上下料搬运机械手结构设计

1、本科生（设计）题目：上下料搬运机械手结构设计姓名：陈*别：机电工程系系专业：机械设计制造及其自动化级：09号：MDA09*年学指导教师：林*：讲师2013 年 5 月 10 日性兹呈交的设计），是本人在导师指导下完成的研究成果。除文中已经明确标明或参考的内容外，本（设计）不包含任何其他个人或集体已经或撰写过的研究成果。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。人（签名）：日期：2013 年 5 月 10 日上下料搬运机械手结构设计摘要 机械手是在自动化生产过程代替人力使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，根据人的手部动作进行模拟，设定程序，按照设定的路径执行抓取搬运操作的目的，它特

2、别是在高温，高压，多粉尘，易燃，易爆，放射性等恶劣环境中，以及单调繁琐作业中代替人作业降低劳动强度，在实际中应用颇，目前机械手被广泛应用于工业领域中。一般机械手由三大部分组成，分别是执行机构，驱动系统，系统以及检测装置，智能机械手还应该有感觉系统智能系统。本文平面关节型机械手采用一个回转关节和两个移动关节；回转关节左右运动，而移动关节则实现上下运动与抓取。本文中介绍了平面关节型机械手的设计理论与方法，在力学计算的基础上进行结构分析，详尽的讨论了平面关节型机械手的手部、手臂以及机身等主要部件从最初构想到设计计算，从设计计算到三维建模的结构设计。 机械手平面关节型结构设计Plane joint t

3、ype manipulator structure designAbstract Manipulator is a kind of grasping and moving the workpiece function of automation devices in the automation of the production process, it mimics the human hand movement, according to a given program, track and the requirement to achieve the purpose of graspin

4、g handling operation, it is especially in high temperature, high pressure, dust, flammable, explosive, radioactive and other harsh environment, and instead of bulky monotonous frequent operation operation so widely, the SCARA manipulator is widely used in industrial field. The manipulator generally

5、by the implementing agencies, drive system, control system and detecting device is composed of three parts, the intelligent manipulator should also have the intelligence system of sensory systems. In this paper, SCARA manipulator using a rotary joints and two mobile joint; rotary joint control about

6、 motion, realizes movement and crawl under the joint movement. This paper introduces the design theory and method of plane joint type manipulator, based on mechanics calculation of structure analysis,discussed in detail the major components of the SCARA manipulator's hand, arm and the thought of

7、design from the original structure, from the design calculation to the structure design of 3D ming.Keywords manipulator,plane articulated,structure design目录引言.1第 1 章 概论.21.1 选题背景.1.2 设计目的.1.3 发展现状和趋势.222第 2 章 机械手的组成.42.1 执行机构 .2.2.1 手部 .444445552.1.22.1.32.1.42.2 驱腕部.行走机构.构 .2.3机构 .2.4 机械手分类.第 3 章 机

8、械手总体设计.73.1 主要技术参数 .3.2 主要部件及其运动 .3.3 总体结构设计 .777第 4 章 手部设计.94.1 确定手部结构 .4.2 手部受力分析 .994.3 手部夹紧力的计算114.4 手部夹紧缸的设计计算114.4.14.4.24.4.3夹紧缸主要的计算11缸体结构及验算12活塞杆的设计计算12第 5 章 手臂的设计145.1 设计时注意的问题145.2 手臂结构的设计145.3 手臂整体结构图.15第 6 章 机身的设计.166.1 设计时注意的问题 .6.2 机身的升降回转运动.6.2.1 机身升降运动 .6.2.2 机身回转运动 .161616161717196

9、.2.36.2.4升降缸设计计算 .摆动缸设计计算 .6.3 机身整体结构图.第 7 章系统设计.207.17.2系统简介.系统方案设计.202020202121227.3 机械手7.3.17.3.2 速度7.3.3 方向系统的回路设计.回路 .回路 .回路 .7.4传动动作流程 .结论.23致谢语.24参考文献.25附录部零件建模图.26附录二机身零件建模图.30附录三装配建模效果图.34附录四机械手零件图与装配图.37引言在工业化自动化快速全面发展的今天提高工作效率，时间就是一切，手工劳作已经要求，必须利用新兴自动化设备代替人工作业提高生产工作效率，机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设

10、定的程序，轨迹或其他要求，代替人力实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。早在二十世界五十年代就已经投入用于生产，上下料机构是最早的机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化，随着应用范围的不段扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动，减轻工人的劳动强度，劳动条件，提高劳动生产率。平面关节型人又称SCARA型装配人，是Selective Compliance Assembly RobotArm的缩写，意思是具有选择柔顺性的装配人手臂。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小

11、规格零件的插接装配，如在电子工业零件的插接、装配中应用广泛。第 1 章 概论1.1 选题背景依据国际中应用颇人IFR 统计目前机械手应用已经越来越多元化，特别是在工业行业，近年来各先进为了提升机械手的技术水平都在推广人相关产业建立相关，机械手应用日益广泛，可用于组装零件，搬运工件，装卸，特别在自动化生产线上应用更。目前，机械手已发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC中一个重要组成部分。把生产流水线和机械手共同一个柔性系统或柔性制造单元，可以大大降低劳力，省去大部分装置，提高工作效率，不但结构紧凑，而且有很强的适应性。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距

12、离，应用规模和水平的提高，从重要意义。水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有1.2 设计目的目前，我国大多数工厂生产流水线上零件的组装搬运移动大多数都由人工来完成，其劳动强度之大容易疲惫发生种种问题，一旦生产线上某一环节出了问题整条生产线都将滞停, 在生产自动化快速化发展的今天已经生产要求，为了更快更好的提高工作效率，降低成本，把生产线发展成柔性制造系统，机械手精度与耐用性上可以减少许多人为的不可预见的问题，适应现在自动化生产要求代替人工作业，适应生产自动化要求，生产工艺，结合生产线实际结构，整合大学四年所学机械知

13、识，设计一台生产线上下料机械手代替人工作业，提高劳动生产率。1.3 发展现状和趋势目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：1机械手结构正向着模块化可重构化发展。2机械手系统逐步向着可编程器方向发展，便于网络化、标准化；提高器件的集成度，结构小巧，采用模块化的结构，有效提高了机械系统可靠性、操作性，而且便于维修。3机械手中传感器的应用日益加重，除了传统的速度、度、位置等传感器外，还引入了视、听、触觉等传感器，朝着智能化方向日益发展。4各式各样的机械手标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形复合机构、伺服轴轨迹、系统等研究开发。5搬运、装配、切割、焊接等

14、工作的机械手模块化、通用化、系列化、标准化研究；以及系统动态和离线示教编程。总的来说，机械手朝着两大方向发展：1.机械手日益智能化，多传感器、器，以及先进复杂的电控系统和算法；2.生产，性价比高，在满足要求的基础上，不断追的、可靠、简介，大量的采用工业器，模块化，市场化的元件。第 2 章 机械手的组成工业机械手执行机构、驱构和机构三部分组成。2.1 执行机构2.2.1 手部手部是夹取工件的部分与工件直接接触，一般都是回，平动型（多数为回，结构简单）。手部两指较多（也有多指）；根据抓取方式分为外夹式和内夹式两种；也有用负压式，真空式的吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。传

15、构多种多样，常用的有：滑槽杠杆、连杆杠杆、斜槭杠杆、齿轮齿条、丝杠螺母、弹簧和重力等方式。2.1.2 腕部用于手部和连接，起着调节抓取工件方位，扩大机械手动作范围，使机械手跟家灵巧，适应性更强。手腕有的自由度，回转摆动，上下摆动，左右摆动等。一般情况手腕有一个回转运动再加一个上下摆动即可满足要求。手腕可有可无有些机械手为了简化机械结构可以去除腕部，直接采用运动驱动手部工作。目前，应用最的手腕回转运构为回转（气）缸，它不仅结构紧凑而且灵巧，不足之处回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。 2.1

16、.3手臂是机械手的重要支撑部件，它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。手臂运动的目的：将手部送到所要工作的运动范围内待手部动作完成后再见手部送到另一个空间范围，总的来说手臂起着搬运移动的作用。因此，一般来说应具有三个自由度才能满足要求，即手臂的伸缩运动、左右旋转运动、升降（或俯仰）运动。手臂的运动通常用驱构（如或气缸）和传构来实现，从手部的受力情况来看，在工作中不仅受到腕部、手部、工件的静载荷与动载荷，而且自身运动较多，受力情况复杂。因此，对于它的结构,工作范围,灵活性笔记抓则将直接导致机械手工作性能不佳。2.1.4 行走机构小和精度要求较高,否当工业机械手需要完成

17、较远距离的操作,或扩大使用范围时,可在机座上安装滚轮,轨道灯行走机构,以实现工业机械手的整体运动。2.2 驱构驱构是机械手的重要组成部分，是机械手动力的来源。根据动力源的不同,可分为驱动，气动驱动，电动驱动和机械驱动等四类。采用机构驱械手,结构简单、高、方便，可实现连续轨迹，一般用于中小型通用机械手，特别时重型机械手多用。2.3机构机械手所以动作都由机构。在方式上可分为点动，连续两种控制方式。大多数用插销板进行点位，也有的采用可编程，微计算机或者采用凸轮，磁盘磁带，穿孔卡等程序。其主要的坐标的位置与度的变化特性。2.4 机械手分类1.根据工作作业的不同，可分为三类：(1).辅助搬运机械手：一般

18、在主要设备工作时，完成相应的辅助作业，例如毛坯的装卸、工件和工夹具。(2).工业生产机械手：用于完成切断等。过程主要工作，例如装配、弯曲、涂漆、焊接、(3).通用机械手：用途很广泛，可完成各种各样工艺作业。2.根据功能可分为三类：(1).机械手：一般附属主机拥有固定程序但无法的机械装置。它有动作少，工作单一，结构简单，可靠实用，造价众多特点，在大批量自动化的生产中尤为适应。如在自械手。床，自动生产线的上，上下料机械手和“中心”附属的自动换(2).通用机械手：与范围广、通用性强、高机械手不同，它具有的系统，具有可编程序、应用精度等特点，适用于中小批量品种不断变化的自动化的生产。(3).示教机械手

19、：所谓示教，就是由通过人的手动操控，“带着”机械手完成一次操作，在完成所以动作后，它的储存装置能够记忆上次操作。它可按上次操控的程序流程进行再次重复工作。3.根据驱动方式可分为三类：(1).传动式机械手。(2).气压传式械手。(3).机械传动式机械手。4.根据方式分为两类：(1).程序固定机械手：系统由一个程序固定的器组成。程序较简单，程序数量少，而且程序是固定的，可调行程但无法任意。器组成。程序可按照需要进行编写，(2).可编程机械手：能很方便更改行程。系统由一个可编程的根据设计要求结合工作环境，本文设计的机械手应用于两条自动化生产线上属于机械手，其结构比较简单，工作单一，比较适用于大批量自

20、动化生产。第 3 章 机械手总体设计总体设计的任务：包括进行机械手的运动设计，确定主要工作参数，选择驱动系统，整体结构设计，最后绘出平面图。3.1 主要技术参数主要技术参数如表 3-1 所示。表 3-1机械手主要技术参数3.2 主要部件及其运动根据需要工作环境需要，选择平面关节型，圆柱坐标式机械手，在基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有 3 个自由度既：手抓身回转；机身升降 3 个主要运动。；机本设计机械手主要由 3 个大部件和 3 个缸组成：1.手部，采用一个升降缸，通过机构运动实现抓取。2. 手臂，只承受载荷，采用一工字钢承载。3. 机身，采用一个升降缸和一

21、个回转缸来实现手臂升降和回转。3.3 总体结构设计本机械手由机身，手臂，手部三大部组成，手部抓取工件，机身旋转升降移动工件， 手臂只起联接作用。根据本次设计机械手整体结构所绘装配图如图 3-1 所示。机械手类型平面关节型自由度3个（1个回转1个移动1个手部活动）手臂长1300mm机座回转运动，回转角180 o ，摆动缸驱动机身升降运动，最大行程400mm，驱动手指平动，最大开距63mm ,驱动图 3-1 机械手装配图如图 3-1 所示。本次设计机械手包括三大部分，分别手部，手臂，机身，此次设计机械手手臂采用螺栓联接，可根据需要调整手臂长度，另外本机械手另外两部分手部与机身大多采用螺栓固定螺纹联

22、接，过盈配合等，本机械手有易于拆装的功能。第 4 章 手部设计手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件的部件，由于被握持工件的形状、大小、重量、材料性能、表面处理等的不同，则机械手的手部机构是多种多样的，根据特定的工件要求来设计手部结构。按夹持工件的原理来分，常用的手部结构大致可分成夹持式和吸附式两大类。本设计采用常用的内夹持式手部结构。内抓式手部对抓取形状的工件具有较大的单一性，只能抓取环类零件。工作时手指伸入环类零件内，然后手指张开从里向外工件。一般情况下多采用两个手指，少数采用三指或多指。本设计中选择较简单的两指结构。4.1 确定手部结构根据设计要求设计出的手部整体结构如图 4-1 所示。

23、图 4-1 手部整体结构图可参照附录。具体手部4.2 手部受力分析经分析，手部受力图如图 4-2 所示。图 4-2 机械手手部受力分析图图中假设 FN 为手指对工件的夹紧力，F 为手部夹紧缸活塞杆的推力。由图可知，手部结构对称，则 F1 = F2由åFy = 0得F2 sin aF =（41）1由å Mo1 (F1 ) = 0得F1 cosa ´ b = FN c（42）FN ccosa ´ bF =（43）1由上述可得F = 2FN c sin a（44）b cosa式中，b 表示手指回转中心到滑槽支点点之间的距离，b=15mm；c 表示夹持工件的几何

24、中心到滑槽支点之间的距离,c=50mm；a 表示工件被夹紧时手指连杆与水平方向的夹角，a = 39.6o 。4.3 手部夹紧力的计算工件上所受到的夹紧力，是决定手部设计的主要依据。必须根据它的大小方向作用点来分析设计计算手部结构。一般来说，夹紧力必须大于工件重力所产生摩擦力以及工件运动状态所产生的惯性力与惯性，以保证工件有可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按下式计算：FN ³ K1 K2 K3G式中，K1 表示安全系数，取 K11.5；K2 表示工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。取 K21.02；（45）K3 表示方位系数，根据工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，K34； G

25、 表示被抓工件所受重力（N），因为 m=2.22kg 所以 G=22.2N。则：FN ³ K1 K2 K3G 1.5×1.02×4×G=135N2F c sin a2 ´135 ´ 50 ´ sin 39.6o=N= 744NF理论b cosa15 ´ cos 39.6oF理论hF=875N（46）实际式中 h 手指传力效率，取h 0.85。4.4 手部夹紧缸的设计计算4.4.1 夹紧缸主要的计算由前知，夹紧缸为单作用弹簧复位0.5s，则所需夹紧力为：缸，假设夹紧工件时的行程为15mm，时间为F = F实际 + p

26、弹 =875N+462N=1337N式中：F活塞杆实际输出力；P 弹弹簧压缩时的作用力。其中：（47）Gd 4P弹（L + S ) 8D= 462N（48）3ZZ式中： G弹簧材料的剪切模量，对于钢材， G = 8.1´105 (kg / cm2 ) ；D弹簧的钢丝直径（3mm）； DZ弹簧中径（30mm）；Z弹簧的有效圈数（18 圈）；L 及 S活塞的行程及弹簧的与预缩量，L=15mm, S=10mm。F =1337N<1500N查表工作取 1 MPa ，考虑到为使为 2 MPa 。缸结构简单紧凑，取工作由公式 ：F = p D2Ph（49）4得：4FpPhD = 64.4m

27、m（410）式中:DPh 缸内径；缸工作；缸工作效率，h 0.95。由 JB82666 标准系列将缸内径圆整为 D70mm，同4.4.2 缸体结构及验算活塞杆直径 d20m。缸体采用 45 号钢无缝，由 JB106867 查得可取缸筒外径为 90m，则壁厚d 10mm。1.缸额定工作PN (MPa) 应低于一定极限值，以保证工作安全s (D 2 - D) 20.35x340x10（6 0.092 - 0.06）2PN £ 0.35´ s1=39.57（411）D 20.0921式中，D 表示缸筒内径（m）；D1 表示缸筒外径（m）；s 表示缸筒材料的屈服点，（45 号钢为

28、340 MPa ）。已知工作PN2 MPa <39.57 MPa ，故安全。2.为避免缸筒在工作时发生塑形变形，定的比例范围。缸的额定PN 值应与塑性变形有一PN（0.350.42）PPl式中：PPl缸筒发生完全塑性变形时的（ MPa ），（412）P = 2.3s lg D1（413）plsD= 61.92 MPa计算可得：PplPN = 0.35 ´ 61.92 = 21.67MPaPN2 MPa <21.67 MPa ,故安全。（414）已知实际工作4.4.3 活塞杆的设计计算活塞杆设计活塞一端用螺纹与活塞相连接，另一端也采用外螺纹与手指连接如图 4-3 所示。图

29、4-3 活塞杆外端部结构图活塞杆直径 d20mm，故取 A40mm （螺纹长短型）。活塞杆结构如图 4-4 采用实心杆图所示。图 4-4 活塞杆结构图后调质到硬度为 229285HBS，必要时，再经高频淬火，杆体材料采用 35 号钢，硬度达 4555HRC。活塞杆直径 d 的圆柱度公差值，应按 8 级精度，其圆度公差值，应按 9、10 级精度；端面 T 的垂直度公差值应成 7 级精度；外圆表面粗糙度应处于 0.40.8 mm 之间。验算活塞杆的强度取活塞杆的计算长度为 68mm，活塞杆已知 20mm 则= 68 < 10 ，属于短行程活塞杆，d32主要验算抗拉强度。lFns2005x3d

30、 ³ 2= 2x=5.0mm（415）ps3.14x310x106s已知 d20mm，故安全。式中：F缸最大推力，F 取 1.5×13372005；D活塞杆直径，ns安全系数，一般取 ns3；s s 活塞杆材料屈服极限（ MPa ），查资料知 35 号钢为 310 MPa 。第 5 章 手臂的设计手臂是机械手的主要执行部件，本文手臂起着支撑手部连接机身传递动力，将被抓取的工件传送到给置和方位上，手臂的结构、工作范围、灵活性以及抓小（即臂力）和精度等都直接影响机械手的工作性能，所以必须根据机械手的抓取重量、运动形式、运动速度及其精度的要求来设计手臂的结构型式。5.1 设计时注

31、意的问题1.刚度要好，根据设计合理选择的截面形状和轮廓，以保证有足够的刚度。2.偏重要小，偏重时指的总重量对其支撑或回转轴所产生的。3.重量要轻，惯量要小，为了减轻运动时的冲击，除采取缓冲外，力求结构紧凑，重量轻，以减少惯性力。5.2 手臂结构的设计把手臂的截面设计成工字钢形式，这样抗弯系数大，使截面面积小，从而减轻手臂重量，使其、轻巧。选10号工字钢。理论重11.261kg / m,Wy = 9.72cm , h = 100mm, d = 4.5mm ，手臂长为31300mm。较核：= mg = 11.261x1.3x10 = 146.38 （N）G手臂（51）取147N。其受力如5-1图所

32、示。图5-1 手臂受力图图中， F1 表示手部与工件总重；G手臂表示手臂重量；F 表示机身升降缸推力。+ G= pR 2hrg + 22.2 = 112.3NF = G（52）1手部工件取整113NM = F xL + Gx L = 113x1.3 +147x0.65 = 242.5（53）1手臂2F = 147 + 113 = 260 （N）Qt =（54）hbM242.5= 24.94 £ d = 100MPad =（55）W9.72(10-2 )3y按材料力学（云，2008）。其中h为工字钢的高度，b为工字钢的腰宽，Q为所受的力。Q260» 0.58MPa £

33、; t = 60（56）t =hb100x10-3 x4.5x10-3所以选10号工字钢合适。5.3 手臂整体结构图由于此设计要求为三个自由度，所以此处无运动要求，由机身带动旋转升降只用来支撑联接手部与机身，只要刚度能满足就行了。如图5-2手臂结构图所示。图5-2 手臂结构图第 6 章 机身的设计机身是支承的部件，升降，回转和俯仰运构等都可以装在机身上。本次设计回转与升降结构都装在机身。实现回转的驱动方案有几种，这里采用摆动缸驱动，升马达驱动。降采用升降缸，摆动油缸在下，升降缸在上。实现机身回转采用6.1 设计时注意的问题1. 要有足够的刚度和稳定性。2. 运动要灵活，升降运动的导套长度不宜过

34、短，否则可能产生卡死现象；一般要有导向装置。3. 结构布置要合理，便于装修。6.2 机身的升降回转运动6.2.1 机身升降运动如图 6-1 机身升降回转机构图所示。升降缸固定在旋转轴内，当升降缸上下两腔通油时，升降缸的活塞做上下运动。由活塞杆带动 1 机身顶部做升降运动。其导向作靠 5 旋转轴上的 3 键 1 与 4 导向长套筒的键槽做升降导向。6.2.2 机身回转运动实现机身回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有回转缸、齿轮传构、链轮传构、连杆机构等。本机械手采用回转缸回转机构，如图 6-1 所示。7 摆动缸通过 6键 2 带动固定在其上面的 5 旋转轴做旋转，旋转轴上有键槽与 4 导向长

35、套筒联接，通过 3键 1 来带动 4 导向长套筒旋转，套筒顶部与 1 机身顶部螺栓联接从而带械手回转。图6-1 机身升降和回转机构图6.2.3升降缸设计计算1.机身垂直升降运动驱动力的计算。机身作垂直运动时，除克服摩擦阻力和惯性力之外，还要克服机身运动部件的重力，故其驱动力可按下式计算：F =F摩 +F密 +F回+F惯 ± G式中, F摩 表示各支承处的摩擦力（N）， F摩 = F理 f ，f=0.16；F密=F杆 +F活塞 =0.03F理 ；F回=0.05F理 ；（61）= G总Dv = 490´ 0.025 = 62.5N ；FgDt9.8´ 0.02惯G 表

36、示机身运动部件及手臂工件的总重量（N），490N；±表示上升时为正，下降时为负。F =F摩 +F密 +F回+F惯 ± G = 0.16F + 0.03F + 0.05F + 62.5 + 490则：得出，F=1228NF= F ´ k = 1228 ´= 3071.6N2（62）,实h0.82.结构的确定。缸内径计算：4 ´ 3071.6p ´ 2 ´106 ´ 0.954FprhD ³= 45.4mm ，取 D=50mm（63）根据强度要求，计算活塞杆直径 d。4 ´ 3071.6p 

37、0;100 ´1064Fps d ³= 6.2mm ，d 取 20mm（64）结构上，活塞杆内部装有键套，能实现导向作用，同时可使活塞杆在升降运动中传动平稳，且获得较大刚度。(1) 臂厚，取d = 10mm 。(2) 联接螺钉强度计算：= F= 3071.6 = 767.9NF取螺钉数目 Z=4，工作载荷（65）QZ4FQ = 1.3´1.8 ´ 767.9 = 1796.5N4FQ4 ´1796.5d ³= 3.8mm则,（66）1ps p ´162 ´106查手册取d1 = 6mm ，螺距 P=0.75，材料为

38、 35 号钢的内六角螺钉。s 320 ´106s =s =（67）n1.2 2.56.2.4摆动缸设计计算1.机身回转运动驱动的计算。机身回转运动驱动应根据启动时产生的惯性与回转部件支承处的摩擦来计算。若轴承处的摩擦力忽略不计，则M 驱=M惯+M封 ，在设计计算时，为简化计算M封可不计。直接计入回转缸效率中，M=惯则 M，取 0.9驱hDwDtM =J（68）0惯式中， DwDtJ0表示角速度变化量（rad/s）；表示启动过程时间，0.050.5s,取Dt = 0.1s ；表示手臂回转部件（包括工件）对回转轴线的转动惯量。经分析知，当手臂完全伸出时，此时 J0 达到最大值，估算此时回

39、转零件的重心到转轴J0 = Jc + J工件J = mr 2 = 50 ´ 0.152 = 1.125线的距离为=150mm,则（69）（610）cJ=m（R+ R 2）= 1 ´10 ´ (0.163 + 0.242 ) = 0.20813（611）工件1244M =J Dw =（J + JDw = (1.125 + 0.208) 1.92 = 25.6工件）（612）0DtcD惯t0.1M=惯= 25.6 = 28.4M（613）驱h0.92.回转缸参数的计算。pd (D2 - d 2 )= 27.3M 驱 =（614）88M 驱D =+ d 2（615）bp

40、式中,D 表示回转缸内径；d 表示转轴直径； p 表示回转缸工作b 表示动片宽度。；为减少动片与输出轴的联接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择动片宽度（即液压缸宽度）时，可选用2b2b³ 2 ,这里取= 3 ，且 D=2dD - dD - d对于活塞、导向套筒和油缸等的转动惯量都要做详细计算，因为这些零件的重量较大或回转半径较大，对总的计算结果影响也较大，对于小零件则可作为质点计算其转动惯量，对其质心转动惯量忽略不计。对于形状复杂的零件，可划分为几个简单的零件分别进行计算其中有的部分可当作质点计算。6.3 机身整体结构图通过设计计算机身整体结构图如图 6-2 所示。图 6-2 机身

41、整体结构图具体机身三维建模图参照附录。第 7 章系统设计7.1系统简介机械手的 油，是将电节装置等进入传动是以有的油液作为传递动力的工作介质。电带动油泵输出供给的机械能转换成油液的能。油经过管道以及一些调缸，油的能转换成机械能来推动活塞杆运动，从而使手指作张闭、手臂机身升降回转等运件时所需的夹紧力大小，都与械手在运动过程中所的摩擦阻力，以及手部夹紧工油的和活塞杆的有效工作面积相关。流入密封圈液压缸中的容积大小决定机械手做各种动作的速度大小。这种通过运动油容积大小变化传递动力的系统称为容积系统。7.2系统方案设计本设计机械手为圆柱式坐标形式，手臂运动由一个回转和两个直线运动组成，具有三个自由度。

42、依据每个动作动作速度精度来设计所需要的，本设计中中手部手指张闭夹紧工件过程中，手指开度较小，所夹持工件质量小，采用一个小载荷小直径短行程单向伸缩摆动缸。本设计中机械手旋转由机身带动手臂工作载荷大行程大，采用大载荷缸，同理完成本设计机械手升降运动缸设计在机身上也许采用大载荷缸，且行程较大，故采用大载荷大直径双向缸。7.3 机械手系统的回路设计机械手的系统，根据机械手自由度的多少，系统可繁可简，但是总不外乎由一些基本回路组成。这些基本回路具有各种功能，如工作的调整、油泵的卸荷、运动的换向、工作速度的调节以及同步运动等。7.3.11.调压回路回路在采用定量泵的系统中，为系统的最大工作，一般都在油泵的

43、出口附近设置溢流阀，用它来调节系统，并将多余的油液溢流回油箱。2.卸荷回路在机械手各油缸不工作时，油泵电机又不停止工作的情况下，为减少油泵的功率损耗，节省动力，降低系统的发热，使油泵在低负荷下工作，所以采用卸荷回路。此机械手采用二位二通电磁阀溢流阀系统局部口卸荷回路。降低或稳定，在要求减压的支路前3.减压回路为了是机械手的串联一个减压阀，以获得比系统更低的。4.平衡与锁紧回路在机械系统中，为防止垂直机构因自重而任意下降，可采用平衡回路将垂直机构的自重给以平衡。为了使机械手手臂在移动过程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而发生位移， 可采用锁紧回路，即将油缸的回油路关闭，使活塞停止运动并锁紧。

44、本机械手采用单向顺序阀做平衡阀实现任意位置锁紧的回路。5.油泵出口处接单向阀 在油泵出口处接单向阀。其作用有二：第一是保护油泵。系统工作时，油泵供应高压油液，以驱动油缸运动而做功。当一旦电机停止转动，油泵不再向外供油，系统中原有的高压油液具有一定能量，将迫使油泵反方向转动，结果产生噪音，油泵时间的油泵的磨损。在油泵出油口处加设单向阀后，隔断系统中高压油液和，从而起到保护油缸的作用。第二是防止空气混。在停机时，单向阀把系统能够和油泵隔断，防止系统的油液通过油泵流回油箱，避免空气混入，以保证启动时的平稳性。7.3.2 速度回路机械手各种运动速度的，主要是改变进入油缸的流量 Q。其方法有两类：一类是

45、采用定量泵，即利用调节节流阀的通流截面来改变进入油缸或油马达的流量；另一类是采用变量泵，改变油泵的供油量。本机械手采用定量油泵节流调速回路。根据各油泵的运动速度要求，可分别采用 LI 型单向节流阀、LCI 型单向节流阀或 QI型单向调速阀等进行调节。节流调速阀的优点是：简单可靠、调速范围较大、价格便宜。其缺点是：有量损耗，在低速负荷传动时效率低，发热大。和流采用节流阀进行节流调速时，负荷的变化会引起油缸速度的变化，使速度稳定性差。其是负荷变化会引起油缸速度的变化，使速度稳定性差。其是负荷变化会引起节流阀进出油口的压差变化，因而使通过节流阀的流量以至油缸的速度变化。调速阀能够随负荷的变化而自动调整和稳定所通过的流量，使油缸的运动速度不受负荷变化的影响，对速度的平稳性要求高的场合，调速阀实现节流调速。7.3.3 方向在机械手回路系统中，为各油缸、马达的运动方向和接通或关闭油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通电磁阀和电