2022年工业机器人结构设计.docx

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1、精品学习资源工业机器人结构设计1 绪论1.1 前言工业机械手是近代自动掌握领域中显现地一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中地一个重要组成部分，这种新技术进展很快，逐步成为一门新兴地学科 机械手工程 .机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动掌握技术、传感器技术和运算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术.机械手地结构形式开头比较简洁，专用性较强. 随着工业技术地进展，制成了能够独立地按程序掌握实现重复操作，适用范畴比较广地“程序掌握通用机械手 ”，简称通用机械手 .由于通用机械手能很快地转变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种地中小批量生产中获得广泛地引用.1.2 工业机械

2、手地简史现代工业机械手起源于 20世纪 50岁月初，是基于示教再现和主从掌握方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能地柔性自动化产品.机械手第一是从美国开头研制地 .1958年美国联合掌握公司研制出第一台机械手.他地结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁地工件抓放机构，掌握系统是示教型地 .1962年，美国机械铸造公司在上述方案地基础之上又试制成一台数控示教再现 型机械手 .商名为 Unimate即万能自动 .运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；掌握系统用磁鼓最储备装置.不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来地 .同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Un

3、imaton）,特地生产工业机械手 .1962年美国机械铸造公司也试验胜利一种叫Versatran机械手，原意是敏捷搬运 .该机械手地中心立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采纳液压驱动，掌握系 统也是示教再现型 .虽然这两种机械手显现在六十岁月初，但都是国外工业机械手进展地基础 .1978年美国 Unimate公司和斯坦福高校、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子运算机进行掌握，用于装配作业，定位误差可小于1毫M.欢迎下载精品学习资源美国仍特别留意提高机械手地牢靠性，改进结构，降低成本.如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能地试

4、验.预备把故障前平均时间（注：故障前平均 时间是指一台设备牢靠性地一种量度.它给出在第一次故障前地平均运行时间），由400小时提高到 1500小时，精度可提高到 0.1毫M.德国机器制造业是从1970年开头应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备地上下料等作业 .德国KnKa公司仍生产一种点焊机械手，采纳关节式结构和程序掌握.瑞士RETAB 公司生产一种涂漆机械手，采纳示教方法编制程序.瑞典安莎公司采纳机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等.日本是工业机械手进展最快、应用最多地国家.自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力讨论机械手地讨论.据报道， 1979年从事机械手地讨论工作地大专院校、讨论单位多

5、达50 多个.1976年个高校和国家讨论部门用在机械手地讨论费用42%.1979年日本机械手地产值达 443亿日元，产量为 14535台.其中固定程序和可变程序约占一半，达 222亿日元，是 1978年地二倍 .具有记忆功能地机械手产值约为 67亿日元，比 1978年增长 50%.智能机械手约为 17亿日元，为 1978年地6倍.截止1979年，机械手累计产量达 56900台.在数量上已占世界首位，约占 70%，并以每年 50%60%地速度增长 .使用机械手最多地是汽车工业，其次是电机、电器.估计到 1990年将有 55万机器人在工作 .其次代机械手正在加紧研制 .它设有微型电子运算机掌握系统

6、，具有视觉、触觉才能，甚至听、想地才能 .讨论安装各种传感器，把感觉到地信息反馈，使机械手具有感觉机能 .目前国外已经显现了触觉和视觉机械手 .第三代机械手（机械人）就能独立地完成工作过程中地任务.它与电子运算机和电视设备保持联系 .并逐步进展成为柔性制造系统 FMSFlexible Manufacturing system 和柔性制造单元 Flexible Manufacturing Cell 中重要一环 .随着工业机器手（机械人）讨论制造和应用地扩大，国际性学术沟通活动特别活跃，欧美各国和其他国家学术沟通活动开展很多.1.3 工业机械手在生产中地应用机械手是工业自动掌握领域中常常遇到地一种

7、掌握对象.机械手可以完成很多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用特别广泛.在现代工业中，生产过程中地自动化已成为突出地主题.各行各业地自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成欢迎下载精品学习资源地或者危急地工作 .可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续地.据资料介绍，美国生产地全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在 50件以下，零件真正在机床上加工地时间仅占零件生产时间地5%.从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化地迫切性，工业机械手就是为实现这些工序地自动化而产生地 .目前在我国机械手常用于完成地工作有：

8、注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等.本文以能够实现这类工作地搬运机械手为讨论对象.1.4 机械手地组成工业机械手由执行机构、驱动机构和掌握机构三部分组成.1.4.1 执行机构（ 1）手部 （2） 腕部（ 3）臂部 （4）机身1.4.2 驱动机构驱动机构是工业机械手地重要组成部分.依据动力源地不同 , 工业机械手地驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类.采纳液压机构驱动机械手 ,结构简洁、尺寸紧凑、重量轻、掌握便利 .1.4.3 掌握系统分类在机械手地掌握上，有点动掌握和连续掌握两种方式.大多数用

9、插销板进行点位掌握，也有采纳可编程序掌握器掌握、微型运算机掌握，采纳凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序 .主要掌握地是坐标位置，并留意其加速度特性.1.5 工业机械手地进展趋势(1) 工业机器人性能不断提高 高速度、高精度、高牢靠性、便于操作和修理，而单机价格不断下降，平均单机价格从91 年地 10.3 万美元降至 97 年地 6.5 万美元.(2) 机械结构向模块化、可重构化进展.例如关节模块中地伺服电机、减速机、检测系统三位一体化 :由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块扮装配机器人产品问市 .(3) 工业机器人掌握系统向基于 PC机地开放型掌握器方向进展，便于标准化、网

10、络化；器件集成度提高，掌握柜日见小巧，且采纳模块化结构:大大提高了系统地可欢迎下载精品学习资源靠性、易操作性和可修理性 .(4) 机器人中地传感器作用日益重要，除采纳传统位置置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人仍应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人就采纳视 觉、声觉、力觉、触觉等多传感器地融合技术来进行环境建模及决策掌握多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用.(5) 虚拟现实技术在机器人中地作用已从仿真、预演进展到用于过程掌握如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中地感觉来操纵机器人.(6) 当代遥控机器人系统地进展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人地人机交

11、互掌握，即遥控加局部自主系统构成完整地监控遥控操作系统，使智能机器人走出试验室进入有用化阶段.美国发射到火星上地 “索杰纳 ”机器人就是这种系统胜利应用地最闻名实例 .1.6 本文主要讨论内容本文讨论了国内外机械手进展地现状，依据设计任务要求，确定了搬运机械手地基本结构，完成了机械手机械设计工作.1.7 本章小结本章简要地介绍了机械手地基本概念，机械手地进展趋势，表达了工业机械手在生产中地应用状况 ，描述本文讨论地主要内容 .欢迎下载精品学习资源2 机械手地总体设计方案本设计主要任务是完成机械手地结构方面设计 .在本章中对机械手地座标形式、自由度、驱动机构等进行了确定.2.1 机械手基本形式地

12、挑选常见地工业机械手依据手臂地动作外形 ,按坐标形式大致可以分为以下 4 种: 1直角坐标型机械手；2圆柱坐标型机械手； 3球坐标极坐标型机械手； 4多关节型机机械手. 其中圆柱坐标型机械手结构简洁紧凑 ,定位精度较高 ,占地面积小，因此本设计采纳圆柱坐标型.2.2 机械手地主要部件及运动在圆柱坐在圆柱坐标式机械手地基本方案选定后，依据设计任务，为了满意设计要 求，本设计关于机械手具有 4 个自由度既：手部回转；手臂伸缩；手臂回转；手臂升降 5 个主要运动.本设计机械手主要由手部，腕部，臂部，机身和液压系统组成：（ 1）手部，采纳一个直线液压缸驱动，通过机构运动实现手抓地张合 .（2） 腕部，

13、采纳一个回转液压缸实现手部回转1800 （ 3）臂部，采纳直线缸来实现手臂平动 1.2m.（ 4）机身，采纳一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转 .2.3 驱动机构地挑选驱动机构是工业机械手地重要组成部分 , 工业机械手地性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置.依据动力源地不同, 工业机械手地驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类 .采纳液压机构驱动机械手 ,结构简洁、尺寸紧凑、重量轻、掌握便利，驱动力大等优点.因此，机械手地驱动方案挑选液压驱动 .2.4 机械手地技术参数列表一、用途：用于车间搬运二、设计技术参数:1、抓重:1.25Kg 夹 持式手部2、自由度数:4个

14、自由度，沿Z轴上下移动，绕Z轴转动，沿X轴伸缩，绕X轴转动欢迎下载精品学习资源3、座标型式:圆柱座标4、最大工作半径:1800mm最小工作半径:1350mm5、手臂最大中心高:1012mm6、手臂运动参数伸缩行程： 450mm伸缩速度： 250mm/s 升降行程： 150mm 升降速度： 60mm/s回转范畴: 0 180度回转速度： 70/s 7、手腕运动参数回转范畴: 0 180度回转速度： 90/s8.手臂握力：由N=0.5/f*G定这里取f=0.1G=1.25kg N=0.5/f*G=6.25kg即手指握力为6.25kg2.5 本章小结本章对机械手地整体部分进行了总体设计，挑选了机械手

15、地基本形式以及自由度， 确定了本设计采纳液压驱动，给出了设计中机械手地一些技术参数.下面地设计运算将以次进行.欢迎下载精品学习资源3 机械手手部地设计运算3.1 手部设计基本要求（1） 应具有适当地夹紧力和驱动力.应当考虑到在肯定地夹紧力下，不同地传动机构所需地驱动力大小是不同地.（2） 手指应具有肯定地张开范畴，手指应当具有足够地开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过地角度），以便于抓取工件.（3） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度地前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂地负载 .3.2 典型地手部结构（1） 回转型 包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种.（2） 移动型

16、 移动型即两手指相对支座作往复运动 .（3） 平面平移型.3.3 机械手手抓地设计运算3.3.1 挑选手抓地类型及夹紧装置本设计是设计平动搬运机械手地设计，考虑到所要达到地原始参数：手抓张合角欢迎下载精品学习资源= 600 ，夹取重量为 1.25Kg常.用地工业机械手手部 ,按握持工件地原理,分为夹持和吸附欢迎下载精品学习资源两大类.吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大地板状物体 ,不适合用于本方案.本设计机械手采纳夹持式手指 ,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型 .平移型手指地张开闭合靠手指地平行移动 ,这种手指结构简洁 , 适于夹持平板方料, 且工件径向尺寸地变化不影响其轴心位置

17、置 , 其理论夹持误差零 .如采纳典型地平移型手指 , 驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积巨大 .明显是不合适地，因此不挑选这种类型 .通过综合考虑，本设计挑选二指回转型手爪，采纳滑槽杠杆这种结构方式，夹紧装置挑选常开式夹紧装置.3.3.2 夹紧力及驱动力地运算欢迎下载精品学习资源手爪夹紧力，是设计手部地主要依据 .必需对大小、方向和作用点进行分析运算 .一般来说，需要克服工件重力所产生地静载荷以及工件运动状态变化地惯性力产生地载荷，以便工件保持牢靠地夹紧状态.欢迎下载精品学习资源夹紧力可按公式运算： FNK1K 2K3G欢迎下载精品学习资源式中 K1 安全系数，通常 1.

18、22.0；K1bk2 工作情形系数，主要考虑惯性力地影响 .可近似按下式估 2a 其中 a，重欢迎下载精品学习资源a力方向地最大上升加速度；vmax t响欢迎下载精品学习资源vmax 运载时工件最大上升速度t响 系统达到最高速度地时间，一般选取 0.030.5s K3 方位系数，依据手指与工件位置不同进行挑选 .G被抓取工件所受重力（ N）.运算：设 a=100mm,b=50mm10,0 400 ；机械手达到最高响应时间为 0.5s，求夹紧力FN 和驱动力F 和驱动液压缸地尺寸.1 设 K11.5欢迎下载精品学习资源bK 21=1aK30.50.10.5 =1.029.8欢迎下载精品学习资源依

19、据公式，将已知条件带入：FN =1.5 1.020.5588 N（2）依据驱动力公式得：449.8 N欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源F运算2100 cos300 250449.8 =1378N欢迎下载精品学习资源（ 3）取0.85欢迎下载精品学习资源F实际F运算13780.851621N欢迎下载精品学习资源（4）确定液压缸地直径 D欢迎下载精品学习资源F实际22Ddp4欢迎下载精品学习资源选取活塞杆直径 d=0.5D选,4 F实际择液压缸压力油工作压力 P=0.8 1MPa,416210.587欢迎下载精品学习资源p 10.520.81050.75欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习

20、资源依据表 4.1（JB826-6）6就活塞杆内径为:，选取液压缸内径为： D=63mmD=63 0.5=31.5mm，选取 d=32mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源3.3.4手抓夹持范畴运算为了保证手抓张开角为600 ，活塞杆运动长度为34mm.欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源手抓夹持范畴，手指长 100mm当,1夹持半径 R40 ，当张开 600 时，手抓没有张开角地时候，依据机构设计，它地最小欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源最大夹持半径R2 运算如下：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源R2100tg30040cos30090欢迎下载精品学习资源机械手地夹

21、持半径从 4090mm（a）b图 3.2手抓张开示意图欢迎下载精品学习资源3.4 机械手手抓夹持精度地分析运算机械手地精度设计要求工件定位精确 ,抓取精度高,重复定位精度和运动稳固性好,并有足够地抓取才能.机械手能否精确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手地定位精度（由臂部和腕部等运动部件来打算），而且也于机械手夹持误差大小有关 .特殊是在多品种地中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在肯定范畴内变化，肯定进行机械手地夹持误差 .该设计以棒料来分析机械手地夹持误差精度 .机械手地夹持范畴为 80mm 180mm .一般夹持误差不超过1mm,分析如下：欢迎下载精品学习资源工件地平均半径：R

22、cp9040265mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源手指长l100mm ,取V型夹角 21200欢迎下载精品学习资源偏转角 按正确偏转角确定：欢迎下载精品学习资源cos 1RCPcos 160460欢迎下载精品学习资源l sin100sin 600欢迎下载精品学习资源运算 R0l sincos100sin 600 cos 46060.15欢迎下载精品学习资源当 R0RMAXRMINS时带入有：欢迎下载精品学习资源2lRmax 2sin22l Rmaxsincos222lRmaxsin2l Rminsincos0.678欢迎下载精品学习资源夹持误差满意设计要求.3.5 本章小结通过本章

23、地设计运算，先对滑槽杠杆式地手部结构进行力学分析，然后分别对滑槽 杠杆式手部结构地夹紧力、驱动力进行运算，在满意基本要求后，对手部地夹持精度进行分析运算.欢迎下载精品学习资源4 腕部地设计运算4.1 腕部设计地基本要求（1） 力求结构紧凑、重量轻腕部处于手臂地最前端，它连同手部地静、动载荷均由臂部承担 .明显，腕部地结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部地结构、重量和运转性能 .因此，在腕部设计时， 必需力求结构紧凑，重量轻.（2） 结构考虑，合理布局腕部作为机械手地执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动地要求外， 要有足够地强度、刚度外，仍应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部地

24、连接 .（3） 必需考虑工作条件对于本设计，机械手地工作条件是在工作场合中搬运加工地棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温顺腐蚀性地工作介质中，所以对机械手地腕部没有太多不利因素 .4.2 腕部地结构以及挑选4.2.1 典型地腕部结构(1) 具有一个自由度地回转驱动地腕部结构 .它具有结构紧凑、敏捷等优点而被广腕部回转，总力矩M，需要克服以下几种阻力：克服启动惯性所用 .回转角由动片和静片之间欢迎下载精品学习资源答应回转地角度来打算（一般小于270 0 ）.欢迎下载精品学习资源(2) 齿条活塞驱动地腕部结构.在要求回转角大于 270 0 地情形下，可采纳齿条活塞驱动地腕部结构.这种结构外形尺寸

25、较大，一般适用于悬挂式臂部 .(3) 具有两个自由度地回转驱动地腕部结构 .它使腕部具有水平和垂直转动地两个自由度.(4) 机-液结合地腕部结构欢迎下载精品学习资源4.2.2 腕部结构和驱动机构地挑选欢迎下载精品学习资源本设计要求手腕回转1800 ，综合以上地分析考虑到各种因素，腕部结构挑选具欢迎下载精品学习资源有一个自由度地回转驱动腕部结构，采纳液压驱动.4.3 腕部地设计运算4.3.1 腕部设计考虑地参数夹取工件重量 1.25Kg，回转 1800 .4.3.2 腕部地驱动力矩运算（1） ） 腕部地驱动力矩需要地力矩 M 惯 .（2） ） 腕部回转支撑处地摩擦力矩 M 摩 .欢迎下载精品学习

26、资源夹取棒料直径 100mm，长度 1000mm，重量 60Kg，当手部回转1800 时，运算 力矩：欢迎下载精品学习资源（ 1 ） 手抓 、手 抓驱 动液 压缸 及回转 液压缸转 动件等效为 一个圆 柱体，高为220mm，直径 120mm，其重力估算 G=3.14欢迎下载精品学习资源G0.0620.227800Kg m39.8N Kg190N欢迎下载精品学习资源（2） 擦力矩 M 摩0.1m .欢迎下载精品学习资源（3） 启动过程所转过地角度启180 =0.314rad，等速转动角速度2.616s 2 .欢迎下载精品学习资源2M 惯JJ工件2 启查取转动惯量公式有：欢迎下载精品学习资源J1

27、MR 21190 N0.06 2 Nm s20.0342 N m s2欢迎下载精品学习资源22 9.8N Kg欢迎下载精品学习资源J工件1 G2212 g l3 R1 1.25129.81239.820.0520.105N m s欢迎下载精品学习资源代入： M0.03420.104922.6161.5158Nm欢迎下载精品学习资源惯20.314欢迎下载精品学习资源MM 惯 M 摩M 惯 0.1M欢迎下载精品学习资源M1.51580.91.3642Nm欢迎下载精品学习资源4.3.3 腕部驱动力地运算表 4-1 液压缸地内径系列（ JB826-66）（mm）20253240505563657075

28、80859095100105110125130140160180200250设定腕部地部分尺寸：依据表 4-1 设缸体内空半径 R=110mm，外径依据表 3-2 挑选 121mm, 这个 是液压缸壁最小厚度， 考虑到实际装配问题后， 其外径为226mm；动片宽度 b=66mm,输出轴 r=22.5mm.基本尺寸示如图 4.1 所示.就回转缸工作欢迎下载精品学习资源压力 P2M261.117.35Mpa ，挑选 8Mpa欢迎下载精品学习资源b R2r 20.0660.05520.02252欢迎下载精品学习资源表 4.2 标准液压缸外径（ JB1068-67）（mm）液压缸内径405063809

29、010011012514015016018020020钢50607695108121133168146180194219245P160 Mpa45钢50607695108121133168146180194219245P200Mpa4.4 本章小结本章通过四种基本地手腕结构，挑选了具有一个自由度地回转驱动地腕部结构.并进行地腕部回转力矩地运算 .5 臂部地设计及有关运算欢迎下载精品学习资源手臂部件是机械手地主要握持部件.它地作用是支撑腕部和手部（包括工件或工 具），并带动它们作空间运动 .手臂运动应当包括 3 个运动：伸缩、回转和升降 .本章表达手臂地伸缩运动，手臂地回转和升降运动设置在机身处

30、，将在下一章表达.臂部运动地目地：把手部送到空间运动范畴内任意一点.假如转变手部地姿势（方位），就用腕部地自由度加以实现.因此，一般来说臂部应当具备3 个自由度才能满意基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动.手臂地各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部地受力情形分析，它在工作中即直接承担腕部、手部、和工件地静、动载荷，而且自身运动较多.因此，它地结构、工作范畴、敏捷性等直接影响到机械手地工作性能 .5.1 臂部设计地基本要求一、 臂部应承载才能大、刚度好、自重轻1 依据受力情形，合理挑选截面外形和轮廓尺寸.2 提高支撑刚度和合理挑选支撑点地距离.3 合理布置作用力位置置和方向

31、.4 留意简化结构 .5 提高协作精度 .二、 臂部运动速度要高，惯性要小机械手手部地运动速度是机械手地主要参数之一，它反映机械手地生产水平.对于高速度运动地机械手，其最大移动速度设计在1000 1500mm/s,最大回转角速度设欢迎下载精品学习资源计在1800s内，大部分平均移动速度为1000mm s，平均回转角速度在900s .在速度欢迎下载精品学习资源和回转角速度肯定地情形下，减小自身重量是减小惯性地最有效，最直接地方法， 因此，机械手臂部要尽可能地轻.削减惯量具体有 3 个途径：1 削减手臂运动件地重量，采纳铝合金材料.2 削减臂部运动件地轮廓尺寸 .3 削减回转半径，再支配机械手动作

32、次序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽可能在较小地前伸位置下进行回转动作.4 驱动系统中设有缓冲装置 .三、手臂动作应当敏捷为削减手臂运动之间地摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦.对于悬臂式地机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽可能平稳，以削减欢迎下载精品学习资源对升降支撑轴线地偏心力矩，特殊要防止发生气构卡死（自锁现象）.为此，必需运算使之满意不自锁地条件 .总结：以上要求是相互制约地，应当综合考虑这些问题，只有这样，才能设计出完善地、性能良好地机械手 .5.2 手臂地典型机构以及结构地挑选5.2.1 手臂地典型运动机构常见地手臂伸缩机构有以下几种：1 双导杆手臂伸缩

33、机构 .2 手臂地典型运动形式有：直线运动，如手臂地伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂地左右摇摆，上下摇摆；符合运动，如直线运动和回转运动组合，两直 线运动地双层液压缸空心结构 .3 双活塞杆液压岗结构 .4 活塞杆和齿轮齿条机构 .5.2.2 手臂运动机构地挑选通过以上，综合考虑，本设计挑选双导杆伸缩机构，使用液压驱动,液压缸选取双作用液压缸 .5.3 手臂直线运动地驱动力运算先进行粗略地估算，或类比同类结构，依据运动参数初步确定有关机构地主要尺寸，再进行校核运算，修正设计 .如此反复，绘出最终地结构 .做水平伸缩直线运动地液压缸地驱动力依据液压缸运动时所克服地摩擦、惯性等几个方面地阻力

34、，来确定来确定液压缸所需要地驱动力.液压缸活塞地驱动力地运算.FF摩 F密 F回 F惯5.3.1 手臂摩擦力地分析与运算分析：摩擦力地运算不同地配置和不同地导向截面外形，其摩擦阻力是不同地，要根据具体情形进行估算 .本设计是双导向杆，导向杆对称配置在伸缩岗两侧.欢迎下载精品学习资源运算如下：由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆运算.M A0G总LaFbbFG总L得aY0G总 FbFaLaFaG总得a欢迎下载精品学习资源FFF F F欢迎下载精品学习资源摩a摩FGb摩ab2La欢迎下载精品学习资源摩总a式中 G总 参加运动地零部件所受地总重力（含工件）（N）；L 手臂与运动地零部

35、件地总重量地重心到导向支撑地前端地距离（m）,参考上一节地运算；a 导向支撑地长度（ m）； 当量摩擦系数，其值与导向支撑地截面有关.对于圆柱面：欢迎下载精品学习资源4 21.27 1.57欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源 摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时： 钢对青铜：取 =0.10.15钢对铸铁：取 =0.180.3运算：导向杆地材料挑选钢，导向支撑挑选铸铁L=1.69-0.028=1.41m,导向支撑 a 设计为 0.016m将有关数据代入进行运算0.20 1.50.3，G总 1070N ，欢迎下载精品学习资源FG2 L10700.321.410.165978.6 N欢迎下载精品学习

36、资源摩总a0.16欢迎下载精品学习资源5.3.2 手臂惯性力地运算本 设计要求手臂 平动 是 V= 5mmin, 在 运算 惯性力地时候 , 设置启 动时 间欢迎下载精品学习资源t0.2s ，启动速度V=V= 0.083m S,欢迎下载精品学习资源FG总 v惯gtG总 vF惯gt1070N9.8N Kg0.083S0.02S45.5 N欢迎下载精品学习资源5.3.3 密封装置地摩擦阻力不同地密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采纳O 型密封，当液压缸工作欢迎下载精品学习资源压力小于 10Mpa.液压缸处密封地总摩擦阻力可以近似为： 经过以上分析运算最终运算出液压缸地驱动力：F封 0.03F .

37、欢迎下载精品学习资源F0.03FF摩 F惯 =6210N5.4 液压缸工作压力和结构地确定经过上面地运算，确定了液压缸地驱动力F=6210N，依据表 3.1 挑选液压缸地工作压力 P=2MPa1 确定液压缸地结构尺寸：液压缸内径地运算，如图 5.2 所示欢迎下载精品学习资源当油进入无杆腔，图 5.2 双作用液压缸示意图D 2欢迎下载精品学习资源FF1p4欢迎下载精品学习资源当油进入有杆腔中，液压缸地有效面积：FF2pSFp1D 2d 24欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源D4F故有p1D1.13F p14Fd 2p1（无杆腔）（有杆腔）欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1F=621

38、0N，p = 2 106 pa ，挑选机械效率0.95欢迎下载精品学习资源将有关数据代入：欢迎下载精品学习资源D4F1.13F1.1362100.06460m欢迎下载精品学习资源6p1p10.952 10依据表 4-1（JB826-66），挑选标准液压缸内径系列，挑选D=65mm.1 液压缸外径地设计依据装配等因素，考虑到液压缸地臂厚在7mm，所以该液压缸地外径为 79mm. 2 活塞杆地运算校核活塞杆地尺寸要满意活塞（或液压缸）运动地要求和强度要求.对于杆长 L 大于直径 d 地 15 倍以上，按拉、压强度运算：Fd 24设 计 中 活 塞 杆 取 材 料 为 碳 刚 ， 故100120Mp

39、a， 活 塞 直 径d=20mm,L=1360mm,现在进行校核 .欢迎下载精品学习资源Fd 24结论： 活塞杆地强度足够 .621019.8 106 Mpa0.0224100 106欢迎下载精品学习资源5.5 本章小结本章设计了机械手地手臂结构，手臂采纳双导杆手臂伸缩机构，对驱动地液压欢迎下载精品学习资源缸地驱动力进行了具体地运算，并对液压缸地基本尺寸进行了设计.欢迎下载精品学习资源6 机身地设计运算机身是直接支撑和驱动手臂地部件.一般实现手臂地回转和升降运动，这些运动 地传动机构都安在机身上，或者直接构成机身地躯干与底座相连.因此，臂部地运动越多，机身地机构和受力情形就越复杂.机身是可以固

40、定地，也可以是行走地，既可 以沿地面或架空轨道运动 .6.1 机身地整体设计依据设计要求，机械手要实现手臂1800 地回转运动，实现手臂地回转运动机构一般设计在机身处 .为了设计出合理地运动机构，就要综合考虑，分析.机身承载着手臂，做回转，升降运动，是机械手地重要组成部分.常用地机身结构有以下几种：1 回转缸置于升降之下地结构.这种结构优点是能承担较大偏重力矩.其缺点是回转运动传动路线长，花键轴地变形对回转精度地影响较大.2 回转缸置于升降之上地结构.这种结构采纳单缸活塞杆，内部导向，结构紧凑.但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大.3 活塞缸和齿条齿轮机构 .手臂地回转运动是通过齿条齿轮机构来

41、实现：齿条地往复运动带动与手臂连接地齿轮作往复回转，从而使手臂左右摇摆.分析：经过综合考虑，本设计选用回转缸置于升降缸之上地结构.本设计机身包括两个运动，机身地回转和升降 .如上图所示，回转机构置于升降缸之上地机身结构.手臂部件与回转缸地上端盖连接，回转缸地动片与缸体连接，由缸体带动手臂回转运动.回转缸地转轴与升降缸地活塞杆是一体地.活塞杆采纳空心，内装一花键套与花键轴配 合，活塞升降由花键轴导向 .花键轴与与升降缸地下端盖用键来固定，下短盖与连接地面地地底座固定 .这样就固定了花键轴，也就通过花键轴固定了活塞杆.这种结构是导向杆在内部，结构紧凑 .驱动机构是液压驱动，回转缸通过两个油孔，一个进油孔，一个排油孔，分别 通向回转叶片地两侧来实现叶片回转.回转角度一般靠机械挡块来打算