2017畢業(yè)論文-基于plc的四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　成人高等教育</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p><b>　　論 文 摘 要</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為四自由度工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是根據(jù)三年專(zhuān)科所學(xué)的課程進(jìn)行的，主要有：機(jī)械零件設(shè)計(jì)，機(jī)械零件圖測(cè)繪，液

2、壓與氣動(dòng)技術(shù)，PLC電子編程技術(shù)，理論力學(xué)，工程力學(xué)等。設(shè)計(jì)共分為六章，第一章緒論是說(shuō)明本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的，意義，研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求，簡(jiǎn)述本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題。第二章總體設(shè)計(jì)以及總體說(shuō)明，對(duì)工業(yè)機(jī)械手的工作原理、組成及其種類(lèi)型式進(jìn)行介紹，確定整個(gè)機(jī)械手的總體方案。第三章工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，是介紹各部件的選擇及相關(guān)數(shù)據(jù)的確定、性能的分析和各參數(shù)的計(jì)算；第四章工業(yè)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（氣動(dòng)系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)，包括：回路設(shè)計(jì)

3、，執(zhí)行元件選擇，控制元件選擇以及動(dòng)作順序表等進(jìn)行介紹。第五章工業(yè)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要介紹了PLC的程序梯形圖。第六章是設(shè)計(jì)的總結(jié)。</p><p>　　在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，能順利的完成，最重要的是由三位優(yōu)秀的，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師王曉初和李克天老師的詳細(xì)耐心的解說(shuō)，教導(dǎo)。而本人也通過(guò)《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《可編程序控制器》以及參考其它有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍,經(jīng)過(guò)十三周的努力終于把此畢業(yè)

4、設(shè)計(jì)編制而成。</p><p>　　關(guān)鍵字：機(jī)械手，氣動(dòng)系統(tǒng)，PLC，</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒論 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――-- 3 </p><p>　　1．1 課題設(shè)計(jì)的論述 --――――――――――――――――――――

5、―――――――― 3</p><p>　　1．1．1 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述 --―――――――――――――――――――――― 3</p><p>　　1．1．2現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) --――――――――――――――――――――――― 4</p><p>　　1．2 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟 ----―――――――――――――――――――――― 5</p&g

6、t;<p>　　2 總體設(shè)計(jì) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 6</p><p>　　2．1 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 ―――――――――――――――――――――――――――――― 6</p><p>　　2．1．1總體說(shuō)明 ―――――――――――――――――――――――――――――― 6</p><p>　　2．1．2驅(qū)

7、動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì) ――――――――――――――――――――――― 6</p><p>　　2．1．3整體機(jī)構(gòu)的確定 --――――――――――――――――――――――――-- 7</p><p>　　3 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)–--―――――――――――――――――――――― 8</p><p>　　3.1 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) ―――――――――――――

8、―――――――――――― 8</p><p>　　3.2 工業(yè)設(shè)計(jì)手的參數(shù)計(jì)算 ――――――――――――――――――――――――--- 8</p><p>　　3.2.1 手部質(zhì)量計(jì)算 ―――――――――――――――――――――――――――- 8 </p><p>　　3.2.2 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇 ―――――――――――――――――――-- 9

9、</p><p>　　3.2.3 腕部傳動(dòng)氣缸的選擇 ―――――――――――――――――――――――-- 10</p><p>　　3.2.4 伸縮氣缸的選擇 ――――――――――――――――――――――――――-- 11</p><p>　　3.2.5 對(duì)伸縮導(dǎo)桿的校核 ―――――――――――――――――――――――――-- 12</p><

10、p>　　3.2.6 配重計(jì)算 ―――――――――――――――――――――――――――――-- 13</p><p>　　3.2.7 升降部分計(jì)算 --――――――――――――――――――――――――――― 14</p><p>　　3.2.8 對(duì)升降導(dǎo)桿的核算 ――――――――――――――――――――――――--- 15</p><p>　　3.2.9撓度計(jì)算

11、 ―――――――――――――――――――――――――――――--- 15</p><p>　　3.2.10轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸的計(jì)算 ――――――――――――――――-- 16 </p><p>　　4 工業(yè)機(jī)械手的控制部分設(shè)計(jì) ――――――――――――――――――――――― 17 </p><p>　　4．1 回路計(jì)算 ――――――――――――――――――

12、――――――――――――――-- 17</p><p>　　4．2 執(zhí)行元件選擇 ―――――――――――――――――――――――――――――― 17</p><p>　　4．3 控制元件選擇 ―――――――――――――――――――――――――――――― 18 </p><p>　　4．4 執(zhí)行元件用氣量的計(jì)算和空壓機(jī)的選擇 ――――――――――――――――――

13、21</p><p>　　4．5 氣動(dòng)元件的清單 ――――――――――――――――――――――――――――― 22</p><p>　　4.6 動(dòng)作順序表 ――――――――――――――――――――――――――――――― 23</p><p>　　電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)―――――――――――――――――――――――――――― 25</p><p&

14、gt;　　5．1電氣控制方案設(shè)計(jì)和元件的選擇 ――――――――――――――――――――― 25 </p><p>　　5．2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及PLC及I/O端口分配圖的設(shè)計(jì) ―――――――――――― 25</p><p>　　5．3 PLC梯形圖的設(shè)計(jì) ―――――――――――――――――――――――――――― 25</p><p>　　5．4 PLC的控制

15、程序 ―――――――――――――――――――――――――――――― 25</p><p><b>　　總結(jié) </b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p><b>　　1 緒論</b&g

16、t;</p><p>　　1．1 課題設(shè)計(jì)的論述</p><p>　　機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)的主要要素之一，機(jī)械制造工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)化國(guó)家的基礎(chǔ)工業(yè)，是我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化的重要領(lǐng)域之一。</p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)是從使用要求等出發(fā)，對(duì)機(jī)械的工作原理，結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)形式，力和能量的傳遞方式，以至各個(gè)零件的材料和形狀尺寸，以及使用維修等問(wèn)題進(jìn)行構(gòu)思，分析和決策的工

17、作過(guò)程，這種過(guò)程的結(jié)構(gòu)一般要表達(dá)成設(shè)計(jì)圖紙，說(shuō)明書(shū)以及各種技術(shù)文件。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定產(chǎn)品性能及影響產(chǎn)品制造過(guò)程的首要環(huán)節(jié)。</p><p>　　因此，機(jī)械設(shè)計(jì)課程是講授一般工作條件和常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用設(shè)計(jì)的課程。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)概述</p><p>　?、?工業(yè)機(jī)械手的工作原理和分類(lèi)</p><p>

18、<b>　?、?原理</b></p><p>　　機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓搬運(yùn)工件或操持工具或進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置。</p><p><b>　　⒉ 分類(lèi)</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的種類(lèi)很多按使用范圍可分為：專(zhuān)用機(jī)械手、通用機(jī)械手。</p><p>

19、;　　專(zhuān)用機(jī)械手—— 一般附屬于工作機(jī)器設(shè)備，動(dòng)作程序固定，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以獨(dú)立，亦可以附屬與工作機(jī)械設(shè)備。</p><p>　　通用機(jī)械手—— 獨(dú)立工作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。</p><p>　　按驅(qū)動(dòng)方式可分為：液壓機(jī)械手、氣壓機(jī)械手、電動(dòng)機(jī)械手和機(jī)械式機(jī)械手。</p><

20、p>　　液壓機(jī)械手—— 輸出力大，傳動(dòng)平穩(wěn)。如采用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。液壓系統(tǒng)的密封要求嚴(yán)格，油溫對(duì)油的粘度影響較大。</p><p>　　氣壓機(jī)械手—— 氣源方便，輸出力小，氣壓傳動(dòng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但工作不大穩(wěn)定，沖擊大，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)械手—— 直接用直線電機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)和具有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等來(lái)驅(qū)

21、動(dòng)，動(dòng)力源簡(jiǎn)單，不需要能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，維護(hù)使用方便。</p><p>　　機(jī)械式機(jī)械手—— 由工作機(jī)械帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，工作可靠，動(dòng)作頻率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但動(dòng)作固定不可變。</p><p>　　按控制系統(tǒng)可分為：點(diǎn)位控制、連續(xù)控制。</p><p>　　點(diǎn)位控制—— 只能控制工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)點(diǎn)的位置，運(yùn)動(dòng)軌跡不受控制。目前使用的專(zhuān)用和通用的工業(yè)機(jī)械手均屬于此類(lèi)

22、。</p><p>　　連續(xù)控制—— 工業(yè)機(jī)械手按給定的速度沿給定的路線（軌跡）實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)是無(wú)限的，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都要求在控制之下。這類(lèi)工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　?、?工業(yè)機(jī)械手的自由度</p><p>　　所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)、手臂和手腕相對(duì)于固定坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。有幾個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)就有幾個(gè)自由度。手指

23、的抓取動(dòng)作不計(jì)在自由度數(shù)目?jī)?nèi)。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手自由度數(shù)的多少，決定著工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作多樣化的程度。自由度數(shù)越多，它的動(dòng)作越靈活，應(yīng)用越廣。但同時(shí)也使控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，定位精度難以保證，整機(jī)的造價(jià)高，自重大。所以，應(yīng)按生產(chǎn)實(shí)際需要選用最少的自由度數(shù)。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)械手的自由度數(shù)目為２～５個(gè)。</p><p>　　4．工業(yè)機(jī)械手手臂的坐標(biāo)形式</p>

24、<p>　　按照工業(yè)機(jī)械手手臂所具有的運(yùn)動(dòng)及其組合情況，若以坐標(biāo)形式可分為下列四種：</p><p>　?。?）直角坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組合而成。</p><p>　?。?）圓柱坐標(biāo)式 手臂的運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。</p><p>　　（3）球坐標(biāo)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。</p>

25、;<p>　?。?）關(guān)節(jié)式 手臂運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。</p><p>　?、?工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械手的種類(lèi)和型式比較多。從結(jié)構(gòu)型式分析，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。</p><p>　?、?執(zhí)行機(jī)構(gòu) 由手部、手腕、手臂和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。</p><p&

26、gt;　　⑴ 手部 它具有人手某種單一動(dòng)作的功能。是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件進(jìn)行操作的部件，要求其抓取工件牢固、定位準(zhǔn)確、小損傷工件。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等型式。</p><p>　　夾持式手部是由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。手指是直接與物件接觸的構(gòu)件。常用的手指運(yùn)動(dòng)型式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛；平移型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)用較少。平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件

27、直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持變化范圍大的工件。</p><p>　?、?手腕 手腕是連接手部和手臂的部件，用來(lái)改變或調(diào)整工作的方位（即姿勢(shì)）。它可以有上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)和繞自身軸線的回轉(zhuǎn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)，如有特殊要求（將軸類(lèi)零件放在頂尖上，將筒類(lèi)、盤(pán)類(lèi)零件卡在卡盤(pán)上等），手腕還可以有小距離的橫移。也有的工業(yè)機(jī)械手沒(méi)有手腕。</p><p>　?、?手臂 手臂是機(jī)械手執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的

28、部件。其作用是將被抓住工件傳送到規(guī)定位置上，它具有手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)三個(gè)自由度。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的手臂是支撐通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件（如油、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）與驅(qū)動(dòng)源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　⑷ 行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作時(shí)，可在機(jī)座輪，軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手

29、的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　?、?驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置。通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。</p><p>　?、?控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或機(jī)械擋位）系統(tǒng)組成。</p><p>　　現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)</p>

30、<p>　　國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：</p><p>　　1．工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度，高精度，高可靠性，便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至03年的5.3萬(wàn)美元。</p><p>　　2．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化，可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)，減速機(jī)，檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊，連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人

31、整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。</p><p>　　3．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性，易操作性和可維修性。</p><p>　　4．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置，速度，加速度等傳感器外，裝配，焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)，力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用

32、視覺(jué)，聲覺(jué)，力覺(jué)，觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。</p><p>　　5．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真，預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。</p><p>　　6．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局

33、部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。</p><p>　　7．機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”，“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)

34、器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌道規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆，弧焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但總的看來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；

35、在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求，“一客戶(hù)，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多，批量小，零部件通用化程度低，供貨周期長(zhǎng)，成本也不低，而且質(zhì)量，可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本步驟</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)

36、的步驟包括以下：</p><p>　　1．根據(jù)機(jī)械手的功能要求，選定其的類(lèi)型</p><p>　　2．分析機(jī)械手的工作情況，確定作用在機(jī)械手上的載荷。</p><p>　　3．根據(jù)工作情況分析，判定機(jī)械手的失效形式，從而確定其計(jì)算準(zhǔn)則。</p><p>　　4．進(jìn)行主要的參數(shù)選擇，根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)則求出零件的主要尺寸，選擇材料，考慮熱處理及結(jié)構(gòu)工藝

37、性要求。</p><p>　　5．進(jìn)行對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析。</p><p>　　6．繪制零件圖，制訂技術(shù)要求。</p><p>　　2 總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2．1 總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2．1．1 總體設(shè)計(jì)</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并

38、按設(shè)定的程序，軌跡和要求代替人手抓搬 運(yùn)或操作工具或進(jìn)行操作自動(dòng)化裝置。</p><p>　　機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)要進(jìn)行全面綜合考慮，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，容易操作安全可靠，安裝維修方便，經(jīng)濟(jì)性好。</p><p>　　為了提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度，在保證機(jī)械手有足夠強(qiáng)度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)與材料上設(shè)法減輕機(jī)械手的重量，力求選高強(qiáng)度，輕質(zhì)材料，通常用高強(qiáng)度鋁合金制造。&

39、lt;/p><p>　　據(jù)設(shè)計(jì)題目給出的坐標(biāo)形式和基本參數(shù)確定該設(shè)計(jì)和各項(xiàng)結(jié)構(gòu)，其中已確定的各項(xiàng)有：</p><p>　　1．本工業(yè)機(jī)械手是通用機(jī)械手，是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的，程序可變，動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手工作的范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。本工業(yè)機(jī)械手的控制定位方式是簡(jiǎn)易型的點(diǎn)定位控制，因此，其控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜。</p>

40、<p>　　2．本工業(yè)機(jī)械手是圓柱坐標(biāo)的坐標(biāo)型式，其手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成，即沿X軸的伸縮，沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，但因機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置限制，故不能抓取地面上的物體。</p><p>　　3． 本工業(yè)機(jī)械手是四自由度機(jī)械手。所謂工業(yè)機(jī)械手的自由度就是整機(jī)手臂和手腕相對(duì)于固定

41、坐標(biāo)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)：1 手臂的升降；2 手臂的升縮；3 手腕部回轉(zhuǎn)；</p><p>　　4．手臂回轉(zhuǎn)。根據(jù)給出的工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)，還需確定其余各部件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2．1．2 驅(qū)動(dòng)方式的選擇和設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)有關(guān)資料的顯示，現(xiàn)在機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的成熟控制方式有多種，主要以下幾種方式，并進(jìn)行比較選擇：</p>&

42、lt;p>　　1． 液壓傳動(dòng)機(jī)械手，是以油液的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大影響，且不宜在高溫，低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高，</p><p>　　2． 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手：是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)：介質(zhì)來(lái)源極方便，不污

43、染環(huán)境，工作可靠，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作維修方便。但是由于空氣具有可壓縮的特點(diǎn)，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，適用于高速，輕載，高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。</p><p>　　3． 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手：既由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如凸輪，連桿，齒輪和齒條，間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率高

44、，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。常被用于為工作主機(jī)的上，下料。</p><p>　　4．電力傳動(dòng)機(jī)械手：即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，直線電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍柚虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類(lèi)機(jī)械手目前還不多，有發(fā)展前途。</p><p>　　綜合上述四種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本設(shè)計(jì)之工業(yè)機(jī)械手的各項(xiàng)規(guī)格要求，應(yīng)

45、選用氣壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，則其抓重和定位都可達(dá)到，且結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單，其傳動(dòng)平穩(wěn)和動(dòng)作靈敏性可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　因此，本設(shè)計(jì)的四自由度工業(yè)機(jī)械手選用氣壓傳動(dòng)機(jī)械手作為驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　2．1．3 整體機(jī)構(gòu)的確定</p><p><b>　　1． 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　（1）手部

46、：既與物體直接接觸的部件，采用夾持式手部。夾持式手部由手指（或手爪）和傳力機(jī)構(gòu)構(gòu)成。手指直接與物體接觸，傳力機(jī)構(gòu)采用斜楔杠桿式結(jié)構(gòu)，通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件，其由氣缸實(shí)現(xiàn)。</p><p>　?。?）手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。本系統(tǒng)則通過(guò)由回轉(zhuǎn)氣缸使手腕實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方位的改變。</p><p>　?。?）手臂：支撐手腕和手部的部件，以改變工件的

47、位置。其作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬到設(shè)定位置，本系統(tǒng)采用氣缸和回轉(zhuǎn)氣缸分別實(shí)現(xiàn)手臂的升降回轉(zhuǎn)以及伸縮的動(dòng)作。</p><p>　?。?）立柱：以手臂的升降氣缸兼作立柱，以便實(shí)現(xiàn)該機(jī)械手的緊湊和簡(jiǎn)潔。</p><p>　　（5）機(jī)座：是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，各結(jié)構(gòu)部件均安裝其上，起支撐和連接作用。</p><p>　　2． 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：系統(tǒng)才用氣壓傳動(dòng)方式

48、。</p><p>　　3． 控制系統(tǒng)：是支配工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開(kāi)關(guān)電氣定位以及相關(guān)的繼電器系統(tǒng)組成的系統(tǒng)控制。</p><p>　　4． 位置檢測(cè)盒的放置：為操作和安全，把電氣控制箱置于機(jī)座上，而把操縱盒以長(zhǎng)距離，遠(yuǎn)距離的操縱方式。操控人員可遠(yuǎn)離機(jī)械手操作。

49、 </p><p>　　整個(gè)機(jī)構(gòu)的位置布置初定大概如下所示：</p><p>　　爪部+夾緊缸+手腕轉(zhuǎn)動(dòng)缸+伸縮缸</p><p><b>　?。?lt;/b></

50、p><p><b>　　升降缸（回轉(zhuǎn)缸）</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　回轉(zhuǎn)缸（升降缸）</b></p><p>　　為了使整個(gè)機(jī)構(gòu)盡量趨向于輕便簡(jiǎn)單，在此我們盡量選取葉片型回轉(zhuǎn)氣缸，將回轉(zhuǎn)氣缸放在升降缸之上，但這一構(gòu)想取決于葉片型回轉(zhuǎn)

51、缸的工作壓力是否達(dá)到系統(tǒng)的壓力要求，所以此部分將留待往后再作決定。</p><p><b>　　5． 手部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)已知的規(guī)格參數(shù)，我們選擇爪部通過(guò)汽缸推動(dòng)楔塊帶動(dòng)爪部杠桿運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)爪部張合的夾緊運(yùn)動(dòng)。杠桿與楔塊接觸的一端用彈簧連起，以保證楔塊縮回時(shí)杠桿端部始終與楔塊接觸。爪部的張合弧度可通過(guò)改變楔塊的斜面角度和杠桿的長(zhǎng)度和比例來(lái)

52、調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔，受力性能良好，定位誤差小。</p><p>　　3 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)</b></p><p>　　抓重：50 N （額定抓取重量或額定負(fù)荷）</p><p><b>　　自由度： 4</b></p>&l

53、t;p>　　坐標(biāo)形式： 圓柱坐標(biāo)</p><p>　　最大工作半徑：1200㎜</p><p>　　手臂最大中心高（下降時(shí)）：800㎜</p><p><b>　　手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p><b>　　伸縮行程：500㎜</b></p><p>　　伸縮速度

54、：250㎜／s</p><p><b>　　升降行程：300㎜</b></p><p>　　升降速度：200㎜／s</p><p>　　回轉(zhuǎn)范圍：０○～１８０○</p><p>　　回轉(zhuǎn)速度：180○／s</p><p><b>　　手腕參數(shù)</b></p>&

55、lt;p>　　①. 回轉(zhuǎn)范圍：０○～１８０○</p><p>　?、?回轉(zhuǎn)速度：１８０○㎜／s</p><p>　　手指夾持范圍：Ф５０～Ф７０</p><p><b>　　定位精度：±１㎜</b></p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)方式：氣壓傳動(dòng)</b></p><

56、;p>　　11．電氣控制方式：PLC點(diǎn)位程序控制</p><p>　　12．電氣操作方式：手動(dòng)和自動(dòng)</p><p>　　3．2 工業(yè)機(jī)械手的參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　機(jī)械手的質(zhì)量</b></p><p><b>　　工件的材質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu)</b></p><

57、;p>　　ρ鋼=７.８×１０３kｇ／ｍ３＝0.0078ｇ／㎜3</p><p><b>　　工件的質(zhì)量</b></p><p>　?。砉ぜ剑牵?（3－1） </p><p><b>　?。剑担埃?８

58、</b></p><p>　?。剑?102Kg＝５１０2ｇ</p><p>　　工件的體積 </p><p>　?。止ぜ剑砉ぜ唁?

59、 （3－2）</p><p>　　＝5102/0.0078</p><p>　?。?54103 mm３</p><p>　　當(dāng)工件取Ф５０時(shí)，面積應(yīng)為</p><p>　?。?０＝π（ｄ5０/2）２ （3－3）

60、 </p><p><b>　　＝3.14×625</b></p><p>　?。剑保梗叮?5mm２</p><p><b>　　長(zhǎng)度應(yīng)為</b></p><p>　?。?０＝Ｖ工件／Ｓ5０

61、 （3－4）</p><p>　?。?54103／１９６２.5</p><p><b>　　＝３３３.3mm</b></p><p>　　當(dāng)工件取Ф７０時(shí)，面積應(yīng)為</p><p>　　Ｓ70＝π（ｄ７0／2）

62、 （3－5） </p><p><b>　?。溅校ǎ罚埃?）２</b></p><p>　　＝３８４６.５mm２ </p><p>　　長(zhǎng)度應(yīng)為 </p><p>　?。?0＝Ｖ工件／Ｓ70

63、 （3－6）</p><p>　?。?54103／３８４６.５</p><p><b>　　＝１７０.０5mm</b></p><p>　　手部各部分質(zhì)量估算如下：</p><p>　?。肿Σ浚?1.5×9×10×2=4000mm３</p&

64、gt;<p>　?。謼U＝35×14×20×2=19600mm３</p><p>　　V螺栓=πr2L=3.14×4×4×60=3000mm3</p><p>　?。质植浚剑?#215;Ｖ爪＋２Ｖ桿+2V螺栓</p><p>　?。?000×4+19600×2+3000

65、15;2=65000mm３</p><p>　　ｍ手部＝65000×0.0078＝507ｇ</p><p>　?。中▔K＝12×21.5×51.5=13000mm３</p><p>　?。硇▔K＝13000×0.0078＝101.4ｇ</p><p>　　Ｖ支承板＝８３×１5×40＝49

66、800mm３</p><p>　?。碇С邪澹?9800×0.0078＝776ｇ</p><p>　?。砀祝剑保保矗?#215;４０×3.5＝１２８０ｇ</p><p><b>　　所以，總的質(zhì)量</b></p><p>　?。砜偅剑砉ぜ碜Σ浚碜Σ扛祝剑砉ぜ硎植浚硇▔K＋ｍ缸＋ｍ支承板

67、 （3－7）</p><p>　?。剑担保?＋507＋101.4＋１２８０＋776</p><p><b>　　＝7766.4ｇ</b></p><p>　　3．2．2 機(jī)械手的爪部夾緊氣缸的選擇</p><p>　　氣缸夾緊力計(jì)算如下：</p><p>　　手指的角度：２θ＝１２

68、００，b＝35㎜ C=17㎜</p><p>　　根據(jù)手部結(jié)構(gòu),其驅(qū)動(dòng)力為：</p><p>　　P=２ｂ×N×ｔｇα／C （3－8）</p><p>　?。?） 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力公式：</p><p>　　N＝0.5ｓｉNθ×Ｇ／ｆ

69、 （3－9）</p><p>　　＝０.5×ｓｉN 60０×50／0.1</p><p><b>　?。?16.5 N</b></p><p>　　則：P=２ｂ×N×ｔｇα／Ｃ</p><p>　?。?2×35×

70、;216.5×ｔｇ150/17</p><p><b>　?。?36 N</b></p><p>　　據(jù)公式：Ｐ實(shí)≥ P×K1×K2/η （3－10）</p><p>　　式中：η——手部的機(jī)械效率，一般取（0.85～0.95）</p><p

71、>　　K1 ——安全系數(shù)，一般?。?.2～２）</p><p>　　Ｋ２——工作條件系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，Ｋ２可近似按下式估算：Ｋ２＝１＋αｇ其中α為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度，ｇ為重力加速度（ｇ＝０.９８米／秒２）</p><p>　　f—為被夾持工件與手指接觸的磨擦系數(shù)在這取f=0.1</p><p>　　一般手爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率取η=0.85～

72、0.9，</p><p>　　故η＝０.９0，Ｋ１＝１.５</p><p>　　若被抓取工件的最大加速度取α＝ｇ，則：</p><p>　?。耍?1+α/ｇ=1+1=2</p><p>　　Ｐ實(shí)＝236×1.5×2/0.90=787 N</p><p>　　所以，夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為78

73、7 N</p><p>　　則根據(jù)公式：Ｐ氣缸＝πＤ２Ｐ／４ （3－11）</p><p>　?。袣飧祝溅校模玻校矗剑?１４×（５０×１０－３）２×5×105/4</p><p><b>　?。剑梗福?5 N</b></p>

74、;<p>　?。袣飧祝剑梗福?５N >Ｐ彈簧＋Ｐ實(shí)際</p><p>　?。剑保矗?5 +787＝929.5 N</p><p>　　式中: D為氣缸直徑假設(shè)為50mm </p><p>　　P為氣壓假設(shè)為5×105Pa</p><p>　　所以選用MDBB50--35氣缸合適．</p><

75、;p>　?。韸A緊＝１１４０＋５０×３．５＝１３１５ｇ</p><p>　　3．2．3 腕部傳動(dòng)氣缸的選擇</p><p>　　當(dāng)工件取Ф７０時(shí)，Ｒ＝０.０３５>Ｌ／８＝０.１７／８＝０.０２１２５</p><p>　　則根據(jù)公式：Ｊ工件＝ｍ×（L２＋３Ｒ２）／１２得： （3－12）<

76、;/p><p>　?。使ぜ剑?#215;（L２＋３Ｒ２）／１２</p><p>　?。剑担?#215;（０．１７２＋３×０．０３５２）／１２</p><p>　?。剑埃埃保常窴gm２</p><p>　　當(dāng)工件取Ф５０時(shí)，Ｒ＝０．０２５<Ｌ／８＝０.３３３３／８＝０.０４１６６</p><p>　　則

77、根據(jù)公式：Ｊ工件＝ｍL２／１２得： （3－13）</p><p>　?。使ぜ剑鞮２／１２</p><p>　　＝５．１×０．３３３３２／１２</p><p>　?。剑埃埃矗罚睰gm２</p><p>　　因此Ｊ工件取Ｊ工件Ф５０＝０．０４７２Kgｍ２計(jì)算</

78、p><p>　　根據(jù)公式：J手爪＝ｍ（ａ２＋ｂ２）／１２得： （3－14）</p><p>　　J手爪＝ｍ（ａ２＋ｂ２）／１２</p><p>　　＝２．７×（０．０７２＋０．０35２）／１２</p><p>　?。剑埃埃埃保礙gm２</p><p>　　Ｍ慣

79、＝（Ｊ工件＋J手爪）ω／△ （3－15）</p><p>　?。剑ǎ埃埃矗保罚玻埃埃埃保担?#215;３．１４／０．１</p><p><b>　　＝１．５２９２Nm</b></p><p>　　根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)受力圖 , 得：</p><p>

80、;　?。万?qū)＝Ｍ慣＋Ｍ偏＋Ｍ摩＋Ｍ封 （3－16）</p><p>　　為簡(jiǎn)化計(jì)算可不計(jì)密封裝置處的摩擦阻力矩，因此乘安全系數(shù)１．１即可</p><p>　?。万?qū)＝１．１Ｍ慣＝１.１×１.５２９２＝１.６８２Nm．</p>

81、;<p>　　所以選用ＣＤＲＢ１ＢＷ５０－１８０Ｓ大型葉片式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸．</p><p>　　其參數(shù)為：Ｍ驅(qū)＝３Nm．</p><p>　　則，由以上結(jié)果可得手腕回轉(zhuǎn)受力如圖3－1</p><p>　　圖3－1 手腕回轉(zhuǎn)受力圖</p><p>　　3．2．4 伸縮氣缸的選擇</p><p>

82、;<b>　　計(jì)算摩擦力：</b></p><p><b>　　彎矩M的計(jì)算</b></p><p>　　工件：Ｘ１＝７００＋５００－３２６＝８４７（mm） </p><p>　　爪部：Ｘ２＝６００＋５００－３２６＝７７４（mm） </p><p>　　腕部：Ｘ３＝４４２＋５００－３２６＝６１６

83、（mm） </p><p>　　導(dǎo)桿：Ｘ４＝２５０mm </p><p>　　ｍ１＝５．１Kg ｍ２＝３．２Kg (約為3.0 取3.2)</p><p>　?。恚常剑保礙g (約為1.4 取1.5)ｍ４＝４×２＝８Kg (約為3.8 取4.0)</p>

84、<p>　　Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４ (3-17)</p><p>　?。?.1×0.874×9.8+3.2×0.774×9.8+1.5×0.616×9

85、.8+8×0.25×9.8</p><p><b>　　≈96.6 Nｍ</b></p><p>　　根據(jù)手臂伸出時(shí)的受力狀態(tài)得：Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４ (3-18)</p><p>　?。牵剑牵保牵玻牵常牵?lt;/p><p>

86、;　?。剑?.1+3.2+1.5+8）×9.8＝17.8×9.8＝１７４．４４N</p><p>　　根據(jù)： ２N２＝２N１＋Ｇ……（１）</p><p>　　N１=Ｍ/f……（２）</p><p>　　解得：N１＝Ｍ／0.15＝96.5／0.15＝６４４N</p><p>　　N２＝（２N＋Ｇ）／２＝（２×６

87、４４＋１７４.44）／２</p><p><b>　?。剑罚常?22　N</b></p><p>　　根據(jù)公式：Ｆ摩2＝fN2 (3-19)</p><p>

88、　?。?31.22×0.15×2＝219.4 N</p><p>　?。ㄆ渲校轰摚嚆~ｆ＝0.1～0.15（潤(rùn)））</p><p>　?。颇?＝fN１＝６４４×0.15×2＝１９３.2　N</p><p>　?。颇Γ剑颇Γ保颇Γ玻?93.2＋219.4＝412.6 N</p><p><b>

89、;　　2． 慣性力計(jì)算</b></p><p>　?。茟T＝ｍａ (3-20)</p><p>　?。剑ǎ?＋ｍ2＋ｍ3＋ｍ4）ａ</p><p>　?。?7.8×1.25＝22.25N</p><p><

90、b>　　其中，</b></p><p>　?。幔?50／0.2mm／S</p><p><b>　?。?.25ｍ／ｓ</b></p><p>　?。颇Γ茟T＝412.6＋22.25＝434.85N</p><p>　?。聘昨?qū)＝Ｐ工作（πｄ缸２／4）</p><p>　?。?

91、15;1.01×106（40×10-3）2×3.14/4</p><p><b>　　≈507.5 N</b></p><p>　　所以SMC MB系列標(biāo)準(zhǔn)氣缸 MDBB50-500合適，查資料得：材料為鋁合金的MDBB50-500氣缸行程為零時(shí)質(zhì)量為1140g，每增加10mm行程則質(zhì)量增加40g</p><p>

92、　　ｍ伸縮缸＝1140+50×40＝3140g</p><p>　　3．2．5 對(duì)伸縮導(dǎo)桿的校核</p><p>　　P＝N2／S （3－21）</p><p>　?。?31.22／(0.03×0.03)＝0.0812

93、5;106Pa</p><p><b>　?。?.812MPa</b></p><p>　　所以，P<[P]＝15MPa </p><p><b>　　V＝0.25ｍ／ｓ</b></p><p>　?。?/p>

94、Ｖ＝0.0812×106×0.25＝0.203×106Pa</p><p>　?。?.203MPa<[PV]＝15MPa／ｓ</p><p>　　σ＝Ｍ／Ｗ （3－22）</p><p>　?。剑?7.5×0.5

95、）/[（π/32）×（30×10-3）3]</p><p>　?。?8.2×10６Ｐａ</p><p><b>　?。?8.2MPa</b></p><p>　　所以，σ<[σ]＝100MPa</p><p>　?。?5鋼[σ]＝100 MPa）</p><p>

96、;　?。砩炜s導(dǎo)桿＝（πｄ２／4）Ｌ伸縮ρ缸 （3－23）</p><p>　?。剑?.14×302／4） ×720×7.8×10３</p><p><b>　?。?968ｇ</b><

97、;/p><p>　　3．2．6 配重計(jì)算</p><p>　　偏重力矩即手臂及其上所支承的全部零件的重量（作用在各自重心上）對(duì)手臂回轉(zhuǎn)軸的靜力矩，用Ｍ偏表示，手臂前伸時(shí)則偏重力矩為最大。若Ｇ１Ｇ２Ｇ３Ｇ４和Ｘ１Ｘ２Ｘ３Ｘ４分別為工件，手部、手腕、手臂之重量和重心位置至手臂回轉(zhuǎn)軸的距離，則手臂，手腕等部件的總重量Ｇ為：</p><p>　?。牵剑牵保牵玻牵常?/p>

98、Ｇ４＋……＝ΣＧｉ （3－24） </p><p>　　式中ｉ——表示工件、手部、手腕、手臂等零部件的順序號(hào)。</p><p>　　各零部件的總重心位置距手臂回轉(zhuǎn)軸軸線的距離為Ｐ，其值為：</p><p>　　ρ＝（Ｇ１Ｘ１＋Ｇ２Ｘ２＋……）／（Ｇ１＋Ｇ２＋……）</p&

99、gt;<p>　?。溅玻牵椋兀椋玻牵?厘米 （3－25）</p><p>　　其偏重力矩Ｍ偏為：Ｍ偏＝Ｇｐ＝ΣＧｉＸｉ　　公斤?厘米</p><p>　　當(dāng)手臂處于伸長(zhǎng)和回縮狀態(tài)時(shí)，立柱所受偏重力矩分別為：</p><p>　　ρ縮＝(Ｇ工件×Ｘ工件＋Ｇ手爪

100、×Ｘ手爪＋Ｇ腕部回轉(zhuǎn)缸×Ｘ腕部回轉(zhuǎn)缸</p><p>　　＋Ｇ伸縮導(dǎo)向×Ｘ伸縮導(dǎo)向 －Ｇ伸縮缸×Ｘ伸縮缸)／（Ｇ工件＋Ｇ手爪</p><p>　?。峭蟛炕剞D(zhuǎn)缸＋Ｇ伸縮導(dǎo)向＋Ｇ伸縮缸） （3－26） </p><p>　?。剑?.1×700＋3.

101、2×570＋1.2×450＋9×13－1.81×83）</p><p>　?。?.1＋3.2＋1.2＋9＋1.81）</p><p>　?。?900.77/20.31＝290.5 mm</p><p>　　ρ縮＝(Ｇ工件×Ｘ/工件＋Ｇ手爪×Ｘ/手爪＋Ｇ腕部回轉(zhuǎn)缸×Ｘ/腕部回轉(zhuǎn)缸＋Ｇ伸縮導(dǎo)向<

102、;/p><p>　　×Ｘ/伸縮導(dǎo)向 －Ｇ伸縮缸×Ｘ/伸縮缸)／（Ｇ工件＋Ｇ手爪＋Ｇ腕部回轉(zhuǎn)缸</p><p>　　＋Ｇ伸縮導(dǎo)向＋Ｇ伸縮缸） （3－27）</p><p>　?。剑?.1×1200＋3.2×1070＋1.2×950＋9&

103、#215;355－1.81×30）</p><p>　　/(5.1＋3.2＋1.2＋9＋1.81)</p><p><b>　　＝670.1 mm</b></p><p><b>　?。涂s＝Ｇρ縮</b></p><p>　　＝20.31×9.8×290.5＝57.8

104、Nｍ</p><p><b>　?。蜕欤剑铅焉?lt;/b></p><p>　　＝20.31×9.8×670.1＝133.4 Nｍ</p><p>　　由于要將偏重力矩減至最小，因此配重取兩者的中間值。</p><p>　?。椭虚g值＝95.6 Nｍ ρ中間值＝450mm＝0.45mm</p>

105、;<p>　　則：Ｇ配重＝Ｍ中間值／ρ中間值＝95.6／0.45＝212.4 N</p><p>　?。砼渲兀剑桥渲兀纾?12.4／9.8＝21.7 kg</p><p>　　V配重＝ｍ配重／ρ鋼＝21.7/(7.8×10-6)＝2.78×106mm３</p><p>　?。ǎ幔?１５０ ｂ：２００ h：９２）</p&g

106、t;<p><b>　　升降部分計(jì)算</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)和升降機(jī)構(gòu)安裝在底座上，它們支承著手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手腕和手部。</p><p>　　升降導(dǎo)向立柱不自鎖的條件——因?yàn)槭直墼诳傊亓浚堑淖饔孟掠幸豁槙r(shí)針?lè)较騼A斜的趨勢(shì)，而導(dǎo)套卻阻止手臂這種趨勢(shì)，若導(dǎo)套對(duì)升降立柱的作用力為Ｒ１和Ｒ２，根據(jù)升降立柱的力平衡條件得：</p>

107、<p>　　ΣＦＸ＝０ Ｒ１＝Ｒ２</p><p>　　ΣｍＡ（Ｆ）＝０ Ｒ１h＝Ｇρ</p><p>　　則：Ｒ１＝Ｇｐ／h （3－28）</p><p>　　所謂不自鎖的條件就是升降立柱能在導(dǎo)套內(nèi)自由下滑。從力的觀點(diǎn)分析必須

108、使</p><p>　?。?gt;Ｆ１ ＋Ｆ２＝２Ｆ１＝２Ｒ１ｆ＝２ρＧｆ／h</p><p><b>　　所以：h>２ｆρ</b></p><p>　　式中：ｆ——摩擦系數(shù)。一般取0.1，這里考慮到摩擦的副作用則取0.16。</p><p>　　ρ——偏重力臂即手臂等部件總重量的重心到立柱軸線間的距離。</

109、p><p>　?。硗邪澹?63×200×12×7.8×10-6＝16.2 kg</p><p>　　ｍ總1＝20.31+16.2+21.7＝58.21 kg</p><p>　?。袘T＝ｍ總1ａ＝58.21×0.2/0.1＝116.42 N</p><p>　　Ｍ總１＝Ｍ伸－Ｍ配重＝133.4－95

110、＝38.4 Nm</p><p>　　ρ總１＝Ｍ總１／Ｇ總１＝38.4/(58.21×9.8)＝0.0673 m＝67.3 mm</p><p>　　(h＝150 mm>2fρ總１＝2×0.2×67.3＝26.92 mm)</p><p>　　ｍ托連＝10×3.14×1002×7.8×10-

111、3＝2449.2 g＝2.45 kg</p><p>　　R＝Ｍ總１／h＝38.4/0.15＝256 N</p><p>　?。心Γ?Rf＝2×256×0.15＝76.8 N</p><p>　?。序?qū)＝1.2×(Ｐ慣＋Ｐ摩)＋Ｇ總１＋Ｇ連</p><p>　?。?.2×(116.42＋76.8) ＋58

112、.21×9.8＋2.45×9.8≈826.332 N</p><p>　?。懈昨?qū)＝(πd２/4)p工作壓力＝3.14×50２×0.5×10６/4</p><p>　?。?81.25 N >Ｐ驅(qū)＝826.332 N</p><p>　　所以，可選用MDBB５０--３００</p><p>&

113、lt;b>　　對(duì)升降導(dǎo)桿的核算</b></p><p>　　當(dāng)手臂伸出到最大范圍時(shí)，回轉(zhuǎn)中心所受的彎矩最大。</p><p>　　根據(jù)公式：σ＝Ｍ／Ｗ。 （3－29）</p><p>　　σ＝Ｍ／Ｗ＝38.4／[(π／32) ×(30×1

114、0-3)3]</p><p>　　≈12.5 MPa<［σ］＝100 MPa</p><p>　　45鋼［σ］＝100 MPa</p><p>　　校核升降氣缸缸頭銷(xiāo)：</p><p>　　P升降缸＝3.14×50２×0.5×10６/4＝981.25 N</p><p>　　τ＝Ｐ／

115、Ｓ＝Ｐ／(πd２/4) （3－30）</p><p>　?。?981.25×4)/3.14×(8×10-3)2</p><p>　　＝19.5 MPa<［τ］＝58 MPa</p><p><b>　　σbＳ＝Ｐ／ＡbＳ</b>

116、;</p><p>　?。?81.25/(8×15)×10-6</p><p>　?。?.17 MPa<［σbＳ］＝100 MPa 所以此銷(xiāo)安全。</p><p>　　3．2．9 撓度計(jì)算</p><p>　　考慮導(dǎo)桿在全伸出時(shí)撓度最大。</p><p>　　G工件=5.1×

117、9.8=50N</p><p>　　G手爪=3.2×9.8=31.36N 800mm</p><p>　　G手腕=1.2×9.8 =11.76N</p><p>　　G手部和工件=Ｇ工件+Ｇ手爪+Ｇ手腕 </p><p>　　=93N &

118、lt;/p><p><b>　　G手部和工件</b></p><p>　　工件重心到導(dǎo)向套端面距離=1200－324</p><p><b>　　=876 mm</b></p><p>　　手爪重心到導(dǎo)向套端面距離=1070－324</p><p><b>　　=746

119、 mm</b></p><p>　　手腕重心到導(dǎo)向套端面距離=950－324</p><p><b>　　=626 mm</b></p><p>　　工件及手部總重心到導(dǎo)向套端面距離</p><p>　　= 5.1×876 +3.2 ×746+ 1.2×626)/9.5=800

120、mm</p><p>　　將導(dǎo)桿看作是懸臂梁,根據(jù)撓度計(jì)算公式：</p><p>　　y（手部）= G×（C2/6EI）×(3L－C) （3－31） </p><p>　　考慮到是雙導(dǎo)桿, 每個(gè)導(dǎo)桿的徑向受力為1/2 ×G手部和工件</p><p>　　查表得 E鋼材=2.1

121、5;1011Pa</p><p>　　導(dǎo)桿的極慣性矩I=П×D4/64</p><p>　　=П×304 /64</p><p>　　=39760 mm4</p><p><b>　　C=800 mm</b></p><p>　　手爪夾持中心到導(dǎo)向套端面距離L=345+500=

122、845 mm</p><p>　　y（手部）= 1/2×G手部和工件×(C2/6EI)×(3L－C)</p><p>　　=46.5×(8002/6×2.1×1011 ×39760) ×(3×845－800)</p><p><b>　　=1 mm</b>

123、</p><p>　　經(jīng)過(guò)核算,導(dǎo)桿撓度基本符合要求。</p><p>　　3．2．10 轉(zhuǎn)臺(tái)型齒桿式回轉(zhuǎn)擺動(dòng)氣缸的計(jì)算</p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p>　　① ｍ總２＝ｍ工件＋ｍ爪部＋ｍ腕部回轉(zhuǎn)缸＋ｍ伸縮缸＋ｍ伸縮導(dǎo)向＋ｍ配重＋ｍ托板 （3－32）</p