熱處理機械手---機械結(jié)構(gòu)設計【剪叉式液壓升降平臺】【說明書+CAD】,剪叉式液壓升降平臺,說明書+CAD,熱處理機械手-機械結(jié)構(gòu)設計【剪叉式液壓升降平臺】【說明書+CAD】,熱處理,機械手,機械,結(jié)構(gòu)設計,剪叉式,液壓,升降,平臺,說明書,CAD 哈爾濱理工大學?？粕厴I(yè)論文 哈爾濱理工大學榮成學院 本科生畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名：孫權(quán) 學號：0930060110 學 院： 榮成學院 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 任務起止時間： 2013年02月25日至 2013年06月 21日 畢業(yè)設計（論文）題目： 熱處理機械手---機械結(jié)構(gòu)設計 畢業(yè)設計工作內(nèi)容： 1、實際調(diào)研，收集相關資料，完成開題報告；1—3周。 2、結(jié)合生產(chǎn)實際，設計機械手的總圖； 3、設計機械手的升降缸，伸縮缸，定位缸結(jié)構(gòu)圖；4—7周。 4、設計所有零件的工作圖；12—13周。 5、撰寫畢業(yè)設計論文，準備答辯；14—16周。 注：要求全部用計算機繪圖和打印文稿（交打印件和電子稿） 資料： 1、工業(yè)機器人設計手冊； 2、非標設計手冊； 3、液壓與氣壓傳動； 4、相關的技術(shù)資料。 指導教師意見： 簽名： 2013年 2 月 24 日 系主任意見： 簽名： 2013年2月 25日 哈 爾 濱 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 題 目： 熱處理上下料機械手 院、 系：榮成學院 機械設計制造及其自動化 姓 名： 孫權(quán) 指導教師： 張寶海 系 主 任： 陶福春 2013 年 6 月 17 日 畢業(yè)設計題目：熱處理機械手——機械結(jié)構(gòu)設計 學生姓名：孫權(quán) 學 號：0930060110 專業(yè)班級：機械09-1 指導教師：張寶海 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 3頁 2 畢業(yè)設計論文 39頁 3 圖紙 5張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目：熱處理機械手——機械結(jié)構(gòu)設計 學生姓名：孫權(quán) 學 號：0930060110 專業(yè)班級：機械09-1 指導教師：張寶海 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 內(nèi) 容 序號 文 件 名 稱 數(shù) 量 1 開題報告 頁 2 畢業(yè)設計論文 頁 3 圖紙 張 2013年6月20日 業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 畢業(yè)設計題目：熱處理機械手——機械結(jié)構(gòu)設計 學生姓名：孫權(quán) 學 號：0930060110 專業(yè)班級：機械09-1 指導教師：張寶海 畢業(yè)設計題目： 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 哈爾濱理工大學畢業(yè)設計（論文）評語 學生姓名： 孫權(quán) 學號：0930060110 學 院：榮成學院 專業(yè)：機械設計制造及自動化 任務起止時間： 2013 年 2月25 日至2013年 6 月 21 日 畢業(yè)設計（論文）題目： 熱處理機械手---機械結(jié)構(gòu)設計 指導教師對畢業(yè)設計（論文）的評語： 該課題源于生產(chǎn)實踐，該同學在畢業(yè)設計中，態(tài)度端正，能把所學習相關知識運用設計中，設計結(jié)構(gòu)基本合理，設計論文論述較正確、格式較規(guī)范，基本能正確運用所學基本知識，按時完成任務要求，可以參加答辯。 指導教師簽名： 指導教師職稱： 評閱教師對畢業(yè)設計（論文）的評語： 該同學論文格式較規(guī)范，對機械設計有了一定了解，設計內(nèi)容符合任務書要求，所做畫紙符合要求，但在圖紙的繪制和尺寸的標注需要改進，修改后建議參加答辯。 評閱教師簽名： 評閱教師職稱： 答辯委員會對畢業(yè)設計（論文）的評語： 該同學的設計符合“畢業(yè)設計任務書”的要求，任務量適中，答辯表述基本清晰，能回答大多數(shù)提問，概念較清楚，設計的內(nèi)容基本合理，無原則性錯誤，掌握了一定的基礎知識和基本技能。符合學院本科畢業(yè)設計的要求。 答辯委員會評定，該生畢業(yè)設計（論文）成績?yōu)椋? 答辯委員會主席簽名： 職稱： 年 月 日 教務處制表 哈爾濱理工大學學士學位論文 熱處理上下料機械手 摘要 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人類社會進入了一個以自動化和電子技術(shù)為標志的新時代。自動化機械大量應用于工業(yè)工程中，其中工業(yè)機械手的應用最為廣泛。工業(yè)機械手是一種模仿人手動作的機器，可以取代很多的人工操作，并可以取得更高的效率。 本論文介紹了用于夾持熱處理件的上下料機械手的設計。它采用液壓驅(qū)動，動作平穩(wěn)，控制方便。 本論文主要闡述該機械手的升降和回轉(zhuǎn)的設計和計算。首先從機械手的基礎知識介紹有關機械手的組成、分類、臂部設計，液壓控制的多種方案，再從本次設計所要求的功能原理設計開始，對于不同的方案加以比較和論證，從中可確定出最優(yōu)方案，并采用其方案。著重闡述了機身的設計，具體闡述了機械手的設計原則和步驟，分析了設計時應注意的問題，并對機械手的平穩(wěn)性及定位精度給予詳細的論述。設計并分析了該機械手所用的液壓控制的方法和過程。由于經(jīng)驗不足，知識有限，難免有誤，有待改進。 關鍵詞　機械手；液壓；驅(qū)動力；定位精度 28 Abstract With the development of technology, the human society entered a modern ear for with automation with electronics technique for marking. Automation machine large quantity is applied in industry engineering inside, among them the application of the industry machine hand is the most extensive. The industry machine of a kind of mimicry hand action, can replace a lot of artificials operate, combining can obtain the higher efficiency. This thesis introduces to used for clipping to hold the outside circle a design for and down anticipating machine hand. It adopts the liquid presses to drive, ordering a procedure control, acting steady, control convenience. This thesis expatiates the rise and fall of the machine’s hand primarily with the design of the turn-over with compute. Constitute, divide into section form the relevant machine in introduction in knowledge in foundation of the machine hand first, wrist a various projects for and arm department designing, liquid pressing control, start from this design a function for requesting principle, take into the comparison to the different project with the argument, can make sure the superior project from the inside, combine to adopt its project, in as to it’s of the foundation of the construction design, as to it’s driver force and moment proceed the calculation. Emphasize the design that expatiated the fuselage, expatiated the design principle of the machine hand in a specific way with the step, analyzed the problem of design should notice, and give to the steady and fixed position accuracy of the machine hand detailed treatise. Because of experience shortage, the knowledge is limited, difficult do not need the mistake, treat to improve. Keywords　Manipulator; Liquid presses; Driving force; Fixed position accuracy 目錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題的研究背景和意義 1 1.2 課題的發(fā)展前景 1 1.3 本章小結(jié) 2 第2章 工業(yè)機械手概述 3 2.1 工業(yè)機械手的分類 3 2.2 工業(yè)機械手的組成 3 2.3 工業(yè)機械手的自由度和坐標形式 5 2.3.1 工業(yè)機械手的自由度 5 2.3.2 機械手的幾種坐標形式 6 2.4 本章小結(jié) 7 第3章 工業(yè)機械手的設計 8 3.1 手部 8 3.2 臂部 10 3.3 手部升降部分 13 3.4 本章小結(jié) 23 第4章 機械手總體方案的總結(jié) 24 4.1 機械手的動作和規(guī)格參數(shù) 24 4.2 本機械手的特點 24 4.3 本章小結(jié) 24 結(jié)論 25 致謝 26 參考文獻 27 第1章 緒論 1.1 課題的研究背景和意義 有人認為，應用機器人只是為了節(jié)省勞動力，而我國勞動力資源豐富，發(fā)展機器人不一定符合我國國情。這是一種誤解。在我國，社會主義制度的優(yōu)越性決定了機器人能夠充分發(fā)揮其長處。它不僅能為我國的經(jīng)濟建設帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領域的發(fā)展做出卓越的貢獻。 1.2 課題的發(fā)展前景 我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、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)化前期的關鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。 我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術(shù)的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。 1.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了，機械手的研究意義和發(fā)展前景，由此體現(xiàn)出該課題在生產(chǎn)實際中的重要。 第2章 工業(yè)機械手概述 2.1 工業(yè)機械手的分類 工業(yè)機械手目前在國內(nèi)是專用機械手和通用機械手的統(tǒng)稱。 專用機械手是指附屬于主機、動作程序固定，一般沒有獨立控制系統(tǒng)，只做專門用途的自動抓取或操作裝置。 通用機械手（國外泛稱工業(yè)機器人）是指程序可變的、獨立的、自動化的抓取或操作裝置。 目前多機械手尚無明確的分類標準，全國各地區(qū)尚未統(tǒng)一，我們按目前應用比較多的兩方面進行分類： 1. 按搬運的工件重量（或稱臂力）分類 (1) 小型的——臂力在1公斤以下； (2) 中型的——臂力在1~30公斤以內(nèi)； (3) 大型的——臂力在30公斤以上。 目前大多數(shù)的工業(yè)機械手其搬運重量為中型的。 2. 按機能分類 簡易型通用機械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序由擋塊或凸輪轉(zhuǎn)鼓控制；可變程序用插銷板來給定程序。 這種機械手多為氣動或液壓驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，改變程序較容易。只適用于程序較簡單的點位控制，實現(xiàn)重復性操作作為一般單機服務的搬運工作也完全夠。目前這種機械手的數(shù)量最多。 示教再現(xiàn)型通用機械手 這種機械手由人工通過示教裝置領動一遍，或者預先操作給定一遍，稱為示教。它由磁鼓（或磁帶、磁芯）把程序記錄下來，以后機械手就自動按記憶的程序，重復地進行循環(huán)動作。 這種機械手多為電液伺服控制。與前者比較，這種機械手可有較多的自由度，有可能實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，能進行程序較復雜的作業(yè)，通用性較大。 具有視覺、觸覺的通用機械手 這種機械手由電子計算機控制，裝有電視攝像管和傳感器等，因而具有視覺、熱感、觸覺等。 2.2 工業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)有簡單的也有復雜的。但從結(jié)構(gòu)形式分析，主要有執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、位置檢測裝置和控制系統(tǒng)等組成。 1. 執(zhí)行機構(gòu) 它包括手部、腕部、臂部、立柱和基體等構(gòu)件組成： (1) 手部——是夾持工件的構(gòu)件。它由手爪和夾緊裝置兩部分組成。手爪有夾緊和松開動作。夾持式手爪的形式和人的手指相仿。另外還有真空和電磁吸盤（相當于手爪），用來吸取表面光滑的零件或薄板。有的手爪還可以夾持一些專用工具，如噴槍、扳手、焊接工具等。 (2) 腕部——是聯(lián)接手部和臂部的構(gòu)件，起支撐手部的作用。它可以有俯仰、左右擺動和回轉(zhuǎn)三個運動。特殊情況下可以增加一個橫向移動。有的機械手沒有手腕動作。 (3) 臂部——是支撐手部、腕部的構(gòu)件。機械手的臂部是為了取代人的手臂而研究設計的，但是它卻達不到象人手臂的靈巧和適應功能。因此，只有把結(jié)構(gòu)簡化，把運動軌跡分為沿三坐標軸線方向往復移動和繞三坐標軸線進行回轉(zhuǎn)。一般手臂具有前后伸縮、左右回轉(zhuǎn)、上下升降或上下擺動等幾個運動。根據(jù)需要可選其中一個、二個或三個運動。 (4) 立柱——是支撐手臂等構(gòu)件的。一般機械手的立柱為固定不動的，也有的因工作需要立柱作橫向移動，此種稱可移動式立柱。 (5) 行走機構(gòu)——機械手要求完成較遠距離的操作時，可增加滾輪、軌道等行走機構(gòu)。 2. 驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動臂部、腕部、手部的動力源。它有氣動、液壓、電力和機械式等四中形式，由直線缸、回轉(zhuǎn)缸、各種閥、管及管接頭等組成。 3. 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機械手的重要組成部分，它是支配機械手按規(guī)定程序、行程和速度進行運動的裝置。它必須保存或記憶人們給予機械手的指令信息（如動作順序，到達位置和時間信息）。機械手工作時根據(jù)這些信息對機械手的執(zhí)行機構(gòu)按程序發(fā)出控制指令，必要時還可以多機械手的動作進行監(jiān)測，當動作錯誤或發(fā)生故障時可發(fā)出警告信號。 4. 行程位置檢測裝置 行程位置檢測裝置的作用是控制機械手每個運動的運動位置，或?qū)⑦\動系統(tǒng)的位置反饋給控制系統(tǒng)，再由控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，使機械手實現(xiàn)位置精度的要求。 5. 輔助裝置 基體——是機械手的基礎部分。機械手的執(zhí)行機構(gòu)各部件，驅(qū)動系統(tǒng)都安裝在基體上，它起支撐作用。 油箱——用來儲存油和供油的裝置，并使油散熱和雜質(zhì)沉淀。 氣缸——貯存壓縮空氣。 2.3 工業(yè)機械手的自由度和坐標形式 2.3.1 工業(yè)機械手的自由度 機械手的運動可分為整機運動、本體運動、臂部運動、腕部運動、每個運動坐標稱為自由度。 一個機械手有幾個運動就叫有幾個自由度。手爪的抓取動作（指的是手爪的夾緊和松開）不計在自由度數(shù)目內(nèi)。 1．整機運動 是指整個機械手作為一個整體運動，如整機行走。 2．本體運動 是指機械手的本體部分運動，如本體橫向運動（整個手臂沿Y坐標軸的移動），可參看圖2-1。 3．臂部運動 臂部一般有三個自由度，即臂部直線運動、回轉(zhuǎn)運動和上下擺動運動。 4．腕部運動 基本上有三個自由度，如圖2-2所示。繞X軸的運動叫回轉(zhuǎn)運動；繞Y軸轉(zhuǎn)動叫俯仰運動；繞Z軸運動叫左右擺動。 要確定抓區(qū)工件的空間點位及方位坐標，有臂部三個自由度和腕部三個自由度就足夠了。 圖2-1 機械手自由度表示 圖2-2 機械手腕部運動 2.3.2 機械手的幾種坐標形式 直角坐標式： 機械手的臂部可做前后、左右、升降三個移動，如圖2-3a所示。這種坐標形式直觀性好，結(jié)構(gòu)簡單，但慣性較大，占用的空間也較大，一般多安裝在架空的梁上。 圓柱坐標式： 見圖2-3b，它有二個移動（伸縮和升降）和一個轉(zhuǎn)動。這種坐標直觀性較好，結(jié)構(gòu)簡單，所占空間較小，動作范圍較大，是應用最多的一種。 球坐標式： 見圖2-3c，它有一個移動（手臂伸縮）和兩個轉(zhuǎn)動（左右回轉(zhuǎn)和上下擺動）。這種坐標形式結(jié)構(gòu)較復雜，但慣性不大，本體所占的空間較小，動作范圍比圓柱坐標式更大，在通用機械手中應用較多。 多關節(jié)式： 見圖2-3d，它有三個轉(zhuǎn)動（左右旋轉(zhuǎn)、兩個關節(jié)旋轉(zhuǎn)）。這種坐標形式運動件的慣性較小，本體占空間不大，而動作范圍大，并且可以繞過障礙物抓區(qū)工件，但是其結(jié)構(gòu)復雜，位置精度難于控制，故應用比較少。 圖2-3 機械手的坐標形式 2.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了，工業(yè)機械手的分類，組成以及自由的和坐標形式。在實際生產(chǎn)中應考慮具體情況，適當?shù)倪M行取舍，不應該拘泥于形式。依據(jù)實際情況，本次設計的機械手，腕部不需做出復雜動作。故，腕部采用直接固定。 第3章 工業(yè)機械手的設計 3.1 手部 機械手的手部是用來抓取并握緊工件的，它包括手爪和夾緊裝置兩部分。夾持工件的迅速、靈活、準確和牢靠程度，直接影響到機械手的性能，是機械手的關鍵部件之一。 1．手部設計要求： (1) 手部應有足夠的夾緊力。除工件的重力外，還要能不使工件在傳遞過程中松動或脫落； (2) 夾持范圍要與工件相適應。手爪的開閉角度（手爪張開或閉合時的極限位置所擺動的角度）應能適應夾緊較大的直徑范圍； (3) 夾持精度要高。既要求工件在手爪內(nèi)定位準確，又不夾壞工件的表面。一般需根據(jù)工件的形狀選擇相應的手爪結(jié)構(gòu)：如圓柱形工件應采用帶V形槽的手爪來定位；對于工件表面光潔度要求較高的，應在手爪上鑲銅、夾布膠木或其它軟質(zhì)墊片等； (4) 夾持動作要迅速、靈活； (5) 手部結(jié)構(gòu)要簡單緊湊、剛性好、自重輕、易磨損處應該便于更換，在腕部或臂部上安裝要方便，更換要迅速。 2. 手部的結(jié)構(gòu) 手爪的類型大致分為下列三種： (1) 夾持式手爪：根據(jù)手爪的動作可分為回轉(zhuǎn)型和平移型；根據(jù)手指的數(shù)量可分為雙指式和多指式；根據(jù)夾持工件的方法又可分為外卡式和內(nèi)脹式兩種。 (2) 吸附式手爪：分為真空吸盤式和電磁吸盤式兩種。真空吸盤式又可分為真空泵式和氣流負壓式。 (3) 帶視覺或觸覺的手爪。 根據(jù)所設計課題的要求，該機械手是用于生產(chǎn)線上下料的，其抓取的工件是外圓件，所以可以不考慮吸附式手爪和帶視覺或觸覺的手爪。所以重點在于夾持式手 依據(jù)本次設計實際情況，采用夾持式手爪。 3. 夾持式手爪的計算 (1) 夾緊力的計算 夾緊力 N=K1?K2?K3?G (3-1) 式中： K1為安全系數(shù)一般1.2≈2; K2為工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。K2可以近似，的按下式估算，K2=1+ag，其中a為被抓取工件的最大加速度，g為重力加速度約為9.8m/s2; K3為方位系數(shù); G被抓取工件重量 根據(jù)本次所設計的手抓結(jié)構(gòu) K1=1.5 K2=1+ag=6 K3=0.52 所以 N=1.5×6×0.52×500=2.34KN P計算=9.15KN 取σ=0.85 P實際=P計算σ=10.8KN （3-2） P計算為夾緊缸計算壓力 P實際為夾緊缸實際壓力 σ為夾緊缸效率 (2) 確定油缸直徑D 因為 P實際=π4D2-d2P （3-3） 選取活塞桿直徑d=0.47D，壓力有工作壓力294KN/cm2 所以 D=4P實際π?P（1-0.472）=60mm 根據(jù)油缸內(nèi)徑D=60mm 可知d=28.2mm 最后取油缸內(nèi)徑為63mm (GB/T2348-1993) 最后取活塞桿直徑為32mm (GB/T2348-1993) (3) 油缸缸壁厚度 壁厚度計算公式 δ≥PD2δ （3-4） D為液壓缸內(nèi)徑 P為液壓缸工作壓力 δ缸筒材料許用應力， δ=δb/n δb為材料的抗拉強度極限 n為安全系數(shù)一般取5 經(jīng)過計算得出 δ≥1.1 根據(jù)實際加工情況，設計壁厚為5mm可以滿足要求。 (4) 缸底厚度 缸底厚度計算公式 δ1≥0.433D2PδP (3-5) P為筒內(nèi)最大工作壓力 D2為計算厚度外徑 δP筒底材料許用應力 經(jīng)計算得出 δ1≥2.2mm 缸底厚度取40mm足以滿足要求 3.2 臂部 臂部是機械手完成各項動作的執(zhí)行機構(gòu)，也是其運動部分的主體。 在上面分析了機械手的四種坐標形式，綜合這四種坐標形式運動的目的，是想達到人的手臂的功能，但是目前技術(shù)還是做不到的，因而把運動方式轉(zhuǎn)化為直線移動和旋轉(zhuǎn)運動，這樣臂部的結(jié)構(gòu)也就比較簡單了。臂部和機座相連，可固定在地面上、機器上或懸掛在橫梁滑道上以及可行走的機架上。臂部前端連接腕部或直接連接手部。 臂部的作用在于將手爪移動到所需的位置和承受工件、手部和腕部的重量。所以，臂部的結(jié)構(gòu)性能、工作范圍、承載能力和動作位置精度直接影響機械手的工作性能。 1. 臂部一般有以下幾部分組成： (1) 動作元件：如直線缸、回轉(zhuǎn)缸、齒輪齒條、連桿凸輪……等，它是驅(qū)動手臂運動的元件。動作元件與驅(qū)動源相配合，就能實現(xiàn)手臂的各種運動。 (2) 導向裝置：手臂在靜止狀態(tài)，要承受由夾持工件重量所產(chǎn)生的彎曲力，以及由于載荷不平衡而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩。在運動時又有一個慣性力，為保證手爪的正確位置和動作元件不受較大的彎曲力，手臂必須設置導向裝置。 (3) 臂：手臂上的動作元件、導向裝置和其他裝置都要安裝在臂上，起支承、連接和承受外力的作用。所以需要臂具有足夠的剛性，以免承重后發(fā)生形變產(chǎn)生顫動。 (4) 其他裝置：如管路、冷卻裝置、位置檢測機構(gòu)……等 2. 臂部設計要求： 臂部設計首先要求實現(xiàn)所要求的運動，為了實現(xiàn)這些運動，需要滿足下列幾項要求 (1) 臂部應承載能力大、剛性好、自重輕 (2) 臂部運動速度要高，慣性要小機械手的運動速度一般是根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定的。 (3) 臂部動作要靈活 要使手臂運動輕快靈活，手臂的結(jié)構(gòu)必須緊湊小巧，或在運動臂上加滾動軸承或采用滾珠導軌。對于懸臂式機械手手臂上零件的布置要合理，以減少回轉(zhuǎn)升降支撐中心的偏重力矩。不然，會引起手臂振動，嚴重時會使手臂與立柱卡住別壞。對于雙臂同時操作的機械手，應使兩臂布置盡量對稱以達到平衡。 (4) 位置精度要高 手臂的剛性好，偏重小，慣性力小，則位置精度就容易控制，所以設計手臂時要周密考慮和計算，還要合理的選擇機械手的坐標形式。一般來說，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高；關節(jié)式機械手的位置最難控制，精度差；在手臂上加設定位裝置和自動檢測機構(gòu)，來控制手臂運動的位置精度；還要減少或消除各傳動、嚙合件的間隙。 3. 臂部伸縮運動結(jié)構(gòu)： 手臂的伸縮運動是一種往復的直線運動，實現(xiàn)這種運動可以采用往復直線液壓缸結(jié)構(gòu)、多級油缸結(jié)構(gòu)、滾珠絲杠結(jié)構(gòu)、直線缸和齒輪齒條傳動機構(gòu)等。 (1) 直線缸結(jié)構(gòu) 在機械手中，實現(xiàn)往復運動采用直線缸結(jié)構(gòu)的最多?；钊麠U的一端固定在中間架體上，油缸固定在滑枕上。當壓力油經(jīng)油孔，分別進入油缸的兩腔時，油缸體帶動滑枕在燕尾形導軌內(nèi)實現(xiàn)手臂的往復運動，其行程大小靠擋塊和組合行程開關來調(diào)整，伸出端裝有可調(diào)式定位螺釘。 (2) 多級油缸結(jié)構(gòu) 這種油缸用在傳送機構(gòu)上較好，用在機械手上，其活塞桿的剛性不好，撓度大，影響位置精度。 (3) 滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 有的機械手用電機帶動滾珠絲杠，實現(xiàn)手臂的直線傳動。 滾珠絲杠與油缸驅(qū)動相比有下述優(yōu)點： 滾珠絲杠的摩擦損失小，一般其傳動效率在90%以上；滾珠絲杠靈敏性高，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，定位精度高；由于電機直接（或經(jīng)減速齒輪組）連接絲杠，絲杠直接傳動，故油缸剛性好；用于同樣的距離，滾珠絲杠占用空間更小。 滾珠絲杠的缺點是成本高，由于滾珠絲杠的傳動效率高，所以基本上沒有自鎖作用。 4. 臂部伸縮油缸的計算 (1) 確定缸內(nèi)徑 液壓缸的工作壓力為P=2.94Mpa 推力F=12000N PAσcm=F (3-6) σcm為液壓缸的機械效率，一般取σcm=0.95 A為液壓缸有效面積 由公式(3-6)可知 A=FPσcm 代入數(shù)值計算得出 A=43cm2 因為 A=πD24 (3-7) 代入數(shù)值計算得出 D=74mm 因為對往返速比有要求，所以 φ=d2D2-d2 （3-8） φ為往返速比，取1.4 則，由此計算可知 d=39.6mm 則D為80mm （GB/T2348-1993） d為40mm （GB/T2348-1993） (2) 缸筒壁厚計算 δ≥PD2δ 帶入數(shù)值計算得 δ≥1.4mm 缸筒壁厚取8mm足以滿足要求 (3) 活塞桿強度的校核 d≥4Fπ［δ］ （3-9） 代入數(shù)值計算得出 d≥8.53mm 所以強度滿足要求 (4) 缸底厚度 δ1≥0.433D2PδP 代入數(shù)值計算得出 δ1≥2.17mm 所以取40mm滿足要求 3.3 手部升降部分 一般圓柱坐標式，直角坐標式有升降運動，球坐標式有時為了增加提高高度，也有升降運動。由于本次設計的機械手采用的直角坐標式，所以，手臂的升降運動是必不可少的。由于本次設計的機械手負載較大，所以升降部分采用，剪叉式升降平臺。 1. 剪叉式升降平臺的分類 圖3-1 機械手的坐標形式 圖中表示氣液動剪叉式升降平臺的三種結(jié)構(gòu)形式。長度相等的兩根支撐桿AB和MN鉸接于二桿的中點E，兩桿的M、A端分別鉸接于平板和機架上，兩桿的B、N端分別與兩滾輪鉸接，并可在上平板和機架上的導向槽內(nèi)滾動。圖中的三種結(jié)構(gòu)形式的不同之處在于驅(qū)動件液壓缸的安裝位置不同。 圖3-1a中的驅(qū)動液壓缸的下不固定在機架上，上部的活塞桿以球頭與上平板球窩接觸。液壓缸通過活塞桿使上平板鉛直升降。 圖3-1b中的臥式液壓缸活塞桿與支撐桿MN鉸接于N處。液壓缸驅(qū)動活塞桿控制平臺鉛直升降。 圖3-1c中的液壓缸缸體尾部與機架鉸接于G處，活塞桿頭部與支撐桿AB鉸接于F處。液壓缸驅(qū)動活塞桿可控制平臺鉛直升降。 按照液壓缸的安裝形式，稱圖a的形式為直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，圖b的形式為水平固定剪叉式，圖c的形式為雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)。 直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，液壓缸的行程等于平臺的升降行程，整體結(jié)構(gòu)尺寸龐大，且球鉸鏈加工負載，在實際種應用較少。 水平固定剪叉式機構(gòu)，通過分析計算可知，平臺的升降行程大于液壓缸的行程，在應用過程中可以實現(xiàn)快速控制升降的目的，但不足之處是活塞桿受到橫向力的作用，影響密封件的使用壽命。而且活塞桿所承受的載荷力要比實際平臺上的載荷力要大的多。所以實際也很少采用。 雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)避免了上述缺點。結(jié)構(gòu)比較合理，平臺的升降行程可以達到液壓缸行程的二倍以上。因此，在工程實際中逐漸得到廣泛的應用。本設計就重點對雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)形式加以分析、論述。 2．雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)的位置參數(shù)計算 圖3-2 位置參數(shù)示意圖 由圖3-2可知 H=CLsinβl （3-10） cosβ=（T2+C2-l2）2TC （3-11） H為任意位置時升降平臺的高度 C為任意位置時鉸接點F到液壓鉸接點G的距離 L為支撐桿的長度 l為支撐桿固定鉸支點A到鉸接點F的距離 T為機架長度（A到G的距離） β為活塞桿與水平線的夾角 以下相同 將公式整理得出 HC=Lll-（T2+C2-l22TC）2 （3-12） 設λ=C/C0，θ=H/H0得出 θH0λC0=Lll-[T2+（λC0）2-l22TλC0] （3-13） H0為升降平臺的初始高度 C0為液壓缸初始長度 3．雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)的運動參數(shù)計算 圖3-2 運動參數(shù)示意圖 由圖3-2可知 VF=ω1l （3-14） V1=ω1lsinα+β （3-15） VB=V1Llsin（α+β） （3-16） V2=V1Lcosαlsin（α+β） （3-17） V2V1=Lcosαlsin（α+β） （3-18） V1為液壓缸活塞平均相對運動速度 V2為升降平臺升降速度 α為支撐桿與水平線的夾角 VF是F點的絕對速度 VB是B點絕對速度 ω1是AB支撐桿的速度 4．雙鉸接剪叉式升降平臺機構(gòu)的動力參數(shù)計算 圖3-3 動力參數(shù)示意圖 通過分析機構(gòu)受力情況并進行計算（過程省略）得出 PQ=Lcosαlsin(α+β) （3-19） P液壓缸作用于活塞桿的推力 Q升降平臺所承受的重力載荷 5．剪叉式升降平臺機構(gòu)設計時應注意的問題 當、增大時值隨之減??；當、減小時，P/Q值隨之增大。在確定整體結(jié)構(gòu)值隨之減??；當、 減小時，P/Q值隨之增大，在液壓缸行程不變的情況下，升降平臺升降行程會減??；反之，則會使液壓缸行程受力增大。因此設計時應綜合考慮升降行程與液壓缸受力兩個因素。在滿足升降行程及整體結(jié)構(gòu)尺寸的前提下，選取較高的 、 初始值。而且在整個機構(gòu)中AB支撐桿是主要受力桿件，承受有最大的彎矩，所以應重點對其進行強度校核。 液壓缸可采用單作用缸也可以采用雙作用缸，不過要看具體情況。一般我們都采用單作用柱塞缸，因為采用這樣的缸比較經(jīng)濟，而且總體泄漏量少，密封件壽命長。采用單作用柱塞缸時考慮到在空載荷時，上平板的自重應能克服液壓缸活塞與缸體間的密封阻力。否則，會導致升降平臺降不下來。 6．雙鉸接剪叉式升降平臺液壓缸的計算 (1) 確定缸內(nèi)徑 液壓缸的工作壓力為P=2.94Mpa 推力F=12000N PAσcm=F σcm為液壓缸的機械效率，一般取σcm=0.95 A為液壓缸有效面積 由公式(3-6)可知 A=FPσcm 代入數(shù)值計算得出 A=43cm2 因為 A=πD24 代入數(shù)值計算得出 D=74mm 因為對往返速比有要求，所以 φ=d2D2-d2 φ為往返速比，取1.4 則，由此計算可知 d=39.6mm 則D為80mm （GB/T2348-1993） d為40mm （GB/T2348-1993） (2) 缸筒壁厚計算 δ≥PD2δ 帶入數(shù)值計算得 δ≥1.4mm 考慮到升降缸所承受載荷較大，故壁厚可以適度加厚，缸筒壁厚取10mm足以滿足要求 (3) 活塞桿強度的校核 d≥4Fπ［δ］ 代入數(shù)值計算得出 d≥8.53mm 所以強度滿足要求 (4) 缸底厚度 δ1≥0.433D2PδP 代入數(shù)值計算得出 δ1≥2.17mm 所以取40mm滿足要求 7．臺板的設計計算 臺板位于升降臺的最上部，是支撐件的組成部分。需要說明的是臺板并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑道，因為升降臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內(nèi)來回滑動，使升降臺完成舉升和回落動作。下底板也如此，如圖3-4。 圖3-4 臺板示意圖 叉桿是升降臺最主要的舉升部件，是主要的受力機構(gòu)。對其設計的成功與否關系到整個設計工作的成敗，選材45號鋼，熱軋鋼板。叉桿的外形圖如圖3-5所示。 圖3-5 叉桿示意圖 8．叉桿的設計計算 首先定義每根桿的名稱編號，如圖3-6： 圖3-6 叉桿編號示意圖 對于桿3、桿4的活動鉸聯(lián)接在水平方向上除了摩擦力沒有其它外力，所以可以忽略不計，現(xiàn)在只考慮其豎直方向上的受力就可以了。經(jīng)過分析桿3的受力情況如圖3-7： 圖3-7叉桿受力示意圖 計算其最大彎矩及軸向力： 經(jīng)力學分析，當升降臺處于最低位置，時，所受彎矩最大，如圖3-8。 圖3-8叉桿彎矩示意圖 當升降臺處于最高位置，時，軸向力最大，如圖3-9 圖3-9叉桿受力示意圖 ，（正值為拉力，負值為壓力）。 桿4受力情況同桿3。 下面再分析一下桿1,對桿1作受力分析，如圖3-10 圖3-10叉桿彎矩示意圖 對D點做力矩分析： 可得 = -110.1N。 計算彎矩，由上圖可轉(zhuǎn)化成圖3-11來分析： 圖3-11叉桿彎矩轉(zhuǎn)換示意圖 根據(jù)以上條件畫彎矩圖，如圖3-12下： 圖3-12叉桿彎矩轉(zhuǎn)換示意圖 由此圖可知，桿1的最大彎矩在C點。經(jīng)計算當時，有最大值，即擁有最大彎矩，同樣此時也擁有最大的軸向力。首先將，W=9800N，P=11.6W（P與W的關系值根據(jù)上述的公式求得）代入以上各式，求得的值如圖3-13： 圖3-13叉桿彎矩計算示意圖 則。 計算軸向力，同樣將桿1的受力分析圖再轉(zhuǎn)化為軸向力圖分析，如圖3-14： 圖3-14軸向力示意圖 經(jīng)分析計算，CD段受到的軸向壓縮力最大，。由于剛剛計算出的桿3與桿4的最大彎矩和最大軸向力都小于桿1的值，故不對桿3桿4計算工作應力。計算桿1該狀態(tài)下的工作應力，設叉桿橫截面積A=bh,如圖3-15： 圖3-15力分析示意圖 則該狀態(tài)下的工作應力為 其中， ——叉桿實際工作應力, ——材料許用應力， ——材料的極限應力，對于45號鋼，為340Mpa n——安全系數(shù),一般為大于1的值，這里取n=2。 根據(jù)經(jīng)驗初選h=0.1m。 由此式可以看出彎矩對工作應力的影響較軸向力要顯著的多，所以在計算時應以最大彎矩為主要計算對象。桿1所承受的最大工作應力。桿1的C截面擁有最大彎矩，即可以認為C截面擁有最大的工作應力。我們按照最大工作應力來選取合適的叉桿截面。將h=0.1m代入上式： 最大工作應力。這里取，即叉桿的橫截面為10025。 選取套聯(lián)在活塞桿端部的橫軸，根據(jù)總體結(jié)構(gòu)布局確定橫軸長度需要220mm，由于是單耳環(huán)聯(lián)接，其內(nèi)徑CD=50，橫軸的外徑也應為50mm,但考慮到二者需要相對滑動，應使橫軸的外徑略小于50mm,這里d=48mm。單耳環(huán)的寬度值EW=60mm。將叉桿要聯(lián)接到橫軸處的孔進行加長處理，使兩者接觸面積適當?shù)脑龃笠詼p小彎曲應力及及剪應力。因此可按圖3-16分析橫軸所受應力： 圖3-15力分析示意圖 對于其它幾個銷軸，由于所受的應力都小于上述值，在不改變材料的基礎上選擇直徑各為35mm、40mm是完全可以的，這里就不一一校核了。 3.4 本章小結(jié) 本章內(nèi)容主要包括機械手每一部分的具體設計方法，以及剪叉式液壓升降平臺的簡介和設計。在具體設計過程中應充分考慮實際情況，不應該拘泥于數(shù)據(jù)形式，應從實際生產(chǎn)方便出發(fā)。 第4章 機械手總體方案的總結(jié) 4.1 機械手的動作和規(guī)格參數(shù) 由于本次設計的是熱處理上下料機械手。所以，機械手動作分為： 夾取—上升—進爐—松開—出爐—進爐—夾取—出爐—松開 經(jīng)過上面章節(jié)的設計計算，本機械手的主要部件的相關參數(shù)已經(jīng)得出。其余輔助部件尺寸，主要根據(jù)應用地點的條件來設計，在保證正常使用和安全性的前提下，盡量節(jié)約成本。 詳盡規(guī)格參數(shù)可見設計圖紙。 4.2 本機械手的特點 本次設計的機械手與一般機械手的最大區(qū)別在于，升降部分采用剪叉式液壓升降平臺設計。升降過程中更加平穩(wěn)，下降到最低位置時，占用的空間較小，同時上升過程所需的能量較少，相同狀態(tài)下，所能承受的負載更大。手臂部分采用簡潔設計，在完成動作的同時節(jié)約生產(chǎn)成本。 4.3 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容包括對本次設計的機械手的總體說明，介紹了設計的特點，以及機械手動作的說明。 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。 結(jié)論 1．本次設計的是液動上下料機械手，相對于通用機械手，專用機械手的自由度不變，控制程序簡單，因此實用性更強。? 2．采用液壓傳動，動作迅速，反應靈敏，能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。工作環(huán)境適應性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。存在一定阻力損失和泄漏，對環(huán)境有一定的污染，但是成本低廉。? 3．通過對液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖的參數(shù)化繪制，大大提高了繪圖速度，節(jié)省了大量時間和避免了不必要的重復勞動，同時做到了圖紙的統(tǒng)一規(guī)范。 4．機械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點，無論是進行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設定PLC程序來實現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)?機械手的動作順序修改程序，使機械手的實用性更強。 致謝 經(jīng)過了四個多月緊張而忙碌的畢業(yè)設計，已經(jīng)接近尾聲。在老師的悉心指導和同學的熱心幫助下，我終于完成了此次設計。前三年對基礎課和專業(yè)課的學習，使我掌握了有關的專業(yè)知識，培養(yǎng)了我獨立的學習和思維方式。而本次的設計，使我將大學四年所學的知識做了系統(tǒng)的總結(jié)和復習，并在這次的設計中得到了相當?shù)膽谩＿@次設計比以前的課程設計等都要全面和系統(tǒng)，是對大學學習的一次全面的檢查。 我這次設計的是自動上下料機械手。為了圓滿的完成設計，我查閱了機械手的一些資料，訪問了國內(nèi)外的機械手網(wǎng)站，對當今國內(nèi)外的機械手有了一些了解。對機械手的工作原理等有了比較清晰的認識。 由于實際經(jīng)驗不足，所學有限，雖然我已盡了最大努力，但是仍然有很多的問題存在，有待以后進一步解決。 參考文獻 1 工業(yè)機械手圖冊編輯組. 工業(yè)機械手圖冊. 機械工業(yè)出版社，1978.9： 2 左健民. 液壓與氣壓傳動. 機械工業(yè)出版社，2001.5： 3 孔云鵬，田萬祿. 機械設計課程設計. 東北大學出版社，2001.8： 4 黃清遠，劉獻禮. 機械設計學，機械工業(yè)出版社，2001.9： 5 朱龍根，黃雨華等. 機械系統(tǒng)設計. 機械工業(yè)出版社，1996.5： 6 大連理工大學工程化教研室. 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