机械创新设计(DOC)
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目录第一章抓取机构设计 (1)1.1手部设计计算 (1)1.2腕部设计计算 (4)1.3臂伸缩机构设计 (5)第二章液压系统原理设计及草图 (8)2.1手部抓取缸 (8)2.2腕部摆动液压回路 (9)2.3小臂伸缩缸液压回路 (10)2.4总体系统图 (11)第三章机械手的控制 (13)第四章机械手的组成 (14)4.1机械手组成 (14)第一章抓取机构设计1.1手部设计计算1、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。
2、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1.1所示。
图1.1 机械手开闭示例简图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、其它要求因此送料，夹紧机械手，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。
拉紧装置原理如图1.2所示【4】：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。
图1.2 油缸示意图1、右腔推力为F P=（π／4）D²P （1.1）=（π／4）⨯0.5²⨯25⨯10³=4908.7N2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：F1=（2b／a）⨯（cosα′）²N′（1.2）其中 N′=4⨯98N=392N，带入公式2.2得：F1=（2b／a）⨯（cosα′）²N′=(2⨯150/50)⨯（cos30º）²⨯392=1764N实际=PK1K2/η（1.3）则实际加紧力为 F1=1764⨯1.5⨯1.1/0.85=3424N=3500N经圆整F13、计算手部活塞杆行程长L,即L=（D/2）tgψ（1.4） =25×tg30º=23.1mm经圆整取l=25mm4、确定“V”型钳爪的L、β。
取L/Rcp=3 （1.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （1.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150取“V”型钳口的夹角2α=120º，则偏转角β按最佳偏转角来确定，查表得：β=22º39′5、机械运动范围（速度）【1】=500mm/s（1）伸缩运动 Vmax=50mm/sVmin（2）上升运动 Vmax=500mm/sV min=40mm/s（3）下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回转Wmax=90º/sWmin=30º/s所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s6、手部右腔流量Q=sv （1.7）=60πr²=60×3.14×25²=1177.5mm³/s7、手部工作压强P= F/S （1.8）1=3500/1962.5=1.78Mpa1.2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转缸驱动的腕部结构。
要求：回转±90º角速度W=45º/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10kg，长度l=650mm。
如图1.3所示。
1、计算扭矩M1〖4〗设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：M1=F×S （1.9）=10×9.8×0.2=19.6（N·M）图1.3 腕部受力简图2、油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M2〖4〗F=5kg S=10cm带入公式2.9得M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）3、摆动缸的摩擦力矩M摩〖4〗F摩=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）M摩=F摩×S=6（N·M）4、摆动缸的总摩擦力矩M〖4〗M=M1+M2+M摩（1.10） =30.5（N·M）5.由公式T=P×b（ΦA1²-Φmm²）×106/8 （1.11）其中： b—叶片密度，这里取b=3cm；ΦA1—摆动缸内径, 这里取ΦA1=10cm；Φmm—转轴直径, 这里取Φmm=3cm。
所以代入（1.11）公式P=8T/b（ΦA1²-Φmm²）×106=8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106=0.89Mpa又因为W=8Q/（ΦA1²-Φmm²）b所以Q=W（ΦA1²-Φmm²）b/8=（π/4）（0.1²-0.03²）×0.03/8=0.27×10-4m³/s=27ml/s1.3臂伸缩机构设计手臂是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。
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。
手臂的伸缩速度为200m/s行程L=500mm1、手臂右腔流量，公式（1.7）得：【4】Q=sv=200×π×40²=1004800mm³/s=0.1/10²m³/s=1000ml/s2、手臂右腔工作压力，公式（1.8）得：〖4〗P=F/S （1.12）式中：F——取工件重和手臂活动部件总重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。
所以代入公式（1.12）得：P=（F+ F摩）/S=（30×9.8+1000）/π×40²=0.26Mpa3、绘制机构工作参数表如图1.4所示：图1.4机构工作参数表4、由初步计算选液压泵〖4〗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型液压泵（齿轮泵）此泵工作压力为10Mpa，转速为1800r/min，工作流量Q在32—70ml/r之间，可以满足需要。
5、验算腕部摆动缸：T=PD（ΦA1²-Φmm²）ηm×106/8 （1.13）W=8θηv/（ΦA1²-Φmm²）b （1.14）式中：Ηm—机械效率取： 0.85～0.9Ηv—容积效率取： 0.7～0.95所以代入公式（1.13）得：T=0.89×0.03×（0.1²-0.03²）×0.85×106/8=25.8（N·M）T<M=30.5（N·M）代入公式（1.14）得：W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03=0.673rad/sW<π/4≈0.785rad/s因此，取腕部回转油缸工作压力 P=1Mpa流量 Q=35ml/s圆整其他缸的数值：手部抓取缸工作压力PⅠ=2Mpa流量QⅠ=120ml/s小臂伸缩缸工作压力PⅠ=0.25Mpa流量QⅠ=1000ml/s第二章液压系统原理设计及草图2.1手部抓取缸图 2.1手部抓取缸液压原理图〖7〗1、手部抓取缸液压原理图如图2.1所示2、泵的供油压力P取10Mpa，流量Q取系统所需最大流量即Q=1300ml/s。
因此，需装图2.1中所示的调速阀，流量定为7.2L/min，工作压力P=2Mpa。
采用：YF-B10B溢流阀2FRM5-20/102调速阀23E1-10B二位三通阀2.2腕部摆动液压回路图2.2腕部摆动液压回路〖7〗1、腕部摆动缸液压原理图如图2.2所示2、工作压力 P=1Mpa流量 Q=35ml/s采用：2FRM5-20/102调速阀34E1-10B 换向阀YF-B10B 溢流阀2.3小臂伸缩缸液压回路图 2.3小臂伸缩缸液压回路〖7〗1、小臂伸缩缸液压原理图如图2.3所示2、工作压力 P=0.25Mpa流量 Q=1000ml/s采用：YF-B10B 溢流阀2FRM5-20/102 调速阀23E1-10B二位三通阀2.4总体系统图图 2.4总体系统图〖7〗1、总体系统图如图2.4所示2、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3、电磁铁动作顺序表元件1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 动作小臂伸长－+ + - - 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型液压泵，额定压力P=10Mpa，工作流量在32～70ml/r之间。
选取80L/min为额定流量的泵，因此：传动功率 N=P×Q/η（2.1）式中：η=0.8 （经验值）所以代入公式（2.1）得：N=10×80×103×106/60×0.8=16.7KN选取电动机JQZ-61-2型电动机，额定功率17KW，转速为2940r/min。
控制系统是机械手的重要组成部分。
在某种意义上讲，控制系统起着与人脑相似的作用。
机械手的手部、腕部、臂部等的动作以及相关机械的协调动作都是通过控制系统来实现的。
主要控制内容有动作的顺序，动作的位置与路径、动作的时间。
机械手要用来代替人完成某些操作，通常需要具有图6.1所示的机能〖3〗。
实现上述各种机能的控制方式有多种多样。
机械手的程序控制方式可分为两大类，即固定程序控制方式和可变程序控制方式。
本课题所用的是固定程序控制类别的机械式控制。
常用凸轮和杠杆机构来控制机械手的动作顺序、时间和速度。
