畢業(yè)設(shè)計（論文）-仿形車床上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(含全套CAD圖紙)

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優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763畢 業(yè) 設(shè) 計（說明書）題 目 仿形車床上料機(jī)械手設(shè)計 專 業(yè) XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 論文字?jǐn)?shù) 完成日期 2014 年 X 月 優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載2摘要隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)越來越受到廣泛關(guān)注，在工業(yè)生產(chǎn)日益現(xiàn)代化的今天，機(jī)器人的使用變得越來越普及。因此，對于機(jī)器人技術(shù)的研究也變得越來越迫切，尤其是工業(yè)機(jī)器人方面。本論文作者針對這一領(lǐng)域，設(shè)計了一款仿形車床上料機(jī)械手，該機(jī)器人擁有兩個自由度。首先，作者針對該機(jī)器人的設(shè)計要求，對結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇了一個最優(yōu)方案，對關(guān)鍵零件設(shè)計并進(jìn)行校核。本課題是一個機(jī)械、液壓緊密的實(shí)用性項目，文中對機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計、液壓系統(tǒng)的設(shè)計討。最后，總結(jié)了全文，指出了機(jī)械手的改進(jìn)措施、應(yīng)用前景和發(fā)展方向。關(guān)鍵字：機(jī)械手，液壓系統(tǒng)，仿形車床優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載3AbstractWith the development of modern science and technology, robotic technology is more and more attention, in an increasingly modernized industrial production, the use of robots is becoming more and more popular. Therefore, the research of robot technology becomes more and more urgent, especially the industrial robot. The author of this thesis in this field, designed a lathe feeding manipulator, the robot has two degrees of freedom. First of all, the author according to the requirement of design of the robot, the structure design to choose an optimal scheme for the design of key parts, and check.This research project is a mechanical, hydraulic strong practicability, design of mechanical structure, mechanical mobile phone of hydraulic system in this paper. Finally, summarized the full text, points out the improvement measures, manipulator application prospect and development direction.Keywords: manipulator, hydraulic system, copying latheXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書4目錄摘要 ................................................................2Abstract............................................................3第 1 章 緒論 .........................................................91.1 選題背景及其意義 ............................................91.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 ....................................91.2.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 .........................................91.2.2 國外研究現(xiàn)狀 ..........................................101.2.3 發(fā)展趨勢 ..............................................111.3 本設(shè)計主要研究的內(nèi)容 .......................................11第 2 章 機(jī)械手的總體設(shè)計 ............................................132.1 機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述 ...............................132.2 機(jī)械手的設(shè)計分析 ...........................................132.2.1 設(shè)計要求 ..............................................132.2.2 總體設(shè)計任務(wù)分析 ......................................132.2.3 總體方案擬定 ..........................................16第 3 章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析 ........................................173.1 末端操作器的設(shè)計分析 .......................................173.2 手腕的設(shè)計分析 .............................................173.3 機(jī)身和機(jī)座的設(shè)計分析 .......................................17第 4 章 機(jī)械手各部件的載荷計算 ......................................194.1 設(shè)計要求分析 ...............................................194.2 手指夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計 .........................................194.3 機(jī)身擺動機(jī)構(gòu)載荷力矩的計算 .................................204.4 初選系統(tǒng)工作壓力 ...........................................21第 5 章 機(jī)械手各部件結(jié)構(gòu)尺寸計算及校核 ..............................235.1 手指油缸尺寸的確定 .........................................235.2 機(jī)身擺動機(jī)構(gòu)的確定 .........................................265.3 強(qiáng)度校核 ...................................................26XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書55.4 彎曲穩(wěn)定性校核 .............................................27第 6 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 ..............................................296.1 制定基本方案 ...............................................296.1.1 基本回路的選擇 ........................................296.2 液壓元件的選擇 .............................................306.2.1 液壓泵的選擇 ..........................................306.2.2 液壓泵所需電機(jī)功率的確定 ..............................316.2.3 液壓閥的選擇 ..........................................326.2.4 液壓輔助元件的選擇原則 ................................326.2.5 油箱容量的確定 ........................................346.2.6 液壓原理圖 ............................................34結(jié)論 ...............................................................36參考文獻(xiàn) ...........................................................37致謝 ...............................................................38XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書6第 1 章 緒論1.1 選題背景及其意義隨著工業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動場合必將由機(jī)器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動生產(chǎn)率。通過本課題，讓學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中綜合大學(xué)所學(xué)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識和技能去分析和解決一般工程技術(shù)問題的能力；進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問題、創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題的能力。本課題中仿形車床上料機(jī)械手系統(tǒng)主要采用液壓驅(qū)動。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.2.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動搬運(yùn)小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。我國工業(yè)機(jī)械手的研究與開發(fā)始于 20 世紀(jì) 70 年代。1972 年我國第一臺機(jī)械手開發(fā)于上海，隨之全國各省都開始研制和應(yīng)用機(jī)械手。從第七個五年計劃（1986-1990）開始，我國政府將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展列入其中，并且為此項目投入大量的資金，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機(jī)器人，有由北京機(jī)械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計制造的點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機(jī)器人，沈陽工業(yè)大學(xué)設(shè)計制造的裝卸載機(jī)器人等等。這些機(jī)器人的控制器，都是由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的，同時一系列的機(jī)器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)，編碼器，XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書7DC——PWM 等等。我國的工業(yè)機(jī)械手發(fā)展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等?？梢詫C(jī)械手各運(yùn)動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計制造，又便于跟換工件，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。目前國內(nèi)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鍛造。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(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的要研制示教式機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)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(jī)械手的作用。此外還應(yīng)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(jī)械手，并考慮與計算機(jī)連用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。1.2.2 國外研究現(xiàn)狀國外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)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(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)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(yīng)的變更。如 發(fā)生少許偏差時候，即能更正并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定的成績。1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。不少球面坐標(biāo)式機(jī)械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；同年該公司和普曼公司合并成為萬能制動公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962 年美國機(jī)械鑄造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫 Versatran 機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)，可做點(diǎn)位和軌跡控制：該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這 2 種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。從 60 年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機(jī)器人XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書8相繼在生產(chǎn)中開始應(yīng)用。1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種 Unimation—Vic.arm 型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)：聯(lián)邦德國 Kuka 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制；日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快，應(yīng)用國家最多的國家，自 1969 年從美國引進(jìn)兩種典型機(jī)械手后，開始大力從事機(jī)械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用最多的國家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，主要用于機(jī)械化、自動化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。1.2.3 發(fā)展趨勢現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動機(jī)械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的氣動機(jī)械手。目前世界高端工業(yè)機(jī)械手均具有高精化，高速化，多軸化，輕量化等的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到 3M/S，良新產(chǎn)品可以達(dá)到 6 軸，負(fù)載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相互結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機(jī)械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，從而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。1.3 本設(shè)計主要研究的內(nèi)容本課題研究的機(jī)械手一共擁有兩個自由度，采用全液壓驅(qū)動，本文擬定解決的主要問題如下：1、機(jī)械部分機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手爪、手腕、手臂、支座組成。手爪是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊或是松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指和手臂的元件，可以進(jìn)行回轉(zhuǎn)動作。簡單的機(jī)械手可以沒有手腕，而只有手臂，手臂的動作和手腕相類似，只是動作范圍更大，可以前后伸縮，上下XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書9俯仰和左右擺動等。支柱用來支撐手臂，它是固定的。（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)部分1.運(yùn)動形式方案選擇為實(shí)現(xiàn)不同動作，應(yīng)選取不同方案。本課題已確定采用球坐標(biāo)機(jī)構(gòu)。2.機(jī)身結(jié)構(gòu)機(jī)身采用回轉(zhuǎn)與俯仰結(jié)構(gòu)機(jī)身。實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)的驅(qū)動方案有幾種，擺動油缸驅(qū)動，升縮油缸在上，回轉(zhuǎn)油缸在下。實(shí)現(xiàn)機(jī)身回轉(zhuǎn)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動。3.手腕結(jié)構(gòu)手腕的運(yùn)動方式為回轉(zhuǎn)運(yùn)動，回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用擺動油缸來實(shí)現(xiàn)。4.執(zhí)行結(jié)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計根據(jù)我所設(shè)計的機(jī)械手的要求，抓取同樣用液壓缸驅(qū)動。（2）機(jī)械手驅(qū)動方案采用液壓驅(qū)動，液壓實(shí)現(xiàn)機(jī)身的回轉(zhuǎn)與手腕的回轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，選用液壓馬達(dá)驅(qū)動。手腕回轉(zhuǎn)采用擺動油缸驅(qū)動，手抓的驅(qū)動同樣采用液壓驅(qū)動。XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書10第 2 章 機(jī)械手的總體設(shè)計2.1 機(jī)械手的組成及各部分關(guān)系概述機(jī)械手由三大部分（機(jī)械部分、傳感部分、控制部分）六個子系統(tǒng)（驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)）組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)又主要包括末端操作器、手腕、手臂、機(jī)身（立柱） 。驅(qū)動系統(tǒng)：驅(qū)動器是把從動力源獲得的能量變換成機(jī)械能，使機(jī)器人各關(guān)節(jié)工作的裝置，常見的驅(qū)動形式有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、直流電機(jī)驅(qū)動、交流電機(jī)驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動以及近些年出現(xiàn)的一些特殊的新型驅(qū)動（例如超聲波驅(qū)動、磁致伸縮驅(qū)動、靜電驅(qū)動等） ?？刂葡到y(tǒng)：機(jī)器人的控制方式多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)不同，主要可分為點(diǎn)位控制方式（PTP） 、連續(xù)軌跡控制方式（ CP） 、力（力矩）控制方式和智能控制方式。2.2 機(jī)械手的設(shè)計分析2.2.1 設(shè)計要求該機(jī)械手的動作流程：初始位姿→手爪松開→抓住物體→機(jī)身旋轉(zhuǎn)→手腕旋轉(zhuǎn)90°→放下物體→手腕歸位→機(jī)身回轉(zhuǎn)回到初始位姿。 2.2.2 總體設(shè)計任務(wù)分析(1) 結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計: 機(jī)械手常見的運(yùn)動形式有 1）直角坐標(biāo)型 2）圓柱坐標(biāo)型 3）球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）型 4）關(guān)節(jié)型（回轉(zhuǎn)坐標(biāo)）型 5）平面關(guān)節(jié)型五種 。]1[圓柱坐標(biāo)型是由三個自由度組成的運(yùn)動系統(tǒng)，工作空間為圓柱形，它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動范圍大。直角坐標(biāo)型，其運(yùn)動部分的三個相互垂直的直線組成，其工作空間為長方體，它在各個軸向的移動距離可在坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高，結(jié)構(gòu)簡單，但機(jī)體所占空間大，靈活性較差。球坐標(biāo)型，它由兩個轉(zhuǎn)動和一個直線組成，即一個回轉(zhuǎn)，一個俯仰和一個XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書11伸縮，其工作空間圖形唯一球體，它可以做上下俯仰動作并能夠抓取地面上的東西或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作范圍大的特點(diǎn)，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。關(guān)節(jié)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類似，其前三個自由度都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機(jī)器人一般由和大小臂組成，立柱與大臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動和使大臂作俯仰運(yùn)動，小臂作俯仰擺動，其特點(diǎn)是工作空間范圍大，動作靈活，通用性強(qiáng)，能抓取靠近機(jī)座的工件。平面關(guān)節(jié)型，采用兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)，兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、左右運(yùn)動，而移動關(guān)節(jié)控制上下運(yùn)動。這種機(jī)器人在水平方向上有柔順度，在垂直方向上有較大的剛度，它結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合中小規(guī)格零件的插接裝配。綜上，本次設(shè)計中采用回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型。(2) 自由度的確定：自由度(Degrees of Freedom)，指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動的數(shù)目。在運(yùn)動形式上分為為直線運(yùn)動 P，為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 R。末端執(zhí)行器的執(zhí)行動作不算作機(jī)械手的自由度。自由度數(shù)的多少反映了這種機(jī)械手能完成動作的復(fù)雜程度，根據(jù)對機(jī)械手必須完成的動作的研究，設(shè)計兩個自由度的機(jī)械手即可完成所規(guī)定的工作任務(wù)。(3) 驅(qū)動方式的選擇:1）驅(qū)動系統(tǒng)有液壓驅(qū)動 2）氣壓驅(qū)動 3）電機(jī)驅(qū)動4）機(jī)械聯(lián)動四種，其中液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動較為通用 。]5[液壓驅(qū)動：結(jié)構(gòu)緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐振動、防爆性好。而且液壓技術(shù)比較成熟，具有動力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動等特點(diǎn)。氣壓驅(qū)動：具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價較低、維修方便、清潔等特點(diǎn)，適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中，但對速度很難進(jìn)行精確控制，且氣壓不可太高，所以抓舉能力較低，難于實(shí)現(xiàn)伺服控制。電機(jī)驅(qū)動：步進(jìn)或伺服電機(jī)可用于程序復(fù)雜、運(yùn)動軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手； 異步電機(jī)、直流電機(jī)適用于抓重大、速度低的專用機(jī)械手；電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動力較大，信號檢測、傳遞、處理方便，控制方式靈活，安裝維修方便。但控制性能差，慣性大，不易精確定位。XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書12機(jī)械聯(lián)動：動作可靠，動作范圍小，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，適用于自由度少、速度快的專用機(jī)械手。并且，同其他轉(zhuǎn)動方式相比較，傳動功率相同時，液壓傳動裝置的重量輕，體積緊湊，可實(shí)現(xiàn)無級變速，調(diào)速范圍大。運(yùn)動件的慣性小，能夠頻繁順序換向，傳動工作平穩(wěn)，系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖吸著震，并能自動防止過載。與電氣配合，容易實(shí)現(xiàn)動作和操作自動化，與微電子技術(shù)和計算機(jī)配合，能夠?qū)崿F(xiàn)各種自動控制工作 。液壓元件基本已經(jīng)上系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，利于 CAD 技]4[術(shù)的應(yīng)用、提高工效，降低成本。容易達(dá)到較高的單位面積壓力，較小的體積可獲得較大的出力（推力或轉(zhuǎn)距） 。液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作較平穩(wěn)，可靠，并可實(shí)現(xiàn)較高的位置精度。液壓傳動中，力，速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動控制。液壓裝置采用油液做介質(zhì)，具有防銹性和自潤滑效能，可以提高機(jī)械效率，使用壽命長。綜上，本次設(shè)計采用液壓驅(qū)動。(4) 控制方式的選擇:1）點(diǎn)位控制方式（PTP）2）連續(xù)軌跡控制方式（CP ） 3）力（力矩）控制方式 4）智能控制方式 。]1[點(diǎn)位控制的特點(diǎn)是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上的位姿?？刂茣r只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)相鄰各點(diǎn)之間的運(yùn)動，而對達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡不做任何規(guī)定。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運(yùn)動所需時間。由于其控制方式易于實(shí)現(xiàn)，常應(yīng)用于上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊等工業(yè)機(jī)器人。連續(xù)軌跡控制的特點(diǎn)是連續(xù)的控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的位姿，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度要求內(nèi)運(yùn)動，而且速度可控，軌跡光滑且運(yùn)動平穩(wěn)。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是工業(yè)機(jī)器人末端操作器位姿的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性。常用于弧焊、噴漆、去毛邊和檢測作業(yè)機(jī)器人。力（力矩）控制方式常用于準(zhǔn)確定位并要求使用適度的力或力矩來完成裝配、抓放物體等工作。智能控制方式是通過傳感器獲得周圍環(huán)境的知識，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識庫相應(yīng)做出決策。采用智能控制技術(shù)的機(jī)器人具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性及自學(xué)能XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書13力，技術(shù)難度及成本要求都比較高。綜上，本次設(shè)計采用點(diǎn)位控制。2.2.3 總體方案擬定　因?yàn)楸緳C(jī)械手工作范圍大，位置精度要求高?？紤]本機(jī)械手工作要求的特殊情況，本設(shè)計采用懸臂式二自由度的機(jī)械手： 自由度具體分配如下：1）手臂回轉(zhuǎn)自由度。擬采用液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)，液壓馬達(dá)通過齒輪傳動通過帶動與之相連的缸體也發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)身的回轉(zhuǎn)。其行程角度靠擋塊和限位行程開關(guān)來調(diào)整。2）手腕回轉(zhuǎn)自由度。擬采用擺動液壓缸來實(shí)現(xiàn)。其行程角度靠擋塊和限位行程開關(guān)來調(diào)整。XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書14第 3 章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析3.1 末端操作器的設(shè)計分析工業(yè)機(jī)器人的末端操作器是機(jī)器人直接用于抓取、握緊、吸附專用工具等進(jìn)行操作的部件，根據(jù)被操作工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面形態(tài)各有不同，其形式也多種多樣，大部分末端操作器的結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件專門加工的，常用的有四類：1）夾鉗式取料手 2）吸附式取料手 3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器 4）仿生多指靈巧手 。]1[夾鉗式取料手是工業(yè)機(jī)器人最常用的一種末端操作器形式，在流水線上應(yīng)用廣泛。它一般由手指、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、連接與支承元件組成，工作機(jī)理類似于常用的手鉗。吸附式取料手靠吸附力取料，根據(jù)吸附力的不同分為氣吸附和磁吸附兩種。吸附式取料手應(yīng)用于大平面（單面接觸無法抓?。?、易碎（玻璃、磁盤） 、微?。ú灰鬃ト。┑奈矬w。因?yàn)閷Ｓ貌僮髌骷稗D(zhuǎn)換器和仿生多指靈巧手的技術(shù)難度及成本要求都比較高，故在此不多做介紹。3.2 手腕的設(shè)計分析機(jī)器人手腕是連接末端操作器和手臂的部件，它的作用是調(diào)節(jié)或改變工件方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)器人末端操作器適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。此處手腕需實(shí)現(xiàn)手部的翻轉(zhuǎn)（Roll）動作，腕部結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在手部相對于臂部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動上。3.3 機(jī)身和機(jī)座的設(shè)計分析機(jī)身，又稱為立柱，是支撐手臂的部件，并能輔助實(shí)現(xiàn)手臂的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰運(yùn)動。它是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支承作用。對固定機(jī)器人，直接連接在地面基礎(chǔ)上，對移動式機(jī)器人，則安裝在移動機(jī)構(gòu)上。機(jī)器人機(jī)座可分為固定式和行走式兩種，一般工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座為固定式。固定式機(jī)器人的機(jī)身直接連接在地面基礎(chǔ)上，也可以固定在機(jī)身上。]1[此處要求機(jī)械手的工作范圍比較小，故設(shè)計為固定式機(jī)器人，機(jī)身與機(jī)座XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書15用螺柱連接，機(jī)座用螺栓固定在地面基礎(chǔ)上。機(jī)身設(shè)計要求：1）剛度和強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好 2）運(yùn)動靈活，導(dǎo)套不宜過短，避免卡死 3）驅(qū)動方式適宜，結(jié)構(gòu)布置合理。XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書16第 4 章 機(jī)械手各部件的載荷計算4.1 設(shè)計要求分析本課題設(shè)計的仿形車床上料機(jī)械手采用關(guān)節(jié)型坐標(biāo)系、全液壓驅(qū)動，具有手臂伸縮、俯仰、回轉(zhuǎn)、抓取和手腕回轉(zhuǎn)五個自由度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)由手部抓取機(jī)構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手臂俯仰機(jī)構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和手抓的抓取機(jī)構(gòu)等組成，每一部分均由液壓缸驅(qū)動與控制。4.2 手指夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計中采用四指 V 形結(jié)構(gòu)，指面光滑，避免工件被夾持部位的表面受損。手指的驅(qū)動采用彈簧復(fù)位（單活塞桿）單作用液壓缸，傳動機(jī)構(gòu)采用斜楔杠桿式復(fù)合回轉(zhuǎn)傳動，并在杠桿上裝有張緊彈簧，以保證手指夾緊驅(qū)動液壓缸的復(fù)位 。手指厚度根據(jù)需要夾持的工件設(shè)定，V 形指合攏后的的尺寸為工件被夾]1[持部位直徑的外接正六邊形，保證了機(jī)械手工作時的可靠性。手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)。夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的載荷以及工件運(yùn)動狀態(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) 。]5[手指對工件的夾緊力 計算：NF（4-1）GK321?式中： ——安全系數(shù)，通常取 1.2～ 2.0；1K——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？晒浪悖?= （4-2）2ga?1其中： ——重力加速度；g——運(yùn)載工件時重力方向的最大上升加速度，可計算：a（4-3）響tvmax?——運(yùn)載工件時重力方向的最大上升速度， 0.07 。maxv ?maxvs/XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書17——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時間，一般取 0.3～ 0.5 。響t s——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選3K定。 0.9～ 1.1。?——被抓取工件所受重力（ ） 。GN計算可得： NFGK321? N1608.50.8.93/071. ???????????手指夾緊由單作用液壓缸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)，則手指夾緊缸的載荷為：160夾 緊FN4.3 機(jī)身擺動機(jī)構(gòu)載荷力矩的計算臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動驅(qū)動力矩,應(yīng)根據(jù)啟動時產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支承處的摩擦力矩來計算。回轉(zhuǎn)動時,由于起動過程中不是等加速運(yùn)動,所以最大驅(qū)動力矩比理論上平均值大一些，計算時一般取 1.3 倍。計算時還要考慮液壓馬達(dá)的機(jī)械效率 （ 0.9～ 0.99） ，驅(qū)動力矩按下式計算：m?（4-4）mafTT?/)(3.1??手 臂式中： ——摩擦力矩(包括各支承處的摩擦力矩 ) （ ） ；f mM?——起動時慣性力矩（ ） ，一般按下式計算:a M?（4-5）tJTa????其中： ——臂部對其回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（ ） ；J ?——速度變化量（ ） ；??srd/——回轉(zhuǎn)運(yùn)動起動或制動所需的時間（s）, 一般為 0.1～ 0.5s。對輕載t低速運(yùn)動部件取小值，對重載高速部件取大值，行走機(jī)械一般取=0.5～ 1.5m/s。tv?/在計算臂部部件的轉(zhuǎn)動慣量時，可將形狀復(fù)雜的零件簡化為幾個形狀簡單的零件，分別求出各簡單零件的轉(zhuǎn)動慣量。若零、部件沿臂部伸縮運(yùn)動方向上XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書18的軸向尺寸與其重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離比值不超過二分之一時，一般可把它當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來計算，這樣簡化計算的誤差不超過 5%。經(jīng)過計算可得如下結(jié)果：0?fTmNtJTa ?????6.235.)284.(?=maf?/)(3.1手 臂 ??.189/(314.4 初選系統(tǒng)工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限制的設(shè)備，壓力選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。選擇可參考一下兩表：表 4-1 按載荷選擇工作壓力 ]9[載荷/KN 50工作壓力/MPa80 時，導(dǎo)向套滑動面長度 （0.6 ～ 1.0） 。為了減少加工難度，Dm?Ad]9[一般液壓缸缸筒長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20～ 30 倍。根據(jù)以上原則并聯(lián)系實(shí)際工況取夾緊液壓缸缸筒長度 160 。Lm缸筒是液壓缸中最重要的零件,它承受液體作用的壓力,其臂厚 需進(jìn)行計算。?活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時，為避免發(fā)生縱向彎曲，還要進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。中、高壓缸一般用無縫鋼管作缸筒，大多數(shù)屬薄壁微，即 ≥10 時，其4qv?最薄處的壁厚用材料力學(xué)薄壁圓筒公式計算壁厚，即：（5-8）pD??2max??式中： ——缸筒內(nèi)最高工作壓力；p——缸筒材料的許用應(yīng)力，由下式可計算：?XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書23=（5-p?bn9）式中： ——材料的抗拉強(qiáng)度，查機(jī)械手冊得 610MPa；b?——安全系數(shù)，當(dāng) ≥10 時一般取 =5；當(dāng) 17.5MPa 時，取 n=4。管頭連接螺紋根據(jù)油管外徑選取。（3）液壓缸進(jìn)出油口直徑的確定缸的進(jìn)出油口直徑 可用下式求得：0d（6-6）vq?/4?式中： q——液壓缸配管內(nèi)的流量；v——液壓缸配管內(nèi)液體的平均流量（一般取 v=4～ 5m/s） 。計算得出的 數(shù)值并按液壓的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。0d6.2.5 油箱容量的確定在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，郵箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。根據(jù)油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式：（6-17）Vqa??式中： ——液壓泵每分鐘排除壓力油的容積（ ） ；Vq 3m——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見下表。a表 6-3 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) a ]10[系統(tǒng)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金系統(tǒng)a 1～ 2 2～ 4 5～ 7 6～ 12 10計算可得油箱容量： LqaV213????選用規(guī)格為 250L 的油箱。6.2.6 液壓原理圖液壓系統(tǒng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信號控制相應(yīng)的電磁換向閥或電液動換向閥，按程序依次步進(jìn)動作，液壓系統(tǒng)的工作順序是由控制各個液壓XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書32缸換向閥的電磁鐵的得失電來工作的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定位和緩沖是機(jī)械手工作平穩(wěn)可靠的關(guān)鍵。從提高生產(chǎn)率來說，希望機(jī)械手正常工作速度越快越好，但工作速度越高，啟動和停止時的慣性力矩就越大，這不僅會影響到機(jī)械手的定位精度，嚴(yán)重時還會損傷機(jī)件。因此為達(dá)到機(jī)械手的定位精度和運(yùn)動平穩(wěn)性的要求，一般在定位前要采取緩沖措施。 該機(jī)械手手指夾緊由壓力傳感器控制力度，保證工件不被抓傷也不會在搬運(yùn)過程中掉落；手臂伸縮和手臂俯仰由行程開關(guān)適時發(fā)信號，提前切斷油路滑行緩沖并定位；手臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)由擋鐵定位保證精度，端點(diǎn)到達(dá)前發(fā)信號切斷油路。機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動作時間、運(yùn)動速度和加減速度等，控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種，目前以點(diǎn)位控制為主，占90%以上。本設(shè)計中機(jī)械手的控制可采用可編程控制器（PLC）來進(jìn)行順序點(diǎn)位控制。PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它把計算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，而其本身又具有體積小、質(zhì)量輕、耗電省等特點(diǎn) 。為了增強(qiáng)機(jī)械手使用的靈活性，可將機(jī)械手的工作]12[方式設(shè)置為手動和自動兩種方式，其中自動方式又包括連續(xù)、單周期、單步這幾種工作方式。此處不多作介紹。XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書33圖 6-1 液壓原理圖結(jié)論本文設(shè)計了一個仿形車床上料機(jī)械手。本次設(shè)計的主要任務(wù)是完成機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計以及液壓系統(tǒng)設(shè)計，主要工作包括：（1）通過查閱有關(guān)資料，簡單介紹了國內(nèi)外機(jī)器人（機(jī)械手）的歷史及發(fā)展概況，介紹了目前機(jī)器人的幾種分類形式，列舉出了在生產(chǎn)、生活上和高科技領(lǐng)域中幾種常見的機(jī)器人。（2）根據(jù)本課題的給定的依據(jù)，提出了采用五個自由度機(jī)械手的方案，經(jīng)過分析和論證，證明了這種結(jié)構(gòu)的可以滿足工作要求。（3）對機(jī)械手的驅(qū)動力和力矩進(jìn)行計算，根據(jù)液壓驅(qū)動的特點(diǎn)和實(shí)際工作需要，提出采用液壓驅(qū)動的方案，并通過比較、擇優(yōu)，證明這種驅(qū)動方案是最佳的。（4）根據(jù)實(shí)際的工作要求，選取適宜的液壓元件并對其進(jìn)行校核，最終確XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書34定所需液壓元件的尺寸、材料等，并畫出了各主要部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。參考文獻(xiàn)[1] 郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社.2008-7.7～11，15，19，26～30，40，44～45，51，68，79～84，91[2] 原魁.工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].工廠自動化.2007.第 1 期.34～38[3] 周壽明，鄧成良 .可用于生產(chǎn)線的工業(yè)機(jī)器人研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2008.第27 期.59-61[4] 羅璟，趙克定，陶湘廳，袁銳波.工業(yè)機(jī)器人的控制策略探討[J]，機(jī)床與液壓.2008-10.第 10 期.95～100[5] 張新聚，曹慧勤，楊雪.程控通用機(jī)器人設(shè)計[J].液壓與氣動.2007.第 2 期.63～64[6] 李文明.機(jī)械手的研究與設(shè)計[D]. 武漢：華中科技大學(xué).2007[7] 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