发动机缸盖生产工艺研发-搬运机械手设计 陈晓佟 4th Ver

发动机缸盖生产工艺研发--搬运机械手设计摘要本设计主要是对发动机缸盖生产线上的搬运机械手进行结构设计和分析，其搬运对象为发动机缸盖。根据发动机缸盖的各个参数，以及对其进行抓取和搬运的要求，设计出机械手的末端执行器、腕部、小臂、大臂、腰座和基座的结构和尺寸大小。利用动态静力学方法将瞬时惯性力系转化为静力系，作出机械手的整体受力简图，然后对机械手各部件的受力情况进行具体分析，计算各机构的最大受力参数，对大臂和小臂进行强度校核，对各机构进行电机和减速器的选用，并核算是否满足工作要求。关键词：搬运机械手；发动机缸盖生产线；受力分析Enginecylinderheadproductiontechnologyresearchanddevelopment-handlingmanipulatordesignAbstractThedesignismainlytotheenginecylinderheadproductionlineontheconveyingmanipulatorforstructuredesignandtheanalysis,anditshandingobjectistheenginecylinderhead.Accordingtotheparametersofthecrankshaftandtherequirementsforgraspingandhandling,thestructureandsizeoftheterminalactuator,wrist,arm,arm,waistandbaseofthemanipulatoraredesigned.Usingdynamicstaticsmethodtotransformtheinstantaneousinertialforcesystemintothestaticforcesystem,drawingtheoverallstressdiagramofthemechanicalhand,thenanalyzingtheforceofeachpartofthemanipulator,calculatingthemaximumforceparametersofeachmechanism,checkingthestrengthofthelargearmandthesmallarm,andselectingthemotorandthereducerforeachmechanism.Andcheckiftheymeettherequirementsofthework.Keywords:Handlingmanipulator;enginecylinderheadproductionline;forceanalysis目录1 绪论 绪论工业机械手工业机械手发展概述在近年来，工业机械手快速的发展，已经覆盖到人类活动的各个领域，这跟它所具有的优点有很直接的关系，因为机械手善于在恶劣的工作环境下，如高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和有污染的场合，完成重复的、单调的、高精度要求的，以及进行不间断的工作，极大程度地改善了工人的劳动条件。所以机械手受到各大行业的青睐，例如汽车制造、机械加工、交通运输、食品、医药等行业中都有着它的身影，特别是在机床和流水线上，机械手的应用更为普遍。现代科技不断进步，社会经济高速发展，市场竞争激烈，为满足生产需求，在减轻人们的劳动强度的同时，提高产品的生产效率和质量，在汽车行业出现了各种自动化加工设备，其中作为现代工业自动化的重要支柱的工业机器人就包括在内，其中作为可以进行自动化搬运作业的工业机器人——搬运机械手，现在已经广泛应用到了汽车及其零部件制造业的自动化流水生产线当中。机械手的研究和发展，带动了我国自动化水平的提高，也给各大小企业带来了巨大的发展机遇和前景，而且随着科技的进步和社会的发展，机械手的普及应用程度将会越来越大，机械手的优点也将不断地被放大，因此，机械手在未来将会得到更快速的发展。国内外研究情况首个对机械手进行研发的国家是美国，美国联合控制公司在1958年开发出世界上第一台结构特点为箱体上装有一个可以旋转的长臂，前段装有电磁铁的工件抓放机构的示教型控制系统的机械手，4年以后，该公司又研制出一台控制系统为示教再现型的机械手，同年，美国机械制造公司研究出一种不仅可以实现手臂的升降、旋转和伸缩，连控制系统也进行了改良的，能灵活进行搬运工作的多自由度机械手，这台机械手较之前其它类型的机械手有了重大的改进，而该机械手所采用的液压驱动大大提高了机械手的功能。之后，美国各大行业公司也逐渐对机械手进行开发和研制。1960年，名为Versatran和Unimate的两种机械手在美国第一次，进行搬运作业。为了保证工作的完成，搬运机械手依据其需要搬运的各种不同类型或者形态的工件来选择安装不同的末端执行器，以便顺利的抓持工件，将工件从一个加工位置搬运到另一个加工位置。搬运机械手的出现极大程度地减轻人类繁重的体力劳动。世界上机床自动化生产线、码垛搬运、机床上下料、集装箱、自动化装配流水线等已经广泛的运用了自动工作的搬运机械手，目前世界上已经运用超过10万台的搬运机械手，如今还在随着科技和经济的发展在不断递增。虽然最早开始研制机械手的国家是美国，但却有很多的国家对机械手的研究并不落后于美国，甚至对机械手的发展速度比美国要更快，其中较为突出的是日本，日本不仅在机械手的发展速度上领先其它国家，连对机械手应用的普及程度也大于其它国家，特别是在汽车行业方面。我国的机械手研究开始于70年代初，当时机械手的应用在世界各国引起一股热潮，在这样的趋势影响下，我国机械手的研究开始起步，但远远没有达到应用的程度，人们并没有注意到其广阔的发展前景，因此其进展相当缓慢，机械手的发展可以说还处于萌芽的阶段。到了80年代，我国机械手的研究终于进入发展阶段。这归因于世界上各种高科技机械手的出现，对我国科技的发展造成一定程度的冲击，再加上改革开发的贯彻和实施，我国机械手的研究和发展受到政府的重视与支持，开始投入人力物理开展对机械手的研究和探索。在“七五”计划开展期间，我国为了完成示教再现式机械手的核心计算开发，投入了大量资金，对机械手的驱动系统、控制系统以及其零部件进行大力研发，从而研发出了搬运、喷涂和焊接机械手。我国在1986年开始实施863技术研究发展计划，使我国自动化机械手的发展开始跟上世界机械手发展的脚步，经过艰辛地研究与探索，各种跨越性的科研成果不断出现，我国终于开始成功研制出不同种类的机械手。到90年代，我国机械手开始进入适用化阶段，各大企业被机械手巨大的发展前景所吸引，开始将其引入制造加工的领域，机械手的应用和普遍程度开始逐渐提高。经过多年以来的研究与探索，尽管中国机械手已经具备了相当的发展基础，但是在核心技术的研究，原创性部件、高可靠的基础性功能部件的批量生产和应用等方面，相比其它发达国家，我国还有一定的距离，毕竟我国对机械手的研究起步比较迟，发展速度和科技方面还没有特别的优势。机械手的结构组成及分类机械手的结构组成组成机械手的结构有执行机构、驱动机构、控制系统和位置检测装置：（一）执行机构机械手的执行机构能使机械手完成各种动作，来改变被夹持工件的位置状态，如转动、摆动、移动或者复合的动作等。而执行机构的上升下降、伸缩、旋转等运动方式称为机械手的自由度，是机械手的重要参数，一般来说，自由度越多的机械手越灵活，而结构也更为复杂。而机械手的执行机构又由末端执行器、腕部、手臂、腰座和基座等组成。末端执行器末端执行器是用来夹持工件或者操作工具的部位，机械手末端执行器的结构形式有很多种，根据所要夹持工件的大小、形状、材料、尺寸、重量或者特定的作业要求等等，来选择合适的类型，比如夹持类型、吸附类型、托举类型等等。腕部机械手的腕部是用来连接末端执行器与手臂的部件，它的结构比较紧凑，而且重量较轻，比较常见的结构是具有一个自由度的回转驱动腕部结构，主要是让腕部进行90度或者180度的回转。手臂手臂是用来支撑被抓工件、末端执行器以及腕部的重要部位。手臂的状态决定了末端执行器的位置，手臂与末端执行器配合运动来准确地抓取工件，并将工件搬运到指定的位置。腰座腰座是支撑手臂的部位，与手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动都有密切的联系。基座机械手的基座则是安装手臂、动力源和其它执行机构的支架。（二）控制系统常用的机械手的控制方式为点动控制和连续控制，采用PLC控制是机械手的控制方式中比较常用的，因为PLC的控制方式相对简单，自动化程度比较高，只要写出对应机械手作业要求的的PLC程序就可以完成对机械手的控制。控制系统要考虑的要素有动作形式，运动的速度，位置的要求等。（三）驱动机构驱动执行机构运动的即为机械手的驱动机构。根据采用的动力源的不同，工业机械手的驱动机构可分为液压、气动、电动和机械驱动四类。（四）位置检测装置位置检测装置可以控制机械手执行机构的运动位置，并反馈给控制系统目前执行机构的实际位置，然后与设定的位置进行比较后通过控制系统对位置进行调整，使执行机构能够以一定的精度达到设定位置，满足机器人的运动精度要求。机械手的分类（1）按驱动机构分类机械手的驱动机构主要有4种类型，分别是液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中用的比较多的类型是液压驱动和气压驱动。液压驱动机械手的驱动系统通常有油缸、伺服阀、油泵、油箱等，它的特点是具有很大的抓举能力，动作比较平稳，耐冲击性强，耐震动性好，结构比较紧凑，而不足的地方是对液压元件的精度、密封性等要求较高，可能造成漏油的情况，对环境造成污染；气压驱动机械手的驱动系统主要有气缸、气阀、气罐和空压机等，它的特点是动作较为迅速，而且结构简单，成本也比较便宜，维修方面也很方便，缺点是速度控制比较困难，而且气压不能过高，因此力度较低；电气驱动机械手较为常见，因为它驱动力大，反应快，电源方便，对信号的检测、传输和处理都比较简单，控制方案较为灵活，电机一般采用步进电机和直流伺服电机，而电机的速度比较高，所以通常需要用减速器来配合使用；机械驱动机械手用得比较少，主要是用在一些动作固定的场合，它的特点是成本低，动作可靠性高，工作效率快，只是不容易调整。（2）按坐标结构方式分类机械手的结构类型大概分为4种，分别为直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节型结构。设计对象本次设计主要对象为汽车发动机缸盖生产线上的搬运机械手，该机械手将压铸后未切边的工件从流水线上搬运至切边机中进行切边，然后将切边后的工件搬运出来放入流水线中输送至下一工序。对于发动机缸盖这种形状较大、质量较重的零件，通过人工搬运会存在很多的困难，比如对工人体力要求较高，且存在一定的危险，需要的作业空间较多等，从而导致生产效率低，生产成本较高。所以使用搬运机器人代替人工搬运能够很好地解决这些问题，它能够不断重复工作，且力量巨大，从而降低了产品的生产成本，保证了工作的安全性，产品的质量和生产效率也能得到有效提高，改善了人们的工作环境，让汽车制造业逐渐实现自动化生产。主要研究内容本次毕业设计主要是设计一个抓取工件为汽车发动机缸盖的搬运机械手结构。根据发动机缸盖的各项参数，以及对其进行抓取和搬运的要求，设计出机械手的末端执行器、腕部、小臂、大臂、腰座和基座的结构。在设计出机械手的各部分结构后，对其整体结构进行受力分析，并计算出机械手在工作过程中负载最大情况下各机构受力的大小，然后在机械手的最大受力状态下对大臂和小臂的强度进行校核，最后根据各机构的最大负载以及机械手正常工作下各轴的转速和角速度，选择合适的电动机和减速器并进行数据的核算。搬运机械手的总体结构设计机械手的工作任务及工作空间机械手的工作任务和工作空间，对机械手的选型、驱动和控制系统的选择、各部分尺寸大小和自由度的确定起着至关重要的作用，因此，在设计机械手之前，首先要根据机械手的应用场合及抓取对象等，确定机械手的安装位置，工作的流程。（1）抓取对象机械手的抓取对象是长宽为300x300mm，高度为80mm的发动机缸盖，切边前工件的重量约25KG，工件的结构如图2.1所示，工件的相关尺寸参数如图2.2所示。图2.1发动机缸盖结构图图2.2发动机缸盖相关尺寸参数（2）工作内容该机械手用于发动机缸盖压铸后的切边工程，将压铸出来的缸盖从取料位夹取放入切边机加工，将加工后的工件夹取放至放料位输送至下一工程进行加工。搬运机械手工作循环要求：从取料位取料——将工件放入切边机加工——将切边机内加工后工件取出——将工件放到放料位——进行下一个循环。机械手搬运自动线布置示意如图2.3所示。图2.3机械手搬运自动线布置示意图搬运机械手具体工作步骤如下：末端执行器从作业原点垂直向上移动300mm（末端执行器最低点与上料输送带的竖直距离为500mm）末端执行器向左转动45°到取料位的正上方中心处。末端执行器向下移动350mm，闭合夹爪，抓紧工件。末端执行器夹持工件，向上移动300mm向右转动90°到达切边机正前方末端执行器夹持工件向前移动500mm（进入切边机）向下移动300mm，松开夹爪，放置工件向上移动300mm向后移动500mm（退出切边机）末端执行器向前移动500mm向下移动300mm,闭合夹爪，抓紧工件夹持工件向上移动300mm向后移动500mm（退出切边机）回转90°到达放料位置正上方中心向下移动300mm，松开夹爪，放置工件向上移动到工件上方返回作业原点进入下一循环机械手的基本形式选择根据机械手的工作要求和工作环境以及工件的外形、尺寸、质量等工况条件，将机械手设计为四自由度关节型机械手，搬运机械手的总体结构如图2.1所示，机械手的主要执行机构主要包括基座、腰座、大臂、小臂、腕部及末端执行器，机械手的驱动机构采用电机及气缸驱动。机械手的主要部件及运动各部位运动设计方案如下：（1） 腰座回转：腰座位于基座上方，腰座可带动机械手的其他机构实现±360°的回转，基座的作用是支撑腰座、大臂、小臂等机构。（2） 大臂俯仰：大臂位于腰座上方，可随腰座做±360°的回转，同时大臂可以在竖直平面内±75°的俯仰。（3） 小臂俯仰：小臂与大臂靠旋转副连接，为了使末端工作机构具有更大的活动空间的同时，能够控制小臂与大臂之间的夹角，小臂也可以在竖直平面内±75°的俯仰。（4）腕部俯仰：腕部与小臂靠旋转副连接，为了使末端执行器具有更大的活动空间的同时，能控制腕部与小臂之间的夹角，腕部也可以在竖直平面内±75°的俯仰。各机构的运动分别由独立的驱动装置驱动，并且各机构间又能相互联系，但是运行时互不干涉。机械手的相关技术参数1、搬运工件重量：25KG2、自由度数量：43、坐标形式：关节型4、最大工作半径：1800搬运机械手整体结构如图2.4所示，机械手结构简图如图2.5所示。图2.4搬运机械手整体结构图图2.5搬运机械手结构简图搬运机械手的各部分结构设计末端执行器根据发动机缸盖的大小、形状和质量，机械手的末端执行器设计为夹持型结构，使用气缸驱动，通过气缸的运动使手爪达到夹紧和松开的效果，夹爪与工件接触部分材料为黄铜，其余材料均为Q235钢。结构如图3.1所示。图3.1末端执行器末端执行器气缸所需输出力计算末端执行器受力情况如图3.2所示，对末端执行器进行受力分析图3.2末端执行器受力简图忽略铰接处摩擦，AB杆为二力杆，只在两端受力且所受力沿杆曲线,受力如图3.3所示；图3.3AB杆受力简图静平衡状态下，B、D点所受外力对C点取距，代数和为零，黄铜摩擦系数为μ=0.27，受力如图3.4所示，即：FG图3.4弯杆BCD受力简图静平衡状态下，A点合外力为零，受力如图3.4所示，因FAB=FF图3.4A点受力分析图因FAB=F所以气缸所需输出力为139.5N，末端执行器气缸参数计算及型号选择（1）气缸缸径确定该气缸用于控制夹爪的夹紧与松开，需要提供足够的夹持力。由于难以直接确定气缸的实际输出力，所以选择气缸缸径时，需确定气缸负载率η气缸负载率η=气缸实际负载F气缸理论输出力F0因气缸负载率η大小的选取，与气缸的动作状态有关，由表3.1可知，气缸负载率η=70%：表3.1气缸动作状态与负载率关系表气缸动作状态静负载（如夹紧、低速铆接等）气缸速度在50~500mm/s范围内的水平或垂直动作气缸速度在500mm/s以上至气缸允许最大运动速度范围内负载率η≤70%≤50%≤30%因气缸实际负载力F为2548N，由式3.2计算可得气缸的理论输出力F0为：F由公式3.3计算可得，所需气缸活塞面积S=Fn×P=F=n×P×S（式3.3）其中：F——所需要的气缸实际输出力，由计算可知，气缸所需输出力为139.5N；P——系统压力，一般为0.6-0.8Mpa，本次计算取0.7Mpa；S——气缸的活塞面积；n——安全系数，一般气缸水平使用取0.7，垂直使用取0.5，因气缸动作方向为上下运动，故取n=0.5；所以所需气缸缸径D=2Sπ=2×569.43.14=27mm，由表表3.2气缸标准内径表（单位：mm）810121620253240506380（110）125（140）160（180）200（220）250320400500（2）气缸行程确定为了保证末端执行器手爪张开角为150°，末端执行器夹紧与张开状态下机构运动简图如图3.5所示，根据末端夹持器结构设计，需运动83.5mm，因需要压紧的时候，一般会将行程吃进3~5mm，所以气缸行程为88.5mm，由表3.3取标准行程为100mm。表3.3气缸标准行程表（单位：mm）缸径标准行程1252550751001251501752002503003504004505006007008001000图3.5末端执行器机构夹紧与张开状态下运动简图（3）型号选择根据设计方案，需要缸径为32mm，气缸行程为100mm的双作用气缸，故选择SMC公司型号为的MDB1D32-100Z-NW-M9BW的单杆双作用气缸，气缸结构如图3.6所示，气缸参数见表3.4。表3.4气缸参数表缸径（mm）杆径（mm）使用压力（MPa）理论输出力行程（mm）OUTIN32120.05~1.0563N484N100图3.6气缸结构图腕部腕部的上端与电动机的转轴连接，从而实现腕部俯仰摆动，腕部的下端与末端执行器连接。腕部结构如图3.7所示。图3.7腕部结构图手臂部分常见的机械手手臂运动机构有以下三种：双导杆手臂伸缩机构双活塞杆液压缸结构活塞杆和齿轮齿条机构本次设计的机械手手臂运动机构选择为双导杆伸缩机构，使用电机驱动。3.3.1小臂小臂的长度设计为1000mm,为了避免电机和减速器的转轴负荷过大的同时合理分配力和力矩，小臂与水平方向的夹角不超过60度，结构如图3.8所示。图3.8小臂结构图3.3.2大臂大臂的长度设计为800mm，为了避免电机和减速器的转轴负荷过大的同时合理分配力和力矩，大臂与水平方向的夹角在30度到90度范围内，结构如图3.9所示。图3.9大臂结构图腰座和基座部分腰座的最上端与大臂连接，连接处安装电机和减速器，实现大臂的转动，腰座的底部与基座的连接，连接处安装电机和减速器，实现机械手的整体转动。基座的安装采用地脚螺栓固定，腰座结构如图3.10所示，基座结构如图3.11所示。图3.10腰座结构图图3.11基座结构图机械手的力学分析与强度校核机械手各个关节所承受的力和力矩，是机械手结构设计的基础。在设计人员设计机械手的时候，他们首先要考虑的问题是如何让机械手拥有足够好的力学性能，这就要对机械手的结构进行受力分析。惯性力的大小由速度和质量决定，在以前，机械手的机械速度很低，惯性力可忽略不计，因此可以把整个机械手的结构当做一个静力系统，只需要进行静力分析即可。而随着科技的发展，机械手的运动速度不断提升，机构和所要搬运物体的质量越来越大，机械手在作业过程中所产生的惯性力已经不能够被忽略，因此要对机械手整体结构进行动力学分析。常见的动力学分析方法有Kane方法、Langrange方法和动态静力学方法。根据所设计机械手的条件，选择的动力学分析方法为动态静力学方法，即利用动态静力学方法将瞬时惯性力系转化为静力系，对机械手各部分进行受力分析。搬运机械手的受力简图如图4.1所示：图4.1搬运机械手受力简图受力分析的时候，需要把机械手在运动过程中产生的惯性力考虑进去，但因为组成机械手的零部件数量较多，如果将机械手运动时所有零部件的惯性力全部加以考虑，那么受力分析就会变得复杂；由于许多质量较小的部件在运动时产生的惯性力很小，对机械手各关节的受力影响也很小，因此在本次受力分析过程中，忽略质量很小的构件所产生的惯性力，只考虑计算其它体积和质量相对较大的构件所产生的惯性力。在这里只考虑机械手大臂、小臂、腕部、末端执行器和工件运动过程中产生的惯性力。静力学分析腕部与末端执行器连接关节处受力分析该关节所受到的力如图4.2所示，关节的A处受到腕部、末端执行器和重物的总重力为G1，关节的B处受到的力可分解为轴X和轴Y方向的力Fbx和Fby，关节的C处受到杆CE的拉力Fce。可以把△ABC看成一个整体，然后对轴B进行力矩平衡分析和对△ABCFFBX=Fx1-FCE×F图4.2腕部与末端执行器连接关节处受力简图大臂与小臂连接关节处受力分析该关节所受到的力如图4.3所示，关节的E处受到杆EC的拉力Fec，关节的F处受到杆FI的拉力Ffi，关节的D处受到力可分解为X轴和Y轴方向上的力Fdx1和Fdy1，可以把△DEF看成一个整体，然后对轴D进行力矩平衡分析和对△DEF进行受力平衡分析后得：FFDX1=FFI×cosθF已知Lde∥Lbc，可推得Lfd与水平面的夹角等于∠EDF+θ9，又因为四边形DEIJ为平行四边形，所以图4.3大臂与小臂连接关节处受力简图腰座与大臂连接关节处受力分析腰座与腰座的连接关节处所受到的力如图4.4所示，杆HG的拉力Fgh，杆HJ的推力Fhj以及杆HL的拉力Fhl，这三个力满足受力平衡，因此可对轴J进行力矩平衡分析，可得：FGH×sinθ2-依据图中几何关系分析可得θ5＝θ3-LHJsinθ4=LHLsin图4.4大臂与腰座连接关节处受力简图小臂受力分析小臂受到的力如图4.5所示，杆GH的拉力Fgh，小臂运动时产生的惯性力可分为X轴和Y轴方向上的力Fx2和Fy2，小臂的自身重力为G2，轴B对其的作用力可分为X轴和Y轴方向上的力Fbx和Fby，轴D对其的作用力可分为X轴和Y轴方向上的力Fdx2和Fdy2。对轴D进行力矩平衡分析和对小臂进行受力平衡分析后得：=FGHFGH×cosθ2+FBXF根据机械手结构可知轴D处满足力平衡方程：FFDy=FDy1+FDy2已知四边形DGHJ为平行四边形，可得∠GHJ＝图4.5小臂受力简图大臂受力分析如图4.6所示，大臂受到轴D的压力可分为X轴和Y轴方向上的力Fdx和Fdy，自身的重力G3，大臂运动时产生的惯性力可分为X轴和Y轴方向上的力Fx3和Fy3，轴J的反作用力以及杆MK的推力Fmk，对轴J进行力矩平衡分析可得：F=FDy×LDJ依据图中几何关系分析可得θ7＝θ6-（LJKsin∠JMK=LKMsinθL图4.6大臂受力简图受力分析结果通过对机械手的三个连接关节处及大臂、小臂进行力学分析后，不难发现，所有方程里面，只有Lhl和Lkm两个自变量，其余的未知量皆可通过它们来进行计算获得，即其它未知量是关于Lhl和Lkm的函数，机械手各构件的位置角度等是根据Lhl和Lkm决定的。惯性力最大状态下受力分析当机械手的手部到达搬运工作行程的最远处时，机械手整体的加速度最大，受到的惯性力也最大。此状态下，手部在Y轴方向上的速度为0.5m/s，加速度为2.5m/s²；X轴方向上的速度为1m/s,加速度为3.5m/s²；Ly1=160mm，Lx1=130mm，θ9=45°，θ10=80°，θ2=50°；经UG计算得机械手的手部和腕部质量总和为16.5kg，发动机缸盖质量为25kg，则惯性力Fx1FF把数据代入公式（4-1）得：θF145.25=F计算可得Fce＝－34.04N把数据代入公式（4-2）得：-34.04×0.11×FF计算可得Ffi＝－33.65N，机械手在此运动状态下，小臂重心在Y轴方向上的速度为0.4m/s,加速度为2.1m/s²；X轴方向上的速度为0.7m/s,加速度为2.8m/s²；经UG计算小臂质量为48.12kg，则惯性力Fx2和Fy2分别为：FF把数据代入公式（4-5）得：481.2＝FF计算可得Fgh＝1044.03N，把数据代入公式（4-6）得：FdxFd把数据代入公式（4-3）和（4-4）得：1044.03×0.2此状态下θ4=35°，θ5计算可得Fhl＝382.16N，Lhl＝0.35m。机械手在此运动状态下，大臂重心在Y轴方向上的速度为0.2m/s,加速度为1.2m/s²；X轴方向上的速度为0.3m/s,加速度为1.4m/s²；经UG计算大臂质量为60.47kg，则惯性力Fx3和Fy3分别为：Fx3Fy3把数据代入公式（4-7）和（4-8）得：749.42＝×1/2×0.68×cos0.2/sin∠JMK此状态下θ7＝65°，∠JMK＝35计算可得Fmk＝2763.63N，Lkm＝0.33m。强度校核小臂强度校核依据小臂的最大受力状态分析可知，此状态下小臂受到的剪力较大，需要对小臂的强度进行校核。本次设计小臂采用铝合金7075-T651材料，该材料的拉伸强度为572Mpa，抗弯强度为503Mpa,许用剪应力τ为120Mpa。此状态下小臂受到的剪力有：Fg＝FgFbd＝（FbFd＝504.55小臂的截面为长120mm宽80mm的矩形。截面面积A抗弯截面系数Wz小臂的剪力图和弯矩图如图4.7和图4.8所示：图4.7小臂剪力图图4.8小臂弯矩图最大剪力Fs＝311.17N＝0.311KN最大弯矩M＝75.42Nm＝0.07542KNm最大剪应力τ＝Fs/A＝0.311÷0.0096＝32.39Mpa＜[τ]最大弯曲应力σ强度满足条件。大臂强度校核依据大臂的最大受力状态分析可知，此状态下大臂受到的轴向压力较大，需要对大臂的强度进行校核。本次设计大臂采用铝合金7075-T651材料，该材料的拉伸强度为572Mpa，屈服强度为503Mpa,许用剪应力τ为120Mpa。设安全系数为2，则许用压应力σc＝572÷2＝286Mpa此状态下，大臂受到轴D的压力为：Fd大臂受到自身重力的轴向分力为：G3大臂受到瞬间惯性力的轴向分力为：Fy3大臂受到轴J的轴向力为：Fj大臂的轴力图和截面如图4.9和图4.10所示：图4.9大臂轴力图图4.10大臂截面图由轴力图可得最大轴力Fnmax＝2031.27N截面面积：A则大臂内的最大正应力为：σmax强度满足条件。机械人电机及减速器的选择机械手驱动电机及减速器选型要求及安装位置驱动装置是机械手系统运动的核心，因此，电机的选择对机械手起着关键性作用。通常机械手对于驱动电机的要求有：具有快速响应的性能；电机的启动转矩与本身转动惯量之比大；电机的转速能够持续变化；转速的调速范围大；占用空间小，质量小；电机能够频繁的进行正反转动和加减速转动；拥有较高的可靠性和稳定性；具有良好的过载能力。减速器的使用是为了配合电机驱动机械手进行工作，提高其运行的位置精度。机械手对减速器的要求有：刚度高，过载能力强；体积小且结构紧凑；传动精度和传动效率高；回程间隙小；输出转矩高，减速比范围大，润滑性好。本次机械手的电机和减速器的选型遵循的要求为：（1）电机的负载惯量与电动机自身惯量之比要在电机允许负载惯量的一定范围之内，本次所选电机的允许负载惯量为自身转动惯量的10倍。（2）电机输出端负载的最大转矩要小于电机的瞬间最大转矩。（3）电机输出端所能提供的最大转矩大于电机负载的最大转矩。搬运机器人各驱动电机安装位置如图5.1所示。图5.1搬运机械手各驱动电机安装位置图腕部俯仰运动的驱动电机与减速器选择根据设计，转轴的角加速度为α=π2rad/s²根据机械手运动形式，工件的转动惯量为：J腕部和末端执行器绕轴的转动惯量，通过UG计算为17.11kgm²。所以腕部与关节ABC连接处的转轴负载的转动惯量为：J由于加速度的存在，负载对转轴产生的惯性力矩为：T根据伺服电机和减速器的选型计算方法选择安川SGMGH-05A伺服电机和阿尔法TP025减速器，参数如下：表5.5安川SGMGH-05A伺服电机基本参数额定转矩瞬时最大转矩额定转速转动惯量额定功率2.84Nm8.92Nm1500r/min0.0007kgm²0.45KW表5.6阿尔法TP025减速器基本参数额定力矩最大加速力矩额定转速最大转速转速比260Nm480Nm3100r/min6000r/min66：1腕部与关节ABC连接处减速器输出端的负载惯量折算到电动机输出端为：18.8电动机负载惯量与电动机自身惯量比为：0.004÷0.0007电动机输出端负载的最大转矩为：29.53伺服电机所能提供的最大转矩为：8.92伺服电机所能提供的最小转速为：1500经过计算，可知选择的电动机和减速器符合要求。小臂俯仰运动的驱动电机与减速器选择根据设计，转轴的角加速度为α=π2rad/s²当机械手运动到电机负载转动惯量最大的姿态时，大臂和小臂连接处的转轴受到的转动惯量经UG计算得知为147.4kgm²。由于加速度的存在，负载对转轴产生的惯性力矩为：T根据伺服电机和减速器的选型计算方法选择安川SGMGH-09A伺服电机和阿尔法TP110减速器，参数如下：表5.7安川SGMGH-09A伺服电机基本参数额定转矩瞬时最大转矩额定转速转动惯量额定功率5.39Nm13.8Nm1500r/min0.0014kgm²0.85KW表5.8阿尔法TP110减速器基本参数额定力矩最大加速力矩额定转速最大转速转速比1570Nm2600Nm2100r/min4500r/min110：1大臂和小臂连接处减速器输出端的负载惯量折算到电动机输出端为：147.4电动机负载惯量与电动机自身惯量比为：0.012÷0.0014电动机输出端负载的最大转矩为：231.54÷110²伺服电机所能提供的最大转矩为：13.8伺服电机所能提供的最小转速为：1500经过计算，可知选择的电动机和减速器符合要求。大臂俯仰运动的驱动电机与减速器选择根据设计，转轴的角加速度为α=π3rad/s²当机械手运动到电机负载转动惯量最大的姿态时，腰座与大臂连接处的转轴受到的转动惯量经UG计算得知为172.97kgm²。由于加速度的存在，负载对转轴产生的惯性力矩为：T根据伺服电机和减速器的选型计算方法选择安川SGMGH-09A伺服电机和阿尔法TP300减速器，参数如下：表5.9安川SGMGH-05A伺服电机基本参数额定转矩瞬时最大转矩额定转速转动惯量额定功率5.39Nm13.8Nm1500r/min0.0014kgm²0.85KW表5.10阿尔法TP300减速器基本参数额定力矩最大加速力矩额定转速最大转速转速比3100Nm5300Nm1500r/min3000r/min154：1腰座与大臂连接处减速器输出端的负载惯量折算到电动机输出端为：172.97电动机负载惯量与电动机自身惯量比为：0.007÷0.0014电动机输出端负载的最大转矩为：181.13÷154²伺服电机所能提供的最大转矩为：13.8伺服电机所能提供的最小转速为：1500经过计算，可知选择的电动机和减速器符合要求。腰部回转运动的驱动电机与减速器选择根据设计，转轴的角加速度为α=π3rad/s²当机械手运动到电机负载转动惯量最大的姿态时，基座与腰座连接处的转轴受到的转动惯量经UG计算得知为257.83kgm²。根据设计，转轴的角加速度为α=π3rad/s由于加速度的存在，负载对转轴产生的惯性力矩为：T根据伺服电机和减速器的选型计算方法选择安川SGMGH-05A伺服电机和阿尔法TP300减速器，参数如下：表5.11安川SGMGH-09A伺服电机基本参数额定转矩瞬时最大转矩额定转速转动惯量额定功率5.39Nm13.8Nm1500r/min0.0014kgm²0.85KW表5.12阿尔法TP300减速器基本参数额定力矩最大加速力矩额定转速最大转速转速比3100Nm5300Nm1500r/min3000r/min154：1基座与腰座连接处的减速器输出端的负载惯量折算到电动机输出端为：257.83电动机负载惯量与电动机自身惯量比为：0.011÷0.0014电动机输出端负载的最大转矩为：270÷154²伺服电机所能提供的最大转矩为：13.8伺服电机所能提供的最小转速为：1500经过计算，可知选择的电动机和减速器符合要求。总结本文主要是基于发动机缸盖生产线对搬运机械手进行结构设计和对其结构进行分析。首先根据机械手需要满足的工作任务，工况条件以及抓取工件的形状、大小和重量，对末端执行器、腕部、小臂、大臂、腰座和基座进行设计计算，然后根据设计的参数用UG软件对机械手各机构进行三维建模，并进行组合装配。分析其自由度和工作原理，绘制出机构运动简图。根据机械手的最大受力状态，对其各机构进行受力分析，以各机构最大受力参数为标准，校核大臂和小臂的强度是否符合要求，再结合机械手正常工作时各机构的转速和角速度，选择相应的电机和减速器，然后进行核算。本次设计是根据机械手的抓取对象和工作条件，设计出拥有4个自由度的关节型机械手，其特点是工作范围大，反应迅速，动作灵活，抓取精度高，占用空间小，结构紧凑，为了减少和分散各机构的受力，加入了连杆作为辅助支撑，使机械手的运动更加的稳定。经过强度的校核，电机和减速器参数的核算，该机械手完全满足对发动机缸盖的抓取和搬运任务。不足的是此次设计只是对机械手进行结构的设计和分析，并没有对控制系统和传动机构进行设计。机械手作为自动化生产的一个重要组成部分，已被广泛应用到各个行业，其发展前景是巨大的。本次毕业设计让我对所学的知识进行了充分的应用，对机械手领域有了更深入的了解与认识。参考文献[1]兰虎．工业机器人技术及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，2014.8：8-22.[2]韩建海．工业机器人（第二版）［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社，2012.6：76-88.[3]秦雪梅，李冬冬．工程力学［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社，2013.11：180-200.[4]李金泉，杨向东，付铁．码垛机器人机械结构与控制系统设计［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，2011.7：35-36.[5]成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2002.1：42-46.[6]龚振邦．机器人机械设计［Ｍ］．北京：电子工业出版社，1995.11：24-30.[7］贾沛．国产搬运机器人在国产汽车冲压生产线中的应用［J］．制造业自动化，2016，38(2)：71-75.[8］周鹏．搬运机械手的设计与实现［J］．计算机应用，2017，32(6)：65-67.[9］王建卫．多关节型搬运机械手结构设计分析［J］．科技创新与应用，2015，17(2)：54.[10]陈立德．机械设计基础［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2015.9：26-32.[11]杨家军，张卫国．机械设计基础［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社，2002：2-4.[12]李允文．工业机械手设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，1996：3-11.[13］孙立宁．机器人技术国内外发展状况［J］．国内外机电一体化技术，2002，(4)：29-41.[14］崔吉．一种六自由度机械手的运动学分析［J］．机械设计与研究，2009，36(11)：16-19.[15］贺东坤．多关节型搬运机械手结构设计［J］．长春大学学报，2013，6(23)：654-659.谢辞经过几个月的努力和准备，毕业设计即将结束了，同时也意味着在学校的最后一门课程即将结束了，在完成毕业设计的这段时间里，让我对搬运机器人有了更深入的认识，让我对所学知识有了一个更充分、更综合的应用，同时也发现了自己的问题和不足。首先，感谢在此期间帮助我完成毕业设计的指导老师尹沾松老师、实习单位的前辈们以及和我一起完成毕业设计的小组同学，还要感谢在这四年里教授我许多宝贵知识和经验的众多老师，正是因为你们，我才能顺利的完成我的毕业设计，为我的大学学习生涯划上一个句号；然后，感谢我的辅导员老师以及同学们在这四年里的无私帮助以及理解，让我快乐的度过了四年的大学生活；最后，感谢我的家人，正是因为他们在背后的支持，我才能拥有自己的大学生涯。此时，我的大学生活即将结束，即将走出象牙塔步入社会开始我的工作生涯，我会确定好我人生的新目标，扎扎实实的工作，回报父母，回报社会，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！

HYPERLINK如何给电脑重做系统给电脑重做系统，自己学学，可少花钱，哈哈[图]

一、准备工作:

如何重装电脑系统

首先，在启动电脑的时候按住DELETE键进入BIOS，选择AdvancedBIOSFeatures选项，按Enter键进入设置程序。选择FirstBootDevice选项，然后按键盘上的PageUp或PageDown键将该项设置为CD-ROM，这样就可以把系统改为光盘启动。

其次，退回到主菜单，保存BIOS设置。（保存方法是按下F10，然后再按Y键即可）

1.准备好WindowsXPProfessional简体中文版安装光盘,并检查光驱是否支持自启动。

2.可能的情况下，在运行安装程序前用磁盘扫描程序扫描所有硬盘检查硬盘错误并进行修复，否则安装程序运行时如检查到有硬盘错误即会很麻烦。

3.用纸张记录安装文件的产品密匙(安装序列号)。

4.可能的情况下，用驱动程序备份工具(如:驱动精灵2004V1.9Beta.exe)将原WindowsXP下的所有驱动程序备份到硬盘上(如∶F:Drive)。最好能记下主板、网卡、显卡等主要硬件的型号及生产厂家，预先下载驱动程序备用。

5.如果你想在安装过程中格式化C盘或D盘(建议安装过程中格式化C盘)，请备份C盘或D盘有用的数据。

二、用光盘启动系统:

(如果你已经知道方法请转到下一步),重新启动系统并把光驱设为第一启动盘,保存设置并重启。将XP安装光盘放入光驱,重新启动电脑。刚启动时，当出现如下图所示时快速按下回车键，否则不能启动XP系统光盘安装。如果你不知道具体做法请参考与这相同的-->如何进入纯DOS系统:

光盘自启动后,如无意外即可见到安装界面,将出现如下图1所示

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全中文提示,“要现在安装WindowsXP,请按ENTER”，按回车键后,出现如下图2所示

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许可协议,这里没有选择的余地，按“F8”后如下图3

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这里用“向下或向上”方向键选择安装系统所用的分区，如果你已格式化C盘请选择C分区，选择好分区后按“Enter”键回车，出现下图4所示

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这里对所选分区可以进行格式化,从而转换文件系统格,或保存现有文件系统,有多种选择的余地,但要注意的是NTFS格式可节约磁盘空间提高安全性和减小磁盘碎片但同时存在很多问题MacOS和98/Me下看不到NTFS格式的分区,在这里选“用FAT文件系统格式化磁盘分区(快),按“Enter”键回车，出现下图5所示

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格式化C盘的警告,按F键将准备格式化c盘,出现下图6所示

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由于所选分区C的空间大于2048M(即2G),FAT文件系统不支持大于2048M的磁盘分区,所以安装程序会用FAT32文件系统格式对C盘进行格式化,按“Enter”键回车，出现下图7所示

查看原图图7中正在格式化C分区;只有用光盘启动或安装启动软盘启动XP安装程序,才能在安装过程中提供格式化分区选项；如果用MS-DOS启动盘启动进入DOS下,运行i386\winnt进行安装XP时,安装XP时没有格式化分区选项。格式化C分区完成后,出现下图8所示

被过滤广告

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图8中开始复制文件,文件复制完后，安装程序开始初始化Windows配置。然后系统将会自动在15秒后重新启动。重新启动后,出现下图9所示

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9

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过5分钟后，当提示还需33分钟时将出现如下图10

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区域和语言设置选用默认值就可以了，直接点“下一步”按钮，出现如下图11

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这里输入你想好的姓名和单位，这里的姓名是你以后注册的用户名，点“下一步”按钮，出现如下图12

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如果你没有预先记下产品密钥（安装序列号）就大件事啦！这里输入安装序列号，点“下一步”按钮，出现如下图13

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安装程序自动为你创建又长又难看的计算机名称,自己可任意更改，输入两次系统管理员密码，请记住这个密码，Administrator系统管理员在系统中具有最高权限，平时登陆系统不需要这个帐号。接着点“下一步”出现如下图14

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日期和时间设置不用讲,选北京时间，点“下一步”出现如下图15

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开始安装,复制系统文件、安装网络系统，很快出现如下图16

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让你选择网络安装所用的方式，选典型设置点“下一步”出现如下图17

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点“下一步”出现如下图18

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继续安装，到这里后就不用你参与了，安装程序会自动完成全过程。安装完成后自动重新启动，出现启动画面，如下图19

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第一次启动需要较长时间，请耐心等候，接下来是欢迎使用画面，提示设置系统，如下图20

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点击右下角的“下一步”按钮，出现设置上网连接画面，如下图21所示

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点击右下角的“下一步”按钮，出现设置上网连接画面，如下图21所示

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这里建立的宽带拨号连接,不会在桌面上建立拨号连接快捷方式,且默认的拨号连接名称为“我的ISP”(自定义除外);进入桌面后通过连接向导建立的宽带拨号连接,在桌面上会建立拨号连接快捷方式,且默认的拨号连接名称为“宽带连接”(自定义除外)。如果你不想在这里建立宽带拨号连接,请点击“跳过”按钮。

在这里我先创建一个宽带连接,选第一项“数字用户线(ADSL)或电缆调制解调器”,点击“下一步”按钮，如下图22所示

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目前使用的电信或联通(ADSL)住宅用户都有帐号和密码的,所以我选“是,我使用用户名和密码连接”,点击“下一步”按钮，如下图23所示

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输入电信或联通提供的帐号和密码,在“你的ISP的服务名”处输入你喜欢的名称,该名称作为拨号连接快捷菜单的名称,如果留空系统会自动创建名为“我的ISP”作为该连接的名称,点击“下一步”按钮，如下图24所示

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已经建立了拨号连接,微软当然想你现在就激活XP啦,不过即使不激活也有30天的试用期,又何必急呢?选择“否,请等候几天提醒我”,点击“下一步”按钮，如下图25所示

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输入一个你平时用来登陆计算机的用户名，点下一步出现如下图26

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点击完成，就结束安装。系统将注销并重新以新用户身份登陆。登陆桌面后如下图27

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六、找回常见的图标

在桌面上点开始-->连接到-->宽带连接，如下图32

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左键点“宽带连接”不放手，将其拖到桌面空白处,可见到桌面上多了一个“宽带连接”快捷方式。结果如下图33

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然后，右键在桌面空白处点击，在弹出的菜单中选“属性”，即打开显示“属性窗口”如下图34

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在图中单击“桌面”选项卡，出现如下图35

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在图中的左下部点击“自定义桌面”按钮，出现如下图36

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在图中的上部，将“我的文档”、“我的电脑”、“网上邻居”和“InternetExplorer”四个项目前面的空格上打钩，然后点“确定”，再“确定”，你将会看到桌面上多了你想要的图标。如下图37

键盘上每个键作用!!!

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F3搜索

F4地址

F5刷新

F6切换

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CTRL+A全选

CTRL+C复制

CTRL+X剪切

CTRL+V粘贴

CTRL+Z撤消

CTRL+O打开

SHIFT+DELETE永久删除

DELETE删除

ALT+ENTER属性

ALT+F4关闭

CTRL+F4关闭

ALT+TAB切换

ALT+ESC切换

ALT+空格键窗口菜单

CTRL+ESC开始菜单

拖动某一项时按CTRL复制所选项目

拖动某一项时按CTRL+SHIFT创建快捷方式

将光盘插入到CD-ROM驱动器时按SHIFT键阻止光盘自动播放

Ctrl+1,2,3...切换到从左边数起第1,2,3...个标签

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Ctrl+C复制当前选中内容

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Ctrl+E打开或关闭“搜索”侧边栏(各种搜索引擎可选)

Ctrl+F打开“查找”面版

Ctrl+G打开或关闭“简易收集”面板

Ctrl+H打开“历史”侧边栏

Ctrl+I打开“收藏夹”侧边栏/另:将所有垂直平铺或水平平铺或层叠的窗口恢复

Ctrl+K关闭除当前和锁定标签外的所有标签

Ctrl+L打开“打开”面版(可以在当前页面打开Iternet地址或其他文件...)

Ctrl+N新建一个空白窗口(可更改,Maxthon选项→标签→新建)

Ctrl+O打开“打开”面版(可以在当前页面打开Iternet地址或其他文件...)

Ctrl+P打开“打印”面板(可以打印网页,图片什么的...)

Ctrl+Q打开“添加到过滤列表”面板(将当前页面地址发送到过滤列表)

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Ctrl+T垂直平铺所有窗口

Ctrl+V粘贴当前剪贴板内的内容

Ctrl+W关闭当前标签(窗口)

Ctrl+X剪切当前选中内容(一般只用于文本操作)

Ctrl+Y重做刚才动作(一般只用于文本操作)

Ctrl+Z撤消刚才动作(一般只用于文本操作)

Ctrl+F4关闭当前标签(窗口)

Ctrl+F5刷新当前页面

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Ctrl+Enter域名自动完成[url=].**.com[/url](内容可更改,Maxthon选项→地址栏→常规)/另:当输入焦点在搜索栏中时,为高亮关键字

Ctrl+拖曳保存该链接的地址或已选中的文本或指定的图片到一个文件夹中(保存目录可更改,Maxthon选项→保存)

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Ctrl+Shift+小键盘'-'所有页面缩小20%

Ctrl+Shift+F输入焦点移到搜索栏

Ctrl+Shift+G关闭“简易收集”面板

Ctrl+Shift+H打开并激活到你设置的主页

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