蠟模制殼機械手升降部分機械結(jié)構(gòu)設計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

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購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名： 學號： 學 院： 專業(yè)： 任務起止時間： 畢業(yè)設計（論文）題目： 蠟模制殼機械手 畢業(yè)設計工作內(nèi)容： 1、實際調(diào)研，收集相關資料，完成開題報告； 1— 3 周。 2、結(jié)合生產(chǎn)實際，設計機械手的總圖， 4— 7 周。 3、設計機械手的升降缸，迴轉(zhuǎn)缸，定位缸結(jié)構(gòu)圖； 8— 11 周。 4 設計所有零件的工作圖； 12— 13 周。 5、撰寫畢業(yè)設計論文，準備答辯； 14— 16 周。 注：要求全部用計算機繪圖和打印 文稿（交打印件和電子稿） 資料： 1、工業(yè)機器人設計手冊； 2、非標設計手冊； 3、液壓與氣壓傳動； 4、相關的技術(shù)資料。 指導教師意見： 簽名： 系主任意見： 簽名： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)設計（論文）評語 學生姓名： 學號： 學 院： 專業(yè)： 任務起止時間： 畢業(yè)設計（論文）題目： 蠟模制殼機械手 指導教師對畢業(yè)設計（論文）的評語： 該課題源于生產(chǎn)實踐，該同學在畢業(yè)設計中，態(tài)度端正，能把 所學習相關知識運用設計中，設計結(jié)構(gòu)基本合理，設計論文論述較正確、格式較規(guī)范，基本能正確運用所學基本知識，完成任務要求，可以參加答辯。 指導教師簽名： 指導教師職稱： 評閱教師對畢業(yè)設計（論文）的評語： 該同學論文格式較規(guī)范，對機械設計有了一定了解，設計符合任務書要求，所做畫紙符合基本要求，但在圖紙的繪制和尺寸的標注需要改進，修改后建議參加答辯。 評閱教師簽名： 評閱教師職稱： 答辯委員會對畢業(yè)設計（論文）的評語： 該同學的設計符合“ 畢業(yè)設計任務書”的要求，任務量適中，答辯表述基本清晰，尚能回答大多數(shù)提問，概念較清楚，設計的內(nèi)容基本合理，無原則性錯誤，掌握了一定的基礎知識和基本技能。符合學院本科畢業(yè)設計的要求。 答辯委員會評定，該生畢業(yè)設計（論文）成績?yōu)椋? 答辯委員會主席簽名： 職稱： 年 月 日 教務處制表 購買設計文檔后加 費領取圖紙 I 蠟模制殼機械手機械部分設計 摘 要 最近，全球內(nèi)帶有夾子夾子或手的機械手系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展起來了，多種方法應用其上，有擬人化和非擬人化的，不僅調(diào)查了 這些系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，而且還包括其必要的控制系統(tǒng)，如同人手一樣，這些機械人系統(tǒng)可以用它們的手去抓不同的物體，而且不用改換夾子，這些機械手具備特殊的運動能力比如小質(zhì)量和小慣量，這使被抓物體在機械手的工作范圍內(nèi)做更復雜、更精確的操作變得可能。這些復雜的操作被抓物體繞任意角度和軸旋轉(zhuǎn)。 本論文介紹了用于夾持蠟模機械手的設計。它采用液壓驅(qū)動，點位程序控制，動作平穩(wěn)，控制方便。本論文主要闡述該機械手的夾緊、伸縮、升降和回轉(zhuǎn)的設計和計算。首先從機械手的基礎知識介紹有關機械手的組成、分類、臂部設計、液壓控制的多種方案，再從 本次設計所要求的功能原理設計開始，對于不同的方案加以比較和論證，從中可確定出最優(yōu)方案，并采用其方案，在對其的結(jié)構(gòu)設計的基礎上，對其驅(qū)動力和驅(qū)動力力矩進行計算。著重闡述了機身的設計，具體闡述了機械手的設計原則和步驟，分析了設計時應注意的問題，并對機械手的平穩(wěn)性及定位精度給予詳細的論述。設計并分析了該機械手所用的液壓控制的方法和過程。由于經(jīng)驗不足，知識有限，難免有誤，有待改進。 關鍵詞 液壓；機械手；液壓缸 購買設計文檔后加 費領取圖紙 ax or a of on of as to do as in s a to to a It to a of s of in in in of a a to to in as to it’s of of as to it’s of in a of to of of is do 購買設計文檔后加 費領取圖紙 to 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 目錄 摘 要 ......................................................... I ...................................................... 1 章 緒論 .................................................... 1 械手在生產(chǎn)中的作用 ................................. 1 械手國內(nèi)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ............................... 1 文研究的內(nèi)容 ......................................... 2 第 2 章 蠟模機械手的總功能原及方案的選擇與確定 .................. 4 能原理設計 ........................................... 4 選方案 ............................................... 5 案一 ............................................ 5 案二 ............................................ 5 案選取 ............................................... 6 第 3 章 機械手總體方案總結(jié) ...................................... 7 動方案的確定 ......................................... 7 格參數(shù) ............................................... 7 構(gòu)特點 ............................................... 7 取機構(gòu) .......................................... 7 臂的回轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu) ................................ 8 臂的升降運動機構(gòu) ................................ 8 它裝置 .......................................... 8 械手的液壓傳動系統(tǒng) ................................... 9 第 4 章 機械手的各部分設計 ..................................... 10 臂部分設計 .......................................... 10 臂部分設計要求 ................................. 10 臂回轉(zhuǎn)運動 .......................................... 12 轉(zhuǎn)缸的選取 ..................................... 12 轉(zhuǎn)缸主要參數(shù)計算 ............................... 13 臂升降運動 .......................................... 15 降運動機構(gòu)配置形式 ............................. 15 壓缸主要參數(shù)的確定 ............................. 16 第 5 章 機械手的其它部分裝置 ................................... 18 程位置檢測裝置 ...................................... 18 位缸 ................................................ 18 結(jié)論 .......................................................... 20 參考文獻 ...................................................... 21 購買設計文檔后加 費領取圖紙 致 謝 ......................................................... 22 附錄 .......................................................... 23 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1 第 1章 緒論 械手在生產(chǎn)中的作用 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。新世紀，生產(chǎn)水平及科學技術(shù)的不斷進步與發(fā)展帶動了整個機械 工業(yè)的快速發(fā)展。現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題。然而在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序銜接起來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強度非常大，有時還會出現(xiàn)失誤及傷害。顯然，這嚴重影響制約了整個生產(chǎn)過程的效率和自動化程度。機械手的應用很好的解決了這一情況，它不存在重復的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。 在機械工業(yè)中，機械手的應用具有以下意義： 1. 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機 器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 2. 可以改善勞動條件、避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。同時，在一些動作簡單但又重復作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應用機 械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產(chǎn)線上目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產(chǎn)。 械手國內(nèi)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 目前國內(nèi)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度， 購買設計文檔后加 費領取圖紙 2 改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 國外機械手在機械制造行業(yè)中應用較多，發(fā)展也很快。 目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械數(shù)的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作 相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。 目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達到 6 軸，負載 2產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應用領域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學及航空航天等高 端行業(yè)發(fā)展。 目前我國機械手的研發(fā)和應用還處在一個發(fā)展的階段，跟美國日本等發(fā)達國家相比還有很大的差距，很多產(chǎn)品還需進口，特別是高靈活、高精度的機械手。要使我國機械工業(yè)更進一步在發(fā)展壯大，就必須提高其自動化程度和生產(chǎn)效率，將人手操作變?yōu)闄C械手操作。同時，國家應加大對機械手及機器人的研發(fā)投入，積極開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，從根本上解決對國外產(chǎn)品的進口需求。 文研究的內(nèi)容 在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)領域里，蠟模制殼是十分重要的工作環(huán)節(jié)，而實現(xiàn)這個環(huán)節(jié)的自動化將大大提高生產(chǎn)效率，減少成本并且避免造成對人體的危害 。工業(yè)機械手就是為了實現(xiàn)這些環(huán)節(jié)的自動化而設計的。 自動化蠟模制殼裝置是蠟模件經(jīng)過定向機構(gòu)實現(xiàn)定向排列，然后順次地由機械手把它夾取送去沾水玻璃、噴砂，并把工件取走放置下一個工位。如工件易損壞，形狀復雜，很難實現(xiàn)自動定向，則往往通過人工定位后，再有機械手進行制殼工作。 目前我國研制使用的工業(yè)機械手大多數(shù)是屬于專用機械手，僅有少量的通用機械手。由于通用機械手改變工作程序比較方便，特別適用于多品種、小批量的生產(chǎn)。 通用機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應用只有二十來年的歷史。這些裝置在國 購買設計文檔后加 費領取圖紙 3 外得到相當重視，到七十年代，其品種和數(shù)量 都有很大的發(fā)展，并且研制出了各種具有感覺器官的工業(yè)機器人。 我所設計的是蠟模制殼機械手。屬于圓柱坐標式，全液壓驅(qū)動機械手，具有手臂升降，收縮，回轉(zhuǎn) 3 個自由度，執(zhí)行機構(gòu)由手部，手臂伸縮機構(gòu)，手臂升降機構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成。它的工作過程是手臂伸出夾緊蠟模并收回，沾取水玻璃，噴砂，重復沾取噴砂 3 次，送到下一工位并復位。 圖 1模制殼置示意圖 購買設計文檔后加 費領取圖紙 4 第 2章 蠟模機械手的總功能原及方案的選擇與確定 能原理設計 功能原理設計是針對某一確定的功能要求，尋求一些物理效應并且借助某些作用原理來求得一些實現(xiàn)該原理的解法原理。其特點是對于某一產(chǎn)品的特定的工作能力進行抽象化描述，是指某一機器所有的轉(zhuǎn)化能量特性和其他物理特性。其描述方法較像工程學中常用的“ 黑箱”法來描述。 任何一個技術(shù)系統(tǒng)中都有輸入和輸出，把技術(shù)系統(tǒng)抽象成黑箱。起輸入用物料流 M、信息流 S、和能量流 E、來描述其輸出用相應的 M`、 S`和E`來描述。 操作指令 S S’ 顯 示 物 料 M M’蠟模制殼 電 氣 能 E 功能原理設計是一種綜合。綜合是不能有任何方法可循的。它能要求解決的問題是有很多 解的問題。它既不是只有唯一解，又不是絕對無解，而且也很難得到絕對理想的解。一般來說，在構(gòu)思階段，應盡可能收集各種可能的解法，以便在眾多的解法中選出較多滿意的解決方法來。 總功能分解成若干個功能元素為： 夾持 → 松開 → 伸 → 縮 上升 → 下降 → 轉(zhuǎn)位 → 復位 根據(jù)仿生學的原理，機械手的功能單元可以分為： A：手指 —— 夾緊、松開工件； B：手臂 —— 伸縮使工件沿直線運動； C：升降缸機體 —— 升降手臂，回轉(zhuǎn)手臂； D：回轉(zhuǎn)馬達 —— 回轉(zhuǎn)、定位； E：控制部分 —— 控制各部分協(xié)調(diào)動作； 購買設計文檔后加 費領取圖紙 5 選方案 根據(jù)工作要求設想方案如下 案一 底座連接回轉(zhuǎn)缸實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)缸連接伸縮缸實現(xiàn)升降運動，用滑軌和伸縮缸固定夾緊缸實現(xiàn)水平伸縮作用，夾緊缸連接手抓抓取被加工件。如圖所示 2 圖 1案一 案二 升降缸固定固定在地面實現(xiàn)升降運動，升降缸上連接回轉(zhuǎn)液壓馬達實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)缸上連接伸縮缸實現(xiàn)手臂水平伸縮，伸縮缸連接夾緊缸夾取零件。如圖 2示： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 6 圖 1案 案選取 方案一重心不好確定，且連接件復雜。 方案二采用圓柱坐標系，工作原理簡單，工作效率高，便于加工。所以選擇方案二。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 7 第 3章 機械手總體方案總 結(jié) 動方案的確定 考慮到圓柱坐標式的占地面積小而動作范圍大的特點，決定采用圓柱坐標式。該機械手的抓取工件為外圓形木桿，此機械手就由手臂升降，伸縮，回轉(zhuǎn)三個自由度，才能滿足蠟模制殼的動作要求。 格參數(shù) 表 2數(shù)表 自由度 范圍 速度 停止位置數(shù) 手臂伸縮 50050mm/s 2 手臂升降 60000mm/s 2 手回轉(zhuǎn) 180? 120 /s? 2 臂力 克 定位精度 ± 3 毫米 坐標形式 圓柱坐標 驅(qū)動源 液壓驅(qū)動 控制方式 程序控制 構(gòu)特點 取機構(gòu) 因夾持工件不大，故 選用 二指回轉(zhuǎn)型手 爪 ，其驅(qū)動手爪夾緊松開的拉緊裝置，采用雙作用式單桿活塞液壓缸。手爪設計為固定。當液壓缸收縮時為夾緊工件。 機械手伸縮運動結(jié)構(gòu) : 此機械手手臂伸縮采用雙作用式單杠活塞油缸，伸縮動作是由活塞桿運動實現(xiàn)的，缸體固定不動，其伸縮行程為 500 毫米，缸體直接安裝在回轉(zhuǎn)連接件上，因為承受作用力小，手臂的剛度大，工作時運動平穩(wěn)。油缸的輸油管路固定油管形式，避免外露且安裝方便。在手臂伸出端安裝可調(diào) 購買設計文檔后加 費領取圖紙 8 的定位螺釘，確保送料精度。 臂的回轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu) 手臂的回轉(zhuǎn)采用單片式液壓擺動馬達，油缸擺角為 180 度，使用在180 度以內(nèi)，回轉(zhuǎn)油缸的動片與輸出軸固聯(lián)，輸出軸通過鍵與回轉(zhuǎn)連接件連接，回轉(zhuǎn)油缸的殼體與手臂坐固聯(lián)，當回轉(zhuǎn)油缸的動片回轉(zhuǎn)時，帶動輸出軸自轉(zhuǎn)。從而帶動手臂坐也繞 O—— O 軸線回轉(zhuǎn)，即為手臂的水平回轉(zhuǎn)運動。 臂的升降運動機構(gòu) 手臂的升降采用了雙作用式單桿活塞油缸。其升降行程為 300 毫米，為了增加升降部分結(jié)構(gòu)的剛性，導向性能好，采用了直徑為四柱式導向桿結(jié)構(gòu)，工作時能平穩(wěn)升降。由于導向桿的存在使活塞桿免受因偏重力矩所造成的彎曲，在此處活塞桿只受到壓力作用。 它裝置 為使機械手的臂部作回轉(zhuǎn)運動時能夠精確定位，在回轉(zhuǎn) 部位裝有定位油缸，它是單作用式活塞油缸，在活塞桿的端部作成斜楔式。當臂部每轉(zhuǎn)過 60 度后的終止位置，通過電信號控制二位三通電磁閥接通工作油路，使起定位銷作用的活塞桿動作，插入到裝在中心齒輪上的帶有斜楔槽的定位擋塊中，使手臂精確定位。此結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 9 械手的液壓傳動系統(tǒng) 圖 2壓傳動系統(tǒng)圖 機械手的動作順序：液壓系統(tǒng)工況分析伸縮缸伸長至工件處 ? 加緊缸取件 ? 伸縮缸收縮至原位處 ? 定位缸電磁閥通電收縮 ? 回轉(zhuǎn)缸回轉(zhuǎn) 60度 ? 定位剛電磁閥斷電復位，回轉(zhuǎn)缸被定位 ? 電磁閥 3 通電伸縮缸伸長? 電磁閥 6 通電，升降缸下降 ? 下降到位后， 5 通電升降缸上升 ? 電磁閥 4 通電伸縮缸收縮到位 ? 電磁閥 9 通電，定位缸得電松開 ? 電磁閥 1通電轉(zhuǎn)動 60 度 ? 定位剛電磁閥斷電復位，回轉(zhuǎn)缸被定位 ? 電磁閥 3 通電伸縮缸伸長 ? 電磁閥 6 通電，升降缸下降 ? 下降到位后， 5 通電升降缸上升 電磁閥 4 通電伸縮缸收縮到位 ? 電磁閥 9 通電，定位缸得電松開 ?電磁閥 2 通電轉(zhuǎn)動 60 度 如此循環(huán) 3 次后完成工藝過程 ? 回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動 120度放置工件工作循環(huán)完畢。 上述動作均由電磁換向閥實現(xiàn)，用行程開關和時間繼電器、步進選線器等電器控制電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動作，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動控制。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 10 第 4章 機械手的各部分設計 臂部 分 設計 手臂 是機械手完成各項 動作的執(zhí)行機構(gòu)，也是其運動部分的主體。 在上面分析了機械手的四種坐標形式，綜合這四種坐標形式運動的目的，是想達到人的手臂的功能，但是目前技術(shù)還是做不到的，因而把運動方式轉(zhuǎn)化為直線移動和旋轉(zhuǎn)運動，這樣臂部的結(jié)構(gòu)也就比較簡單了。臂部和機座相連，可固定在地面上、機器上或懸掛在橫梁滑道上以及可行走的機架上。臂部前端連接腕部或直接連接手部。 手臂 的作用在于將手爪移動到所需的位置和承受工件、手部和腕部的重量。所以，臂部的結(jié)構(gòu)性能、工作范圍、承載能力和動作位置精度直接影響機械手的工作性能。 手臂 一般有以下幾部分組成： 1. 動作元件：如直線缸、回轉(zhuǎn)缸、齒輪齒條、連桿凸輪 …… 等，它是驅(qū)動手臂運動的元件。動作元件與驅(qū)動源相配合，就能實現(xiàn)手臂的各種運動。 2. 導向裝置：手臂在靜止狀態(tài)，要承受由夾持工件重量所產(chǎn)生的彎曲力 ，以及由于載荷不平衡而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩 M。在運動時又有一個慣性力，為保證手爪的正確位置和動作元件不受較大的彎曲力，手臂必須設置導向裝置。 3. 手臂 ：手臂上的動作元件、導向裝置和其他裝置都要安裝在臂上，起支承、連接和承受外力的作用。所以需要臂具有足夠的剛性，以免承重后發(fā) 生形變產(chǎn)生顫動。 4. 其他裝置：如管路、冷卻裝置、位置檢測機構(gòu) …… 等。 臂部分設計要求 手臂部分 設計首先要求實現(xiàn)所要求的運動，為了實現(xiàn)這些運動，需要滿足下列幾項要求。 1． 手臂部分 應承載能力大、剛性好、自重輕 根據(jù)上述要求，在設計手臂時，要對其進行撓度計算，其變形量應小于許可變形量。我們知道懸臂梁（應當指出機械手的手臂結(jié)構(gòu)不是懸臂梁）的撓度計算公式 [4]為： 33J? 購買設計文檔后加 費領取圖紙 11 式中： Y —— 撓度； E —— 彈性模數(shù)； Q —— 載荷； J —— 慣性矩； L —— 懸臂長。 從上式可知，撓度與載荷、懸臂長成正比，而與彈性模數(shù)、慣性矩成反比。在 Q 與 L 值已確定的情況下，只有增大 E J 值，才能減少梁的彎曲變形，而碳鋼和合金鋼的 E 值差別不大，在 66 ? 之間。所以，為了提高剛度，從材質(zhì)上考慮意義不大，主要應選用慣性矩 J 大的梁。現(xiàn)把幾種常用梁的慣性矩列表比較如下（見表 2 從表 2知，在截面積和單位重量基本相同的情況下，鋼管、工字鋼和槽鋼的慣性矩要比圓鋼大得多，所以，機械手中常用無縫鋼管作導向桿，用工字鋼或槽鋼作支撐板。這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕 了手臂的自重。但由于本課題中臘模制殼機械手各處受力均不大，可直接采用夜壓缸自體承受應力。 設計時還應該采取以下措施： （ 1）在設計 手臂部分 時，元件越多，間隙越大，剛性就越低因此應盡可能使結(jié)構(gòu)簡單。要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理確定補償環(huán)，以減少重要部位的間隙，從而提高剛性。 （ 2）全面分析手臂的受力情況，合理分配給手臂的各個部件，避免不利的受力情況出現(xiàn)； （ 3）水平放置的手臂，要增加導向桿的剛度，同時提高其配合和相對位置精度，使導向桿承受部分或大部分自重和抓取重量； （ 4）提高活塞和剛體內(nèi)部配合精度 ，可以提高手臂在前伸縮時的剛性。 2． 手臂 運動速度要高，慣性要小機械手的運動速度一般是根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定的。確定了生產(chǎn)節(jié)拍和行程范圍，就確定了手臂的運動速度（或角速度）。在一般情況下，手臂的移動和回轉(zhuǎn)均要求勻速運動（ 為常數(shù)），但在手臂的起動和終止的瞬間，運動是變化的。為了減少沖擊，要求起動時間的加速度和終止前的減速度不能太大，否則引起沖擊和振動。手臂的運動過程曲線如圖 2示。 手臂回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性力矩為： () J J ? ??? ? ? ?慣式中： ? —— 角加速度； ?? —— 起動或制動前后的角速度差； 購買設計文檔后加 費領取圖紙 12 J —— 臂部回轉(zhuǎn)對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量； 臂部零件對其重心的轉(zhuǎn)動慣量； ?J —— 臂部零件作為其重心位置的質(zhì)點對臂部回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。 2??? —— 回轉(zhuǎn)半 徑。 計算以把形狀復雜的零件劃分為幾個簡單的幾何形狀來計算。在有關書中可分別查出其 從上述公式可知，減少慣性力矩，可采用下列措施： （ 1） 減少手臂運動部件的重量，如采用鋁合金等輕質(zhì)材料； （ 2） 減少手臂運動件的輪廓的尺寸，使手臂結(jié)構(gòu)緊湊小巧； （ 3） 減少回轉(zhuǎn)半徑，在按排動作順序時，一般是先縮會再回轉(zhuǎn)或盡可能在較小前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作。 （ 4） 驅(qū)動系統(tǒng)中加緩沖裝置。 3． 手臂部分 動作要靈活 要使手臂運動輕快靈活，手臂的結(jié)構(gòu)必須 緊湊小巧，或在運動臂上加滾動軸承或采用滾珠導軌。對于懸臂式機械手手臂上零件的布置要合理，以減少回轉(zhuǎn)升降支撐中心的偏重力矩。不然，會引起手臂振動，嚴重時會使手臂與立柱卡住別壞。對于雙臂同時操作的機械手，應使兩臂布置盡量對稱以達到平衡。 4．位置精度要高 手臂的剛性好，偏重小，慣性力小，則位置精度就容易控制，所以設計手臂時要周密考慮和計算，還要合理的選擇機械手的坐標形式。一般來說，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高；關節(jié)式機械手的位置最難控制，精度差；在手臂上加設定位裝置和自動檢測機構(gòu)，來控制手臂運動的位置精度 ；還要減少或消除各傳動、嚙合件的間隙。 臂回轉(zhuǎn)運動 手臂的運動，除了手臂的前后伸縮運動外還有回轉(zhuǎn)運動。本次設計的機械手，它的臂部的回轉(zhuǎn)運動是一種單回轉(zhuǎn)運動。有的機械手不是單回轉(zhuǎn)運動而是復合式的運動，在此不考慮復合運動。實現(xiàn)單回轉(zhuǎn)運動可以有以下幾種方案。 轉(zhuǎn)缸的選取 1. 回轉(zhuǎn)缸 購買設計文檔后加 費領取圖紙 13 回轉(zhuǎn)缸又稱擺動缸。應用回轉(zhuǎn)油缸要比齒輪齒條帶動機械手回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡單，輕巧美觀。但是，由于回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體之間配合精度要求較高，加工比較困難，如果精度達不到要求，就會造成嚴重泄漏，影響正常運轉(zhuǎn)，必須嚴加密封。 2. 齒輪齒條直 線缸回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)齒輪齒條結(jié)構(gòu)是通過齒條的往復運動，帶動齒輪回轉(zhuǎn)，其驅(qū)動源可以是液壓或氣壓驅(qū)動。 3. 回轉(zhuǎn)油缸行星齒輪結(jié)構(gòu) 它是由回轉(zhuǎn)油缸（擺角 ?230 ），動片與轉(zhuǎn)軸固接在一起，轉(zhuǎn)軸用鍵與行星齒輪聯(lián)結(jié)，中心輪套在基座上，中心輪是固定不動的。回轉(zhuǎn)油缸與手臂固結(jié)在一起。驅(qū)動回轉(zhuǎn)油缸回轉(zhuǎn)又帶動手臂繞 回轉(zhuǎn)，形成轉(zhuǎn)臂，故行星輪，中心輪和手臂組成一個行星輪系。 轉(zhuǎn)缸主要參數(shù)計算 通過對以上幾種方案的了解和論證，單片式液壓擺動馬達的方案最優(yōu)。其結(jié)構(gòu)如圖 3示 ： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 14 圖 3機械手的臂部回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)采用直接通過軸輸出結(jié)構(gòu)。 M M + M?驅(qū) 動 慣 封 00 J = J t? ????慣所以按照分塊計算慣性力矩有以下結(jié)果： 22m 1 . 2 1 . 2 1 . 2J 0 . 4 4 0 . 3 5 0 . 0 5 3 9? ? ? ?22m 3 3 3J 0 . 3 4 0 . 2 8 5 0 . 0 2 7 6? ? ? ?22m 4 4 4J 0 . 2 8 0 . 2 4 0 . 0 1 6 1? ? ? ?22 . 5 0 . 3 7 0 . 3 4 3? ? ? ?物 物 物 22m 1 . 2 1 . 2 1 . 2J 0 . 4 4 0 . 3 5 0 . 0 5 3 9? ? ? ?導向桿按照對稱長桿慣性矩計算公式計算 [2]有： 中心點右側(cè) 211 1 1 0 . 2 1J 2 a 2 0 . 3 4 0 . 2 1 0 . 0 3 5 =33m ? ? ?2導導 導 導（ + ） （ ） 購買設計文檔后加 費領取圖紙 15 中心點左側(cè) 21 1 0 . 2 1J 2 a 2 0 . 3 5 0 . 2 1 0 . 0 3 5 =33m ? ? ?2導導 2 導 導 2（ + ） （ ） 于液壓缸長徑比大于 5所以按照細長桿慣性矩計算公式計算有： 中心點右側(cè) 211J r 1 . 8 0 . 2 = 0 . 0 2 433m? ? ? ?2缸 1 缸 1 缸 1 ）中心點左側(cè) 211J r 3 . 6 0 . 2 = 0 . 0 4 833m? ? ? ?2缸 2 缸 2 缸 2 ）所以 經(jīng)過以上計算有： m 1 . 2J J . . . . . . . J = 0 . 7 2? ? ?總 缸 2 （ 取 計 算 值 上 限 ）系統(tǒng)給定動作時間為 2s，轉(zhuǎn)動角度為6?，設定加速時間為 15= = = = = 5 = / 2 1 2 t 1 2 1 2? ? ? ? ? ??? ???? 所以查閱《液壓設計手冊》可以選擇 又有液壓馬達的工作效率為設為 = 有需要實際輸出 M=2Kg m /s 通過驗算有該馬達當輸入壓力 0 5 M 1 臂升降運動 一般圓柱坐標式，直角坐標式有升降運動，球坐標式有時為了增加提高高度，也有升降運動。由于本次設計的機械手采用的圓 柱坐標式，所以，手臂的升降運動是必不可少的。 降運動機構(gòu)配置形式 1．升降機構(gòu)設在機座內(nèi) 對于中小型規(guī)格機械手，多采用這種結(jié)構(gòu)，手臂靠自重下降。 2．升降機構(gòu)設在機座上方 一些機械手的升降行程比較大，需設計立柱式結(jié)構(gòu)，支撐升降運動機構(gòu)，其輪廓尺寸相對比較大。但是在升降行程較大的情況下，手臂懸伸在最大位置時，使手臂對驅(qū)動點的偏重力矩很大，不利于升降運動。 3．升降機構(gòu)放在可縮放的機構(gòu)的平臺上 購買設計文檔后加 費領取圖紙 16 這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是整個機形高度可以較低，手臂的高度大致就是機械 手的高度，手臂回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量可以較小，不需升降導向支撐，結(jié)構(gòu)比較緊湊，提升行程大。 4．升降機 構(gòu)采用單作用單出桿液壓缸 本次設計的機械手手臂升降機構(gòu)也采用直線缸，它的結(jié)構(gòu)如圖 2設有導向柱，其導向性能好，剛性大，工作平穩(wěn)，活塞桿頂部為球鉸。 通過對以上幾種方案的了解和論證，帶有導向桿的立柱式伸縮缸方案最優(yōu)。該機械手的臂部升降采用四導向桿立柱式伸縮缸結(jié)構(gòu)。 壓缸主要參數(shù)的確定 + + + +F F F F F F? 工 回導總 封 慣 升降缸的工作力 密封處的摩擦力 ''= F F = 0 . 0 3 12封 總 此處有系統(tǒng)設計工作時間為 2s，行程 300動時間 s 0 . 3 v 0 . 1 5v = = = 0 . 1 5 m / s a = = = 0 . 7 5 m / t 0 . 2?? = G a = 1 8 0 . 3 0 . 7 5 = 1 3 6 ?慣 上 部 1= P S - S = - = ?? ? ? ?22回 背 桿（ ） 4 0 2 0 ） 將公式（ 4-（ 4入公式（ 4結(jié)果： F =520N 總 因為有壓力損失機械損失未計入在內(nèi)取工作效率為 =所以有 F=520/78N 由于系統(tǒng)設計的統(tǒng)一性所以選區(qū)升降缸也有 D=40d=20以有所需液壓壓力為： 5 7 8 / = M ? 2升 （ 40 ） 往返速比—? 222 ???1. 缸筒壁厚計算 [4] 一般按薄壁 缸筒計算，壁厚 )(m? 按下式確定 [1] 購買設計文檔后加 費領取圖紙 17 ? ??? 2中 D—— 液壓缸內(nèi)徑（ m）； p—— 液壓缸最高工作壓力（ ??? —— 缸 筒材 料 的許 用 應力 （ ，鋼 管 的 ??? =100（ b?—— 材料的抗拉強度極限（ n —— 安全系數(shù)，一般 可取 5。 ? ? 1 . 5 1 4 0 0 . 32 2 1 0 0pD ? ??? ? ??設計壁厚為 5? ，足以滿足要求。 2. 活塞桿直徑計算 [2] 1 20d D m m????? 取 d=20強度條件校核 [4] ? ?4 4 5 7 8 7 . 3 6100Fd m m? ? ? ?? ? ??現(xiàn) d=20以強度滿足要求。 3. 液壓缸的流量計算 [2] 流量 ? 有桿腔 2 2 2 2 2( ) ( 4 0 2 0 )9 4 2 . 4 844m m??? ? ?? ? ?1 5 0 /V m m s?升 1 5 0 /V m m s?降 則 241 5 0 1 0 1 2 5 6 . 6 4 1 0 0 . 1 8 8 / 1 1 . 3 / m i A L s L??? ? ? ? ? ? ? ?升 升1 5 0 1 0 9 4 2 . 4 8 1 0 0 . 1 4 1 / 8 . 4 6 m i A L s L? ? ? ? ? ? ? ?降 降 購買設計文檔后加 費領取圖紙 18 第 5章 機械手的其它部分裝置 程位置檢測裝置 行程位置檢測裝置的作用，是控制機械手的運動位置，或是利用檢測裝置，通過控制系統(tǒng)對機械手的運動位置進行控制。如把運動系統(tǒng)的位置反饋個控制系統(tǒng)，再由控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，使其運動停止在規(guī) 定的位置上，以保證對機械手運動的定位精度?，F(xiàn)舉一個應用電液比例閥（或電液伺服閥）的反饋控制為例，用方框圖表示： 圖 4測反饋圖 檢測裝置把實際位置信號反饋給控制系統(tǒng)進行比較，差值送入放大器，控制電液比例閥的流量或壓力，使機械手平穩(wěn)準確停在預定位置上。檢測裝置應用有電位器、編碼器和剛性機構(gòu)等。 機械手的定位精度指的是頻繁的往復運動中的重復定位精度。影響保持一定的定位精度的誤差是很多的：如手臂的剛性、油液的溫度變化、位置檢測元件的類型及執(zhí)行環(huán)節(jié)的誤差等，都對重復定位的精度有嚴重影響。 由于機械手應用 在不同的環(huán)境，而且大多數(shù)是應用在周圍環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場中，因此，對行程位置檢測裝置有以下幾點要求： 在機械性能方面：要結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、體積小、壽命長和維修方便； 在使用環(huán)境方面：要能在振動、油污等條件下穩(wěn)定和可靠地工作； 在電氣性能方面：要有高的抗干擾能力，高精度，長期使用是精度不變。行程位置檢測裝置有機械的、模擬的和數(shù)字的三種。 在本次設計的機械手中采用了機械式的位置行程檢測裝置。 位缸 采用 L 單動定位油缸。特點：體積小，精度高。原理如圖所 購買設計文檔后加 費領取圖紙 19 示： 圖 4位缸原理圖 選取尺寸規(guī)格如下： 工件孔徑（標準孔徑） 8位銷直徑 1、釋放（ 、最大行程（ 復定位精度 許偏心量 位力 N： 260 該定位缸外形尺寸如圖 5 4形尺寸 購買設計文檔后加 費領取圖紙 20 結(jié)論 為了改善勞動環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，快速實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的機械化和自動化， 機械手 受到很多國家的重視，并被廣泛運用。 本文調(diào)查學習了 機械手 發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學習 機械手 的工作原 理，熟悉了 機械手 的運動機理。在此基礎上，確定了 蠟模制殼機械手 的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和機械結(jié)構(gòu)，完成了 機械手 機械方面的設計工作。文章從 蠟模制殼 的自由度 入手提出了一套總體設計方案，并根據(jù) 機械手 的 生產(chǎn)工作 要求選取圓柱坐標系為本次設計坐標系。同時，就 機械手 的組成以及現(xiàn)實作業(yè)，給出了具體的手部，臂部和機座的結(jié)構(gòu)形式；并選擇 液 壓驅(qū)動作為本次設計的驅(qū)動機構(gòu)。 設計的蠟模制殼機械手達到了任務要求，能夠完整的執(zhí)行設計動作。 本設計還有很多不足之處，由于自身的知識儲備還很淺薄，所以在結(jié)構(gòu)設計，力的計算及系統(tǒng)分析上還 可能會有 漏洞。這個都需 要自己在以后的生活中不斷學習研究并通過實踐加以完善。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 21 參考文獻 1 袁承訓 機械工業(yè)出版社 , 2000 年 2 月 :20～ 60 2 《工業(yè)機械手圖冊》編寫組 機械工業(yè)出版社 ， 1978 年 9 月 :20～ 306 3 吉順平 機械工業(yè)出版社 ,2011 年 1月 :13～ 78 4 機械設計手冊編委會 機械工業(yè)出版社 ,2007 年 2月 :34～ 190 5 黃清遠 機械工業(yè)出版社 , 2000 年 2 月 :20～ 98 6 朱龍根 ,黃雨華 1996 年 5 月 :30～ 102 7 大連理工大學工程化教研室 四版） 1974 年 3 月 :12～ 89 8 張利平 ,燈鐘明 機械工業(yè)出版社 ,1997 年 9月 :100～ 300 9 An 1979： 500 of 1992: 97 購買設計文檔后加 費領取圖紙 22 致 謝 經(jīng)過了兩個多月緊張而忙碌的畢業(yè)設計，已經(jīng)接近尾聲。在張寶海老師的悉心指導和同學的熱心幫助下，我終于完成了此次設計。前三年對基礎課和專業(yè)課的學習，使我掌握了有關的專業(yè)知識，培養(yǎng)了我獨立的學習和思維方式。而本次的設計，使我將大學四年所學的知識做了系統(tǒng)的總結(jié)和復習，并在這次的設計中得到了相當?shù)膽?。這次設計比以前的課程設計等都要全面和系統(tǒng)，是對大學學習的一次全面的檢查。 我這次設計的是生產(chǎn)線 自動抓取蠟模機械手。為了圓滿的完成設計，我查閱了機械手的一些資料，訪