三自由度工业机器人的设计

1、工业机器人摘 要 本文是关于三自由度工业机器人的设计。首先对工业机器人做了简单的概述；接着根据要求拟定了整体的设计方案，然后对主要的零部件结构和尺寸进行了设计，其中重点对手爪、小臂、立柱及底座的结构和采用的驱动方式进行了设计(手爪和小臂采用组合式液压缸完成了左右伸缩运动，立柱采用柱塞式液压缸完成了上下垂直运动，底座采用摆动液压缸完成了旋转运动)，最后简单设计了液压泵、电机的选择和机器人的控制。工业机器人在工作中不仅提高了工作效率，而且能大大减少人为所造成的成本浪费，它正开始改变现代化工业的面貌。 关键词：工业机器人，三自由度，液压缸INDUSTRIAL ROBOT DESIGNABSTRACT

2、This text is concerning the industrial robot of three freedom degrees of design.Did to in brief and all say to the industrial robot first;Immediately after according to request to draft an overall design project, then carried on a design to the main parts structure and the size, among them, the poin

3、t designed hand claw, small arm and sign the drive of structure and adoption of pillar and base method(hand claw and small arm adopted a sectional liquid to press an urn to complete or so flexible sport and signed the pillar adoption pillar fill type a liquid to press an urn to complete top and bott

4、om perpendicular sport, base adoption swing the liquid pressed an urn of completion to revolve sport) and at last in brief designed the control that the liquid press the choice of pump, electrical engineering and robot.The industrial robot not only raised a work efficiency, but also can consumedly r

5、educe the cost waste result in by factitiousness in the work and it was starting change a modern industrial feature.KEY WORDS: Industrial robot, three freedom degree, the liquid presses an urn目录前 言1第1章 概述31.1 机器人概述31.2 机器人的历史、现状51.3 机器人发展趋势7第2章 工业机器人的总体设计92.1 工业机器人总体方案拟定92.2 驱动方式的选择9第3章 工业机器人的机械系统设计

6、123.1 手部的设计123.1.1 手爪的设计123.1.2 手部螺栓的选择143.2 小臂的结构与设计153.2.1 小臂的结构153.2.2 伸缩液压缸的设计163.3 立柱的结构与设计183.3.1 立柱的结构183.3.2 柱塞式液压缸的设计183.4 底座回转台的设计203.5 摆动液压缸的设计223.6 液压泵、电机的选择22结论25谢 辞26参考文献27前 言随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，自动化控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制，计算机系统，机器人等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移

7、向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工，大大降低了劳动力，并且大大增加了工作效率和降低了产品的成本，对现代社会发展起到非常重要的作用，但现在的工业机器人只是在危险作业（广义的）、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的环境。还有它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制造（CIM）要求机器人系

8、统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在EPROM中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。由于种种原因，我国的工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术

9、，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。国内通过“七五”机器人技术攻关，已具备了生产国产机器人的基础，但国产机器人无论在技术上，还是可靠性上，都与国外机器人差相当一段距离，要尽快缩短这种距离，必须走一条开放型的自主科研道路。本设计根据所需的要求和实践理论分析，设计了整个系统由液压驱动的三自由度机器人，使工件经一条流水线运送至指定位置，机械手在规定时间内把工件沿指定路线搬运到另一条流水线上，再由这条流水线将工件运走。 第1章 概述1.1 机器人概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生

10、产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用

11、机器人，而把工业机械人称为通用机器人。简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator）。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机

12、器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动传动系统；

13、像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动传动系统和控制系统这三部分组成，如图 1-1 所示。图1-1 机器人的一般组成机器人的机械系统主要由执行机构和驱动传动系统组成。执行机构是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作任务。驱动传动系统主要包括驱动机构和传动系统。驱动机构提供机器人各关节所需要的动力，传动系统则将驱动力转换为满足机器人各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。有的文献则把机器人分为机械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中的机械系统又叫操作机(Manipu

14、lator)，相当于本文中的执行机构部分。1.2 机器人的历史、现状机器人首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使

15、机器人具有感觉机能。第三代机器人（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一环。随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。国际工业机器人会议ISIR决定每年召开一次会议，讨论和研究机器人的发展及应用问题。目前，工业机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的

16、需要。使用工业机器人代替人工操作的，主要是在危险作业（广义的）、多粉尘、高温、噪声、工作空间狭小等不适于人工作业的环境。在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的生产过程。计算机集成制

17、造（CIM）要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，一般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在EPROM中，这种专用系统很难（或不可能）集成外部硬件和软件。修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。美国工业机器人技术的发展，大致经历了以下几个阶段：（1）1963-19

18、67年为试验定型阶段。1963-1966年，万能自动化公司制造的工业机器人供用户做工艺试验。1967年，该公司生产的工业机器人定型为1900型。（2）1968-1970年为实际应用阶段。这一时期，工业机器人在美国进入应用阶段，例如，美国通用汽车公司1968年订购了68台工业机器人；1969年该公司又自行研制出SAM新工业机器人，并用21组成电焊小汽车车身的焊接自动线；又如，美国克莱斯勒汽车公司32条冲压自动线上的448台冲床都用工业机器人传递工件。（3）1970年至今一直处于推广应用和技术发展阶段。1970-1972年，工业机器人处于技术发展阶段。1970年4月美国在伊利斯工学院研究所召开了第

19、一届全国工业机器人会议。据当时统计，美国大约200台工业机器人，工作时间共达60万小时以上，与此同时，出现了所谓了高级机器人，例如：森德斯兰德公司（Sundstrand）发明了用小型计算机控制50台机器人的系统。又如，万能自动公司制成了由25台机器人组成的汽车车轮生产自动线。麻省理工学院研制了具有有“手眼”系统的高识别能力微型机器人。其他国家，如日本、苏联、西欧，大多是从1967，1968年开始以美国的“Versatran”和“Unimate”型机器人为蓝本开始进行研制的。就日本来说，1967年，日本丰田织机公司 引进美国的“Versatran”,川崎重工公司引进“Unimate”，并获得迅速

20、发展。通过引进技术、仿制、改造创新。很快研制出国产化机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。经过大约10年的实用化时期以后，从1980年开始进入广泛的普及时代。我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。1.3 机器人发展趋势国内各行各业对机器人的需求将越来越多，国内市场将稳步增长，根据目前的现状，我国机器人近几年发展的形式将会怎样呢？根据我们的分析将会呈现如下几个特点：1从国际市场来看，机器人工业是一种高投入低赢利的产业，市场竞争极为激

21、烈，机器人工业必须上一定规模才有利润可言，才有必需的开发投入，才能走上良性循环的发展道路。世界上机器人产量最大的三家公司年产机器人数均超千台以上，其中ABB公司达到9000台，安川电机公司近2500台，KUKA公司近2000台，从国内现状来看，大公司、大企业通过与外国机器人公司合资合作，引进技术和资金，逐步规模化生产机器人，把国内机器人产业推向一个新的阶段，其中有代表性的，如首钢集团公司与安川电机公司合资的首钢莫托曼公司、唐山电子设备厂与松下电器公司合资的唐山松下产业机器有限公司、东风汽车公司与德国KUKA公司合作、济南二机床公司与美国ISI机器人公司合作等等。这些合资合作的开展，将会有效地推

22、动中国机器人工业的进步，全面促进中国机器人工业水平的提高，但是它也会和其他外国机器人公司一样，冲击中国机器人市场，影响具有自主开发能力的中国机器人产业的形成，也会使国内其他的机器人生产厂家面临一种严峻的挑战。2由注重机器人单机开发过渡到成套开发机器人应用系统生产机器人多的大型公司，可以凭借规模优势，占据较大的市场份额，形成规模效益，而一些中小公司要想在激烈的市场竞争中求得生存，必须具有自己的特色。国外许多中小公司把自己的市场定位在机器人系统集成或某些有特长领域，从而形成自己的局部优势，在市场中求得生存和发展，如奥地利IGM公司以向用户提供大型机器人焊接系统著称，机器人在系统中只占售价的1/3左

23、右，卖单台机器人赢利甚微，而卖机器人系统却赢利可观。意大利COMAU公司以承接压机生产线见长，在这里，机器人系统是促销售的关键。我国国内机器人生产厂家规模大都较小，甚至谈不上规模，而国内一般企业又没有能力将机器人有效地集成到生产系统中去，因此，那些进行系统集成并向用户提供一条龙服务的公司，在机器人市场中将有较强的竞争力。国内机器人生产厂家中北京机械工业自动化研究所，以承接涂装自动化生产线见长，累计产值近2000万元，中国科学院沈阳自动化研究所承接焊接生产线，累计产值近5000万元，哈尔滨工业大学机器人研究所的机器人码垛生产线正在产业化，累计产值超千万元。3机器人开发走开放型科研之路国内通过“七

24、五”机器人技术攻关，已具备了生产国产机器人的基础，但国产机器人无论在技术上，还是可靠性上，都与国外机器人差相当一段距离，要尽快缩短这种距离，必须走一条开放型的自主科研道路。1）多方筹措开发资金，通过政府部门投资、用户单位投资、自我积累、外商投资、银行贷款等形式，筹措国产机器人的开发资金。2）消化和利用国外机器人技术、资料、样机和关键元器件，为我所用。3）选择引进国外质量可靠的机器人零部件和元器件。4）大力开展国内合作，利用国内技术优势，开发具有中国技术特色的国产机器人产品。5）注意机器人产品的高可靠性，使国产机器人的可靠性与国外机器人具有可比性，同时要做到低成本、易操作。第2章 工业机器人的总

25、体设计 2.1 工业机器人总体方案拟定本设计为三自由度工业机器人，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作，以实现自动化，减少人工劳动量,本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。如2-1图所示其为两传送带上的工件搬运：工件经流水线1运送至指定位置，机械手在规定时间内把工件沿弧线3搬运到流水线2上，再有流水线2将工件运走。图2-1 工件搬运图2.2 驱动方式的选择机器人常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表2-1表2-1三种驱动方式的特点对照内容驱动方式液压驱动气动驱

26、动电机驱动输出功率很大，压力范围为50140Pa大，压力范围为4860较大控制性能利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速、高精度的连续轨迹控制控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂响应速度很高较高很高结构性能及体积结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小伺服电动机易于标

27、准化，结构性能好，噪声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题安全性防爆性能较好，用液压油作传动介质，在一定条件下有火灾危险防爆性能好，高于1000kPa(10个大气压)时应注意设备的抗压性设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差对环境的影响液压系统易漏油，对环境有污染排气时有噪声无续表2-1三种驱动方式的特点对照在工业机器人中应用范围适用于重载、低速驱动，电液伺服系统适用于喷涂机器人、点焊机器人和托运机器人适用于中小负载驱动、精度要求较低的有限点位程序控制机器人，如冲压机器人本体的气动平衡及装配机器人气动夹具适用于中小

28、负载、要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机器人，如AC伺服喷涂机器人、点焊机器人、弧焊机器人、装配机器人等成本液压元件成本较高成本低成本高维修及使用方便，但油液对环境温度有一定要求方便较复杂机器人驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求有：1）驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高；2）反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁地起、制动，正、反转切换；3）驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小；4）安全可靠；5）操作和维护方便；6）对环境无污染，噪声要小；7）经济上合理，尤其要尽量减少占地面积。经上述分析此工业机器人采用

29、液压驱动的方式。其中，机座采用摆动液压缸同完成驱动旋转动作，小臂及手爪采用伸缩组合液压缸完成动作，大臂采用柱塞式液压缸完成升降动作。第3章 工业机器人的机械系统设计3.1 手部的设计3.1.1 手爪的设计（一）、最大夹紧力计算查表知钢和钢之间的摩擦系数为物重 （3-1）最大夹紧力F由公式得， （3-2）=100/0.15666.7N手指加紧力计算 （3-3） 其中：K1为安全系数，1.2-2，；K2为工作情况系数，可按K2=1.1-2.5，或估算（a为机械手在搬运工件过程的机速度）；K3位方位系数，即当手爪处在不同位置夹取工件，不同放置位置时的系数，按1.5计算；G为被抓取工件的重量。 (二)

30、、受力分析图3-1 受力分析图 如3-1图，在活塞杆推力作用下，由于为水平方向力，可算出活塞杆推力F（三）、手部夹紧V型块结构及尺寸图3-2 V型块结构图如图3-2其中块与支座端用M10螺栓连接。块与手部活塞通过两个M6螺栓及连接块连接。根据所夹取工件的大小取两V型块张开角度均为120度。（四）结构设计及强度计算图3-2中2所示指座在工作中用来定位并承受V型块及自身重力和活塞的推力，因此其强度必须满足工况需要。利用抗弯强度校核计算指座系数, （3-4）而 选取材料 Q235，其抗弯强度 ，则对于矩形截面来说 （3-5）取指座厚度为，宽度为，即能完全能够满足工况要求。从而得手抓的具体形状如图3-

31、3所示。图3-3 手爪结构图1指端部螺栓 2指架 3连接螺栓 4活塞杆 5连接块3.1.2 手部螺栓的选择经计算型块固定处螺栓受切应力最大为 选择材料Q235， 4.6级螺栓，查表得其抗剪强度为48Mpa根据螺栓抗剪强度计算螺栓直径 圆整为 由于块自身重力不大，圆整后根据配合要求取M10 x 40的螺栓即可完全满足使用要求。块处两螺栓主要用于连接活塞与块，并受到所夹取的工件因重力而产生的剪应力。经计算块固定处螺栓受切应力最大为 F=150N选择材料Q235， 4.6级螺栓，查表得其抗剪强度为20根据螺栓抗剪强度计算螺栓直径 圆整为 根据配合要求取M6 x 30的螺栓即完全满足。3.2 小臂的结

32、构与设计3.2.1 小臂的结构小臂采用液压驱动，可水平伸缩距离400，移动速度约0.2。在此设计中与手抓共同采用伸缩套筒组合液压缸驱动。如图3-4所示：图3-4 组合液压缸该伸缩缸是两级夹紧液压缸，其中小臂2的活塞就是手抓夹紧缸1的缸筒。伸缩缸逐个伸出时，有效工作面积逐渐减小，当输入流量相同时，外伸速度逐渐增大；当负载恒定时液压缸的工作压力逐次增高。空载缩回的顺序是从手抓夹紧缸1缸到小臂缸2缸，收缩后液压缸总长度较短，结构紧凑，适用于安装空间受到限制而要求很长的场合。在此用做两传送带上的圆柱型工件搬运工作非常合适。3.2.2 伸缩液压缸的设计根据最大总负载和选取的工作压力来确定活塞杆的直径经分

33、析液压缸的最大工作力为F = 666.7N由于手爪是靠推力夹紧的，所以驱动液压缸的活塞杆选用材料45钢 查表得，由 (3-6)取 得 又得 活塞杆稳定校核欧拉公式 （3-7）由于此活塞杆是一端固定，一端铰接，所以 根据结构要求取 查表得 HT-15的弹性模量 取 又 （3-8）为了更安全，取 =7 得 （3-9）而得根据GB/T-2348-1993圆整得 液压缸参数确定由 得缸内径 根据GB/T-2348-1993圆整得由得活塞宽度导向套长端盖厚度外径根据GB/T-2348-1993 选取由伸缩套筒液压缸特点知此液压缸外缸径即为小臂外缸的活塞杆.根据此特点来设计外缸尺寸如下:在考虑尺寸配合上内

34、径取即手抓外缸径上活塞直径为根据伸缩套筒液压缸构造特点外缸端盖厚度取3.3 立柱的结构与设计3.3.1 立柱的结构根据所设计机器人特点,立柱大臂须带动横梁上所有部件及工件升降.因此,考虑到精简机器人元件,减低成本,将活塞杆端部直接与横梁托板连接起来,这样既减少了使用元件,又减轻了总体重量、节约了成本,同时也减小了立柱活塞杆所承受的压力.由于其需要较大的活塞杆来完成这一动作,综合比较各种液压缸特点,在此选用柱塞式液压缸.3.3.2 柱塞式液压缸的设计根据设计的横梁各部分形式通过计算,得出活塞杆工作时所承受的总压力为 由于工作时有液压油及惯性力的存在，故取F时要大些。根据最大总负载和选取的工作压力

35、来确定活塞杆长度要求初算活塞杆直径经分析液压缸的最大工作力取由于手爪是靠推力夹紧的，所以驱动液压缸的活塞杆选用材料45号钢 查表得 ，由式（3-6） 取 得又 得活塞杆稳定校核 欧拉公式 由于此活塞杆是一端固定，一端铰接，所以 根据结构要求取 查表得 HT-15的弹性模量 取 又式（3-8）为了更安全，取 得而 得根据GB/T-2348-1993圆整得 液压缸参数确定由得缸内径根据GB/T-2348-1993圆整得由得活塞杆密封圈外径为导向套长上端盖厚度3.4 底座回转台的设计1.计算转动惯量将横梁等效成74700的均匀直杆，估算出其总质量为（包括工作时的夹持的工件）其转动惯量为 （3-10）

36、 由于其形心距立柱有效距离为 由平行轴定理得出横梁相对立柱形心的转动惯量 （3-11） 将立柱视为901200的均匀圆柱，估算其质量则其转动惯量为 （3-12） 则底座托盘以上整体的转动惯量为 2.起动转矩计算（一）、立柱角速度计算若要求立柱在0.1秒内速度由0增大到15r/min，则 （3-13）角速度= 0.5/0.1= (二)、起动转矩 （3-14）3.最小轴径计算与键校核（一）、最小轴径计算根据轴的抗扭强度计算最小轴径,选择材料45号钢，查表得其抗扭强度由于 （3-15）又截面系数 （3-16）所以 又轴有一个键槽就削弱抗扭强度3%，故 圆整得 3.5 摆动液压缸的设计（一）.外径计算

37、此液压马达是用于驱动立柱往复回转180的机构，由公式 （3-17）取马达容积高轴径工作压力背压工作效率 则取 （二）.叶片设计叶片设计如下图，带键槽的通孔套在底座托盘轴径为38的轴上，与之配合。叶片厚度为10mm。（三）.紧固及连接方案上下缸盖与缸筒之间采用毛毡密封，并用8个M8的螺钉紧固；至于缸体与底座的连接，用8个M10的螺栓连接，为防止两组螺栓孔削弱缸体上端盖的强度，特将两组螺栓孔错开45。3.6 液压泵、电机的选择(一).流量计算、手爪驱动缸流量计算若要求手爪在1秒内抓取并夹紧工件，则手爪运动速度 则手爪驱动缸的流量 /4 （3-18） (二)、横梁驱动缸的流量计算 (三)、立柱液压缸

38、的流量计算 (四)、底盘液压缸流量计算= 则总流量为 (二).选择液压泵为实现用一个液压泵给这几个液压缸供油，需要选择一个大流量的液压泵，根据液压泵产品列表选择CB-32型液压泵，其相关参数为额定排量 32.1 ml/r 额定转速 1500 r/min额定压力 10 mpa额定功率 9.8 kw质量 6.4 kg算得其额定流量 满足此液压系统流量要求。(三).选择电机根据液压泵功率选择合适的电机，查电机产品列表选择Y160M-4 型电机，其相关参数如下：额定功率 11 kw满载转速 1460 r/min额定电压 380 V机械效率 88% 结论本次设计所做的主要工作有：1总体方案的确定。经综合

39、考虑，确定采用液压驱动形式，具有立柱相对于机座的旋转，手部的水平伸缩运动和立柱的上下垂直运动三个自由度的运动，使整体的结构小型化，2机械结构设计研制。机械结构比较复杂，从整体布局来看，实现了模块化，大量采用标准化通用元配件，从而使成本大为降低，具有显著的技术经济性。各自由度自成体系，又能协调的组织在一起，其各个部分连接处线条分明、直观性好，其各个部件可以分别拆卸，快速更换，方便维修。由于设计者的水平有限，有许多的问题需要改善，例如底座设计时可才用谐波减速器和电机配合来完成立柱的旋转动作，因为它的承载能力大，可以使整个系统工作起来更加的平稳。综上，通过近三个月的毕业设计，经过资料的收集、方案的选

40、择比较和论证，到分析计算，再到工程图纸的绘制以及毕业设计论文的撰写等各个环节，我对大学三年所学的知识有了一个深层次的理解，同时对工程的理解更加深刻和准确。谢 辞本次毕业设计工作是在葛老师的耐心指导和悉心关怀下完成的。他那丰富的专业知识和经验以及对专业孜孜不倦的敬业态度让我感触很深。他给予了我们充分的指导，并且还培养了我们独立思考问题的能力。从他身上,我不仅学到了很多专业方面的知识,还学到了一种严谨的求知精神。所有这些都将成为我们以后继续学习的榜样。为此，学生对您表示衷心的感谢和深深的敬意！同时在设计的过程中，很多的同学和老师给予了我很大大的帮助。在这难忘的三个多月中，没有他们的支持，我的设计不

41、可能这样顺利的完成。在此，对这些同学和老师也表示衷心的感谢！在我查找资料的过程中，得到了学校图书馆有关人员的大力支持，给我们提供了必要的资料，使我的设计工作得到了顺利进行，并最终按时完成了毕业设计任务。在此，也一并对他们的热心帮助表示感谢！参考文献1 成大先. 机械设计图册1-6.北京：化学工业出版社,20002 王守城 段俊勇. 液压元件及选用.北京：化学工业出版社,20073 刘力.机械制图（第二版）.北京：高等教育出版社,20064 郑志祥 张磊等.机械零件第二版.北京：高等教育出版社,2006 5 王昆 何小柏等.机械设计基础课程设计.北京：高等教育出， 20066 沈鸿.机械工程手册

42、5、6.北京：机械工业出版社,1983 7 宋昭祥.机械制造基础.北京：机械工业出版社,20068 马永林.机械原理教程.北京：高等教育出版社,2006 9 宗伟刚.机器人机械系统原理理论方法和算法.北京：机械工业出版社，2003 10 周士昌.机械设计手册4.北京：机械工业出版社,200011 徐嘉元 曾家驹.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社,200712 张利平. 液压传动系统及设计.北京：化学出版社,2005 13 陈于萍 周兆元.互换性与测量技术基础.北京：机械工业出版社,2007 14 丁树摸 周骥平.液压传动.北京：机械工业出版社,2007 15 梁俊有 李洪波.CAD工程设计

43、.内蒙古：远方出版社，200516 濮良贵 纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，2001e马,陪F?lm嫄W圹獑?N?)?0?q?3拞屓?p勌m:b5a漬璺1疆lv0瘩艌v?2屘b瘌Tq 妋4UK袢,疀薤,A6玭$? $徤?|?罪=T?G驳op1尚懇袹戦疈u圻?赓O?a?*p懡0L)w懱拽?E?/扢?9镃/潺hR烞b蔔Ye嚁剂Bb?捚?悭曥T?UFUZ!醋MM蘇g壶鲦伸?qfg%厧1t? 戯愤焿驆罳騙萡P?躀cP縮蒕?nP砫 ?C?Z豸值?橒忋喏曚NI耔nENB峢mT鸏s眑+?該|紖?!汩?脍f抙氄宨澻S箔XM竴玐訨?V?脶?,B衹絵2n吞輷匽e马e马,陪F?lm嫄W圹獑?N?)?0?q?

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