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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流三自由度液压机械手机构设计说明书.精品文档. 密级： 科学技术学院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR（2011 2012年）题 目 三自由度液压机械手机构设计 学 科 部： 理工学科部 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起讫日期： 摘 要随着工业技术的发展，人工的操作越来越不满足工业生产的要求，因此设计出了机械手。本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式以
2、及国内外的发展形势。本文以三自由度液压机械手为研究对象，结合理论与生产实际，确定机械手的坐标形式及自由度，并给定出机械手的技术参数。根据确定的手臂的升降，回转，伸缩三个自由度，采用圆柱坐标系，设计了夹钳式手部结构，同时设计了手臂结构做各种运动的驱动结构。在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，机械手的升降采用升降油缸，并绘制出相关机构图。关键词： 机械手，圆柱坐标，液压驱动 AbstractWith the development of industrial technology, the artificial operation more
3、 and more do not meet the requirements of industrial production, therefore the design of a mechanical hand。This paper briefly introduces the concept of industrial robots, composing and classification of the manipulator, the degrees of freedom manipulator and the coordinate type as well as the domest
4、ic and foreign development situation。In this paper, taking the three DOF hydraulic manipulator as the research object, combines theory with the actual production, identify manipulator coordinates forms and degrees of freedom, and given out the technical parameters of mechanical hand。According to the
5、 determination of the arm of the lift, rotary, telescopic three degrees of freedom, using the cylindrical coordinate system, design of gripper structure, while the design of arm structure to do all kinds of motor driving structure。In the hydraulic drive bodies ，manipulator arm stretching using teles
6、copic tank ，rotating column of tanks used rack ，manipulator movements using tank movements ，the column takes the horizontal movement of tanks，and draw the relevant organization chart。Keywords：mechanical hand; cylindrical coordinate; fluid power drive 目 录摘 要-Abstract-第一章 前言1.1 工业机器人的简介-1.2 世界的发展现状- 1
7、.3 我国的发展现状- 1.4 本文设计的机械手的参数及概述-第二章 手部结构设计 2.1 概述- 2.2 手部设计的要求- 2.3 手部的选取和设计计算- 第三章 手臂结构设计3.1 概述-3.2 臂部设计的要求-3.3 臂部结构设计- 3.3.1 手臂伸缩运动机构- 3.3.2 手臂升降运动机构- 3.3.3 手臂回转运动机构-3.4 机身的结构设计- 结 论- 谢 辞- 第一章 前言1.1 工业机器人的简介随着工业技术的高速发展，纯人工操作已经越来越跟不上生产需求的步伐，而一些特殊高要求环境的工作，也无法安全的利用人工操作来顺利完成，于是，人们发明了工业机器人。 工业 机 器 人由操作机
8、(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又
9、有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业
10、、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识；其一、它能部分代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工作的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大的改善工人的劳动条件，显著的提高劳
11、动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人工物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉压、噪音以及带有放射性的污染的场合，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。1.2 世界的发展现状 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：（1）. 工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的103万美元降至97年的65万美元。（2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模
12、块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。（3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。（4）机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。（5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环
13、境中的感觉来操纵机器人。（6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.3 国内的发展现状目前国内外的发展趋势是：1研制有更多自由度的液压机械手，这样机械手就可以变得更加的灵活，从而完成更加多的动作。2研制带有行走机构的机械手，这种机械手可以从一个工作地点移动到
14、另一个工作地点。3研制维修维护方便的通用机械手。4研制能自动编制和自动改变程序的通用机械手。5研制具有一定感触和一定智力的智能机械手。这种机械手具有各种传感装置，并配有计算机。根据仿生学的理论，用计算机充当其大脑，使它进行思考和记忆。用听筒和声敏元件作为耳朵能听，用扬声器作为嘴能说话进行应答，用热电偶和电阻应变仪作为触觉和感触。用滚轮或者双足式机构脚来实现自动移位。这样的智能机械手可以由人的特殊语言对其下达命令，布置任务，使自动化生产线成为智能化生产线。 6机械手的外观达到美观的要求，尽量用最简单的结构和设备能完成更加多的动作。 7研制具有柔性系统的通用机械手我国的工业机器人从80年代“七五”
15、科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分
16、之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发
17、展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。1.4 本文设计的机械手的参数及概述 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。执行机构是机械手完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件。驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置。它由动力装置，调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压驱动，气压驱动，机械传动等，本设计的课题问液压驱动的机械手。
18、控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。位置检测装置则控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定的位置。各系统相互之间的关系如方框图所示： 图1-4 机械手的执行机构常包括手部，臂部，腕部，立柱，机座等。本课题的内容为三自由度液压机械手的设计。由于课题的分工合作，本文主要阐述三自由度液压机械手的机构设计，确定机械手的三个自由度为手臂的升降，手臂的伸缩以及手臂的回转。参照生产实际及理论分析，机构各驱动装置选用夹钳式手部结构液压缸，手臂升降液压缸，手臂回转齿条液压缸，双导向杆
19、手臂伸缩液压缸。 工作范围及技术参数的确定：机械手类型：三自由度圆柱型抓取重量：10kg自由度：3个（升降，回转，伸缩三个自由度）手臂升降行程：100mm手臂升降速度：50mm/s手臂伸缩行程：150mm/s手臂伸缩速度：50mm/s回转度：220角位移速度：110s定位精度：1mm 第二章 手部结构设计 2.1 概 述手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安装于机械手手臂的前端。机械手结构型式不象人手，它的手指形状也不象人的手指、，它没有手掌，只有自身的运动将物体包住，因此，手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状，尺寸，重量，材质以
20、及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构，它一般可分为钳爪式，气吸式，电磁式和其他型式。 手部作为与工件直接接触的部分，一般是回转型和平移型（多为回转型，因其结构简单）,手爪多为两指（也有多指），根据需要分为外抓式和内抓式两种，也可用吸盘式。2.2 手部设计的要求1.具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。2.具有足够的握力(即夹紧力)在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操
21、作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。3.手指间应具有一定的开闭角两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。4.保证工件准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。5.考虑被抓取对象的要求应考虑被抓取对象的要求(1)抓取形状 手指形状应根据工件形状而设计。如工件为圆柱形则采用“V”形手指；圆球状工件用圆弧形三指手指，方料用平面形手指，细丝
22、工件用尖指勾形或细齿钳爪手指。总之应根据工件形状来选定手指形状。 (2)抓取部位 抓取部位的尺寸尽可能是不变的若加工后尺寸有变化，手指应能适应尺寸变化的要求，否则不允许定为抓取部位。对于工件表面质量要求高的，抓取时尽量避开高质量表面或在手指上加软质垫片(如橡皮抱沫塑料石棉衬垫等)，以防夹持时损坏工件。(3)抓取数量 若用一对手指抓取多个工件，为了不发生个别工件的松动或脱落现象，在手指上可增加弹性衬垫，如橡皮、泡沫、塑料等 ，对于较长工件可采用双指或多指抓取。2.3 手部的选取和设计计算根据本课题机械手的设计需要，手部的夹紧装置采取夹持式手部结构，夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。
23、其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同
24、直径的工件。手部驱动力计算本课题液压机械手的手部结构如图所示：1-夹持器 2-齿条活塞杆 3-小齿轮 4-销 5-套筒 6-销轴 7-压力弹簧 8-法兰 图2-3 齿轮齿条式手部结构图1根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式9:式中：-为夹持工件的握力， -为工件重量，N，抓取重量为 -为手指夹角的1/2,角度,V形手指的角度为摩擦系数 取代入式中2根据手部结构的示意图3-1，其驱动力为:式中：为理论驱动力， 为夹持物体中心到销轴的中心距， 销轴到小齿轮的中心距 代入式中 3实际驱动力:式中为实际驱动力, 为工作效率因为传动机构为齿轮齿条传动，故取为安全系数 通常取1.22 这里取为工作情况
25、系数 若被抓取工件的最大加速度取时，则: 所以 夹持工件时所需夹紧液压缸的驱动力为7640N。4.手指夹紧工件时，弹簧变形所产生的弹簧力（选择弹簧型号为GB1239-89）式中 为弹簧变形所产生的弹力 为手指夹紧工件时弹簧的变形量， 弹簧材料的切变模量 为使手指松开的复位弹簧丝直径 为弹簧的旋绕比（又称为弹簧指数 ）为弹簧的有效圈数； 5.求夹紧缸的工作压力作用在夹紧缸活塞上的机械载荷P为： 式中 为夹紧活塞上的机械载荷,为实际驱动力,N为弹簧变形所产生的弹簧力,N为密封处的工作压力 由于密封装置的摩擦阻力较工作阻力（）小，故按照经验取，取计算得 因作用在活塞上的合成液压力即驱动力与机械载荷p
26、相平衡，故夹紧缸的工作压力p为： 式中D为夹紧缸直径，从结构设计得知，所以 机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件决定），而且也与手指的夹持误差大小有关。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变化，避免产生手指夹持的定位误差，必须注意选用合理的手部结构参数，从而控制夹持误差在最小范围内。在机械加工中，通常使手爪的夹持误差不超过1mm即可。这就可以再满足定位精度的条件下，采用简单地回转型手爪，而避免单纯追求自动定心而使设计的结构过分复杂。 第三章 手臂结构设计3.1 概述臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支承手部和腕部
27、，并将被抓取的工件传送到给定位置和方位上，本课题所研究的机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降运动。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影响机械手的工作性能，所以必须根据机械手的抓取重量、运动形式、自由度数、运动速度及其定位精度的要求来设计手臂的结构型式。同时，设计时必须考虑到手臂的受力情况、油缸及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。3.2 臂部的设计要求设计臂部时一般要注意下述要求：1.刚度要大 为防止臂部在运
28、动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状的选择要合理。弓字形截面弯曲刚度一般比圆截面大；空心管的弯曲刚度和扭曲刚度都比实心轴大得多。所以常用钢管作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支承板。2.导向性要好 为防止手臂在直线移动中，沿运动轴线发生相对运动，或设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。3.偏重力矩要小 所谓偏重力矩就是指臂部的重量对其支承回转轴所产生的静力矩。为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少偏重力矩和整个手臂对回转轴的转动惯量。4.运动要平稳、定位精度要高 由于臂部运动速度越高、重量越大，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动即不平稳，定位精度也不会高。故应尽
29、量减少小臂部运动部分的重量，使结构紧凑、重量轻，同时要采取一定的缓冲措施。3.3 臂部结构设计3.3.1手臂伸缩运动机构机械手手臂的伸缩、升降及横向移动均属于直线运动，而实现手臂往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油（气）缸、活塞缸和齿轮齿条机构、丝杆螺母机构以及活塞缸和连杆机构。1. 手臂伸缩运动这里实现直线往复运动是采用液压驱动的活塞油缸。由于活塞油缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂机构中应用比较多。如下图所示为双导向杆手臂的伸缩结构。手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端，当双作用油缸1的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆2（即手臂）作往复直线运动。导向杆3在导向套4内移动
30、，以防止手臂伸缩时的转动。由于手臂的伸缩油缸安装在两导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。可用于抓重大、行程较长的场合。1. 双作用油缸 2.活塞杆 3.导向杆 4.导向套 5.支承座 6.手腕2. 导向装置液压驱动的机械手手臂在进行伸缩（或升降）运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂的结构时，必须采用适当的导向装置。它根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量
31、。目前采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆和其他的导向装置，本机械手采用的是双导向杆导向机构。双导向杆配置在手臂伸缩油缸两侧，并兼做手部和手腕油路的管道。对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如下图所示，在导向杆1的尾端用支承架4将两个导向杆连接起来，支承架的两侧安装两个滚动轴承2，当导向杆随同伸缩缸的活塞杆一起移动时，支承架上的滚动轴承就在支承板3的支承面上滚动。3. 臂部水平伸缩运动驱动力的计算： 手臂做水平伸
32、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，还要克服启动过程中的惯性力。其驱动力Pq可按下式计算： Pq = Fm + Fg (N)式中 Fm各支承处的摩擦阻力，其大小可按下式估算： Fg启动过程中的惯性力，其大小可按下式估算：其中 ： 为手臂伸缩部件的总重量（）； 为当量摩擦系数，取摩擦系数为0.3，则当量摩擦系数为 为手部参与运动的零部件的总重量的重心到导向支承前段的距离（m）； L1为导向支承的长度（m）； g为重力加速度（9.8m/s）a 启动过程中的平均加速度（m/s）， 而 a = (m/s) v 速度变化量。如果手臂从静止状态加速
33、到工作速度V时，则这个过程的速度变化量就等于手臂的工作速度； t 启动过程中所用的时间，一般为0.010.5s。取0.05. 取整个手臂整体长500mm，直径150mm，重30kg，手爪长120mm，重20kg。则G=30+10+20=60kg，可估算出L=185mm。 则驱动力 3.3.2 手臂升降运动机构本设计选择花键套导向的手臂升降机构，使用液压驱动，液压缸选取双作用液压缸。其结构特点是内部导向，活塞杆直径大，刚度大，传动平稳。其结构简图如下图：图3-3-2 手臂升降缸工作原理：当液压油从下端油口输入时，升降液压缸将做上升运动，液压油从上端油口回油；当液压油从上端油口进油时，液压缸做下降
34、运动，液压油从下端油口回油。由液压系统驱动力计算，手臂作垂直运动时，除克服摩擦阻力Fm和惯性力Fg之外，还要克服臂部运动部件的重力，故其驱动力Pq可按下式计算： Pq = Fm + Fg W (N) 式中 Fm各支承处的摩擦力（N）； Fg启动时惯性力（N）可按臂伸缩运动时的情况计算； W臂部运动部件的总重量（N）； 上升时为正，下降时为负。当液压缸向上驱动时 F驱 =5044.7N 当液压缸向下驱动时 F驱 =302.4N液压缸的工作压力由驱动力与液压缸工作压力关系表可得P=0.8MPa，为了满足要求，此时取F驱 =1.25044.7N=6053.6N进行计算。驱动力与液压缸工作压力关系表2
35、-1（1）液压缸内径D计算：当油从无杆腔进入：F驱 = F1=P1当油从有杆腔进入：F驱 = F2=P2液压缸的有效面积： S =所以 D= （油从无杆腔进入） D= （油从有杆腔进入） 式中 F驱手臂升降液压缸驱动力（N） D液压缸内径（mm） d活塞杆直径（mm） 液压缸机械效率，在工程机械中可用耐油橡胶查表得=0.90 P液压缸的工作压力（MPa）带入数据得：D=0.1035m根据标准液压缸内径系列（JB82666），为了更好的满足要求，选取液压缸的内径为：D=160mm标准液压缸内径系列表2-2（JB82666） 单位mm（2）活塞杆直径d计算活塞杆直径d根据工作压力选取，当液压缸的往
36、复速度比v有要求时，则： d = D液压缸工作压力与活塞杆直径表2-3液压缸工作压力P/MPa5577推荐活塞杆直d（0.50.55）D（0.60.7）D0.7D液压缸往复速度比推荐值表2-4工作压力p/MPa10102020往复速度比v1.331.4622由液压缸往复比推荐值表可知v=1.33,带入公式则有： d = D=160=79.7mm活塞杆直径系列表2-5（JB82666）根据活塞杆直径系列（JB82666），选取活塞杆直径为：d=80mm标准液压缸外径系列表2-6（JB106867） 根据标准液压缸外径系列表选择，为了尽可能满足要求，取液压缸外径D=245mm所以手臂升降液压缸主要
37、参数为：液压缸内径D液压缸外径D工作压力P活塞杆直径d驱动力F160mm245mm0.8MPa80mm6053.6N3.3.3. 手臂回转运动机构手臂的回转，通常由机身部件来实现，以下是几种典型的回转机构的组合：（1）.回转缸置于升降缸之下的机身结构：手臂部件固定在升降台上，升降台下面与花键轴相连。回转缸布置在升降台下面。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变对回转运动精度不可忽略。（2）.回转缸置于升降缸之上的机身机构：手臂部件与回转缸的上端盖连接，回转缸的动片与缸体连接，由缸体带动手臂做回转运动。回转缸的转轴与升降缸的活塞缸一体。活塞杆被装一花键套与固定花键轴配合，活塞升降由花键轴导向。这
38、种结构采用单缸活塞，导向杆在活塞杆内部，结构紧凑。其缺点是回转缸与臂部一起升降，运动部件大，刚性较差。（3）.活塞缸与齿轮齿条结构：手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现的，齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转而使手臂左右摆动。本机械手采用齿条缸式臂回转机构，其相关计算如下：臂部回转运动驱动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。由于启动过程一般不是等加速度运动，故最大驱动力矩要比理论平均值大一些，一般取平均值的1.3倍。故驱动力矩Mq可按下式计算： Mq = 1.3(Mm + Mg ) (Nm) 式中 Mm各支承处的总摩擦力矩； Mg
39、启动时惯性力矩，一般按下式计算： Mg = J (Nm) 式中 J手臂部件对其回转轴线的转动惯量（kgm）; 回转手臂的工作角速度（rad/s）; t回转臂启动时间（s） 当Mm=84(Nm)，Mg=8=24(Nm) Mq = 1.3*108=140.4(Nm) 对于活塞、导向套筒和油缸等的转动惯量都要做详细计算，因为这些零件的重量较大或回转半径较大，对总的计算结果影响也较大，对于小零件则可作为质点计算其转动惯量，对其质心转动惯量忽略不计。对于形状复杂的零件，可划分为几个简单的零件分别进行计算，其中有的部分可当作质点计算。可以参考工业机器人表4-1。 3.4 机身的结构设计机身主要由机座和腰部
40、两部分组成。升降缸和回转齿条缸以及刚盖套筒等外部零部件共同构成机械手的机身部件。本设计研究的机械手机身部件简图如下： 1.升降台 2.缸体 3.套筒 4.活塞杆 5.活塞 6.固定立柱 7.齿条缸 图3-4 机身结构简图此外，机身结构中的液压缸应保证油缸的密封性良好。有的液压机械手由于油缸泄漏严重，压力不能提高，工作性能不稳定，以致影响机械手的正常使用。因此，为了保证机械手液压系统的工作性能，在各油缸的相对运动表面和固定连接的表面进行密封，以防压力油液从高压油腔泄漏到低压油腔，或泄漏到缸体外面。目前机械手液压系统使用的密封件，大多采用耐油橡胶制成的各种形式的密封圈。作为动密封(即运动部分的密封)或静密封(即静止部分的密封)，以保证配合面的密封性。密封圈在配合面间的密封作用，主要是借安装时的预压力和在工作时由于油液压力的作用，使密封圈产生变形并压紧密封表面来达到的。密封圈具有制造容易，使用方便，密封可靠，并能在温度变化范围较大及各种油液压力下可靠地工作，结构简单紧凑，无需调整等一系列优点，所以获得广泛的应用。在液压机械手上常用的密封固有：O形(圆形)、Y形、v形和矩形等几种。O形、Y形、v形密封圈均已标准化，可按标准选用。矩形密封圈主要用于回转