（Mpa）表7-3 常用螺釘材料的屈服強(qiáng)度鋼 號(hào) 10 Q215 Q235 35 45 40Cr(Mpa) 205 215 235 313 352 784螺釘螺紋內(nèi)徑（mm）,d 為螺釘公稱(chēng)直徑，S為螺距。解得螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm的圓柱頭螺釘，螺距S=1.5 mm,螺釘螺紋內(nèi)徑為螺釘?shù)膹?qiáng)度為滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。8臂部俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 驅(qū)動(dòng)臂部俯仰的驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)克服臂部等部件在啟動(dòng)時(shí)的重量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩和臂部在啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副處摩擦力矩，即圖8-1 臂部俯仰缸設(shè)計(jì)示意圖一

48、般手臂座與立柱連接軸在O處裝有滾動(dòng)軸承，其摩擦力矩較小，在鉸鏈處配合直徑較小，相對(duì)轉(zhuǎn)角亦小，故，則式中 手臂等部件重力對(duì)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的偏重力矩(N),臂部上仰時(shí)為正，下仰時(shí)為負(fù)，計(jì)算時(shí)主要考慮上仰的驅(qū)動(dòng)力矩手臂做俯仰運(yùn)動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩(Nm),工件對(duì)臂部回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()臂部俯仰對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()臂部俯仰過(guò)程的角速度()臂部俯仰運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s),一般取8.1驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算慣性力矩的計(jì)算設(shè)置啟動(dòng)角度為，啟動(dòng)時(shí)間=0.1s,那么角速度 那么的計(jì)算由前面的分析可知驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算8.2俯仰擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算如圖所示，當(dāng)臂部與水平位置成時(shí)，則鉸接活塞桿的驅(qū)動(dòng)力(即俯仰擺動(dòng)油缸的

49、驅(qū)動(dòng)力)P的作用線(xiàn)與鉛垂線(xiàn)的夾角是在范圍內(nèi)變化，而作用在活塞上的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩與臂部俯仰角有關(guān)。（1） 當(dāng)臂部處于上仰時(shí)， 解得 （2）當(dāng)臂部處于下仰時(shí)， 解得 選擇其中最大值作為俯仰擺動(dòng)缸設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)力。俯仰擺動(dòng)油缸計(jì)算出驅(qū)動(dòng)力后即可按照直線(xiàn)伸縮油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。8.3俯仰擺動(dòng)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)表選擇最大工作壓力（1） 活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 取 根據(jù)表選擇活塞桿直徑那么油缸內(nèi)徑圓整后取油缸內(nèi)徑（2） 活塞桿的校核 因?yàn)榛钊麠U不滿(mǎn)足的條件，所以不必對(duì)活塞桿進(jìn)行校核。8.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算根據(jù)表4.3所示，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為3Mpa,所以螺釘間距t小于120mm,每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)

50、剖面上承受的拉力為工作載荷和剩余預(yù)緊力之和式中工作載荷（N）， P缸蓋所受的合成液壓力，即驅(qū)動(dòng)力（N） Z螺釘數(shù)目，螺釘中心所在圓的直徑（mm）工作壓力(Mpa)剩余預(yù)緊力，螺釘所在圓的直徑，根據(jù)表選擇那么螺釘數(shù)目 取為工作載荷 剩余預(yù)緊力 螺釘材料選擇45#，則n為安全系數(shù)，,現(xiàn)取為2螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為螺釘?shù)闹睆接?jì)算載荷，許用抗拉強(qiáng)度，螺釘材料的屈服點(diǎn)（Mpa）螺釘螺紋內(nèi)徑（mm）,d 為螺釘公稱(chēng)直徑，S為螺距。解得螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm的圓柱頭螺釘。螺紋內(nèi)徑螺釘強(qiáng)度的校核滿(mǎn)足要求。9 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)身是直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降或俯仰運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳

51、動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因而，其設(shè)計(jì)與臂部的設(shè)計(jì)經(jīng)常一起考慮。機(jī)身可以是固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。9.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)身處。經(jīng)過(guò)綜合考慮，臂部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)選用回轉(zhuǎn)缸置于機(jī)身上的結(jié)構(gòu)。如下圖所示，臂部的回轉(zhuǎn)通過(guò)安裝在機(jī)身上回轉(zhuǎn)油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸鄄康幕剞D(zhuǎn)角度為，所以要將動(dòng)片和靜片的夾角設(shè)計(jì)為，由于臂部的重力過(guò)大會(huì)影響回轉(zhuǎn)缸的工作，所以采用圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承即能承受徑向力，也可以承受軸向力，通過(guò)圖中可知，由回轉(zhuǎn)軸傳遞的重力分配到圓錐滾子軸承上。同時(shí)在回轉(zhuǎn)軸上安裝了

52、另一個(gè)圓錐滾子軸承，這個(gè)軸承的采用是為了阻止回轉(zhuǎn)軸向上的運(yùn)動(dòng)?？紤]到安裝的問(wèn)題，動(dòng)片與回轉(zhuǎn)軸的連接采用鍵連接，便于安裝。圖9-1臂部回轉(zhuǎn)液壓缸示意圖9.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算驅(qū)動(dòng)臂部回轉(zhuǎn)的力矩應(yīng)該與臂部運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。 (6.1)（1）慣性力矩的計(jì)算 (6.2)式中 回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（），在起動(dòng)過(guò)程中=；t起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間(s);臂部回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）?；剞D(zhuǎn)部件（包括手部 工件 腕部 臂部）質(zhì)量為145Kg.設(shè)置起動(dòng)角度=210，則起動(dòng)角速度=3.66，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.3s。（2）密封處的摩擦阻力

53、矩可以粗略估算下=0.03，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算=10769.3回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為2Mpa。d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè)d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算： （mm）計(jì)算得D=98.36mm,既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為100mm,根據(jù)表4.2選擇液壓缸的基本外徑尺寸135mm.10機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理10.1 能量轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)圖機(jī)械手的液壓傳動(dòng)力是以有壓力油作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)，電動(dòng)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)換為油液的壓力能，壓力油經(jīng)過(guò)管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置導(dǎo)進(jìn)入油缸，推動(dòng)

54、活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而手臂作伸縮，升降運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其液壓傳動(dòng)能或概括如下：圖6-1 能量轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)圖10.2 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、溢流閥、換向閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等）輔助裝置。10.3 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

55、，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。但液壓傳動(dòng)也有如下缺點(diǎn)：(1) 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；(2) 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。10.4 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油腔泄漏到低壓油或泄漏到缸體處面。目前，機(jī)械手液壓系統(tǒng)使用的密封件大多采用耐油橡膠制成的各種形式密封圈，

56、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)由于油液壓力的作用，使密封圈變形并壓緊密封表面達(dá)到目的。10.4.1 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)的活塞油缸來(lái)說(shuō)，其泄漏主要是活塞與缸臂處的內(nèi)泄漏及往復(fù)活塞桿與缸蓋處的處泄漏。引起泄漏的原因是加工精度和滑動(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，因受油壓作用而變形，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

57、容易被擠出溝槽而造成劇烈磨損。為克服這個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)油缸油液的壓力大于100/2時(shí)，要在O型密封圈側(cè)面放置擋圈，在壓力低于100/2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。10.4.2 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

58、泄露，使油液的壓力降低，減少了輸出扭矩，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響機(jī)械手的正常運(yùn)行。為減少泄漏，除嚴(yán)格控制相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的配合間隙外，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)油缸的密封結(jié)構(gòu)，其中擋圈的作用是防止高壓油液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。10.5 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定10.5.1 各液壓缸的換向回路為便于機(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、手臂俯仰和手臂旋轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)供油

59、，這樣可有效降低系統(tǒng)的供油壓力，此時(shí)為了保證多缸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)同步或非同步運(yùn)動(dòng)，換向閥需要采用中位“O”型換向閥。10.5.2 調(diào)速方案整個(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(mǎn)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)速，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)速，因?yàn)橄到y(tǒng)為中低系統(tǒng)，一般適宜選用節(jié)流閥調(diào)速。機(jī)械手的手臂伸縮和手臂俯仰或升降缸采用兩個(gè)單向節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。若只用一節(jié)流速調(diào)速時(shí)，則進(jìn)行油達(dá)到最大允許調(diào)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