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A0-总装配.dwg
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A1-底座.dwg
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A2-升降油缸.dwg
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A2-液压原理图.dwg
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A3-齿轮.dwg
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A3-腰部中间轴.dwg
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1、下图.四导向杆式手臂机构简图从图中可以比较清楚地看到手臂伸缩油缸结构及导向杆的安放方式以及手臂与其他部件的连接点。手臂俯仰运动采用单作用单活塞杆缸来驱动。直线油缸的缸底与机身通过铰链相连，而油缸活塞杆的伸出端则与臂部铰接，这样当压力油进入油缸时就驱动活塞杆往复运动，通过活塞杆的运动就使与其相连的手臂形成了俯仰的运动。由于俯仰油缸是采用底部耳环摆动式直线缸，所以在活塞杆往复运动的同时，缸体可在平面内摆动。采用摆动马达来实现手臂的回转。对于悬臂式的机械手，还要考虑零件在手臂上的布置，就是要计算手臂移动零件时的重量对回转升降支承中心的偏重力矩。偏重力矩对手臂运动很不利。偏重力矩过大，会引起手臂的振动，在升降时还会发生种沉头现象，也会影响运动的灵活性，严重时手臂与立柱会卡死。所以在设计手臂时要尽量使手臂重。
2、受的重力外载荷作用于导轨上的正压力，其大小可按下式计算.摩擦系数，取.，详见机械设计手册表.启动过程中的惯性力，其大小可按下式估算.式中重力加速度，取.速度变化量。如果臂部从静止状态加速到工作速度时，则这个过程的速度变化量就等于臂部的工作速度。启动或制动时间，般为.。对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值，行走机械般取。经过计算得.手臂俯仰机构载荷的计算当手臂从水平位置成仰角时或从角度恢复为水平时的加速或减速过程，铰接活塞杆的载荷即俯仰直线缸驱动力达到最大。其在垂直方向上的最大线速度为.，加速时间为.，由于升降过程般不是等加速运动，故最大驱动力矩要比理论平均值大些，般取平均值的.倍。则手臂俯仰油缸载荷.式中手臂俯仰缸所支撑的重量，由下式可得手臂俯仰缸的活塞杆的加速度。经过计算得.机身摆动机。
3、臂俯仰液压缸缸筒长度，壁厚。.机身摆动机构的设计校核机身摆动选用的液压马达，由上章已知其载荷力矩的大小。液压马达的排量为根据实际工况设计中选取型的液压马达。.强度校核活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向的推力和拉力，可以近似地用直杆承受拉压负载的简单强度计算公式进行计算.式中活塞杆的作用力，单位活塞杆直径，单位材料的许用应力，查机械设计手册为。下面各液压缸的活塞杆校核如下故，所以满足强度要求。.弯曲稳定性校核活塞杆受轴向压力作用时，有可能产生弯曲，当此轴向力达到临界值时，会出现压杆不稳定现象学，临界值的大小与活塞杆长和直径，以及缸的安装方式等有关。只有当活塞杆的计算长度时，才进行活塞杆的纵向稳定性计算。所以只需校核手臂伸缩液压缸，其计算按材料力学的有关公式进行。使缸保持稳定性的条件为式中缸承受的轴向压。
4、工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济反之，压力选得太高，对泵缸阀等元件的材质密封制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。般来说，对于固定的尺寸不太受限制的设备，压力选低些，行走机械重载设备压力要选得高些。选择可参考下两表表.按载荷选择工作压力载荷工作压力时，导向套滑动面长度。为了减少加工难度，般液压缸缸筒长度不应大于内径的倍。根据以上原则并联系实际工况取夹紧液压缸缸筒长度。缸筒是液压缸中最重要的零件,它承受液体作用的压力,其臂厚需进行计算。活塞杆受轴向压缩负载时，为避免发生纵向弯曲，还要进行压杆稳定性验算。中高压缸般。
5、料手专用操作器及转换器仿生多指灵巧手。夹钳式取料手是工业机器人最常用的种末端操作器形式，在流水线上应用广泛。它般由手指驱动机构传动机构连接与支承元件组成，工作机理类似于常用的手钳。吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为气吸附和磁吸附两种。吸附式取料手应用于大平面单面接触无法抓取易碎玻璃磁盘微小不易抓取的物体。因为专用操作器及转换器和仿生多指灵巧手的技术难度及成本要求都比较高。.手腕的设计机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件，它的作用是调节或改变工件方位，因而它具有独立的自由度，以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求。此处手腕需实现手部的翻转动作,腕部结构主要体现在手部相对于臂部的旋转运动上。.手臂的设计手臂是机器人执行机构中重要的部件，它的作用是将被抓取的工件运动到给定的位置上。手臂的结。
6、载荷力矩的计算臂部回转运动驱动力矩,应根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。回转动时,由于起动过程中不是等加速运动,所以最大驱动力矩比理论上平均值大些，计算时般取.倍。计算时还要考虑液压马达的机械效率，驱动力矩按下式计算.式中摩擦力矩包括各支承处的摩擦力矩起动时惯性力矩，般按下式计算.其中臂部对其回转轴线的转动惯量速度变化量回转运动起动或制动所需的时间,般为。对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值，行走机械般取。在计算臂部部件的转动惯量时，可将形状复杂的零件简化为几个形状简单的零件，分别求出各简单零件的转动惯量。若零部件沿臂部伸缩运动方向上的轴向尺寸与其重心到回转轴线的距离比值不超过二分之时，般可把它当作质点来计算，这样简化计算的误差不超过。经过计算可得如下结果.初选系。
7、心通过回转中心，或离回转中心要尽量地近，以减少偏重力矩。为减少转动惯量可减少手臂运动件的轮廓尺寸减少回转半径，在安排机械手动作顺序时，先缩后回转或先回转后伸，尽可能在较小的前伸位置进行回转动作在驱动系统中设有缓冲装置。.机身和机座的设计机身，又称为立柱，是支撑手臂的部件，并能辅助实现手臂的升降回转或俯仰运动。它是机器人的基础部分，起支承作用。对固定机器人，直接连接在地面基础上，对移动式机器人，则安装在移动机构上。机器人机座可分为固定式和行走式两种，般工业机器人的机座为固定式。固定式机器人的机身直接连接在地面基础上，也可以固定在机身上。此处要求机械手的工作范围比较小，故设计为固定式机器人，机身与机座用螺柱连接，机座用螺栓固定在地面基础上。机身设计要求刚度和强度大，稳定性好运动灵活，导套不宜过短，避免。
8、死驱动方式适宜，结构布置合理。机械手各部件的载荷计算.设计要求分析本课题设计的多自由度机械手采用关节型坐标系全液压驱动，具有手臂伸缩俯仰回转抓取和手腕回转五个自由度。执行机构相应由手部抓取机构手腕回转机构手臂伸缩机构手臂俯仰机构手臂回转机构和手抓的抓取机构等组成，每部分均由液压缸驱动与控制。.手指夹紧机构的设计设计中采用四指形结构，指面光滑，避免工件被夹持部位的表面受损。手指的驱动采用弹簧复位单活塞杆单作用液压缸，传动机构采用斜楔杠杆式复合回转传动，并在杠杆上装有张紧弹簧，以保证手指夹紧驱动液压缸的复位。手指厚度根据需要夹持的工件设定，形指合拢后的的尺寸为工件被夹持部位直径的外接正六边形，保证了机械手工作时的可靠性。手指加在工件上的夹紧力，是设计手部结构的主要依据。夹紧力必须克服工件重力所产生的载。
9、拟采用单活塞杆液压缸来实现，缸体采用尾部耳环与机身连接，而其活塞杆的伸出端则与手臂通过铰链相连。其行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。手臂伸缩自由度。由于油缸或气缸的体积小，质量轻，因而在机器人手臂结构中应用较多。设计中拟采用单活塞杆液压缸来实现，其伸缩行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。手腕俯仰自由度。拟采用液压缸来实现。其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。手爪的抓取自由度。拟采用液压缸来实现。其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。机械手结构件设计分析.末端操作器的设计工业机器人的末端操作器是机器人直接用于抓取握紧吸附专用工具等进行操作的部件，根据被操作工件的形状尺寸重量材质及表面形态各有不同，其形式也多种多样，大部分末端操作器的结构是根据特定的工件专门加工的，常用的有四类夹钳式取料手吸附式取。
10、要紧凑小巧，才能使手臂运动轻快灵活。手臂般有伸缩运动左右回转运动升降或俯仰运动三个自由度。在般情况，手臂的伸缩和回转俯仰均要求匀速运动，但在手臂的起动和终止瞬间，运动是变化的，为了减少冲击，要求起动时间的加速度和终止前速度不能太大，否则引起冲击和振动。伸缩运动般采用直线液压缸驱动，俯仰运动大多采用伸缩单作用单活塞杆驱动，而回转运动则大多用回转缸或齿条缸来实现。本设计采用单作用单活塞杆缸来实现手臂的伸缩。为了增加手臂的刚性，防止手臂在伸缩运动时绕轴线转动或产生变形，手臂的伸缩机构需设置导向装置，或设计方形花键等形式的臂杆。根据手臂的结构抓重等因素，为了使抓取时不产生偏重力矩使抓取可靠，本设计中采用四根导向柱的臂伸缩结构。这种结构的特点是行程长，抓重大，而工件不规则时还可以防止产生过大的偏重力矩。简图。
11、用无缝钢管作缸筒，大多数属薄壁微，即时，其最薄处的壁厚用材料力学薄壁圆筒公式计算壁厚，即.式中缸筒内最高工作压力缸筒材料的许用应力，由下式可计算.式中材料的抗拉强度，查机械手册得安全系数，当时般取当时，称为厚壁筒，高压缸的缸筒大都属于此类。计算可得夹紧液压缸壁厚。.手臂伸缩机构结构尺寸的设计校核手臂伸缩机构采用的双作用活塞缸，由上章已知其载荷力大小。同理，经过计算可得夹紧液压缸的液压缸内径，活塞杆直径.。按照标准，圆整其值为，活塞杆直径。根据以上原则并联系实际工况取手臂伸缩液压缸缸筒长度，壁厚。.手臂俯仰机构结构尺寸的设计校核手臂俯仰机构采用的双作用活塞缸，由上章已知其载荷力大小。同理，经过计算可得夹紧液压缸的液压缸内径，活塞杆直径.。按照标准，圆整其值为，活塞杆直径。根据以上原则并联系实际工况取。
12、以及工件运动状态变化所产生的载荷惯性力或惯性力矩，以使工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力计算.式中安全系数，通常取工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可估算.其中重力加速度运载工件时重力方向的最大上升加速度，可计算.运载工件时重力方向的最大上升速度，.。系统达到最高速度的时间，般取。方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定。。被抓取工件所受重力。计算可得手指夹紧由单作用液压缸驱动实现，则手指夹紧缸的载荷为.手臂伸缩机构载荷的计算手臂伸缩采用双作用液压缸实现，臂部作水平伸缩运动时，首先要克服摩擦阻力，包括油缸与活塞之间的摩擦阻力及导向杆与支承滑套之间的摩擦阻力等，还在克服启动过程中的惯性力。其驱动力可可按下式计算.式中各支承处的的摩擦阻力，其大小可按下式估算.式中运动部件所。
参考资料：
（优秀毕业全套设计）多自由度机械手设计（整套下载）