- 1 -（20**屆）本科生畢業(yè)設計（論文）資料學 院、系：專 業(yè)：學 生 姓 名：班 級：學號 指導教師姓名：職稱 最終評定成績：二○**年九月制- 2 -20**屆本科生畢業(yè)設計（論文）資料第一部分 過程管理資料- 3 -20**屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書院(系)： 專業(yè)： 指導教師 學生姓名課題名稱 R175 型柴油機機體加工自動線上用多功能液壓機械手設計內容及任務（1）設計內容：1、查閱有關的工業(yè)機械手設計資料，確定設計柴油機機體多功能機械手的主要技術參數。2、進行柴油機機體自動線上用多功能機械手總體方案設計。3、完成多功能機械手抓取機構和送放機構的機構結構設計。4、完成機械手液壓系統(tǒng)或電器控制系統(tǒng)設計（2）任務和要求：1、根據總體設計方案，繪制出多功能機械手總體外觀圖一張（三維計算機圖） 。2、進行手臂驅動力計算，繪制出機械手機身機械結構圖一張（A 計算機圖）0。3、進行腕部驅動力計算，繪制出機械手腕部機械結構圖一張（A 計算機圖）0。4、根據控制系統(tǒng)總體設計方案，繪制出液壓系統(tǒng)一張（A 計算機圖） 。15、繪制出機身零件圖一張（根據情況由教師指定） 。6、科技譯文（不少于 2000 漢字） 。7、編寫畢業(yè)設計說明書一套（不少于二萬字，有英文摘要，全部用計算機打出） 。擬達到的要求或技術指標1、最大抓取重量 15kg；2、工件最大尺寸（長×寬×高）：250×170×140mm；3、最大操作范圍：提升高度 1.5m；回轉半徑 1m；行走范圍 30m；?4、機械手自由度：4—5 個；5、定位精度：0.5—1mm；6、裝料高度：1050mm；輸送軌道寬度 350mm；輸送速度 20m/min；7、生產綱領：10 萬件/年；生產節(jié)拍：3min/件；- 4 -起止日期 工作內容20**.12—20**.2 課題調研，收集資料，擬定總體方案，畫總圖，完成開題報告。20**.3—20**.4 機械部分設計、計算，畫機械手手腕、手臂、機身結構圖，完成中期檢查。 20**.4—20**.5 控制系統(tǒng)設計，畫液壓系統(tǒng)圖一張進度安排20**.5—20**.6 整理設計說明書及翻譯科技外文，準備答辯。- 5 -主要參考資料[1] 成大先.機械設計手冊第三版第 2 卷.化學工業(yè)出版社,2001.4[2] 吳振彪.工業(yè)機器人 .武漢:華中科技大學出版社,2003.1[3] 王承義.機械手及其應用.北京:機械工業(yè)出版社，1981.6[4] 沈興全、吳秀玲 .液壓傳動和控制.北京:國防工業(yè)出版社，2005.1[5] 孫桓、陳作模 .機械原理第六版.北京:高等教育出版社，2000.8[6] 濮良貴、紀名剛 .機械設計第七版.北京:高等教育出版社，2004.5[7] 諸靜.機器人與控制技術.杭州:浙江大學出版社，1991[8] 陳鐵鳴主編 .新編機械設計課程設計圖冊 [M]. 北京：高等教育出版社，2003[9] 甘永立主編.幾何量公差與檢測主編.上海：上?？茖W技術出版社，2005.7[10] 于永泗、齊民.機械工程材料第五版.大連：大連理工大學出版社，2003.5[11] 周開勤. 機械零件手冊 [M] .北京：高等教育出版社，1989[12] 孔慶華主編 .機械設計基礎 [M] .上海：同濟大學出版社，2004.7[13] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學.北京；高等教育出版社，2003.7[14] 劉鴻文主編 .材料力學 [M] .北京：高等教育出版社，2004.1[15] 鄒慧君主編.機械原理課程設計手冊[M] .北京：高等教育出版社，1998.6教研室意見簽名：年 月 日院(系)主管領導意見簽名：年 月 日- 6 -- 7 -本科畢業(yè)設計（論文）開題報告（20**屆）學 院、系： 專 業(yè)： 學 生 姓 名： 班 級： 學號 指導教師姓名： 職稱 20**年 12 月 22 日- 8 -題目：R175 型柴油機機體加工自動線上用多功能液壓機械手1. 結合課題任務情況，查閱文獻資料，撰寫 1500～2000 字左右的文獻綜述。在自動化生產領域中，工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的。工業(yè)機械手的是從工業(yè)機器人中分支出來的。其特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業(yè)具有準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。機械手的設計原理是以人的手為基礎，以機械拉來實現人的動作，它的動作由以下四部分來實現：自由度的旋轉、肩的前后動作、肘的上下動作、腕(手)的動作。機械手由執(zhí)行機構、驅動-傳動機構、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅動- 傳動機構與執(zhí)行機構是相輔相成的，在驅動系統(tǒng)中可以分：機械式、電氣式、液壓式和復合式，其中液壓操作力最大。早期的機械手的結構和功能都比較簡單，專用性很強，僅配合某臺主機完成輔助性工作，如抓取工件、上料下料、換夾刀具等。這種機械手稱為專用機械手。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，出現了能夠獨立地按控制程序、自動重復操作的機械手，這種機械手具有很快地改變程序的功能，適應性很強，在中小批量，多品種的工業(yè)生產中得到廣泛的應用。這種機械手稱為通用機械手，通用機械手又稱為“工業(yè)機器人” ，即第一代機器人。機器人在此基礎上進一步發(fā)展，出現了具有某些感官功能（如視覺、觸覺、聽覺）的機器人，稱為第二代機器人，以后又出現了具有某些思維和語言功能的智能型機器人，稱為第三代機器人。工業(yè)機械手可以提高生產過程的自動化程度，改善勞動條件、避免人身事故，減少人力，并便于有節(jié)奏地生產，工業(yè)機械手從根本上減輕了工人的勞動強度，提高了生產率水平。綜上所述，有效地應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。從機器人誕生到本世紀 80 年代初，機器人技術經歷了一個長期緩慢的發(fā)展過程。到 90 年代，隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術等的快速發(fā)展，機器人技術也得到了飛速發(fā)展。除了工業(yè)機器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進機器人系統(tǒng)也有了長足的進展。目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。目前的研究內容主要集中在：工業(yè)機器人操作機結構的優(yōu)化設計技術、機器人控制技術、多傳感技術、機器人遙控及監(jiān)控技術,機器人半自主和自主技術、虛擬機器人技術、多智能體調控制技術、軟機器人技術、仿人和仿生技術、微型和微小機器人技術。其中微型和微小機器人技- 9 -術是機器人研究的一個新的領域和重點發(fā)展方向。過去的研究在該領域幾乎是空白，因此該領域研究的進展將會引起機器人技術的一場革命， 并且對社會進步和人類活動的各個方面產生不可估量的影響，微小型機器人技術的研究主要集中在系統(tǒng)結構、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。在我國對此進行了深入的研究，如徐衛(wèi)平和張玉茹發(fā)表的《六自由度微動機構的運動分析》對六自由度微動機構進行了位移分析并為其結構設計提供了計算依據。還有劉辛軍、高峰和汪勁松發(fā)表的《并聯(lián)六自由度微動機器人機構的設計方法》研究了微動機器人機構的設計方法，建立了并聯(lián)六自由度微動機器人的空間模型，并分析了該微動機器人的空間模型，并分析了該微動機器人的機構尺寸與各向同性、剛度等性能指標的關系得到了一系列性能圖譜，從各圖譜中可以看出各項性能指標在空間模型設計參數空間中的分布規(guī)律，這有助于設計者根據性能指標來設計該微動機器人的機構尺寸，是探討微動機器人機構設計的有效分析工具。在以后，工業(yè)機器人會越來越靈活，功能會越來越多，適應性越來越廣，更好的為工業(yè)生產服務。2.選題依據、主要研究內容、研究思路及方案。(1)、依據：隨著科學技術的發(fā)展，生產率水平的提高，人們對產品精度和質量的要求越來越來嚴格。因此，企業(yè)生產線的自動化程度要求越來越高，機械手也越來越來多地被應用，工業(yè)機械手已成為多數企業(yè)生產線上必不可少的設備。工業(yè)機械手可以提高生產過程的自動化程度，改善勞動條件、避免人身事故，減少人力，并便于有節(jié)奏地生產，工業(yè)機械手從根本上減輕了工人的勞動強度，提高了生產率水平。因此，有效地應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。(2)、研究的內容：本次設計主要研究的是柴油機機體加工線上用多功能機械手，使其完成上料、轉位和翻轉等多種功能，并按該自動線的統(tǒng)一生產節(jié)拍和生產綱領完成以上動作。(3)、研究思路及技術方案：本工業(yè)機械手機身采用機座式，坐標形式為球坐標式，使用液壓驅動，選用雙聯(lián)葉片泵，具有立柱旋轉、手臂伸縮、手臂俯仰、腕部轉動和腕部擺動 5 個自由度，定位采用機械擋塊定位，定位精度為 0.5～1mm，采用行程控制系統(tǒng)實現點位控制。- 10 -3.工作進度及具體安排。20**.12～20**.02 課題調研，收集資料，擬定總體方案，畫總圖，完成開題報告。20**.03～20**.04 機械部分設計、計算，畫機械手手腕、手臂、機身結構圖，完成中期檢查。 20**.04～20**.05 控制系統(tǒng)設計，畫液壓系統(tǒng)圖一張20**.05～20**.06 整理設計說明書及翻譯科技外文，準備答辯。4.主要參考資料。[1] 吳振彪.工業(yè)機器人 .武漢:華中科技大學出版社,2003.1[2] 王承義.機械手及其應用.北京:機械工業(yè)出版社，1981.6[3] 沈興全、吳秀玲 .液壓傳動和控制.北京:國防工業(yè)出版社，2005.1[4] 孫桓、陳作模 .機械原理第六版.北京:高等教育出版社，2000.8[5] 濮良貴、紀名剛 .機械設計第七版.北京:高等教育出版社，2004.5[6]永立主編 .幾何量公差與檢測主編.上海：上海科學技術出版社，2005.7[7]永泗、齊民.機械工程材料第五版.大連：大連理工大學出版社，2003.55.指導教師意見。指導教師： 年 月 日說明：開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一，此報告應在導師指導下，由學生填寫，將作為畢業(yè)設計（論文）成績考查的重要依據，經導師審查- 11 -后簽署意見生效。本科畢業(yè)設計（論文）中期報告填表日期： 20** 年 月 日院（系） 班級 學生姓名課題名稱：R175 型柴油機機體加工自動線上用多功能液壓機械手設計課題主要任務：1、根據總體設計方案，繪制出多功能機械手總體外觀圖一張（三維計算機圖） 。2、進行手臂驅動力計算，繪制出機械手機身機械結構圖一張（A 計算機圖） 。03、進行腕部驅動力計算，繪制出機械手腕部機械結構圖一張（A 計算機圖） 。4、根據控制系統(tǒng)總體設計方案，繪制出液壓系統(tǒng)一張（A 計算機圖） 。15、繪制出機身零件圖一張（根據情況由教師指定） 。6、科技譯文（不少于 2000 漢字） 。7、編寫畢業(yè)設計說明書一套（不少于二萬字，有英文摘要，全部用計算機打出）1、簡述開題以來所做的具體工作和取得的進展或成果調研、收集資料，熟悉課題內容。擬定了總體方案，畫總圖。機械部分設計、計算，畫機械手手腕、手臂結構圖2、下一步的主要研究任務，具體設想與安排機械部分設計、計算，機身結構圖控制系統(tǒng)設計整理設計說明書及翻譯科技外文3、存在的具體問題本次設計的研究重點是機械手結構的設計、尺寸的確定、控制部分的設計，難點是尺寸的確定和控制部分的設計- 12 -4、指導教師對該生前期研究工作的評價指導教師簽名：日 期：1320**屆本科生畢業(yè)設計（論文）資料第二部分 設計說明書I摘 要本次設計的多功能機械手用于 R175 型柴油機機體加工自動線上，主要由手爪、手腕、手臂、機身、機座等組成，具備上料、翻轉和轉位等多種功能，并按該自動線的統(tǒng)一生產節(jié)拍和生產綱領完成以上動作。本機械手機身采用機座式，自動線圍繞機座布置，其坐標形式為球坐標式，具有立柱旋轉、手臂伸縮、手臂俯仰、腕部轉動和腕部擺動 5 個自由度。驅動方式為液壓驅動，選用雙聯(lián)葉片泵，系統(tǒng)壓力為2.5MPa，電機功率為 5.5KW，共有整機回轉油缸、手臂俯仰油缸、手臂伸縮油缸、手腕擺動油缸、手腕回轉油缸、手爪夾緊油缸 6 個液壓缸。送放機構的液壓驅動系統(tǒng)是由液壓基本回路組成，包括調壓回路，緩沖回路，調速回路，換向回路.鎖緊回路，保壓回路。定位采用機械擋塊定位，定位精度為 0.5～1mm，采用行程控制系統(tǒng)實現點位控制。關鍵詞： 機械手，球坐標，液壓，機械擋塊 ，點位控制IIABSTRACTThe 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 the 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 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 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 0.5~1mm, using control systems to achieve their point spaces control. Key words: Mechanical hand, the ball coordinates, hydraulic, mechanical turned pieces, control point spacesIII目 錄第 1 章 概述． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．11.1 執(zhí)行系統(tǒng).． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．11.2 驅動系統(tǒng)． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．11.3 控制系統(tǒng)． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．2第 2 章 方案設計及主要參數的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．32.1 方案設計． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．32.2 主要參數的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．4第 3 章 抓取機構的設計． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．53.1 抓取機構結構形式的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．53.2 夾緊力（握力）的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．53.3 夾緊缸驅動力的計算． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．73.4 夾鉗式抓取機構的定位誤差分析． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．83.5 夾緊液壓缸主要尺寸的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．103.5.1 液壓缸內徑 D 的計算． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．103.5.2 活塞桿直徑 d 的計算． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．113.5.3 液壓缸壁厚 δ 的計算． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．123.5.4 液壓缸外徑 D0 及長度 l 的計算． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．123.5.5 液壓缸行程 S 的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．12第 4 章 送放機構的設IV計． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．134.1 概述． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．134.2 液壓系統(tǒng)主要參數的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．144.2.1 液壓缸工作載荷的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．154.2.2 液壓缸推力的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．154.2.3 液壓缸流量的計算． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．154.2.4 液壓缸基本尺寸的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．154.3 機械手的腕部設計． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．164.3.1 腕部結構形式的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．164.3.2 腕部回轉缸驅動力矩的計算． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．174.3.3 腕部回轉液壓缸尺寸的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．214.3.4 腕部擺動缸驅動力矩的計算． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．224.3.5 腕部擺動液壓缸尺寸的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．244.4 機械手的手臂和機身的設計． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．254.4.1 手臂和機身結構形式的確定． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．254.4.2 手臂驅動力的計算． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．274.5 液壓系統(tǒng)元件的選擇． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．314.6 液壓系統(tǒng)回路的分析． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．314.6.1 調壓回路． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．314.6.2 緩沖回路． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．324.6.3 調速回路． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．324.6.4 換向回路． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．334.6.5 鎖緊回路． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．33V4.6.6 保壓回路． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．33第 5 章 控制系統(tǒng)的設計． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．34參考文獻． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．35致謝 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．36附錄 1：科技論文翻譯． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．37附錄 2：實習報告． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．496第 1 章 概述機械手是模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡、和要求實現自動抓取，搬運或操作動作的自動化機械裝置。在工業(yè)中應用的機械手稱為“工業(yè)機械手” 。工業(yè)機械手由執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行系統(tǒng)又可分為抓取，送放和機身三部分，如圖 1.1 所示1-執(zhí)行系統(tǒng) 2-控制系統(tǒng) 3-驅動系統(tǒng)a-手爪 b-手腕 c-手臂 d-機身 e-行走裝置圖 1.1 機械手的組成1.1 執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)是直接握持物件實現所需的各種運動的機械部分，它包括以下機構（1）抓取機構 抓取機構又稱手部或手爪，是機械手直接與被抓取物件接觸并施加約束和加緊力的部分。（2）送放機構 送放機構是執(zhí)行系統(tǒng)中將被抓取物件送放到目的地的機械部分。它主要由手臂、手腕、行走裝置等部分組成。手臂是用來支撐腕部和手部并改變被送放物件的空間位置的。它是機械手的主要運動部件。手腕主要是用來調整和改變被送放物件的方位，并連接手臂和手指。行走裝置的主要作用是擴大機械手的送放范圍，以適應遠距離操作的需要。（3）機身 機身是機械手中用來支撐送放機構的部件，也是安裝驅動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的基礎部件。1.2 驅動系統(tǒng)7機械手的驅動系統(tǒng)是為執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動力的裝置。驅動系統(tǒng)可分為液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等多種形式。液壓驅動系統(tǒng)主要由油泵，油缸，油壓閥機管路組成。1.3 控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的功用是通過對驅動系統(tǒng)的控制使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作，并檢測其工作位置正確與否。它主要包括程序控制和位置檢測等部分.程序控制裝置指揮機械手按規(guī)定的程序進行運動,并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序,運動軌跡,運動速度,運動時間等),同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出指令,必要時它還可對機械手的動作進行監(jiān)視,當動作有錯誤或發(fā)生故障時,即發(fā)出報警信號.信息檢測裝置主要用來控制機械手執(zhí)行系統(tǒng)的運動位置,并隨時竟執(zhí)行系統(tǒng)的實際位置反饋給控制系統(tǒng),并與設定的位置進行比較,然后通過控制系統(tǒng)進行調整,從而使執(zhí)行系統(tǒng)以一定的精度達到設定位置.8第 2 章 方案設計及主要參數的確定2.1 方案設計根據課題要求，機械手需要具備上料、翻轉和轉位等多種功能，并按該自動線的統(tǒng)一生產節(jié)拍和生產綱領完成以上動作，因此可采用以下多種設計方案。（1）直角坐標系式，自動線成直線布置，機械手空中行走，順序完成上料、翻轉、轉位等功能。這種方案結構簡單，自由度少，易于配線，但需要架空行走，油液站不能固定，這使設計復雜程度增加，運動質量增大。（2）機身采用立柱式，機械手側面行走，順序完成上料、翻轉、轉位等功能，自動線仍呈直線布置。這種方案可以集中設計液壓站，易于實現電氣、油路定點連接，但占地面積大，手臂懸伸量較大。（3）機身采用機座式，自動線圍繞機座布置，順序完成上料、翻轉、轉位等功能。這種案具有電液集中、占地面積小、可從地面抓取工件等優(yōu)點，但配線要求較高。本設計擬采用第三種方案，如圖（1）所示。這是一種球坐標式機械手，具有立柱旋轉⌒z、手臂伸縮→x、手臂俯仰⌒y、腕部轉動⌒x 和腕部擺動⌒y 五個自由度。9圖 2.1 球坐標式機械手2.2 主要參數的確定（1）抓取重量 15kg（2）坐標形式和自由度 坐標形式為球坐標式，有五個自由度。（3）工作行程工作行程由已知條件及方案分析確定：最大工作半徑 1500mm；手臂最大中心高 1000mm；手臂水平中心高 700mm；手臂伸縮行程 450mm；手臂回轉范圍：φ=0～270○；手腕回轉范圍：翻轉 θ=0～180○；腕部擺動范圍：轉位 α=0～90○；手臂上下擺動角度：β=0～60○。（4）運動速度直線運動速度：手臂伸縮行程 l=450mm，運動時間 t=2s，則手臂伸縮速度為：v= =0.45/2=0.225m/s；tl回轉運動速度：定為 60○/s。（5）驅動方式驅動方式采用液壓驅動的方式。由于機械手操作時各缸不同時工作，手臂伸縮缸和手臂回轉缸所需的流量大，其余各缸所需的流量均較小，因此可選用雙聯(lián)葉片泵。在小流量時，只需高壓小流量供油，大流量低壓泵卸荷；在大流量時，兩泵同時供，這樣可以減少系統(tǒng)功率損失，防止油溫升高。（6）定位精度定位采用機械擋塊定位，定位精度為 0.5～1mm。（7）控制方式采用行程控制系統(tǒng)實現點位控制。10第 3 章 抓取機構的設計3．1 抓取機構結構形式的確定抓取機構的結構形式主要決定于工件的形狀和質量，本課題的抓取工件為250×170×140mm 的箱式零件，因此采用平行連桿杠桿式手部結構較為合適。夾緊裝置為常開式，當夾緊液壓缸通油時，推動活塞帶動杠桿機構合攏將工件夾緊。當夾緊液壓缸斷油時，活塞桿通過彈簧復位，手爪張開。3．2 夾緊力（握力）的確定當用不同的手部機構夾緊同一種工件時，由于各手部機構的增力倍數不同，所需拉緊油缸的驅動力也不同。當手部機構選定后，由于工件的方位不同（如工件水平放置或垂直放置） ，鉗爪的受力狀態(tài)不一樣，因而所需拉緊油缸的驅動力也不一樣。下圖（2）為兩鉗爪式手部機構，由于驅動力 P 使一對平行鉗口對被夾持的工件產生兩個作用力 N，當忽略工件重量時（即相當于夾緊一塊握力表） ，這兩個力大小相等，力 N 稱為由驅動力 P 產生的夾緊力。圖 3.1 夾緊力現引入一個稱為“當量夾緊力”的概念，所謂當量夾緊力，就是指把重量為 G的工件，按某一方位夾緊可以求得其拉緊油缸具有的最小驅動力，這個最小驅動力所能產生的夾緊力，就稱為工件在這個方位的當量夾緊力。當量夾緊力的數值與具體的手部機構方案無關。只與工件的重量 G 和它相對與鉗爪的放置方位有關。證明如下：（1）首先求驅動力 P 與夾緊力 N 的關系。當驅動力推動活塞桿移動一小段距離dy 時，兩個鉗爪都相應產生一微小轉角 dθ，依據虛功原理，驅動力 P 所做功（Pdy）和夾緊力 N 所做功應相等，即?bddy??11N= ?bdPy2（3.1）（2）當量夾緊力與工件重量之關系。當鉗爪水平夾緊重為 G 的工件時，根據工件的平衡條件∑F=0 可得R1=R2+G可以看出，上下鉗爪對工件的夾緊力并不相等，且隨驅動力的增大而增大，但R1 和 R2 的差值永遠為工件之重量 G，如 R2=0，R1=G，驅動力最小。這個最小驅動力可以由下述方法求出： ?bdRdyP21'??將 R1=G，R2=0 代入上式得dyGP?'（3.2）由 所產生的夾緊力 ，即當量夾緊力。將（2.2）式代入（2.1）式得'P'N212'' dybdybp????（3.3）從計算結果可以看出，當量夾緊力 與具體的手部結構方案無關。不同的手部'N機構的增力倍數特性 不一樣，而當量夾緊力與 無關，只與工件的重量和它相dy?dy對于鉗爪的放置方位無關。由課題要求可知，本機械手水平夾持懸伸工件，示意如圖 3.2圖 3.2 握力示意圖查表得進行握力計算：12N= （3.4）GHL???????213式中 N——夾持工件時所需的握力；G——工件的重量，G=15kg=150N；L、H——尺寸，L=50mm，H=80mm。將上述數值代入得N= N25.36102853????????? 考慮到工件在傳送過程中還會產生慣性力、振動以及受到傳力機構效率等的影響，故而實際握力還應按以下計算：N 實 ≥ ?21KN?（3.5）式中，η——手部的機械效率，一般 η=0.85～0.95；k1——安全系數，一般取 k1=1.2～2；k2——工作情況系數，主要考慮慣性力的影響，按下式估算：k2=1+α/g，其中，α 為被抓取工件傳送過程中的最大加速度，g 為重力加速度。若取 η=0.9；k1=1.5；k2 按 α= g/2 計算，k2=1+α/g=1.5，則N 實 ≥ =356.25×1.5×1.5/0.9≈890N?21K?3.3 夾緊缸驅動力的計算抓取機構產生的握力是通過驅動裝置產生的驅動力經傳動機構傳遞而得到的。如圖 3.3 所示為夾緊缸受力分析簡圖，圖中 P 為驅動力，N 實為握力。由圖 3.4 和圖3.5 的受力分析可得P=2Rsinα （3.6）Rh=LCD R|因為 h=l BCcosδ=l BCcos(180○ -β-γ+α)= lBCcos(β+γ-α) （長度取正值）R|= N 實 cosβ13所以 P=2Rsinα= 實NlBCD???)cos(in2???由結構設計，確定 α=10 ○ ，γ=120 ○ ，β=50 ○ ，l CD=130mm，l BC=36mm，代入上式得（長度取正直）N763890936.042172???圖 3.3 夾緊缸受力分析簡圖P實δ βγ圖 3.4 圖 3.5143.4 夾鉗式抓取機構的定位誤差分析圖 3.6 所示的為一支點回轉型手指的示意圖。圖示情況為分別夾持兩種不同直徑的工件時的情況。其中， 為手指長度，即手指的回轉中心 A 到 V 形槽頂點 B 之ABl間的距離； 為 V 形槽的夾角； 為偏轉角，即 V 形槽的角平分線 BC 與手指 AB 間?2?的夾角；R 為工件的半徑。圖 3.6工件的中心 C 與手指的回轉中心 A 之間的距離 x 可由下式求得： ????cosin2sincos222 ?????????????????? RlRlllx ABBBCABA將上式整理后得????222 sicosisin1ABABllx?或 ????1sincsin22 ???ABABlRlx此式為雙曲線方程，其曲線如圖 3.7 所示。圖中曲線表示了 X 隨 R 變化的關系，而且 X 的變化是以 R0 為分界線左右對稱的。當工件的半徑由 Rmax 變化到 Rmin 時，X 的最大變化量即為定位誤差 ，其值為?15?????? cosinm2sincosinmax2sinax22 ??????????????????????????????? RlRlRlRl ABABABAB圖 3.7在設計手指時，只要給定手指的長度 ，選取合適的偏轉角 β，即可根據工件ABl的最大直徑 Rmax 和最小直徑 Rmin 確定定位誤差。為了減少定位誤差，可加大手指的長度，會使結構增大，重量增加。另外，選擇最佳的偏轉角 β，也可使定位誤差最小。當 R 等于平均半徑 Rm 時，定位誤差最小，此時??????????2minaxRelRlRl lll ABABAB ???sincosin2sin iiaximi22 ?????????????????式中， ——最佳偏轉角。e?3．5 夾緊液壓缸主要尺寸的確定3.5.1 液壓缸內徑 D 的計算由單桿活塞式液壓缸的推力公式：（3.7）1pAF?式中， ——液壓缸的推力(N)； 1Fp——系統(tǒng)的工作壓力，p=2.5Mpa=2.5N/mm 2；16——活塞的作用面積（mm 2）1A=1A24D?D——活塞直徑（mm） 。推導得出：D=1.13 （3.8）mpF?1式中， ——驅動力，即液壓缸的實際工作載荷（N） ；1Fp——系統(tǒng)的工作壓力，p=2.5Mpa=2.5N/mm 2；ηm——機械效率，一般取 ηm=0.95；D——液壓缸內徑（mm） 。將上述數值代入得D=1.13 m25.09.52763??按 GB/T2348-1993 標準系列直徑圓整，取 D=32mm。3.5.2 活塞桿直徑 d 的計算根據速度比的要求來計算活塞桿直徑 d（3.9）?1??D式中 ，d——活塞桿直徑（mm） ；D——液壓缸直徑（mm） ；——速度比：?212dDv???——活塞桿的縮入速度（mm/min） ；2v——活塞桿的伸出速度（mm/min） 。1液壓缸的往復運動速度比，與系統(tǒng)工作壓力的關系如下 表 3.1工作壓力 p/MPa ≤10 12.5～20 ＞20速度比 φ 1.33 1.46；2 2由于本次設計的液壓系統(tǒng)工作壓力為 2.5MPa，故選用速度比 φ 為 1.33。17不同速度比時活塞桿直徑 d 和液壓缸內徑 D 的關系如下 表 3.2：φ 1.15 1.25 1.33 1.46 2d 0.36D 0.45D 0.5D 0.56D 0.71D按 GB/T2348-1993 標準系列直徑圓整，取 d=14mm。3.5.3 液壓缸壁厚 δ 的計算對于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計算：（3.10）????2Dp?式中，δ——液壓缸缸筒厚度（mm） ；——試驗壓力（MPa） ，工作壓力 p≤16MPa 時， =1.5p；工作壓力p pp≥16MPa 時， =1.25p，由于本次設計的液壓系統(tǒng)壓力為 2.5MPa，故=1.5×2.5=3.75Mpa；pD——液壓缸內徑（mm） ；——缸材料體的許用應力（MPa）：?????nb??——缸體材料的抗拉強度（MPa） ；bn——安全系數，n=3.5～5，一般取 n=5。對于：鍛鋼 =100～120 MPa???鑄鋼 =100～110 MPa鋼管 =100～110 MPa鑄鐵 =60 MPa??現 選用鑄鐵材料， =60Mpa。??將以知數據代入上式得 m1602375.???因結構設計需要，取 =10mm。3.5.4 液壓缸外徑 D0及長度 l 的計算 52=10+3 2=0?L≤（20～30）D0，由結構需要確定，取 l=60mm。3.5.5 液壓缸行程 S 的確定