着它在高科技领域的优势地位，在机器人领域是全球领先的，他们 研制的机器人先进并且应用广泛。德国历来在机械领域全球领先，在机械手机 器人领域自然是全球领先，他们国家的机器人相当的先进，他们在机器人领域经 验丰富。目前，第二代机器人已经有了定的触觉和视觉能力。而第三代机器人 将是智能化大大提高的机器人。在最新代的机器人研究领域，西方发达国家拥 有资金人才科技领域的巨大优势。他们在机器人领域引领着世界的潮流。 中国机械手的发展状况介绍 在中国国内，机械手经过近些年的市场培养,其作用和优势已基本得到客户 的认可。随着我国劳动环境的提高和改善,社会经济的发展，使企业的生产成本 不断提高。机械手因其节省人力,节省时间,明显降低成本而得到广泛应用。机械 手工业在国内的发展越来越快。 机械手的机身，在本次设计中就是立柱的部分。在此次设计中立柱要求与摆 动液压缸的转轴连接，它起到了支撑的作用。在此次设计中机身与机座用螺栓连 接起来。机座用地脚螺栓直接固定于地面上。 第章对机械手各部件载荷的计算 设计要求分析 本课题设计的搬运机械手采用关节型坐标系全液压驱动，具有手臂俯仰 回转伸缩手腕回转四个自由度，以及手指的抓取动作。 机械手的整个运动过程。机械手臂前伸机械手指抓住紧物料手臂部分上 升手臂部分缩回整个机身回转百八十度手腕的部分转动九十度手臂 部分下降手臂部分前伸机械手指放下物料手臂回缩整个机身回转百 八十度手腕部分复位等待下次循环。这个过程是不断的往复循环的。 手指的夹紧机构 在本次设计中，根据任务说明书，决定设计种型结构。合拢时机械手 指将成种六边形。要保证机械手定要比较光滑，这样才能保证对零件无伤害。 手指加紧机构的图如下 手指夹紧机构载荷的计算 计算机械手指对工件夹紧力  安全系数，通常取 工作情况系数，  重力加速度 运载工件时重力方向的最大上升加速度， 响  工件在重力方向上最大的上升速度之值，设为。 响速度升值最大值所需的时间，般取，再此处取值为 方位系数，由工件和手指的形状及其工作时的相互状态决定。取值般为 。在此处取值 工件重力。   机械手伸缩机构载荷计算 本次设计中运用双作用液压缸实现手臂的伸缩，机械手臂在做水平伸缩时需 要克服的力包括支撑滑套与导向杆之间的摩擦力，及其活塞和油缸之间的摩擦阻 力，还要包括运动过程中的惯性力。 机械手伸缩机构即机械手的小臂如下 伸缩 总摩擦阻力，  手臂伸缩缸运动部件总重力 外部载荷对导轨的正压力 手腕手部工件 摩擦系数，此处取值 惯性力 总 重力加速度，此处取值 速度变化量。 启动或制动时间，取值范围般为。  总 伸缩 机械手臂的俯仰机构的运动载荷 手臂做俯仰运动时在刚开始与要停止时俯仰直线液压缸的载荷力达到最大 值。俯仰直线液压缸最大速度为，加速时间为，升降过程不 会是严格的等加速度运动，故取个系数值为。 机械手的俯仰机构液压缸如下图 俯仰 俯仰缸在竖直方向上所支撑质量， 工件手指手腕手臂 俯仰 机械手腕部所售载荷的计算 由上文的论述已经知道腕部采用的是摆动液压缸。腕部的驱动力矩要克服腕 部运动时的摩擦力矩和运动时所产生的惯性力矩。机械手手指夹紧机构结构尺寸的确定 确定机械手臂伸缩机构尺寸 手臂俯仰机构结构的尺寸 腕部摆动机构确定 计算确定机身摆动机构 强度校核 活塞杆的弯曲稳定性校核 计算确定机身摆动机构 第章设计液压系统 确定液压马达液压缸需流量 液压马达工作时的流量 液压马达和液压缸的主要零件技术要求和材料结构 缸体 活塞 缸盖的要求 活塞杆 液压缸的缓冲装置 液压缸排气装置 制定基本方案 选择液压元件 选择液压泵 液压泵所需电机功率的确定 液压阀的选择 液压辅助元件的选择原则 液箱油量的确定 液压原理图 结论 参考文献 致谢 附录 第章绪论 机械手的概述 国外机械手的状况简介 机械手，它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于 世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，机械手得到了长足的进步。随 着年电脑的出现，人类历史发生了惊天动地的变化。计算机大大促进了科 技的进步，计算机的进步为其他的学科科技的发展带来了无限的力。这也为机器 人的发展带来了很好的契机，由于计算机的优点，使机器人得到了前所未有的大 发展。计算机的可操控性好，计算速度快等等的优点都为机器人的发展带来了极 大的动力。计算机价格的迅速降低也带动了机器人的价格有所降低。计算机的普 及也在定程度上促进了机器人的普及。另外，核能技术等的研究也要求些可 操作的机器人代替人来处理会对人体产生伤害的物质。在这些成熟的社会和科技 条件下，年美国诞生了遥控机械手，机械式主从机械手也于年研制成 功了。 机械手首先是从美国开始研制的。在年的时候，世界机器人工业领域 发生了件大事。美国的戴沃尔先生在那年申请了关于机器人的个专利。这项 专利是关于工业机器人的个概念。这项专利主要是关于示教再现机器人的个 专利，也就是通过伺服技术来掌握机器人的关节活动。通过人的手来控制机器人， 现有的机器人差不多都采用这种控制方式。年美国联合控制公司研制出了 第台机械手铆接机器人。最早的实用机型示教再现机器人产品是年 美国公司推出的和公司推出的。 这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成，它们可以代替人的繁重劳动以实现 生产的机械化和自动化，能在有害的环境下运作以保护人的安全，因而广泛应用 于机械制造冶金电子轻工和原子能等部门。 年美国联合控制公司研制出的第台机械手的结构包括机体上安装的 个回转长臂，顶部安装的电磁块工件抓放机构和示教控制系统。美国联合控制 公司在年又在上述方案的基础上试制了台数控示教再现型机械手，商名 为即万能自动。运动系统仿照坦克炮塔。臂可以回转俯仰伸缩， 用液压驱动控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个 大基础上发展起来的。同时该公司还和普鲁曼公司合并成立万能自动公司，专门 生产工业机械手。 在年在美国诞生的机械手也是示教再现性机械手。它是采用 液压进行驱动控制的，能够实现回转和升降的动作。在年美国公 司和麻省理工，斯坦福大学起研制了种新型的机械手。这种新型的机械手采 用了微电子进行控制。在实验过程中发现它的定位精度相当的精确。这是机器人 领域的次很大进步。在美国之外的其他国家，机器人工业也在迅猛发展，比较 有代表性的有前苏联，日本和西德。其中，前苏联主要发展了第代的工业机 器人，它们是由人进行控制的。前苏联对第二代机器人的研究也取得了较大的进 步。到达年的时候，他们国家使用的工业机器人已经能够实现半的国产 化。日本凭借由于不是等加速运动取系数值 。 手腕 惯性力矩 摩擦力矩  臂部对回转轴线转动惯量 转速变化量 臂部起动或制动所需的时间，取值范围般为   手腕 机身摆动机构力矩计算分析 机械手机身部分的驱动力矩需要克服运动时的摩擦力矩和运动时所产生的 惯性力矩。由于不是等加速运动取系数值。 机身 惯性力矩 摩擦力矩  角度变化量 臂部对其回转轴线的转动惯量 起动或制动所需的时间,般为。   手臂 系统工作压力的选定 系统工作压力的选定是个综合考虑的结果，如压力选定太低，则完不成所 需要完成的任务。反之压力太大，则会造成设备要求高，进而增加成本。所以要 适当选取。 表按载荷选择工作压力 载荷 工作压力 表各种机械常用的系统工作压力 机械类型 机 床 农业机械 小型工程机 械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘机 起重机械 起重运输机械磨床 组合 机床 龙门 刨床拉床 工作压力 经过计算与选定最终选择的工作压力为 第章机械手各部件结构尺寸计算校核 在本次设计中，液压缸的选取具有重要意义。由于液压缸是标准件，需要根 据我们的计算进行选取。 液压缸的选择过程中，可以根据总的负载载荷和工作压力来选取液压缸的内 径和活塞杆的直径进而确定液压缸的型号。 机械手手指夹紧机构结构尺寸的确定 手指夹紧采用的是单作用线性活塞缸 液压缸内径及活塞杆直径的确定 活塞杆受压时  活塞杆受拉时   无杆活塞面的有效作用面积  有杆活塞杆有效作用面积 液压缸工作腔压力 背压力，此处选取背压。 活塞杆直径。 油缸内径 系统类型背压力 简单系统或节流调速系统 回油路带调速阀系统 回油路设置有背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路较短，且直接回油箱可忽略不计 对于单活塞杆缸，无杆腔进液体或气体时，在考虑机械效率的情况下，  有杆腔进液体或气体时，在不考虑机械效率情况下  当时，可对原式子进行简化  有杆腔进油时  取机械效率或。活塞杆的杆径可根据工作压力选取，见表 工作压力 当液压缸的往复速度比有定要求时，杆径可由下式计算。  液压缸的速比过大会使无杆腔产生过大的背压，速度比过小则活塞杆太细， 稳定性不好。推荐液压缸的速度比如表所示。 往复速比  经计算分析我们所要求的夹紧液压缸所需要的活塞杆的直径是，所需 要的缸的内径是。根据标准来选取，由活塞杆直径为 ，取液压缸内径。 液压缸缸筒长度般不能大于液压缸内径的的倍，根据本次的设计 要求设计中需要的液压缸长度为即可。 液压缸的缸筒壁的厚度是液压缸十分重要的个参数，要对其进行承受压力 计算。当活塞杆受到压力时还要进行压杆稳定性验算。  缸筒材料许用应力 缸筒的最高工作压力   安全系数，当时般取当时，称为厚壁筒。 缸筒材料抗拉强度通过查机械手册可以得值为。 在本次设计中，经过计算及我们的要求可以选用的夹紧液压缸壁厚取为 。