多功能液压机械手设计

1、（20*届）本科生毕业设计（论文）资料学 院、系： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩： 二*年九月制20*届本科生毕业设计（论文）资料第一部分 过程管理资料 20*届毕业设计（论文）课题任务书院(系)： 专业： 指导教师学生姓名课题名称R175型柴油机机体加工自动线上用多功能液压机械手设计内容及任务（1）设计内容：1、查阅有关的工业机械手设计资料，确定设计柴油机机体多功能机械手的主要技术参数。2、进行柴油机机体自动线上用多功能机械手总体方案设计。3、完成多功能机械手抓取机构和送放机构的机构结构设计。4、完成机械手液压系统或电器控制系统设计（2）任务

2、和要求：1、根据总体设计方案，绘制出多功能机械手总体外观图一张（三维计算机图）。2、进行手臂驱动力计算，绘制出机械手机身机械结构图一张（A计算机图）。3、进行腕部驱动力计算，绘制出机械手腕部机械结构图一张（A计算机图）。4、根据控制系统总体设计方案，绘制出液压系统一张（A计算机图）。5、绘制出机身零件图一张（根据情况由教师指定）。6、科技译文（不少于2000汉字）。7、编写毕业设计说明书一套（不少于二万字，有英文摘要，全部用计算机打出）。拟达到的要求或技术指标1、最大抓取重量15kg；2、工件最大尺寸（长×宽×高）：250×170×140mm；3、最大操

3、作范围：提升高度1.5m；回转半径1m；行走范围30m；4、机械手自由度：45个；5、定位精度：0.51mm；6、装料高度：1050mm；输送轨道宽度350mm；输送速度20m/min；7、生产纲领：10万件/年；生产节拍：3min/件；进度安排起止日期工作内容20*.1220*.2课题调研，收集资料，拟定总体方案，画总图，完成开题报告。20*.320*.4机械部分设计、计算，画机械手手腕、手臂、机身结构图，完成中期检查。20*.420*.5控制系统设计，画液压系统图一张20*.520*.6整理设计说明书及翻译科技外文，准备答辩。主要参考资料1 成大先.机械设计手册第三版第2卷.化学工业出版社

4、,2001.42 吴振彪.工业机器人.武汉:华中科技大学出版社,2003.13 王承义.机械手及其应用.北京:机械工业出版社，1981.64 沈兴全、吴秀玲.液压传动和控制.北京:国防工业出版社，2005.15 孙桓、陈作模.机械原理第六版.北京:高等教育出版社，2000.86 濮良贵、纪名刚.机械设计第七版.北京:高等教育出版社，2004.57 诸静.机器人与控制技术.杭州:浙江大学出版社，19918 陈铁鸣主编.新编机械设计课程设计图册 M.北京：高等教育出版社，20039 甘永立主编.几何量公差与检测主编.上海：上海科学技术出版社，2005.710 于永泗、齐民.机械工程材料第五版.大连

5、：大连理工大学出版社，2003.511 周开勤.机械零件手册 M .北京：高等教育出版社，198912 孔庆华主编.机械设计基础 M .上海：同济大学出版社，2004.713 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学.北京；高等教育出版社，2003.714 刘鸿文主编.材料力学 M .北京：高等教育出版社，2004.115 邹慧君主编.机械原理课程设计手册M .北京：高等教育出版社，1998.6教研室意见签名：年 月 日院(系)主管领导意见签名：年 月 日 本科毕业设计（论文）开题报告 （20*届）学 院、系： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 20*年12月22

6、日题目：R175型柴油机机体加工自动线上用多功能液压机械手1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述。在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。机械手的设计原理是以人的手为基础，以机械拉来实现人的动作，它的动作由以下四部分来实现：自由度的旋

7、转、肩的前后动作、肘的上下动作、腕(手)的动作。机械手由执行机构、驱动-传动机构、控制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的，在驱动系统中可以分：机械式、电气式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。早期的机械手的结构和功能都比较简单，专用性很强，仅配合某台主机完成辅助性工作，如抓取工件、上料下料、换夹刀具等。这种机械手称为专用机械手。随着工业技术的发展，出现了能够独立地按控制程序、自动重复操作的机械手，这种机械手具有很快地改变程序的功能，适应性很强，在中小批量，多品种的工业生产中得到广泛的应用。这种机械手称为通用机械手，通用机械手又称为“工业机器人”，

8、即第一代机器人。机器人在此基础上进一步发展，出现了具有某些感官功能（如视觉、触觉、听觉）的机器人，称为第二代机器人，以后又出现了具有某些思维和语言功能的智能型机器人，称为第三代机器人。工业机械手可以提高生产过程的自动化程度，改善劳动条件、避免人身事故，减少人力，并便于有节奏地生产，工业机械手从根本上减轻了工人的劳动强度，提高了生产率水平。综上所述，有效地应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制

9、造业的先进机器人系统也有了长足的进展。目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。目前的研究内容主要集中在：工业机器人操作机结构的优化设计技术、机器人控制技术、多传感技术、机器人遥控及监控技术,机器人半自主和自主技术、虚拟机器人技术、多智能体调控制技术、软机器人技术、仿人和仿生技术、微型和微小机器人技术。其中微型和微小机器人技术是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命， 并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动

10、方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。在我国对此进行了深入的研究，如徐卫平和张玉茹发表的六自由度微动机构的运动分析对六自由度微动机构进行了位移分析并为其结构设计提供了计算依据。还有刘辛军、高峰和汪劲松发表的并联六自由度微动机器人机构的设计方法研究了微动机器人机构的设计方法，建立了并联六自由度微动机器人的空间模型，并分析了该微动机器人的空间模型，并分析了该微动机器人的机构尺寸与各向同性、刚度等性能指标的关系得到了一系列性能图谱，从各图谱中可以看出各项性能指标在空间模型设计参数空间中的分布规律，这有助于设计者根据性能指标来设计该微动机器人的机构尺寸，是探讨微动机器人机构设计的有效分

11、析工具。在以后，工业机器人会越来越灵活，功能会越来越多，适应性越来越广，更好的为工业生产服务。2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。(1)、依据：随着科学技术的发展，生产率水平的提高，人们对产品精度和质量的要求越来越来严格。因此，企业生产线的自动化程度要求越来越高，机械手也越来越来多地被应用，工业机械手已成为多数企业生产线上必不可少的设备。工业机械手可以提高生产过程的自动化程度，改善劳动条件、避免人身事故，减少人力，并便于有节奏地生产，工业机械手从根本上减轻了工人的劳动强度，提高了生产率水平。因此，有效地应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。(2)、研究的内容：本次设计主要研究的是柴油机

12、机体加工线上用多功能机械手，使其完成上料、转位和翻转等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。(3)、研究思路及技术方案：本工业机械手机身采用机座式，坐标形式为球坐标式，使用液压驱动，选用双联叶片泵，具有立柱旋转、手臂伸缩、手臂俯仰、腕部转动和腕部摆动5个自由度，定位采用机械挡块定位，定位精度为0.51mm，采用行程控制系统实现点位控制。3.工作进度及具体安排。20*.1220*.02课题调研，收集资料，拟定总体方案，画总图，完成开题报告。20*.0320*.04机械部分设计、计算，画机械手手腕、手臂、机身结构图，完成中期检查。20*.0420*.05 控制系统设计，画液压

13、系统图一张20*.0520*.06 整理设计说明书及翻译科技外文，准备答辩。4.主要参考资料。1 吴振彪.工业机器人.武汉:华中科技大学出版社,2003.12 王承义.机械手及其应用.北京:机械工业出版社，1981.63 沈兴全、吴秀玲.液压传动和控制.北京:国防工业出版社，2005.14 孙桓、陈作模.机械原理第六版.北京:高等教育出版社，2000.85 濮良贵、纪名刚.机械设计第七版.北京:高等教育出版社，2004.56永立主编.几何量公差与检测主编.上海：上海科学技术出版社，2005.77永泗、齐民.机械工程材料第五版.大连：大连理工大学出版社，2003.55.指导教师意见。指导教师：

14、年 月 日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。本科毕业设计（论文）中期报告 填表日期： 20* 年 月 日院（系）班级学生姓名课题名称：R175型柴油机机体加工自动线上用多功能液压机械手设计课题主要任务：1、根据总体设计方案，绘制出多功能机械手总体外观图一张（三维计算机图）。2、进行手臂驱动力计算，绘制出机械手机身机械结构图一张（A计算机图）。3、进行腕部驱动力计算，绘制出机械手腕部机械结构图一张（A计算机图）。4、根据控制系统总体设计方案，绘制出液压

15、系统一张（A计算机图）。5、绘制出机身零件图一张（根据情况由教师指定）。6、科技译文（不少于2000汉字）。7、编写毕业设计说明书一套（不少于二万字，有英文摘要，全部用计算机打出）1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果调研、收集资料，熟悉课题内容。拟定了总体方案，画总图。机械部分设计、计算，画机械手手腕、手臂结构图2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排机械部分设计、计算，机身结构图控制系统设计整理设计说明书及翻译科技外文3、存在的具体问题本次设计的研究重点是机械手结构的设计、尺寸的确定、控制部分的设计，难点是尺寸的确定和控制部分的设计4、指导教师对该生前期研究工作的评价指导教师签名

16、：日 期： 20*届本科生毕业设计（论文）资料第二部分 设计说明书摘 要本次设计的多功能机械手用于R175型柴油机机体加工自动线上，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为球坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、手臂俯仰、腕部转动和腕部摆动5个自由度。驱动方式为液压驱动，选用双联叶片泵，系统压力为2.5MPa，电机功率为5.5KW，共有整机回转油缸、手臂俯仰油缸、手臂伸缩油缸、手腕摆动油缸、手腕回转油缸、手爪夹紧油缸6个液压缸。送放机构的液压驱动系统是由液压基本

17、回路组成，包括调压回路，缓冲回路，调速回路，换向回路.锁紧回路，保压回路。定位采用机械挡块定位，定位精度为0.51mm，采用行程控制系统实现点位控制。关键词： 机械手，球坐标，液压，机械挡块 ，点位控制 ABSTRACTThe current design of multifunctional mechanical hand used for R175-type diesel organisms automatic processing line, mainly consist of claw, wrists, arms, body, base and so on. With moving t

18、he materials, turnover and transfer spaces, and many other functions, the automatic line with the unified production rhythms and production program completed more moves. With the automatic production line rhythms and the production of complete reunification of the above movements, automatic line is

19、around the machine arrange, the coordinates of the ball coordinates of the form, with huge rotary, extendable arm, arm pitch, hitting and hitting back five moves freedom; Driven approach to hydraulic-driven, and the choice of double leaves pumps, the system pressure to 2.5MPa, 5.5KW electrical power

20、 for a total of whole sets of rotation tank, arm tilt cylinders, fuel tanks extendable arm, wrist swing tank, wrist rotation tank, claw clip tank six hydraulic oil tank; positioning a piece of machinery turned positioning, positioning accuracy for 0.51mm, using control systems to achieve their point

21、 spaces control. Key words: Mechanical hand, the ball coordinates, hydraulic, mechanical turned pieces, control point spaces目 录第1章 概述11.1 执行系统.11.2 驱动系统11.3 控制系统2第2章 方案设计及主要参数的确定32.1 方案设计32.2 主要参数的确定4第3章 抓取机构的设计53.1 抓取机构结构形式的确定53.2 夹紧力（握力）的确定53.3 夹紧缸驱动力的计算73.4 夹钳式抓取机构的定位误差分析83.5 夹紧液压缸主要尺寸的确定10 液压缸内径

22、D的计算10 活塞杆直径d的计算11 液压缸壁厚的计算12 液压缸外径D0及长度l的计算12 液压缸行程S的确定12第4章 送放机构的设计134.1概述134.2液压系统主要参数的确定14 液压缸工作载荷的确定15 液压缸推力的确定15 液压缸流量的计算15 液压缸基本尺寸的确定154.3机械手的腕部设计16 腕部结构形式的确定16 腕部回转缸驱动力矩的计算17 腕部回转液压缸尺寸的确定21 腕部摆动缸驱动力矩的计算22 腕部摆动液压缸尺寸的确定244.4机械手的手臂和机身的设计25 手臂和机身结构形式的确定25 手臂驱动力的计算274.5液压系统元件的选择314.6液压系统回路的分析314.

23、6.1 调压回路31 缓冲回路32 调速回路32 换向回路33 锁紧回路334.6.6 保压回路33第5章 控制系统的设计34参考文献35致谢 36附录1：科技论文翻译37附录2：实习报告49第1章 概述机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹、和要求实现自动抓取，搬运或操作动作的自动化机械装置。在工业中应用的机械手称为“工业机械手”。工业机械手由执行系统、驱动系统和控制系统组成。执行系统又可分为抓取，送放和机身三部分，如图1.1所示1-执行系统 2-控制系统 3-驱动系统a-手爪 b-手腕 c-手臂 d-机身 e-行走装置图1.1机械手的组成1.1执行系统执行系统是直接握持物件实现所需的

24、各种运动的机械部分，它包括以下机构（1）抓取机构 抓取机构又称手部或手爪，是机械手直接与被抓取物件接触并施加约束和加紧力的部分。（2）送放机构 送放机构是执行系统中将被抓取物件送放到目的地的机械部分。它主要由手臂、手腕、行走装置等部分组成。手臂是用来支撑腕部和手部并改变被送放物件的空间位置的。它是机械手的主要运动部件。手腕主要是用来调整和改变被送放物件的方位，并连接手臂和手指。行走装置的主要作用是扩大机械手的送放范围，以适应远距离操作的需要。（3）机身 机身是机械手中用来支撑送放机构的部件，也是安装驱动系统，控制系统的基础部件。1.2 驱动系统机械手的驱动系统是为执行系统各部分提供动力的装置。

25、驱动系统可分为液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等多种形式。液压驱动系统主要由油泵，油缸，油压阀机管路组成。1.3 控制系统机械手控制系统的功用是通过对驱动系统的控制使执行系统按照规定的要求进行工作，并检测其工作位置正确与否。它主要包括程序控制和位置检测等部分.程序控制装置指挥机械手按规定的程序进行运动,并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序,运动轨迹,运动速度,运动时间等),同时按其控制系统的信息对执行系统发出指令,必要时它还可对机械手的动作进行监视,当动作有错误或发生故障时,即发出报警信号.信息检测装置主要用来控制机械手执行系统的运动位置,并随时竟执行系统的实际位置反馈给控制系统,

26、并与设定的位置进行比较,然后通过控制系统进行调整,从而使执行系统以一定的精度达到设定位置.第2章 方案设计及主要参数的确定2.1 方案设计根据课题要求，机械手需要具备上料、翻转和转位等多种功能，并按该自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作，因此可采用以下多种设计方案。（1）直角坐标系式，自动线成直线布置，机械手空中行走，顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种方案结构简单，自由度少，易于配线，但需要架空行走，油液站不能固定，这使设计复杂程度增加，运动质量增大。（2）机身采用立柱式，机械手侧面行走，顺序完成上料、翻转、转位等功能，自动线仍呈直线布置。这种方案可以集中设计液压站，易于实现电气、油路

27、定点连接，但占地面积大，手臂悬伸量较大。（3）机身采用机座式，自动线围绕机座布置，顺序完成上料、翻转、转位等功能。这种案具有电液集中、占地面积小、可从地面抓取工件等优点，但配线要求较高。本设计拟采用第三种方案，如图（1）所示。这是一种球坐标式机械手，具有立柱旋转z、手臂伸缩x、手臂俯仰y、腕部转动x和腕部摆动y五个自由度。图2.1 球坐标式机械手2.2主要参数的确定（1）抓取重量 15kg（2）坐标形式和自由度 坐标形式为球坐标式，有五个自由度。（3）工作行程工作行程由已知条件及方案分析确定：最大工作半径1500mm；手臂最大中心高1000mm；手臂水平中心高700mm；手臂伸缩行程450mm

28、；手臂回转范围：=0270；手腕回转范围：翻转=0180；腕部摆动范围：转位=090；手臂上下摆动角度：=060。（4）运动速度直线运动速度：手臂伸缩行程l=450mm，运动时间t=2s，则手臂伸缩速度为：v=0.45/2=0.225m/s；回转运动速度：定为60/s。（5）驱动方式驱动方式采用液压驱动的方式。由于机械手操作时各缸不同时工作，手臂伸缩缸和手臂回转缸所需的流量大，其余各缸所需的流量均较小，因此可选用双联叶片泵。在小流量时，只需高压小流量供油，大流量低压泵卸荷；在大流量时，两泵同时供，这样可以减少系统功率损失，防止油温升高。（6）定位精度定位采用机械挡块定位，定位精度为0.51mm

29、。（7）控制方式采用行程控制系统实现点位控制。第3章 抓取机构的设计31抓取机构结构形式的确定抓取机构的结构形式主要决定于工件的形状和质量，本课题的抓取工件为250×170×140mm的箱式零件，因此采用平行连杆杠杆式手部结构较为合适。夹紧装置为常开式，当夹紧液压缸通油时，推动活塞带动杠杆机构合拢将工件夹紧。当夹紧液压缸断油时，活塞杆通过弹簧复位，手爪张开。32夹紧力（握力）的确定当用不同的手部机构夹紧同一种工件时，由于各手部机构的增力倍数不同，所需拉紧油缸的驱动力也不同。当手部机构选定后，由于工件的方位不同（如工件水平放置或垂直放置），钳爪的受力状态不一样，因而所需拉紧油

30、缸的驱动力也不一样。下图（2）为两钳爪式手部机构，由于驱动力P使一对平行钳口对被夹持的工件产生两个作用力N，当忽略工件重量时（即相当于夹紧一块握力表），这两个力大小相等，力N称为由驱动力P产生的夹紧力。图3.1 夹紧力现引入一个称为“当量夹紧力”的概念，所谓当量夹紧力，就是指把重量为G的工件，按某一方位夹紧可以求得其拉紧油缸具有的最小驱动力，这个最小驱动力所能产生的夹紧力，就称为工件在这个方位的当量夹紧力。当量夹紧力的数值与具体的手部机构方案无关。只与工件的重量G和它相对与钳爪的放置方位有关。证明如下：（1）首先求驱动力P与夹紧力N的关系。当驱动力推动活塞杆移动一小段距离dy时，两个钳爪都相应

31、产生一微小转角d，依据虚功原理，驱动力P所做功（Pdy）和夹紧力N所做功应相等，即 N= （3.1）（2）当量夹紧力与工件重量之关系。当钳爪水平夹紧重为G的工件时，根据工件的平衡条件F=0可得R1=R2+G可以看出，上下钳爪对工件的夹紧力并不相等，且随驱动力的增大而增大，但R1和R2的差值永远为工件之重量G，如R2=0，R1=G，驱动力最小。这个最小驱动力可以由下述方法求出：将R1=G，R2=0代入上式得 （3.2）由所产生的夹紧力，即当量夹紧力。将（2.2）式代入（2.1）式得 （3.3）从计算结果可以看出，当量夹紧力与具体的手部结构方案无关。不同的手部机构的增力倍数特性不一样，而当量夹紧力

32、与无关，只与工件的重量和它相对于钳爪的放置方位无关。由课题要求可知，本机械手水平夹持悬伸工件，示意如图3.2图3.2 握力示意图查表得进行握力计算： N= （3.4）式中 N夹持工件时所需的握力；G工件的重量，G=15kg=150N；L、H尺寸，L=50mm，H=80mm。将上述数值代入得N=N考虑到工件在传送过程中还会产生惯性力、振动以及受到传力机构效率等的影响，故而实际握力还应按以下计算： N实 （3.5）式中，手部的机械效率，一般=0.850.95；k1安全系数，一般取k1=1.22；k2工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，按下式估算：k2=1+/g，其中，为被抓取工件传送过程中的最大加

33、速度，g为重力加速度。若取=0.9；k1=1.5；k2按= g/2计算，k2=1+/g=1.5，则N实 =356.25×1.5×1.5/0.9890N3.3夹紧缸驱动力的计算抓取机构产生的握力是通过驱动装置产生的驱动力经传动机构传递而得到的。如图3.3所示为夹紧缸受力分析简图，图中P为驱动力，N实为握力。由图3.4和图3.5的受力分析可得 P=2Rsin （3.6）Rh=LCD R|因为 h=lBCcos=lBCcos(180-+) = lBCcos(+-) （长度取正值）R|= N实cos所以 P=2Rsin=由结构设计，确定=10，=120，=50，lCD=130mm，

34、lBC=36mm，代入上式得 （长度取正直）图3.3 夹紧缸受力分析简图图 3.4 图3.53.4夹钳式抓取机构的定位误差分析图3.6所示的为一支点回转型手指的示意图。图示情况为分别夹持两种不同直径的工件时的情况。其中，为手指长度，即手指的回转中心A到V形槽顶点B之间的距离；为V形槽的夹角；为偏转角，即V形槽的角平分线BC与手指AB间的夹角；R为工件的半径。图 3.6工件的中心C与手指的回转中心A之间的距离x可由下式求得：将上式整理后得 或此式为双曲线方程，其曲线如图3.7所示。图中曲线表示了X随R变化的关系，而且X的变化是以R0为分界线左右对称的。当工件的半径由Rmax变化到Rmin时，X的

35、最大变化量即为定位误差，其值为图3.7在设计手指时，只要给定手指的长度，选取合适的偏转角，即可根据工件的最大直径Rmax和最小直径Rmin确定定位误差。为了减少定位误差，可加大手指的长度，会使结构增大，重量增加。另外，选择最佳的偏转角，也可使定位误差最小。当R等于平均半径Rm时，定位误差最小，此时式中，最佳偏转角。35夹紧液压缸主要尺寸的确定液压缸内径D的计算由单杆活塞式液压缸的推力公式： （3.7）式中，液压缸的推力(N)； p系统的工作压力，p=2.5Mpa=2.5N/mm2；活塞的作用面积（mm2）=D活塞直径（mm）。推导得出： D=1.13 （3.8）式中，驱动力，即液压缸的实际工作

36、载荷（N）；p系统的工作压力，p=2.5Mpa=2.5N/mm2；m机械效率，一般取m=0.95；D液压缸内径（mm）。将上述数值代入得D=1.13按GB/T2348-1993标准系列直径圆整，取D=32mm。活塞杆直径d的计算根据速度比的要求来计算活塞杆直径d （3.9）式中 ，d活塞杆直径（mm）；D液压缸直径（mm）；速度比： 活塞杆的缩入速度（mm/min）；活塞杆的伸出速度（mm/min）。液压缸的往复运动速度比，与系统工作压力的关系如下 表3.1工作压力p/MPa1012.52020速度比1.331.46；22由于本次设计的液压系统工作压力为2.5MPa，故选用速度比为1.33。不

37、同速度比时活塞杆直径d和液压缸内径D的关系如下 表3.2：1.151.251.331.462d0.36D0.45D0.5D0.56D0.71D按GB/T2348-1993标准系列直径圆整，取d=14mm。液压缸壁厚的计算对于低压系统，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算： （3.10）式中，液压缸缸筒厚度（mm）；试验压力（MPa），工作压力p16MPa时，=1.5p；工作压力p16MPa时，=1.25p，由于本次设计的液压系统压力为2.5MPa，故=1.5×2.5=3.75Mpa；D液压缸内径（mm）；缸材料体的许用应力（MPa）：缸体材料的抗拉强度（MPa）；n安全系数，n=3.55，

38、一般取n=5。对于：锻钢 =100120 MPa铸钢 =100110 MPa钢管 =100110 MPa铸铁 =60 MPa现选用铸铁材料，=60Mpa。将以知数据代入上式得因结构设计需要，取=10mm。液压缸外径D0及长度l的计算L（2030）D0，由结构需要确定，取l=60mm。液压缸行程S的确定根据课题要求以及机构的运动要求按GB/T2349-1980标准系列确定液压缸活塞行程为450mm。第4章 送放机构的设计4.1概述（1）送放运动改变被抓取物体的位置和方向，并将其送放到一定的目的位置上，这一运动过程称为送放运动。送放运动是机械手或机器人或机器人最主要的运动，包括手臂、手腕和行走装置

39、的运动，但不包括机械手或机器人手爪抓取物体的动作。因此，抓取动作只具有抓取功能，不能改变被抓取物的位置和方向，因而不是送放运动。送放运动又可分为主运动和辅运动两部分，手臂的运动为主运动，手腕的运动和整机的行走运动为辅运动。主运动决定送放运动的空间范围的形状和性质，辅运动可扩大送放运动或改变被送放物体在空间的方位。（2）送放范围机械手或机器人将被抓取的物体送放到某一位置，其所能达到的空间范围称为机械手或机器人的送放范围。当送放位置为一点时，称为点位送放；当送放位置在一个确定的表面内（如矩形面、扇形面、圆柱面）时，这样的送放范围称为面位送放；当送法的位置在一个确定的空间体内（如长方体、圆柱体、球体

40、、多球体）时，这样的送放范围称为体位送放。点位送放、面位送放、体位送放均由主运动的运动形式、自由度及其组合来决定。（3）送放图形送放范围可用送放图形（送放运动的轨迹或空间的形状及大小）来描述。点位送放的送放位置为确定的点，其主运动只有一个自由度。其运动形式为直线运动时，送放图形为一直线；为回转运动时，送放图形为一圆弧；为复合运动，送放图形为一空间曲线。面位送放，其送放图形为一确定的表面，由两个参变量决定，故主运动需要两个自由度。其送放图形为三种不同的情况：两个直线运动组合，送放图形为一矩形面；两个回转运动组合时，送放图形为一圆弧面；一个直线运动和一个回转运动组合时，送放图形为一扇形面（如手臂伸

41、缩和手臂回转组合）或圆柱面（如手臂升降和手臂回转组合。体位送放，其送放图形为一个确定的空间体，故主运动有三个自由度。其送放图形也有几种不同的情况：三个直线运动组合时，送放图形为一空间立方体；两个直线运动和一个回转运动组合时，送放图形为一空间圆柱体；两个回转运动和一个直线运动组合是，送放图形为一空间组合体；三个回转运动组合时，送放图形为空间球体或多球体。（4）送放运动的自由度送放运动具有的独立运动参数的数目，即送放运动的自由度，亦即机械手或机器人的自由度。它等于主运动自由度数和辅运动自由度数之和。一般情况下，主运动有13个自由度：当主运动有1个自由度时，送放图形为点位送放；当主运动有2个自由度时

42、，送放图形为面位送放；当主运动有3个自由度时，送放图形为体位送放。如果采用多关节的送放机构，则机械手的主运动自由度数还可以增加，但其结构非常复杂，故实际应用不多。此时，宜采用增设辅运动的方法来增加机械手的功能，如增加腕部的平移或整机的行走运动以扩大送放范围，或增设腕部的回转和摆动运动以改变被送放物的方位。机械手有几个自由度就说明有几个送放运动。自由度越多，送放动作也越多，则机械手越灵活，其送放范围也越大，但机械手也越复杂。本次所设计的机械手的送放机构共有5个自由度，即主运动有3个自由度（手臂的伸缩、回转、俯仰）、辅助运动有2个自由度（腕部的回转、摆动），为体位送放，全部采用液压驱动，分别由两个

43、直动液压和三个回转液压缸来实现。机械手液压系统的工作原理图如下图4.1所示：图4.1 液压系统的工作原理图4.2 液压系统主要参数的确定.液压缸工作载荷的确定R= Rt+RfRm （4.1）Rt=RwRg （4.2）式中，R液压缸的工作载荷；Rw液压缸轴线方向上的外作用力；Rg液压缸轴线方向上的重力；Rf运动部件的摩擦力；Rm运动部件的惯性力。非标准机械的液压缸设计，按实际计算出工作压力后，还应符合液压缸额定工作压力系列标准规定（JB2183-77），本设计确定的系统工作压力为2.5Mpa。.液压缸推力的确定当液压缸工作压力确定之后，即可计算出液压缸的推力。对于活塞式液压缸，液压缸的推力为P=pA （4.3）式中，p系统的工作压力；A活塞的有效工作面积。.液压缸流量的计算液压缸的工作流量为q=Av （4.4）式中，v液压缸或活塞杆的速度；A液压缸的有效工作面积。因此，只要确定出液压缸的直径D，就可求出活塞或液压缸的有效工作面积，从而可求得液压缸的推力和流量。或者，根据各缸的实际工作载荷P，先求出活塞或液压缸的有效工作面积A，再确定各缸的直径D。.液压缸基本尺寸的确定（1）活塞缸直径D的确定无杆腔工作时：D= （4.5）有杆腔工作时：D