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买文档就送全套 CAD 图纸 QQ:414951605 或 1304139763图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑宁XX 学院课 程 设 计 (论 文 )搬 运 场 合 应 用 的 球 类 机 械 手 设 计 【 7KG】所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师买文档就送全套 CAD 图纸 QQ:414951605 或 1304139763图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑摘 要搬 运 场 合 应 用 的 各 类 机 械 手 是 工 业 机 器 人 系 统 中 传 统 的 任 务 执 行 机 构 ， 是 机 器人 的 关 键 部 件 之一。 该装置涵盖了可编程控制技术 ， 位置 控制技术、 检测技术等 ， 是机电一体化的典型代表仪器之一 。 本文介绍的搬运场合应用的各类机械手是由 PLC 输出三路脉冲， 分别驱动横轴 、 竖轴变频器 ， 控制搬运场合应用的各类机械手横轴和竖轴的 精确定位， 微动开关将位置信号传给 PLC主机； 位置信号由接近开关反馈给 PLC 主机， 通过交流电机的正反转来控制搬运场合应用的各类机械手手爪的张合 ， 从而实现搬运场合应用的各类机械手精确运 动的功能。本课题拟开发的物料搬运,搬运场合应用的各类机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样 ， 可代替人工在高温和危险的作业区进行作业， 并可根据工件的变化及运动流程的 要求随时更改相关参数。关键词：搬运场合应用的各类机械手, 交流电机，图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑AbstractManipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices composition; Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision,micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters.Key Words: Manipulator , AC motor图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑目 录摘 要.2Abstract.2目 录.31 绪 论.51.1 课题背景及目的 .51.2 机器人的定义与发展状况 .51.2.1 定义 .51.2.2 机器人的发展 .61.3 课题研究意义 .62 搬运场合应用的球类机械手总体方案设计.82.1 搬运场合应用的各类机械手 .82.2 系统功能原理分析 .82.3 形态学矩阵方案拟定 .82.4 设计方案分析 .92.5 机构的运动尺寸设计 .102.6 搬运场合应用的各类机械手的组成 .112.7 最佳功能原理方案确定 .123 搬运场合应用的各类机械手结构方案和驱动方案选型.143.1 原始数据及资料 .143.2 动作要求分析 .143.3 搬运场合应用的各类机械手结构及驱动系统选型 .154 系统各主要组成部分设计.164.1 抓取机构设计 .164.1.1 手部设计计算 .164.1.2 拉紧装置 4.174.2 腕部设计计算 .18图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑4.3 臂伸缩机构设计 .204.4 液压驱动系统设计 .224.5 手部抓取缸 .234.6 腕部摆动液压回路 .244.7 总体系统图 .244.8 机身结构的设计 .254.8.1 电机的选择 .264.8.2 减速器的选择 10 .264.8.3 螺柱的设计与校核 11.274.8.4 机座的机械结构 .284.9 搬运场合应用的各类机械手的定位及平稳性确定 .294.9.1 常用的定位方式 .294.9.2 影响平稳性和定位精度的因素 .294.9.3 搬运场合应用的各类机械手运动的缓冲装置 .304.10 绘制液压系统图 .31总结与展望.32参考文献.33致 谢.34图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑图纸预览请见文档里的插图，原稿更清晰，可编辑71 绪 论1.1 课题背景及目的课程设计是机械设计制造及其自动化专业在校学习的最后一个环节，是对四年大学学习的继续深化和检验，即有实践性又有综合性，是其他单一课程所不能替代的，通过课程设计更能提高综合训练能力，为即将走向工作岗位，提高实际工作能力起到十分重要的作用。以达到如下目的：（1）综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能，提高分析解决实际问题的能力。（2）接受工程师必须的综合训练，提高实际工作能力。如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订设计或试验方案的能力；设计、计算和绘图能力；总结提高撰写论文的能力。（3）检验综合素质与实践能力。1.2 机器人的定义与发展状况1.2.1 定义目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具 1。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。8工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和发展虽只有 30 多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力 2。根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等） 。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。1.2.2 机器人的发展工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从 1980 年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用 2-4。91.3 课题研究意义(1)培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和。(2)培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。(3)培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。(4)培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。102 搬运场合应用的球类机械手总体方案设计2.1 搬运场合应用的各类机械手搬运场合应用的各类机械手，顾名思义，是指能模仿人手的部分动作，用以完成某些抓放，搬运物件或操纵工具等工作的自动化机械装置。搬运场合应用的各类机械手通常用附属于它所服务的设备，动作程序固定，多数没有独立的控制系统，其控制装置包括在主机的控制系统（不包括工业机器人） 。 2.2 系统功能原理分析2.3 形态学矩阵方案拟定功能元候选机构形态学矩阵表总功能：搬运货物分功能 1：进给机械手分功能 2：夹放货物分功能 3：举升货物动力源进给传动进给执行动力源动力源举升传动夹放传动夹放执行举升执行功能元B功能元C功能元D功能元E功能元F功能元G功能元H功能元I功能元A11候选机构功能元1 2 3 4A 动力源 电动机 内燃机 柴油机 液压缸B 进给传动 液压传动机构 齿轮齿条机构 凸轮机构 蜗轮蜗杆机构C 进给执行 液压传动机构 螺旋机构 曲柄滑块机构 齿轮齿条机构D 夹放传动 齿轮齿条机构 螺旋机构 凸轮机构 液压传动机构E 夹放执行 双压块制动机构双滑块机构 平行四边形夹持机构杠杆式夹持机构F 举升传动 蜗轮蜗杆机构 齿轮机构 双摇杆机构 液压传动机构G 举升执行 曲柄摇杆机构 平行四边形机构双曲柄机构 线轮摆动机构2.4 设计方案分析方案：方案：B1A4 D4F4C3E4G4B1A4 D3F3C3E3G4方案：12优缺点方案优点 缺点方案 可靠性高，安全性好 压力角大方案 机构简单 传动性差方案 安全性高 可操作性差，结构复杂性能方案可靠性 安全性 结构工艺性经济性 可操作性环保性 结论方案 + + + + + +方案 + + + + + +方案 + + + + + +方案最优2.5 机构的运动尺寸设计1 系统工作循环图搬运机械手的三个部分为进给机构、夹放机构和举升机构，其工作循环图B2A4 D4F4C3E4G41315 4530 600运动时间 /s图 4-1如图 4-1 和 4-2 所示。进给机构 前进 静止前进 静止退回 静止退回夹放机构 保持 夹紧保持 松开保持举升机构 保持 举升 保持降回 保持2.6 搬运场合应用的各类机械手的组成执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。图 4-2a图 4-2b图 4-2c14搬运场合应用的各类机械手主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具 的部件，由手指（或吸盘） ，驱动元件和传动元件等组成。腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工具进行搬运或操作的部件。驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和搬运场合应用的各类机械手整体运动机构动作的动力装置，常用的驱动方式有液压、液动、机械、电液或其他的组合。控制系统是支配搬运场合应用的各类机械手按规定程序和要求进行运动的装置，他们主要用来控制：位置（点位控制或连续轨迹控制） 、时间、速度和加速度等参数。搬运场合应用的各类机械手与主机及其它有关装置之间的联系 3。2.7 最佳功能原理方案确定按搬运场合应用的各类机械手布局形式分可分为：架空式搬运场合应用的各类机械手、附机式搬运场合应用的各类机械手、落地式搬运场合应用的各类机械手三种。此外，还有安装在自动线料道上或料道旁，实现工件上、下料、传递转位、转向等用途的搬运场合应用的各类机械手，他们具有运动单一、结构简单，位置灵活及精度一般要求较低的特点。 搬 运 场 合 应 用 的 各 类 机 械 手 通 常 用 作 机 床 或 其 他 机 器 的 附 加 装 置 ， 如 在 自 动 机床 或 自 动 生 产 线 上 装 卸 和 传 递 工 件 ， 在 加 工 中 心 中 更 换 刀 具 等 ， 一 般 没 有 独 立 的 控制 装 置 3。(1)根据所承担的作业的特点，工业搬运场合应用的各类机械手可分为以下三类：(a)承担搬运工作的搬运场合应用的各类机械手：这种搬运场合应用的各类机械手在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。(b)生产工业用搬运场合应用的各类机械手：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。(c)通用工业搬运场合应用的各类机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业 9。(2)按功能分类:(a)专用搬运场合应用的各类机械手：它是附属于主机的具有固定程序而无独立控15制系统的机械装置。专用搬运场合应用的各类机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线的上、下料搬运场合应用的各类机械手和“加工中心”附属的自动换刀搬运场合应用的各类机械手。(b)通用搬运场合应用的各类机械手：又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。(c)示教再现搬运场合应用的各类机械手：采用示教法编程的通用搬运场合应用的各类机械手。所谓示教，即由人通过手动控制， “拎着”搬运场合应用的各类机械手做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。搬运场合应用的各类机械手手可按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。(3)按驱动方式分：(a)液力驱动式的机器人：液源压力一般只有 0.6Mpa 左右，适宜抓举力较小的场合。(b)液力驱动式的机器人：结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。(c)电力驱动式的机器人：无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动效率高等优点，其运用最为广泛。(d)新型驱动式的机器人：例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光驱动器等(4)按控制方式分:(a)固定程序搬运场合应用的各类机械手：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。(b)可编程序搬运场合应用的各类机械手：控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排，行程能很方便改变 9。163 搬运场合应用的各类机械手结构方案和驱动方案选型3.1 原始数据及资料设计题目：机械手技术指标：自由度: 4抓举重量： 7kg动力源： 液压对 象： 球类种 类：搬运场合应用的各类机械手3.2 动作要求分析动作一：送 料动作二：预夹紧动作三：手臂上升动作四：手臂旋转动作五：小臂伸长动作六：手腕旋转预夹紧手臂上升手臂旋转手臂伸长手臂转回 手腕旋转图 2.2 搬运场合应用的各类机械手动作简易图173.3 搬运场合应用的各类机械手结构及驱动系统选型本课题所设计的搬运场合应用的各类机械手为通用型的搬运场合应用的各类机械手，其中坐标系为圆柱坐标系结构。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式手部设计方案。手部部分由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。其他部分则按照一般工业生产所采用的通用形式进行设计。驱动系统选用电机驱动和液压驱动，电机驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动，液压驱动用于手臂的伸缩和搬运场合应用的各类机械手的夹取和翻转 3。184 系统各主要组成部分设计4.1 抓取机构设计4.1.1 手部设计计算a有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。b有足够的开闭范围夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图 4.1 所示。图 4.1 搬运场合应用的各类机械手开闭示例简图c力求结构简单，重量轻，体积小手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个搬运场合应用的各类机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在 19设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。d手指应有一定的强度和刚度因此送料，夹紧搬运场合应用的各类机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭式弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。4.1.2 拉紧装置 4液缸右腔停止进液时，弹簧力夹紧工件，液缸右腔进液时松开工件。(a)右腔推力为（4.1）PDF2p4230.651=4908.7N(b)根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：（4.3）,21cosabNF，其中 N =798N=686N， （抓举重量： 7kg）带入公式 4.2 得：,21csa，= 6830o52=1764N则实际加紧力为 （4.3）211KPF实 际 N3485.0764经圆整 F1=3500N由公式 得：bp2acos， Na=50.5 mmb=72 mm 20(c)计算手部活塞杆行程长 L,即（4.4）2tgDL=25tg30=23.1mm经圆整取 l=25mm(d)确定“V”型钳爪的 L、 3。取 （4.5）3cpR式中： （4.6）5042P由公式（4.5） （4.6）得： L=3Rcp=150取“V”型钳口的夹角 2 =120，则偏转角 按最佳偏转角来确定，查表得： =2239(5)机械运动范围（速度）(6)手部右腔流量 SVQ（4.7）=60 2r=603.1425=1177.5mm/s(7)手部工作压强（4.8）SFP1= pa78.596230M4.2 腕部设计计算腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回 21转缸驱动的腕部结构。要求：0210，90/s以最大负荷计算：当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 50N 如图 4.4所示。图 4.4 腕部受力简图(1)计算扭矩 14设重力集中于离手指中心 200mm 处，即扭矩 1为：SF1 （4.9）=109.80.2=19.6（NM）(2)液缸（伸缩）及其配件的估算扭矩 2 4F =5kg ( 50N ) S =10cm带入公式 2.9 得2=59.80.1 =4.9（NM） (3)摆动缸的摩擦力矩 摩 4摩F=300（N ） （估算值）S=20mm （估算值）摩= 摩 S =6（NM）工件 22(4)摆动缸的总摩擦力矩 4= 1+ 2+ 摩 （4.10）=30.5（NM） (5)由公式（4.11）810-b62m1APT其中： b叶片密度，这里取 b=3cm；1A摆动缸内径, 这里取 1A=10cm；m转轴直径, 这里取 m=3cm。所以代入（4.11）公式 6210-b8ATP=830.5/0.03（0.1-0.03）10 6=0.89Mpa又因为 b82m1AQW所以 = 803.-02=0.2710-4m/s=27ml/s4.3 臂伸缩机构设计手臂是搬运场合应用的各类机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。搬运场合应用的各类机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了 5。(1)手臂右腔流量，公式（4.7）得： 23SVQ=200 40=1004800mm/s=0.1/10m/s=1000ml/s(2)手臂右腔工作压力，公式（4.8） 得：（4.12）SFP式中： F 取工件重和手臂活动部件总重，工件为 50N 估算 F =5+20=30kg，摩=1000N。所以代入公式（3.12）得： SFP摩= 24018.93=0.26Mpa(3)绘制机构工作参数表如表 4.1 所示：表 4.1 机构工作参数表(4)由初步计算选液泵所需液压最高压力 P =1.78Mpa所需液压最大流量 Q =1000ml/s选取 CB-D 型液泵此泵工作压力为 1Mpa，转速为 1800r/min，工作流量 Q 在 3270ml/r 之间，可以满足需要。(5)验算腕部摆动缸：（4.13）8106m21APDT机构名称 工作速度 行程 工作压力 流量手部抓紧腕部回转小臂伸缩60mm/s90/s200mm/s25mm90500mm1.78 Mpa0.89 Mpa0.26Mpa117.8m/s27m/s1000ml/s 24（4.14）b82m1AW式中： mH机械效率取： 0.850.9v容积效率取： 0.70.95所以代入公式（4.13）得： 8105.03.1.08962T=25.8（NM）T M=30.5（NM）代入公式（4.14）得： 03.10852786W=0.673rad/sW /40.785rad/s因此，取腕部回转液缸工作压力 P =1Mpa流量 Q =35ml/s圆整其他缸的数值：手部抓取缸工作压力 1=2Mpa 流量 =120ml/s小臂伸缩缸工作压力 2P=0.25Mpa 流量 Q=1000ml/s4.4 液压驱动系统设计液压控制室搬运场合应用的各类机械手的一种主要的控制形式。搬运场合应用的各类机械手的运动速度和操作室根据液体的流量与压力来确定，因而只要控制液的流量和压力，就可以控制搬运场合应用的各类机械手的运动速度和操作力，液压压力一般在 5140 公斤/厘米范围内，最大臂力可达 160 公斤以上。主要优点：(1)液压执行元件(马达和液缸)结构紧凑，重量轻，功率小。(2)可通过空液带走大量热能，保证机械的正常运行。(3)液压元件有直线位移式和旋转式二种，适用范围较广，其控制速度的区间也比较宽。只要通过阀和泵的调节就能实现开环和闭环的控制系统。 25(4)响应速度比较快，能高速启动，制动和反向，无后滞现象。其力矩一惯量比也较大，因而其加速度能力较强。(5)液压元件于其他驱动元件相比，刚度较大，位置误差小，定位精度高，而且耐振动等。缺点:控制系统比较复杂，处理功率讯号的数学运算误差，检测，放大，测试和补偿功能不如电子，机电装置灵活简便 4-6。4.5 手部抓取缸图 4.5 手部抓取缸液压原理图(1)手部抓取缸液压原理图如图 4.5 所示(2)泵的供液压力 P 取 1Mpa，流量 Q 取系统所需最大流量即 Q =1300ml/s。因此，需装图 4.1 中所示的调速阀，流量定为 7.2L/min，工作压力 P=2Mpa。选取采用： 2FRM5-20/102 调速阀23E1-10B 二位三通阀 264.6 腕部摆动液压回路4图 4.6 腕部摆动液压回路(1)腕部摆动缸液压原理图如图 4.6 所示(2)工作压力: P=1Mpa流量: Q=35ml/s选取采用:2FRM5-20/102 调速阀34E1-10B 换向阀4.7 总体系统图(1)工作过程:小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂回转小臂收缩手部放松(2)电磁铁动作顺序表: 27表 4.2 总体系统图元件动作1DT 2DT 3DT 4DT 5DT小臂伸长手部抓紧腕部回转小臂收缩手部放松卸荷-+-+-+-+-(4)确电机规格：液压泵选取 CB-D 型液泵，额定压力 P =1Mpa，工作流量在 3270ml/r 之间。选取80L/min 为额定流量的泵，因此：传动功率 （4.15）QN式中： =0.8 （经验值）所以代入公式（4.15）得：8.061163=16.7KN选取电动机 JQZ-61-2 型电动机，额定功率 17KW，转速为 2940r/min。4.8 机身结构的设计臂部和机身的配置形式基本上反映了搬运场合应用的各类机械手的总体布局。本课题搬运场合应用的各类机械手的机身设计成机座式，这样搬运场合应用的各类机械手可以是独立的，自成系统的完整装置，便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型搬运场合应用的各类机械手。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机 28身的旋转，从而达到了自由度的要求 7-9。4.8.1 电机的选择机身部使用了两个电机，其一是带动臂部的升降运动；其二是带动机身的回转运动。带动臂部升降运动的电机安装在肋板上，带动机身回转的电机安装在混凝土地基上。带动臂部升降的电机：初选上升速度 V =100mm/sP =6KW所以 转/分106n选择 Y90S-4 型电机，属于笼型异步电动机。采用 B 级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为 I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为 380V，额定功率为 50HZ。如表 4.3 Y90S-4 电动机技术数据所示：表 4.3 Y90S-4 电动机技术数据满载时 堵转电流堵转转矩最大转矩型号 额定功率 KW 电流 A 转速r/min效率% 功率因素 额定电流额定转矩额定转矩Y90S-4 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 2.24.8.2 减速器的选择 10减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转速和增转矩，以满足工作需要。初选 WD80 型圆柱蜗杆减速器。WD 为蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。 29蜗杆的材料为 38siMnMo 调质蜗轮的材料为 ZQA19-4中心矩 a=80Msq=4.011 （4.16）传动比 I =30传动惯量 0.26510kgm4.8.3 螺柱的设计与校核 11螺杆是搬运场合应用的各类机械手的主支承件，并传动使手臂上下运动。螺杆的材料选择：从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。螺距 P =6mm 梯形螺纹螺纹的工作高度 h =0.5P （4.17）=3mm螺纹牙底宽度 b =0.65P=0.656=3.9mm （4.18）螺杆强度 11 （4.19）53s10=3050Mpa螺纹牙剪切 =40弯曲 b=4555(1)当量应力 23121.04dTdF(4.20)式中 T传递转矩 Nmm螺杆材料的许用应力 所以代入公式（4.20）得： 23121d.0689d8.904325652211.1649d606225025d12+11236900d 16101262250250.0292+112369000.029 61012 30即 16471pa535340pa合格(2)剪切强度（旋合圈数） （4.21）610PHZ（4.22）bzd1F3-1069.32.892=206.8103pa=0.206Mpa=40Mpa(3)弯曲强度 zbdh21F609.382=0.48Mpa=45Mpa合格4.8.4 机座的机械结构带动机身回转的电机：初选转速 W =60/sN =1/6 转/秒=10 转/分由于齿轮 I =3减速器 I =30所以 n =10330=900 转/分选择 Y90L-6 型笼型异步电动机电动机采用 B 级绝缘。外壳防护等级为 IP44，冷却方式为 I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为 380V，额定功率为 50HZ。如表 4.4 Y90S-6 电动机技术数据所示：表 4.4 Y90L-6 电动机技术满载时 堵转电流堵转转矩最大转矩型号 额定功率 KW电流A转速r/min效率%功率因素额定电流额定转矩额定转矩 31Y9OL-6 1.1 3.2 910 73.5 0.72 6.0 2.0 2.04.9 搬运场合应用的各类机械手的定位及平稳性确定4.9.1 常用的定位方式机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块。当搬运场合应用的各类机械手经减速运行到终点时，紧靠挡块而定位。若定位前已减速，定位时驱动压力未撤除，在这种情况下，机械挡块定位能达到较高的重复精度。一般可高于0.5mm，若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力，这时搬运场合应用的各类机械手可能被挡块碰回一个微小距离，因而定位精度变低 12。4.9.2 影响平稳性和定位精度的因素搬运场合应用的各类机械手能否准确地工作，实际上是一个三维空间的定位问题，是若干线量和角量定位的组合。在许多较简单情况下，单个量值可能是主要的。影响单个线量或角量定位误差的因素如下：(1)定位方式不同的定位方式影响因素不同。如机械挡块定位时，定位精度与挡块的刚度和碰接挡块时的速度等因素有关。(2)定位速度定位速度对定位精度影响很大。这是因为定位速度不同时，必须耗散的运动部件的能量不同。通常，为减小定位误差应合理控制定位速度，如提高缓冲装置的缓冲性能和缓冲效率，控制驱动系统使运动部件适时减速。(3)精度搬运场合应用的各类机械手的制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。(4)刚度搬运场合应用的各类机械手本身的结构刚度和接触刚度低时，因易产生振动，定位精度一般较低。(5)运动件的重量运动件的重量包括搬运场合应用的各类机械手本身的重量和被抓物的重量。运动件重量的变化对定位精度影响较大。通常，运动件重量增加时，定位精度降低。因此，设计时不仅要减小运动部件本身的重量，而且要考虑工作时抓重变化的影 32响。(6)驱动源液压的压力波动及电压、液温的波动都会影响搬运场合应用的各类机械手的重复定位精度。因此，采用必要的稳压及调节液压措施。(7)控制系统开关控制、电液比例控制和伺服控制的位置控制精度是个不相同的。这不仅是因为各种控制元件的精度和灵敏度不同，而且也与位置反馈装置的有无有关 13。本课题所采用的定位精度为机械挡块定位。4.9.3 搬运场合应用的各类机械手运动的缓冲装置缓冲装置分为内缓冲和外缓冲两种形式。内缓冲形式有油缸端部缓冲装置和缓冲回路等。外缓冲形式有弹性机械元件和液压缓冲器。内缓冲的优点是结构简单，紧凑。但有时安置位置有限；外缓冲的优点是安置位置灵活，简便，缓冲性能好调等，但结构较庞大。本课题所采用的缓冲装置为油缸端部缓冲装置。当活塞运动到距油缸端盖某一距离时能在活塞与端盖之间形成一个缓冲室。利用节流的原理使缓冲室产生临时背压阻力，以使运动减速直至停止，而避免硬性冲击的装置，称为油缸端部缓冲装置 12-15。在缓冲行程中，节流口恒定的，称为恒节流式油缸端部缓冲装置。设计油缸端部恒节流缓冲装置时， max（最大加速度） 、 maxp（缓冲腔最大冲击压力）和 rV（残余速度）三个参数是受工作条件限制的。通常采用的办法是先选定其中一个参数，然后校验其余两个参数。步骤如下：(1)选择最大加速度通常，amax 值按搬运场合应用的各类机械手类型和结构特点选取，同时要考虑速度与载荷大小。对于重载低速搬运场合应用的各类机械手，- max取 5m/s2 以下，对于轻载高速搬运场合应用的各类机械手，- max取 510 m/s2(2)计算沿运动方向作用在活塞上的外力 F水平运动时：isAPF （4.23）=0.251033.6 2-7=138N 33(3)计算残余速度 Vr（4.24）F-1maxorVm/s5.064.4.10 绘制液压系统图本机械手的液压系统图见 CAD 图纸所示它拥有垂直手臂的上升、下降，水平伸缩缸/的前伸、后缩，以及执行手爪的夹紧、张开三个执行机构。其中，泵由三相交流异步电动机 M 拖动；系统压力由溢流阀 V1 调定；1DT 的得失电决定了动力源的投入与摘除。考虑到手爪的工作要求轻缓抓取、迅速松开，系统采用了节流效果不等的两个单向节流阀。当 5DT 得电时，工作液体经由节流阀 V5 进入柱塞缸，实现手爪的轻缓抓紧；当 6DT 失电时，工作液体进入柱塞缸中，实现手爪迅速松开。另外，由于机械手俯仰升降缸在工作时其下降方向与负荷重力作用方向一致，下降时有使运动速度加快的趋势，为使运动过程的平稳，同时尽量减小冲击、振动，保证系统的安全性.
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