工业机械手设计论文.doc

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1、中文摘要 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。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。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。本文介绍的是机械手的工作过程，机械手抓取机构的设计，以及由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运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：机械手

2、；单片机；液压缸；设计；Abstract Manipulator 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 compone

3、nts. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. Is a robot that is described in this article work, design of robot crawling mechanism, as well as by the PLC outputs three pul

4、ses, horizontal axis, vertical axis inverter driven, respectively, control the manipulator of the horizontal axis and the vertical axis precise positioning, enabling precise movement of manipulator function. This project intends to develop material handling robot to grab objects in space, flexible,

5、can replace human operation area of high temperatures and dangerous job, andaccording to the work piece changes and movement processes of change at any time at the request of the relevant parameters.Key Words: Manipulator；PLC；hydro-cylinder；devise； 目 录中文摘要英文摘要目 录引 言1第一章工业机械手的概述21.1机械手的发展及现状21.2课题研究的

6、意义3第二章工业机械手的设计42.1设计的目地42.2设计的内容42.3机械手的工作过程42.4抓取机构的设计62.4.1机械手手部的设计计算62.4.2机械手腕部的设计计算102.4.3机械手臂部设计计算152.4.4机械手手臂升降机构设计192.4.5机械手手臂回转机构设计22第三章小结与展望26参考文献27致 谢28工业机械手的概述引 言 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水

7、下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本课题拟开发物料搬运机械手，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们

8、利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。由于时间仓促和个人水平限制，我的设计存在着许多还没来得及解决的问题，希望广大老师、同学能够给予批评指正并予以解决。第一章 工业机械手的概述1.1机械手的发展及现状机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统组成。4（1）执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构如图1.1所示。 图1.1机构简图 手部：是机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。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。 手腕：是

9、联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的。 机座：是机械手的基础部分。机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用。（2）驱动系统：机械手的驱动系统是驱动执行运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。（3）控制系统：控制系统是机械手的指挥系统 ，它控制驱动系统，让执行机构2工业机械手的设计按规定的要求进行工作，并检测其正确与否。一般常见的为电器与电子回路控制，计算机控制系统也不

10、断增多。工业机械手（以下简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，已成为现代制造生产系统中的一个重要的组成部分。机械手的迅速发展是由于它具有积极作用正日益为人们所认识：其一，它能部分地代替人工操作；其二，它能照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，机械手受到各先进工业国家的重视，并投入了大量的人力物力加以研究和应用，尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。该技术在我国近几年来也有较快的发

11、展，并取得一定的成果，受到各工业企业的重视。但目前使用的机械手的电气控制系统一般采用继电器和开关元件组成的控制系统，不能实现较为复杂的逻辑控制和较多功能控制方式的选择，因而现场使用功能和控制方式单一，不能进行在线管理。工业生产上应用的机械手，由于使用场合和工作要求的不同，其结构型式亦各不相同，技术复杂程度也有很大差别。但它们都有类似人的手臂、手腕和手的部分动作及功能；一般都能按预定程序，自动地、重复循环地进行工作。1.2课题研究的意义机械手具有以下几方面的性能：（1） 能准确的抓住方位变化的物体。（2） 能判断对象的重量。（3）能自动避开障碍物。这种具有感知能力并能对感知的信息做出反应的工业机

12、械手称为智能机械手，它是有发展前途的。 目前，工业机械手广泛应用于各种制造行业中，如电器制造行业、汽车制造行业、塑料加工行业、通用机械制造行业以及金属加工行业等，都使用了工业机械手。随着社会生产的进一步发展和科学技术的进步，工业机械手的功能和性能将进一步得到改善和提高，因此，工业机械手的应用领域将越来越广。第二章 工业机械手的设计2.1设计目的毕业设计是大学生在完成基础课和专业课等学习之后进行的综合性实践教学环节，总的目的是在老师的指导下，使学生通过课程设计，对所学的理论知识进行一次系统的回顾检查复习和提高，并运用所学的理论知识，通过调研，设计一个机电控制方面的课题，收到从理论到实践应用的综合

13、训练，培养学生独立运用所学理论解决具体问题的能力，具体有以下几点：（1）通过检索查阅运用有关手册、标准及参考资料，培养起学生检索查阅资料、实用资料的方法和能力。 （2）通过查阅课程理论知识，运用所学的基础课，专业技术课和专业课知识，培养学生根据实际问题正确设计总体方案，分析具体问题，进行工程设计能力。 2.2设计的内容和要求 设计通用圆柱坐标系机械手及控制系统。设计中的机械手各动作由液压缸驱动，并有电磁阀控制，技术指标如下：表2.1机械手的技术指标1动作符号行程范围速度伸缩X400mm小于250mms升降Z400mm小于70 mms回转0-210小于90s表2.2机械手的技术指标2抓重自由度定

14、位精度控制方式200N-300N四个3mmPLC手腕运动参数: 回转 行程范围 0180 速度 小于90/s手指夹持范围：棒料半径4070mm，棒料长度4501200mm ，重量30kg2.3机械手的工作过程机械手的结构和各部分动作示意图，如图2.1所示。机械手的工作均由电机驱动，它的上升、下降、左移、右移都是有电机驱动螺纹丝杆旋转来完成的。分析工作过程。机械手的初始位置停在原点，按下启动后按扭后，机械手将下降加紧工件上升右移再下降放松工件在上升左移八个作，完成一个工作周期。机械手的下降、上升、右移、左移等动作转换，是由相应的限位开关来控制的，而加紧、放松动作的转换是有时间来控制的。4工业机械

15、手的设计为了确保安全，机械手右移到位后，必须在右工作台上无工件时才能下降，若上次搬到右工作台上的工件尚未移走，机械手应自动暂停，等待。为此设置了一个光电开关，以检测“无工件”信号。图2.1机械手的结构和各部分动作示意图1-伸缩液压缸2-夹持器液压缸3-机械手手部4-大梁5-电机控制方面的要求：为了满足生产要求，机械手设置了手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方式又分为单步、单周期和连续工作方式。(1)手动工作方式：利用按钮对机械手每一步动作进行控制。例如，按下“下降”按钮，机械手下降；按下“上升”按钮，机械手上升。手动操作可用于调整工作位置和紧急停车后机械手返回原点。(2)单步工作方式：从原

16、点开始，按照自动工作循环的步序，每按一次启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。(3)单周期工作方式：按下启动按钮，机械手按工序自动自动完成一个周期的动作，返回原点后停止。(4)连续工作方式：按下按钮，机械手从原点，按步序自动反复连续工作，在连续工作方式下设置两种停车状态： 正常停车：在正常工作状态下停车。按下复位按钮，机械手在完成最后一个周期的工作后，返回原点自动停机。 紧急停车：在发生事故或紧急状态时停车。按下紧急停车按钮，机械手停止在当前状态。当故障排除后，需手动回到原点。2.4抓取机构设计 2.4.1手部设计计算2.4.1.1、对手部设计的要求（1）有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适

17、当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏棒料的已加工表面。对于刚性很差的棒料夹紧力大小应该设计得可以调节，对于本应考虑采用自锁安全装置。（2）有足够的开闭范围本机械手手部的手指有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。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2.2所示：图2.2机械手手部图1-销2-连接杆3-夹持板（3）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机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部

18、时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。（4）手指应有一定的强度和刚度（5）其它要求对于夹紧机械手，根据工件的形状为圆形棒料，因此最常采用的是外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。2.4.1.2手部力学分析通过综合考虑，本设计选择二指双支点回转型手抓，采用滑槽杠杆式，夹紧6工业机械手的设计装置采用常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下手抓闭合，在压力油作用下，弹簧被压缩，从而手抓张开。下面对其结构进行力学分析：在杠杆3的作用下，销轴2向上的拉力为，并通过销轴中心点，两手指的滑槽对销轴的反作用力为和，其力的方向垂直于滑槽的中心线和并指向点，交和的

19、延长线于和。6 由 得 得 由 得 又因为 所以 手指的回转支点到对称中心线的距离（mm）工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角由分析可知，当驱动力一定时，角增大，则握力也随之增大，但角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好。图2.3 滑槽杠杆式手部结构原理图1手指 2销轴 3杠杆2.4.1.3夹紧力与驱动力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向与作用点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生动的载荷，以使工件保持可靠的加紧状态。手指对工件的夹紧力可按下式计算：7 式中 安全系数，通常； 工作情况

20、系数，主要考虑惯性力的影响，可按,其中是重力方向的最大上升加速度，是重力加速度，。 运载时工件最大上升速度； 系统达到最高速度的时间，一般选取； 方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择； 被抓取工件所受重力；表2.3 驱动力与液压缸工作压力关系图1作用在活塞上外力F(N)液压缸工作压力MPa作用在活塞上外力F(N)液压缸工作压力MPa500005.08.0设,机械手达到最高响应时间为，求夹紧力，驱动力和驱动液压缸的尺寸。（1）设 设 因此 所以 设 根据以上公式得： （2）根据驱动力公式得：由于实际所采取的液压缸驱动力要大于计算，考虑手爪的机械效率，一般取。（3）取 即 （4）确定液压缸的直

21、径 因为 8工业机械手的设计选取活塞杆直径，选择液压缸工作压力。所以 根据液压缸内径系列（JB826-66），选取液压缸的内径为：则活塞杆直径为：.所以手部夹紧液压缸的主要参数为：表2.4手部夹紧液压缸的主要参数液压缸内径D活塞杆直径d工作压力p驱动力F50mm25mm0.8MPa859.06N2.4.1.4 手抓夹持范围计算为了保证手抓张开角为,设手抓长为，当手抓没有张开角的时候，根据机构设计，它的最小夹持半径,当张开角为时,根据双支点回转型手抓的误差分析，取最大夹持半径。所以机械手的夹持半径为。2.4.1.5 手抓夹持精度的分析计算机械手的精度设计要求工件定位准确，抓取精度高，重复定位精度

22、和运动稳定性好，并有足够的抓取能力。机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也与机械手夹持误差大小有关，特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内的变化，一定要进行机械手的夹持误差分析。2图2.4手抓夹持误差分析示意图以棒料来分析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持半径为，一般夹持误差不超过,分析如下：工件的平均半径： 手抓长， 取V型夹角偏转角按最佳偏转角确定：计算得 式中 理论平均半径因为 所以 夹持误差满足设计要求。2.4.2 机械手腕部设计计算2.4.2.1 腕部设计的基本要求（1）力求结构紧凑、重量

23、轻 腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担，显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能，因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。（2）结构考虑，合理布局腕部作为机械手的执行机构，又承担联接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的联接。10工业机械手的设计（3）工作条件对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。2.4.2.2腕部的结构选择腕部的结构有四种，分别为：（1）具有

24、一个自由度的回转缸驱动腕部结构 直接用回转液压缸驱动，实现腕部的回转运动，因具有结构紧凑、灵活等优点而被广泛使用。（2）用齿条活塞驱动的腕部结构 在要求回转角大于270的情况下，可采用齿条活塞驱动腕部结构。（3）具有两个自由度的回转缸驱动腕部结构 它使腕部具有绕垂直和水平轴转动的两个自由度。（4）机液结合的腕部结构 此手腕具有传动简单、轻巧等特点，但结构有点复杂。本设计要求手腕回转180，综合以上分析考虑，腕部结构选择具有一个自由度的回转缸驱动腕部结构。2.4.2.3 腕部回转力矩计算腕部在回转时一般需要克服以下三种阻力：（1）腕部回转支承处的摩擦力矩 为简化计算，一般取（2）克服由于工件重心

25、偏置所需的力矩式中 夹持工件重量； 工件重心到手腕回转轴线的垂直距离；（3）克服启动惯性所需的力矩启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角速度及启动所需时间，按下式计算： 或者根据腕部角速度及启动过程转过的角度计算：式中 工件对手腕回转轴线的转动惯量； 手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量； 手腕回转过程的角速度； 启动过程中所需时间，一般取；启动过程所转过的角度；手腕回转所需的总的阻力矩相当于上述三项之和，即： 设抓取一根轴，其直径，长度，当手抓夹持在工件中间位置回转，将手抓、手抓驱动液压缸和回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，长，半径为，其所受重力为，启动过程所转过的角度，等速转动角速度。圆

26、柱体重力因为手抓夹持在工件中间位置，所以工件重心到手腕回转轴线的垂直距离为0，即等于0，所以。 由于 又因为 所以 即 2.4.2.4 腕部工作压力计算12工业机械手的设计表2.5标准液压缸内径系列（JB826-66）1液压缸内径mm202532405055636520钢P160MPa70758085909510010545钢P200MPa110125130140160180200250设定腕部的部分尺寸：根据上表设缸体内孔半径，外径选择,考虑到实际装配问题后，其外径为，动片宽度,输出轴半径。表2.6 标准液压缸外径系列（JB1068-67）1液压缸外径mm40 506380901001101

27、2514015016018020020钢P160MPa5060769510812113316814618019421924545钢P200MPa50607695108121133168146180194219245由于实际回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩，即：式中 手腕回转时的总的阻力矩（）； 回转液压缸工作压力（）； 缸体内孔半径（）； 输出轴半径（）；动片宽度（）；所以 ， 取 所以腕部回转液压缸主要参数为：表2.7腕部回转液压缸主要参数工作压力p缸体内径R输出轴半径r回转力矩M动片宽度B1MPa110mm22.5mm13.1Nm66mm2.4.2.5 液压缸盖螺钉计算表2.8

28、螺钉间距t与压力P之间的关系1工作压力P(MPa)螺钉的间距t(mm)0.51.51501.52.51202.55.01005.010.080为螺钉的间距，间距跟工作压力有关，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为： 为工作载荷，为预紧力液压缸工作压力为,所以螺钉间距小于,试选择个螺钉，所以选择螺钉数目合适个,危险截面面积 取 则所以 螺钉的强度条件为： 式中缸体内孔半径；螺钉材料的许用拉应力；螺钉螺纹内径；螺钉材料选择，取，则 即 回转液压缸盖螺钉的直径选择14工业机械手的设计2.4.2.6 动片和输出轴间联接螺钉计算动片和输出轴间联接螺钉一般为偶数，对称安装，并用两个定位销定位，联接螺钉的作用是

29、使动片和输出轴之间的配合紧密，当油腔通高压油时，动片受油压作用产生一个合成液压力矩，克服输出轴上所受的外载荷力矩。由 得 式中 被联接件配合面间的摩擦系数，钢对铜取； 缸体内径； 动片与输出轴配合处直径； 动片和输出轴间联接螺钉的预紧力； 动片宽度； 回转液压缸工作压力（）；螺钉的强度条件为： 螺钉材料选择，取，则 即 动片和输出轴间联接螺钉的直径选择，选择的开槽盘头螺钉。式中 螺钉材料的许用拉应力； 螺钉的直径；2.4.3机械手臂部设计计算2.4.3.1 臂部设计的基本要求（1）臂部应承载能力大、刚度好、自重轻（2）臂部运动速度要高，惯性要小（3）手臂动作应该灵活（4）位置精度要高2.4.3

30、.2 臂部的结构选择常见的手臂伸缩机构由以下五种：5（1）双导向杆手臂伸缩机构手臂的伸缩缸安装在两根导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆均受拉压，故受力简单传动平稳。（2）双层液压缸空心活塞杆单杆导向机构其特点是工作液压缸容积小、运动速度快、外形整齐、活塞杆直径大、增加手臂刚性。（3）采用花键套导向的手臂升降机构内部导向，活塞杆直径大、刚度大、传动平稳，花键轴端部的定位装置值得注意，必须保证手臂安装在正确的初始设计位置上。 （4）双活塞杆液压缸结构活塞杆速度先慢后快，是用短液压缸实现大行程的结构。（5）活塞杆和齿轮齿条机构手臂的回转运动是通过齿轮齿条机构实现的，齿条的往复运动带动与手臂联接

31、的齿轮做往复回转而使手臂左右摆动。通过以上，综合考虑，本设计选择双导向杆手臂伸缩机构，使用液压驱动,液压缸选取双作用液压缸。2.4.3.3 手臂伸缩驱动力计算伸缩液压缸活塞驱动力的计算公式为：式中 手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力； 密封装置处的摩擦阻力；液压缸回油腔低压油液所造成的摩擦阻力；启动或制动时，活塞杆所受平均惯性力；（1）的计算经计算 式中 参与运动的零部件所受的总重量；16工业机械手的设计手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑前端的距离；导向支撑的长度；当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面形状有关；对于圆柱面：摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时：钢对青铜：取钢对铸铁：取计算：

32、导向杆的材料选择钢，导向支撑选择铸铁，,导向支撑，带入数据得：（2）的计算经计算 式中 由静止加速到常速的变化量。 启动过程时间，一般取。手臂启动速度，启动时间，带入数据得：（3）的计算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用型密封圈，当液压缸工作压力小于时，液压缸密封处的总的摩擦阻力为： （4）的计算一般背压阻力较小，为了计算方便，将其省略。经过以上分析计算，液压缸的驱动力为：所以手臂伸缩驱动力 2.4.3.4手臂伸缩液压缸参数计算经过上面计算，确定了液压缸的驱动力，因此选择液压缸的工作压力。（1） 液压缸内径计算3图2.5 双作用液压缸示意图当油进入无杆腔： 当油进入油杆腔： 所以

33、（无杆腔） (有杆腔)式中 手臂伸缩液压缸驱动力； 液压缸内径； 活塞杆直径； 液压缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取；液压缸的工作压力；带入数据得： 根据液压缸内径系列（JB826-66），选取液压缸的内径为：（2）活塞杆直径计算活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度的要求，对于杆长大于直径15倍的活塞杆，还必须具有足够的稳定性。按强度条件决定活塞杆直径 按拉压强度计算：18工业机械手的设计 设活塞杆材料为碳钢，碳钢，取即 表2.9 活塞杆直径系列（JB826-66）(mm)456810121416182022252830323540455055606365707580859

34、095根据活塞杆直径系列（JB826-66）选取活塞杆直径。所以手臂伸缩液压缸主要参数为：表2.10手臂伸缩液压缸主要参数液压缸内径D活塞杆直径d工作压力p驱动力F80mm8mm1MPa4720N2.4.4 机械手手臂升降机构计算2.4.4.1 手臂偏重力矩的计算图2.6手臂各部件重心位置图根据实际情况设： 所以 设 所以偏转力矩 式中 重心到回转轴线的距离(mm)2.4.4.2升降导向立柱不自锁条件7手臂在的作用下有向下的趋势，而立柱导套则防止这种趋势。由力平衡条件得： 所谓不自锁的条件为： 取即 也即因此在设计中必须考虑到立柱导套长度大于。式中 摩擦系数；立柱导套的长度；2.4.4.3手臂

35、升降驱动力的计算由手臂升降驱动力的公式得：（1）的计算 取 又因为所以 （2）的计算经计算 式中 由静止加速到常速的变化量。启动过程时间，一般取。手臂启动速度，启动时间，带入数据得：（3）的计算20不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用型密封圈，当液压缸工作压力小于时，液压缸密封处的总的摩擦阻力为： （4）的计算一般背压阻力较小，为了计算方便，将其省略。经过以上分析计算，液压缸的驱动力为：所以 当液压缸向上驱动时 当液压缸向下驱动时 2.4.4.4 手臂升降液压缸参数计算经过上面计算，确定了液压缸的驱动力，因此选择液压缸的工作压力，为了满足要求，此时取进行计算。（1）液压缸内径计算：当

36、油进入无杆腔： 当油进入油杆腔： 液压缸的有效面积： 所以 （无杆腔） (有杆腔)式中 手臂升降液压缸驱动力；液压缸内径； 活塞杆直径； 液压缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取； 液压缸的工作压力；带入数据得： 根据液压缸内径系列（JB826-66），选取液压缸的内径为：（2）活塞杆直径计算活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度的要求，对于杆长大于直径15倍的活塞杆，还必须具有足够的稳定性。按强度条件决定活塞杆直径 按拉压强度计算：7 设活塞杆材料为碳钢，碳钢，取即 根据活塞杆直径系列（JB826-66）选取活塞杆直径所以手臂升降液压缸主要参数为：表2.11手臂升降液压缸主要参

37、数液压缸内径D活塞杆直径d工作压力p驱动力F55mm6mm1MPa1999.2N2.4.5 机械手手臂回转机构的计算2.4.5.1 手臂回转液压缸驱动力矩计算手臂回转液压缸驱动力矩 （1）的计算 而回转部件可以等效为一个高，半径为的圆柱体，圆柱体重量为，设启动角速度，启动时间。所以 （2）与的计算工业机械手的设计为了计算方便，密封处的摩擦阻力矩，由于回油背差一般非常的小，故在这里忽略不计，即。因此 即2.4.5.2手臂回转液压缸参数计算设，液压缸工作压力， ，则由 得 所以取液压缸内径为式中 液压缸内径；回转液压缸工作压力； 动片宽度；输出轴与动片联接处的直径；所以手臂回转液压缸主要参数为：表

38、2.12手臂回转液压缸主要参数工作压力p液压缸内径R输出轴直径r驱动力矩M动片宽度B4MPa140mm50mm476Nm60mm2.4.5.3 液压缸盖螺钉计算由表4可以看出螺钉间距t与压力P之间的关系：为螺钉的间距，间距跟工作压力有关，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为： 为工作载荷，为预紧力液压缸工作压力为,所以螺钉间距小于,试选择个螺钉，所以选择螺钉数目合适个,危险截面面积 24工业机械手的设计 取 则所以 螺钉的强度条件为： 式中动片外径；螺钉材料的许用拉应力；螺钉螺纹内径；螺钉材料选择，取，则 即 螺钉的直径选择经过以上的计算，需要螺钉来联接，最终确定液压缸的截面尺寸，内径为，外径为，

39、输出轴直径为。2.4.5.4动片和输出轴之间的联接螺钉由 得 式中 被联接件配合面间的摩擦系数，钢对铜取； 动片外径； 动片与输出轴配合处直径； 动片和输出轴间联接螺钉的预紧力； 动片宽度； 螺钉的强度条件为： 回转液压缸工作压力（）；螺钉材料选择，取，则 即 螺钉的直径选择，选择的开槽盘头螺钉。式中 螺钉材料的许用拉应力； 螺钉的直径；24小结与展望第三章 小结与展望本次设计的是送料机械手，相对与专用机械手，送料机械手的自由度可变，控制程序可调，因此适用范围更广。采用的是液压传动，动作迅速，反映灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应好，不会因环境的变化影响传动及控制性能，阻力损失和

40、泄漏较小，不会污染环境，同时成本低廉。机械手采用PLC控制，具有可靠性高改变程序灵活等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定PLC程序来实现。可根据机械手的动作程序来修改程序，使机械手通用性更强。通过此次毕业设计，使我了解了机械手的很多相关知识，使我也了解了当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了机械手设计的一般过程，通过对机械手的结构设计作了系统的分析，掌握了一定的机械设计方面的知识，为以后的工作学习奠定了基础。现在工业机械手的使用范围只限于在简单重复的操作方面节省人力，代替人从事繁重、危险的工作，在恶劣环境下尤其明显，至于在汽车工业和电子工业之类的费工的工业部门，机械手的应用情况不能说是很好的，其原因之一是，工业机械手的性能还不能满足这些工业部门的要求，适合机械手工作的范围很狭小，另外经济性问题也很重要，利用机械手节约人力从经济上看不一定总是合算的。然而利用机械手实现生产合理化的要求，今后还会持续增长，只要技术方面和价格方面存在的问题获得解决，机械手的应用必将飞跃发展。本次毕业设计只是对机械手的手部、腕部、臂部以及机身做了系统的设计计算，由于经验知识水平的局限，设计难免有不到之处，望老师见量、指正。