1、1 緒論1.1前言工業機械手是近代自動控制領域中出現的一項新技術，并已成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分，這種新技術發展很快，逐漸成為一門新興的學科機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業技術的發展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。1.2 工業機械手的簡史現代工業機械手起源于20世紀50

2、年代初，是基于示教再現和主從控制方式、能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產品。機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。他的結構是：機體上安裝一回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構，控制系統是示教型的。1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用液壓驅動；控制系統用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產工業機械手。1962年美國機械

3、鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動，控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vic-arm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差可小于±1毫米。美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結構，降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。

4、它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。德國機器制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。瑞士RETAB公司生產一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。19

5、79年日本機械手的產值達443億日元，產量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機械手產值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產量達56900臺。在數量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。 第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外

6、已經出現了觸覺和視覺機械手。第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系。并逐步發展成為柔性制造系統FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環。隨著工業機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。1.3工業機械手在生產中的應用機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。在現代工業中，生產過程中的自動化已成為突出的

7、主題。各行各業的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有機械手，以提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。可在機械工業中，加工、裝配等生產很大程度上不是連續的。據資料介紹，美國生產的全部工業零件中，有75%是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產工序；機械手加工行業中用于取料、送料；澆鑄行業中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠實現這類工作的

8、搬運機械手為研究對象。1.4 機械手的組成工業機械手由執行機構、驅動機構和控制機構三部分組成。1.4.1 執行機構（1）手部 （2） 腕部（3）臂部 （4）機身1.4.2 驅動機構驅動機構是工業機械手的重要組成部分。根據動力源的不同, 工業機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。采用液壓機構驅動機械手,結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。1.4.3 控制系統分類在機械手的控制上，有點動控制和連續控制兩種方式。大多數用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。1.5工業機械

9、手的發展趨勢(1)工業機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。(2)機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化:由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產品問市。(3)工業機器人控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構:大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。(4)機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊

10、接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。(5)虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。(6)當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。1.6 本文主要研究內容本文研究了國內外機械手發展的現

11、狀，根據設計任務要求，確定了搬運機械手的基本結構，完成了機械手機械設計工作。1.7 本章小結本章簡要的介紹了機械手的基本概念，機械手的發展趨勢，敘述了工業機械手在生產中的應用狀況 ，描述本文研究的主要內容。11 2 機械手的總體設計方案本設計主要任務是完成機械手的結構方面設計。在本章中對機械手的座標形式、自由度、驅動機構等進行了確定。2.1 機械手基本形式的選擇常見的工業機械手根據手臂的動作形態,按坐標形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標型機械手;(2)圓柱坐標型機械手; ( 3)球坐標(極坐標)型機械手; (4)多關節型機機械手。其中圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊,定位精度較高,占地面積

12、小，因此本設計采用圓柱坐標型。2.2 機械手的主要部件及運動在圓柱坐在圓柱坐標式機械手的基本方案選定后，根據設計任務，為了滿足設計要求，本設計關于機械手具有4個自由度既：手部回轉；手臂伸縮；手臂回轉；手臂升降5個主要運動。本設計機械手主要由手部，腕部，臂部，機身和液壓系統組成：（1）手部，采用一個直線液壓缸驅動，通過機構運動實現手抓的張合。（2） 腕部，采用一個回轉液壓缸實現手部回轉（3）臂部，采用直線缸來實現手臂平動1.2m。（4）機身，采用一個直線缸和一個回轉缸來實現手臂升降和回轉。2.3驅動機構的選擇驅動機構是工業機械手的重要組成部分, 工業機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅動方案及

13、其裝置。根據動力源的不同, 工業機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。采用液壓機構驅動機械手,結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅動力大等優點。因此，機械手的驅動方案選擇液壓驅動。2.4 機械手的技術參數列表一、用途：用于車間搬運二、設計技術參數:1、抓重:1.25Kg (夾持式手部)2、自由度數:4個自由度，沿Z軸上下移動，繞Z軸轉動，沿X軸伸縮，繞X軸轉動3、座標型式:圓柱座標4、最大工作半徑:1800mm 最小工作半徑:1350mm5、手臂最大中心高:1012mm6、手臂運動參數伸縮行程：450mm伸縮速度：<250mm/s升降行程： 150mm升降速度：

14、<60mm/s回轉范圍: 回轉速度：<70/s7、手腕運動參數回轉范圍: 回轉速度：90/s8. 手臂握力：由N=0.5/f*G定這里取f=0.1 G=1.25kgN=0.5/f*G=6.25kg即手指握力為6.25kg2.5 本章小結本章對機械手的整體部分進行了總體設計，選擇了機械手的基本形式以及自由度，確定了本設計采用液壓驅動，給出了設計中機械手的一些技術參數。下面的設計計算將以次進行。3 機械手手部的設計計算3.1 手部設計基本要求（1） 應具有適當的夾緊力和驅動力。應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構所需的驅動力大小是不同的。（2） 手指應具有一定的張開范圍，手指應該

15、具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉過的角度），以便于抓取工件。（3） 要求結構緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。3.2 典型的手部結構（1） 回轉型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。（2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復運動。（3）平面平移型。3.3機械手手抓的設計計算3.3.1選擇手抓的類型及夾緊裝置本設計是設計平動搬運機械手的設計，考慮到所要達到的原始參數：手抓張合角=，夾取重量為1.25Kg。常用的工業機械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不

16、適合用于本方案。本設計機械手采用夾持式手指,夾持式機械手按運動形式可分為回轉型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動,這種手指結構簡單, 適于夾持平板方料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指, 驅動力需加在手指移動方向上,這樣會使結構變得復雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。通過綜合考慮，本設計選擇二指回轉型手爪，采用滑槽杠桿這種結構方式，夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置。3.3.2 夾緊力及驅動力的計算 手爪夾緊力，是設計手部的主要依據。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動

17、狀態變化的慣性力產生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態。 夾緊力可按公式計算： 式中 安全系數，通常1.22.0； 工作情況系數，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估其中a，重力方向的最大上升加速度； 運載時工件最大上升速度 系統達到最高速度的時間，一般選取0.030.5s 方位系數，根據手指與工件位置不同進行選擇。 G被抓取工件所受重力（N）。計算：設a=100mm,b=50mm,<<機械手達到最高響應時間為0.5s，求夾緊力和驅動力和 驅動液壓缸的尺寸。(1) 設 =1.02 根據公式，將已知條件帶入： =1.5 （2）根據驅動力公式得： =1378N （3）取 （4）確定液壓

18、缸的直徑D 選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa, 根據表4.1（JB826-66），選取液壓缸內徑為：D=63mm則活塞桿內徑為:D=630.5=31.5mm，選取d=32mm3.3.4 手抓夾持范圍計算為了保證手抓張開角為，活塞桿運動長度為34mm。手抓夾持范圍，手指長100mm,當手抓沒有張開角的時候，根據機構設計，它的最小夾持半徑，當張開時，最大夾持半徑計算如下： 機械手的夾持半徑從4090mm（a） (b)圖3.2 手抓張開示意圖3.4 機械手手抓夾持精度的分析計算機械手的精度設計要求工件定位準確,抓取精度高,重復定位精度和運動穩定性好,并有足夠的抓

19、取能力。機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、小批量生產中，為了適應工件尺寸在一定范圍內變化，一定進行機械手的夾持誤差。該設計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。機械手的夾持范圍為。一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：工件的平均半徑：手指長,取V型夾角偏轉角按最佳偏轉角確定：計算 當S時帶入有：夾持誤差滿足設計要求。3.5 本章小結通過本章的設計計算，先對滑槽杠桿式的手部結構進行力學分析，然后分別對滑槽杠桿式手部結構的夾緊力、驅動力進行計算，在滿足基本要求后，對手部的夾持精度進行

20、分析計算。4 腕部的設計計算4.1 腕部設計的基本要求（1） 力求結構緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔。顯然，腕部的結構、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結構、重量和運轉性能。因此，在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。（2）結構考慮，合理布局 腕部作為機械手的執行機構，又承擔連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3） 必須考慮工作條件對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質中，所以對機械手的腕部沒有太多不利

21、因素。4.2 腕部的結構以及選擇4.2.1典型的腕部結構(1) 具有一個自由度的回轉驅動的腕部結構。它具有結構緊湊、靈活等優點而被廣腕部回轉，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用。回轉角由動片和靜片之間允許回轉的角度來決定（一般小于）。(2) 齒條活塞驅動的腕部結構。在要求回轉角大于的情況下，可采用齒條活塞驅動的腕部結構。這種結構外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。(3) 具有兩個自由度的回轉驅動的腕部結構。它使腕部具有水平和垂直轉動的兩個自由度。(4) 機-液結合的腕部結構 4.2.2 腕部結構和驅動機構的選擇 本設計要求手腕回轉，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結構選擇具有一

22、個自由度的回轉驅動腕部結構，采用液壓驅動。4.3 腕部的設計計算4.3.1 腕部設計考慮的參數 夾取工件重量1.25Kg，回轉。4.3.2 腕部的驅動力矩計算（1） 腕部的驅動力矩需要的力矩。（2） 腕部回轉支撐處的摩擦力矩。夾取棒料直徑100mm，長度1000mm，重量60Kg，當手部回轉時，計算 力矩：（1） 手抓、手抓驅動液壓缸及回轉液壓缸轉動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算G=3.14（2） 擦力矩。（3） 啟動過程所轉過的角度=0.314rad，等速轉動角速度。 查取轉動慣量公式有：代入： 4.3.3 腕部驅動力的計算表4-1 液壓缸的內徑系列（JB82

23、6-66） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250設定腕部的部分尺寸：根據表4-1設缸體內空半徑R=110mm，外徑根據表3-2選擇121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題后，其外徑為226mm；動片寬度b=66mm,輸出軸r=22.5mm.基本尺寸示如圖4.1所示。則回轉缸工作壓力，選擇8Mpa表4.2 標準液壓缸外徑（JB1068-67） （mm）液壓缸內徑40 5063809010011012514015016018020020鋼P50607695108121133168146180194

24、21924545鋼506076951081211331681461801942192454.4 本章小結本章通過四種基本的手腕結構，選擇了具有一個自由度的回轉驅動的腕部結構。并進行的腕部回轉力矩的計算。5 臂部的設計及有關計算手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。手臂運動應該包括3個運動：伸縮、回轉和升降。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉和升降運動設置在機身處，將在下一章敘述。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內任意一點。如果改變手部的姿態（方位），則用腕部的自由度加以實現。因此，一般來說臂部應該具備3個自由度才能滿足基本要求，

25、既手臂伸縮、左右回轉、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅動機構和各種傳動機構來實現，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結構、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。 5.1 臂部設計的基本要求一、 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕1根據受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。2提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。3合理布置作用力的位置和方向。4注意簡化結構。5提高配合精度。二、 臂部運動速度要高，慣性要小機械手手部的運動速度是機械手的主要參數之一，它反映機械手的生產水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在1000

26、1500mm/s,最大回轉角速度設計在內，大部分平均移動速度為，平均回轉角速度在。在速度和回轉角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個途徑：1減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。2減少臂部運動件的輪廓尺寸。3減少回轉半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉動作。4驅動系統中設有緩沖裝置。三、手臂動作應該靈活為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力

27、矩，特別要防止發生機構卡死（自鎖現象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。 總結：以上要求是相互制約的，應該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設計出完美的、性能良好的機械手。5.2 手臂的典型機構以及結構的選擇5.2.1 手臂的典型運動機構常見的手臂伸縮機構有以下幾種：1雙導桿手臂伸縮機構。2手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結構。3雙活塞桿液壓崗結構。4活塞桿和齒輪齒條機構。5.2.2 手臂運動機構的選擇通過以上，綜合考慮，本設計選擇雙導桿伸縮機構，使用液壓驅動,液

28、壓缸選取雙作用液壓缸。5.3 手臂直線運動的驅動力計算先進行粗略的估算，或類比同類結構，根據運動參數初步確定有關機構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。如此反復，繪出最終的結構。做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力根據液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅動力。液壓缸活塞的驅動力的計算。 5.3.1 手臂摩擦力的分析與計算分析：摩擦力的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據具體情況進行估算。本設計是雙導向桿，導向桿對稱配置在伸縮崗兩側。計算如下：由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。得 得 式中 參與運動的零部

29、件所受的總重力（含工件）（N）； L手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（m）,參考上一節的計算; a導向支撐的長度（m）; 當量摩擦系數，其值與導向支撐的截面有關。對于圓柱面：摩擦系數，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅：取=0.10.15鋼對鑄鐵：取=0.180.3計算：導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵 ，L=1.69-0.028=1.41m,導向支撐a設計為0.016m將有關數據代入進行計算5.3.2 手臂慣性力的計算本設計要求手臂平動是V=,在計算慣性力的時候,設置啟動時間，啟動速度V=V=, 5.3.3 密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采

30、用O型密封，當液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。經過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅動力：5.4 液壓缸工作壓力和結構的確定經過上面的計算，確定了液壓缸的驅動力F=6210N，根據表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa1確定液壓缸的結構尺寸：液壓缸內徑的計算，如圖5.2所示圖5.2 雙作用液壓缸示意圖當油進入無桿腔，當油進入有桿腔中， 液壓缸的有效面積：故有 （無桿腔） （有桿腔） F=6210N，=，選擇機械效率將有關數據代入： 根據表4-1（JB826-66），選擇標準液壓缸內徑系列，選擇D=65mm.1液壓缸外徑的設計根據裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚

31、在7mm，所以該液壓缸的外徑為79mm.2活塞桿的計算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強度計算： 設計中活塞桿取材料為碳剛，故，活塞直徑d=20mm,L=1360mm,現在進行校核。結論： 活塞桿的強度足夠。5.5 本章小結本章設計了機械手的手臂結構，手臂采用雙導桿手臂伸縮機構，對驅動的液壓缸的驅動力進行了詳細的計算，并對液壓缸的基本尺寸進行了設計。29 6 機身的設計計算機身是直接支撐和驅動手臂的部件。一般實現手臂的回轉和升降運動，這些運動的傳動機構都安在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機身

32、的機構和受力情況就越復雜。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。6.1 機身的整體設計按照設計要求，機械手要實現手臂1800的回轉運動，實現手臂的回轉運動機構一般設計在機身處。為了設計出合理的運動機構，就要綜合考慮，分析。機身承載著手臂，做回轉，升降運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結構有以下幾種：1回轉缸置于升降之下的結構。這種結構優點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉精度的影響較大。2回轉缸置于升降之上的結構。這種結構采用單缸活塞桿，內部導向，結構緊湊。但回轉缸與臂部一起升降，運動部件較大。3活塞缸和齒條齒輪機構。手臂的回轉運

33、動是通過齒條齒輪機構來實現：齒條的往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉，從而使手臂左右擺動。分析：經過綜合考慮，本設計選用回轉缸置于升降缸之上的結構。本設計機身包括兩個運動，機身的回轉和升降。如上圖所示，回轉機構置于升降缸之上的機身結構。手臂部件與回轉缸的上端蓋連接，回轉缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉運動。回轉缸的轉軸與升降缸的活塞桿是一體的。活塞桿采用空心，內裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導向。花鍵軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結構是導向桿在內部，結構緊湊。驅動機構是液壓驅動，回轉缸通過兩

34、個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉葉片的兩側來實現葉片回轉。回轉角度一般靠機械擋塊來決定，對于本設計就是考慮兩個葉片之間可以轉動的角度，為滿足設計要求，設計中動片和靜片之間可以回轉1800。6.2 機身回轉機構的設計計算（1） 回轉缸驅動力矩的計算手臂回轉缸的回轉驅動力矩，應該與手臂運動時所產生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡。 慣性力矩的計算 式中 回轉缸動片角速度變化量（），在起動過程中=；t起動過程的時間(s);手臂回轉部件（包括工件）對回轉軸線的轉動慣量（）。若手臂回轉零件的重心與回轉軸的距離為，則 式中 回轉零件的重心的轉動慣量。 回轉部件可以等效為一個長1800

35、mm，直徑為60mm的圓柱體，質量為159.2Kg.設置起動角度=180，則起動角速度=0.314，起動時間設計為0.1s。4694.3密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下=0.03，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計。經過以上的計算=4839.5（1） 回轉缸尺寸的初步確定 設計回轉缸的靜片和動片寬b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強為8Mpa。d為輸出軸與動片連接處的直徑，設d=50mm,則回轉缸的內徑通過下列計算： D=151mm（2） 既設計液壓缸的內徑為150mm,根據表4.2選擇液壓缸的基本外徑尺寸180mm(不是最終尺寸)，再經過配合等條件的考慮。6.3 機身升降機構的計算6.

36、3.1 手臂偏重力矩的計算圖 6.3 手臂各部件重心位置圖（1） 零件重量、等。現在對機械手手臂做粗略估算：總共=33Kg+=50.54Kg (2)計算零件的重心位置，求出重心到回轉軸線的距離。=1920mm=1.69mm=0.88mm (6.6)=48.87mm所以，回轉半徑48.87mm(3) 計算偏重力矩 =50.54Kg9.80.4887m=242.056.3.2 升降不自鎖條件分析計算手臂在的作用下有向下的趨勢，而里柱導套有防止這種趨勢。由力的平衡條件有=h=即 =所謂的不自鎖條件為：即 取 當=48.87mm時，0.32=15.64mm因此在設計中必須考慮到立柱導套必須大于15.6

37、4mm6.3.3 手臂做升降運動的液壓缸驅動力的計算 式中摩擦阻力，參考圖5.3 取f=0.16G零件及工件所受的總重。（1）的計算設定速度為V=4;起動或制動的時間差t=0.02s;近似估算為286.1Kg;將數據帶入上面公式有：=（2）的計算 28725.6=2792.2N（3）液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 最后通過以上計算 當液壓缸向上驅動時，F=6756N 當液壓缸向下驅動時，F=6756-=6184N6.4 本章小結本章對機械手的機身進行了設計，分別對機身的回轉機構和升降機構進行設計計算。同時也計算了升降立柱不自鎖的條件，這是機身設計中不可缺少的部分。8結論結束語通過此次畢業設計，使我了解了機械手的很多相關知識。使我也了解了當前國內外在此方面的一些先進生產和制造技術，了解了機械手設計的一般過程，通過對機械手的結構設計作了系統的設計，掌握了一定的機械設計方面的基礎，為以后的工作學習創造了一定基礎。1 本次畢業設計只是對搬運機械手的結構和驅動做了系統的計算設計，設計中沒有涉及到機械手的控制問題，對這方面有點模糊，需要在以后的工作學習中了解和掌握。2 本次設計的是輕型平動搬運機