飲料搬運機械手設計含proe三維及11張CAD圖

飲料搬運機械手設計含proe三維及11張CAD圖,飲料,搬運,機械手,設計,proe,三維,11,十一,cad （飲料）搬運機械手設計摘 要現(xiàn)代化方法進行設計的搬運機械手，其能夠代替人手實現(xiàn)許多機械化的操作。最常用的方式是采用固定程序來控制機械手進行指令的完成，這一次進行設計的飲料搬運機械手其構成主要包含了進行空間運動支撐的回轉裝置、進行遠近位移的伸縮裝置、可以抬起落下的升降裝置、以及用于夾緊貨物的夾緊裝置。這次研究整體的流程上，首先對于需要設計的搬運機械手其運行原理和需要的結構進行研究，然后對應的規(guī)劃了其設計方案應當運用三自由度的圓柱坐標系設計的類型型；隨后，對于其相應結構所需要的數(shù)據(jù)進行研究以及校核；最重要的步驟是對于各個主要的零部件完成了設計以及校核的任務；最后的步驟，通過AutoCAD制圖軟件繪制總體的裝配圖和具體的零件圖，并采用Pro/E軟件進行了3D建模。在本次設計的過程中，對于大學所學專業(yè)知識進行了加深的理解，如：機械原理、機械設計、材料力學等等；了解了機械產品設計的流程并且可以快速的使用AutoCAD制圖軟件來進行精確的設計，對以后的專業(yè)生涯將產生很大的幫助。關鍵字：機械手；回轉裝置；伸縮 ；夾緊；三自由度；圓柱坐標AbstractThe modern design of the handling manipulator can replace human hands to achieve many mechanized operations. The most commonly used way is to use the fixed program to control the manipulator to complete the command. The structure of the beverage handling manipulator designed this time mainly includes the rotary device for spatial motion support, the telescopic device for far and near displacement, the lifting device for lifting and falling, and the clamping device for clamping goods.In the overall process of this study, firstly, the operation principle and structure of the handling manipulator to be designed are studied, and then the type of its design scheme should be designed by using the cylindrical coordinate system of three degrees of freedom; then, the data required by the corresponding structure are studied and checked; the most important step is to each main part The final step is to draw the general assembly drawing and the specific part drawing by AutoCAD drawing software, and use the Pro / E software to carry on the 3D modeling.In the process of this design, we have a deep understanding of the professional knowledge learned by the University, such as: mechanical principle, mechanical design, material mechanics, etc.; we have understood the process of mechanical product design and can quickly use AutoCAD drawing software to carry out accurate design, which will be of great help to the future professional career.Key words: manipulator; turning device; telescoping; clamping; three degrees of freedom; cylindrical coordinates目 錄摘 要1Abstract2第1章 緒論41.1研究背景及現(xiàn)實意義41.2對于機械手概論51.2.1機械手的結構組成51.2.2對于機械手的歸類51.3 機械手在國內外發(fā)展現(xiàn)狀5第2章 總體方案設計72.1 機械手設計要求72.1.1動作要求72.1.2參數(shù)選定72.2設計方案對比擬定72.2.1構造方案的選擇72.2.2對于機械手驅動方案的確定8第3章 機械手手部研發(fā)103.1手指卡鉗的研發(fā)與校核103.1.1研發(fā)條件103.1.2構造尺寸研發(fā)113.1.3強度校核113.2夾持氣缸的研發(fā)123.2.1氣缸構造方法研發(fā)123.2.2氣缸運行壓力計算123.2.3氣缸大部分數(shù)據(jù)的確定143.2.4氣缸強度的較核143.3連接板的研發(fā)與校核153.3.1構造尺寸研發(fā)153.3.2強度校核153.4連接法蘭的構造研發(fā)16第4章 機械手臂部研發(fā)174.1臂部整體研發(fā)174.2對于手臂伸縮驅動力驗算184.2.1 對應手臂具備摩擦力的分析與運算184.2.2對于手臂密封處產生的摩擦阻力的驗算194.2.3對于手臂慣性力進行的計算194.3對于手臂伸縮氣缸進行的研發(fā)工作204.3.1對于氣缸的構造尺寸進行確定204.3.2對于氣缸外徑進行的研發(fā)214.3.3對于活塞桿進行的計算校核214.3.4 對于氣缸端蓋進行的研發(fā)操作22第5章 對于機械手的機身研發(fā)245.1 機身的整體研發(fā)245.2回轉機構的研發(fā)255.2.1對應回轉缸驅動力矩進行的計算255.2.2 對于回轉缸對應尺寸數(shù)據(jù)進行研究確定265.3對于機身進行升降運動的機構研發(fā)285.3.1手臂片需要承擔的重力矩運算285.3.2有關于升降導向立柱不會發(fā)生自鎖卡死的要求295.3.3對于升降氣缸進行對應驅動力的驗算305.3.4升降缸尺寸數(shù)據(jù)的確定315.4螺栓的確定出與校核325.4.1對于螺栓類別進行確定325.4.2對應螺栓組進行的布置335.4.3對于螺進行相應的受力分析345.4.4對于相應螺栓組傾覆力矩進行的計算校核34第6章 基于Pro/E的三維研發(fā)376.1 Pro/E三維研發(fā)軟件概述376.2三維研發(fā)376.2.1升降缸桿376.2.2伸縮缸體376.2.3轉動缸體386.2.4手抓連接支架386.2.5總成三維裝配38總 結40參考文獻41致 謝42V第1章 緒論1.1研究背景及現(xiàn)實意義現(xiàn)代社會機械加工領域運用自動化技術越來越多，多以機械手臂進行應用的地方逐漸增多。機械手的作用是替代人類手臂的一些動作，可以根據(jù)預先設定的程序、行程軌跡還有別的一些要求，來實現(xiàn)對于物品的拿取，運輸，操作。機械手的應用能夠代替許多機械含量不高的機械運動，減少人工成本，減輕人工負擔?，F(xiàn)在因為考慮到勞動力負擔以及技術成本支出，國內飲料產業(yè)大多仍然應用人工來搬運飲料，這種方法不僅效率很低，還對應增加了工人所需要承擔的勞動強度，提升了操作者遭遇意外事故的風險。一些飲料生產廠家為了減輕工人的負擔，提升搬運流程的效率，位于裝卸的部位進行相應機械手的運用。所以可以設計出滿足代替人工進行機械化搬運的機械手就變得相當重要。本次課題設計就是依據(jù)這個對應的實際問題的要求，來對于對應的機械手進行研究設計。1.2對于機械手概論1.2.1機械手的結構組成傳統(tǒng)的機械手構造主要包含進行抓取的手部、靈活的運動機構以及控制機械手運動的控制結構三個部分。手部是用來拿取產品箱的所需構件，具體依據(jù)抓取物品的形狀規(guī)格、尺寸大小、具備的質量、構成的材質和作業(yè)要求可以進行設計不同的結構組成，比如說進行可以夾持的類型、可以依靠機械臂進行托持的類型和和利用物理磁性做成的吸附型等。對于涉及的運動機構，它能夠確保手部進行完成一定范圍的回轉運動、一定方向的位移或空間范圍之內完成的復合運動來完成直線預定好的運動，改變物品的空間位置。在運動機構中可以對應實現(xiàn)空間坐標系中x,y，z不同方向上的運動方式，可以稱為機械手可以具備的自由度 ，為了可以方便的在空間中進行任意位置的操作，需有機械手最好一共具備三個方向平動轉動共計6個自由度。自由度的設計是對于機械手研究過程中的重要參數(shù)。對應機械臂擁有自由度數(shù)目越多，那么機械手可以具備更加靈活的特性，而且其具有更廣的靈活性，同時也具備繁雜的結構。一般情況下對于專業(yè)問題設計的機械手要求其具備二到三個自由度即可。1.2.2對于機械手的歸類有關于機械手進行的歸類，依據(jù)其進行驅動的方法能夠將其分類成氣壓驅動式、液壓驅動式、電力驅動式等等；依據(jù)其應用領域可以歸類為專用機械手以及通用機械手兩個種類；根據(jù)對于其運動路線進行控制的方法能夠分為點位控制以及連續(xù)軌跡控制機械手兩類。對于機械手大致可以進行分成三個類別：第一個類別是可以不依靠人工進行運作的通用類型的機械手。這種機械手可以獨立進行操作而不需要依靠其他的裝置。它能夠依據(jù)所要完成的任務進行專業(yè)編程，以此來達各這種目的。它最大的特征是它除了能夠具備對應的普通機械所具備的性能以外，還有重復記憶操作的智能條件。第二類則是需要依靠人力的，可以稱之為操作機。起開始的在原子以及軍工領域開始發(fā)展起來，初期的時候可以先通過操作機進行一些指定命令的工作，之后漸漸得到了更加智能的遠距離操作的應用，在工業(yè)生產中所采用的進行鍛造應用的操作機也歸此類。第三類是用來解決人工輸送的專用機械手，可以設置在專用的生產線上，進一步來解決有關于飲料運送之類的問題。此種類別的機械手是為主機服務的由主機來進行控制帶動；除了極少數(shù)可以人工進行編程的程序外，其自身具備的程序一般難以更改，因而作用單一，只適合于特定的工作。目前國外的研究主要是對于第一類機械手開展的。1.3 機械手在國內外發(fā)展現(xiàn)狀機械手的研究最早開始于美國。在1958年美國公司開始研發(fā)了第一臺機械手設備。其具備的具體結構是：將一個具有回轉功能的長臂結構放置在基體上，在頂部設置具有電磁快的抓取裝置。 1962年，美國公司基于以上的研究成果又進行研發(fā)出了一款升級版的機械手臂。其具備的商用名稱可以表示為Unimate。它對應的運動裝置參考了坦克上設置的炮塔，保證了臂可以實現(xiàn)升降，回轉等操作、動力方面采用氣壓驅動方式提供動力；程序的儲存采用了磁鼓儲存。很多新型的球坐標通用機械手既是在此基礎上漸漸進行研制的。在同年市面上又出現(xiàn)了專門進行搬運操作的特定機械手。1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉、升降采用氣壓驅動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外搬運機械手發(fā)展的基礎。1978年美國Unimate公司和一些著名高校聯(lián)合進行研制了Unimate-Vicarm型號的搬運機械手，在這種機械手之上設置微型電子計算機來進行整體操控，可以應用在配合裝運的工作，對其產生的定位誤差需要保證小于1毫米。德國機械制造業(yè)對于機械手的運用開始于1970年，其大部分在起重機械領域、機械焊接領域和設備搬運工作得到了對應的使用。同時德國的一家公司還對應制作了一種可以進行點焊作業(yè)的機械手，對應運用關節(jié)式構造模型使其更加靈活。加上了對應的程序控制可以滿足多種需要。日本是對應搬運機械手領域內得到了最多進展和更多應用的國家。自從其1969年在于美國購入兩種不同類別機械手后開始加大力度在在機械手的生產領域進行投入。前蘇聯(lián)從六十年代剛剛開始時逐步使用機械手，到了1977年末的時候，蘇聯(lián)具備的機械手一部分依賴國產，一部分依賴進口。在于國內機械領域使用的機械手設備很多都是進行專用的設備，其歸屬于一個主設備，有著機械的工作流程。進行發(fā)展的通用機械手也取得了進展，在目前使用的絕大多是就是開關式運用點位進行控制的類型，對應可以進行時是調節(jié)的伺服型機械手已研制出數(shù)臺，但是復雜的對于連續(xù)軌跡進行控制的類型還沒有成功研發(fā)。控制方式中對應的觸點類型的固定程序控制占了很大程度的比例，進行專用的機械手大多都運用此種控制模式。第2章 總體方案設計2.1 機械手設計要求2.1.1動作要求進行研發(fā)的機械手要求其可以在位于貨車以及倉庫之間的過程中進行飲料箱的移動操作。及具體具備的動作是：機械手部對應的抓緊飲料箱子，向上進行抬起使其離開原有位置，然后手臂進行縮回，在水平位置轉動一定的角度，到了指定位置后放下飲料箱。2.1.2參數(shù)選定此次研發(fā)確定出具體的數(shù)據(jù)如下所示：（數(shù)據(jù)1）進行伸縮行程長短：1000mm，進行伸縮具備的速度，250mm/s；（數(shù)據(jù)2）有關升降對應行程：330mm，有關升降對應速度，60mm/s；（數(shù)據(jù)3）設計的回轉范圍大?。?10，對應的回轉速度大小，70/s；（數(shù)據(jù)4）建議抓取重量大小：10kg。2.2設計方案對比擬定2.2.1構造方案的選擇有關搬運機械手設計包含了不同的構造形式，大部分都具有直角坐標系對應構造，圓柱坐標系對應構造，球坐標系對應構造，關節(jié)型系對應構造一共四種。每種構造的形式還有其具備的特點，分別做出介紹：（1）有關直角坐標系對應機器人構造 直角坐標機器人對應的空間內運行方式是可以通過3個交叉的直線運動來達到的，如圖2-1. a。因為直線運動在理論上方便實現(xiàn)全閉環(huán)模式的方位控制，所以，直角坐標機器人就能在空間位置的精度上達到很高標準（m級）。（2）有關圓柱坐標系對應機器人構造對于圓柱坐標機器人它在整個空間內對應的運動形式是采取中心的回轉運動及不同的兩個直線方向的位移組合而成，如圖2-1.b。這種類型機器人其構造相對簡潔，也具備了相應的精度要求，經常在搬運工作中得到運用。它對應的工作空間就是一個圓柱形狀的范圍。（3）有關球坐標系對應機器人構造有關球坐標機器人對應在空間之中的位移是經過兩個可以回轉的分運動以及一個固定的直線方向大位移來達到的，如圖2-1.c。這種類別機器人皆有簡單的構造、其對應生產成本也不高，所以對應的精度也不會很高。而且很多在搬運領域得到應用。它對應的工作空間和一個球形很相似。（4）有關關節(jié)型系對應機械手構造對應的關節(jié)型機器人具備的在空間范圍的運動方式是由三個回轉運動達到的，如圖2-1.d。關節(jié)型機器人具有的優(yōu)點是其運動具有很高的靈活性，構造相對嚴謹，整體占據(jù)空間也不大。其自身尺寸相對于空間來說不需要占據(jù)很大的位置。圖2-1對應機械手坐標示意依據(jù)條件，需要達到飲料箱可以在倉庫以及貨車間進行自動化機械手搬運，它的運行范圍大小不必很大，需要占據(jù)的空間位置盡可能小一些，所以本次考慮選用研制具備三自由度的圓柱坐標類型的的構造方案。依據(jù)以上研究，這一次進行研發(fā)的機械手，決定進行運用具備三自由度的圓柱坐標類型機械手。2.2.2對于機械手驅動方案的確定相應的機械手驅動方式，按其依靠的動力源可以分類成液壓驅動、氣驅動以及電驅動三個類別。依據(jù)需求也能夠將其進行綜合運用復合式的驅動形式。此三類基本驅動系統(tǒng)具備的大部分性能如下：（1）液壓驅動技術現(xiàn)在液壓技術發(fā)展已經較為成熟，它可以包含較大的動力、可以具備的力（或力矩）以及慣量相對較大、具有快速響應優(yōu)勢、可以進行直接驅動。比較適用于受載需求較大，需要慣量較大以及在危險環(huán)境中運行的機器人。但是，液壓系統(tǒng)的運作需要發(fā)生能量的轉換，多進行運用節(jié)流的方式進行調速，可以達到的效率會低于電動驅動系統(tǒng)，里面的液壓液體也可能發(fā)生泄露造成污染，進行運轉時產生的運行噪音也相對較高。（2）氣動驅動技術驅動的速度很快，整個系統(tǒng)構造不復雜，易于維修，其價格也比較便宜。可以安置在中、小負載的機器人。但因為其運行時不容易進行伺服的調控，所以更多的運用在經過程序進行控制的機器人當中，比如在進行上、下料流程過程中以及進行沖壓操作的沖壓機器人中使用較多。（3）電動驅動技術因為性能上具備的低慣量、大轉矩的伺服電機還有其配備的伺服機構的大范圍的運用，使得電動驅動系統(tǒng)在機械手領域得到了大量使用。這種類型的驅動系統(tǒng)不存在對能量進行轉換，使用方式簡單，可以產生的噪聲相對較小，對于其進行的控制十分靈活。許多對應的電機后面需要配備一套傳動比較精密的原件。但其需要的成本相對于其它其他兩種驅動方式來講較高。正是因為這種類別驅動系統(tǒng)具備了很多突出的優(yōu)勢，所以在機器人領域得到廣泛運用。在工業(yè)機械手領域當中得到了使用最多的驅動方式就是運用電機進行驅動。這種類別機械手對應的控制精度相對很高，可以具備的驅動力相對較大，對于問題的響應快，對于信號敏感，即使處理的能力快，并可以運用很多種不同的控制方法。只是由于這種類別機械手其對應的價格高，在一些場合不具備使用的條件。氣動機械手相對于其他方式來講，它的價格比較低、構造也不復雜、功率體積的比例較高、沒有污染的產生也具備很強的抗干擾性能力，下表對于每種方式作了比較。表2.1 每種控制方式的特點因為氣動驅動價格便宜，技術要求低，幾乎不存在危險，系統(tǒng)構造相對簡單，對于運行的環(huán)境也沒有特殊要求，適合于此次進行搬運機械手的設計。綜上述所述本次設計的搬運機械手總體結構方案如下圖2-2所示。圖2-2 搬運機械手總體結構方案簡圖1-底座 2-機身升降缸 3-機身回轉缸 4-臂部伸縮缸 5-手抓連接板 6-手抓夾緊缸 7-手抓卡鉗其工作時，機身升降缸2伸縮運動實現(xiàn)機械手升降，機身回轉缸3回轉運動實現(xiàn)機械臂回轉，臂部伸縮缸4伸縮運動實現(xiàn)手抓連接板5伸縮，手抓連接板再帶動手抓運動，夾緊缸可驅動手抓卡鉗7夾緊或松開貨物（飲料箱）。第3章 機械手手部研發(fā)3.1手指卡鉗的研發(fā)與校核3.1.1研發(fā)條件進行研制的機械手的手部需要直接進行飲料的抓取，它將直接關系到機械手進行工作時的流暢程度，作為組成工業(yè)機械手最重要機構之一。在進行研制時需要注意到以下的要求：（要求1）盡量的采取結構緊湊整體輕便的總體設計，方便腕部以及臂部的構造研發(fā)（要求2）機械臂的手指對應相應的開閉幅度。其大小不但需要配合飲料箱的尺寸大小，還應特別關注機械手在逐漸接近飲料箱具備的運動路線長短及其對應方位產生的影響。（要求3）對應手指需要具備足夠大小夾緊力的作用，除了需要考慮到進行夾取需要克服的重力外，還應當注意到運行過程中可能具備的動載荷。3.1.2構造尺寸研發(fā)（1）相關數(shù)據(jù)確定確定進行抓取箱子數(shù)據(jù)選擇如下：對應的尺寸大小為：300mm300mm50mm；對應的重量大小為：10KG（2）相關尺寸確定依據(jù)箱子尺寸確定手指進行運動幅度為：250350mm確定出手指卡鉗需要具備的寬度大小為：60mm；厚度大小為：20mm依據(jù)之后研究對于其他機構的研發(fā)進行配合之后確定出手指卡鉗完整構造尺寸如下：圖3-1 手指卡鉗結構示意3.1.3強度校核因為對應的手指卡鉗在進行對于箱子的夾持時只受到彎矩的影響，因此對于強度進行驗算時只需對于彎曲強度進行驗算。對于抓取箱子時需要滿足的抓緊力大小應該符合：所以卡鉗承受推力大小應符合：這個公式里：f代表了手爪以及箱子對應產生的靜摩擦系數(shù)的大小，標準箱子材質選擇40號鋼，抓部采取鋁進行制作，經過查閱資料可以得到摩擦系數(shù)f=0.13因此可以得到，在這里可以取可能失效的截面就是其面積最窄而且距離末端最長的截面，計算其對應彎矩大小為：對應的抗彎截面系數(shù)可以確定為發(fā)生在截面上對應的彎曲應力的大小制作的卡鉗需要的材質為Al。查閱資料得到得那么：，所以設計的抓部符合要求。3.2夾持氣缸的研發(fā)3.2.1氣缸構造方法研發(fā)運行過程中為了使得機械臂手指在進行夾緊時卡鉗不會產生轉動而且夾持狀態(tài)保持平穩(wěn)，這一次運用的左右方向上具備的卡鉗都采用了雙活塞式進行夾持的氣缸，它對應的構造方法如圖所示。圖3-2 對于夾持氣缸對應構造3.2.2氣缸運行壓力計算如果確保手爪可以把箱子抓起來那么必須滿足如下要求：在這個式子中，這里的對應表示為需要夾持力大?。贿@里的對應表示為安全系數(shù)，這里通?？梢匀?.22；這里的對應表示為為動載系數(shù)，如果考慮到慣性力這里可以按照約等，可以代表機械手在進行箱子運輸?shù)牧鞒讨兴邆涞募铀俣却笮。瑔挝皇?，代表的是重力加速度；這里的對應表示為方位系數(shù)，經過查閱資料可以選取；這里的對應表示為被抓持箱子的重量大小約等于10；帶入數(shù)據(jù)確定出： ；進行理論驅動力的驗算： 式中，這里的對應表示為氣缸所需理論驅動力；這里的對應表示為夾緊力到回轉支點具備的長度；這里的對應表示為扇形形狀的齒輪分度圓半徑大??；這里的可以對應表示為手指進行夾取的力的大?。贿@里的對應表示相關傳動機構具備的效率大小，這里可以選擇0.92；其他同上。將各參數(shù)帶入進行計算得到驅動力進行計算公式可以表示為：式中，這里的對應表示為驗算驅動力大??；這里的對應表示生產安全系數(shù)，這里可以選1.2；這里的對應表示運行條件系數(shù)，這里可以選1.1；其他同上。將數(shù)據(jù)進行帶入可以計算出：但是氣缸具備的運行驅動力是經過缸內存在的氣壓進行提供的，所以存在這個式子中，這里的對應表示為氣缸在運行時需要提供的氣壓；這里的對應表示為柱塞具備的截面積；經驗算，所需的動力氣壓為：3.2.3氣缸大部分數(shù)據(jù)的確定對于本次選用的氣缸運行運行時所需的壓力以及缸在帶動下具備的速度，在于氣壓系統(tǒng)的初期研發(fā)的步驟中，可以通過外部產生的氣壓回路、運用恰當?shù)淖兯倩芈吩O計以及相應的變化元件來完成。經過認真的研究，再進行綜合各個方面的因素影響，可以初步確定出各個氣缸所具備的數(shù)據(jù)如下：表3-2對應氣缸數(shù)據(jù)注釋：氣缸在進行運行時所需壓力由系統(tǒng)設定的壓力閥調整。對于夾持氣缸進行研發(fā)的過程中，其一是可以加強其抵抗彎矩的功能，二是經過較為完善的構造進行設計，使其可以具有盡量大的剛度。為了完成這兩個要求，進行研發(fā)中運用了不同的導向桿件，以達到長行程活塞桿所要具備的平穩(wěn)程度以及導向問題的要求。當其作為氣壓方式的執(zhí)行構件，符合這里的驅動力大小的條件是容易達到的，需要進行解決的重大問題仍舊是它對應的構造研發(fā)能否有滿足條件的剛度來抵抗發(fā)生的傾覆變形。3.2.4氣缸強度的較核（1）對于缸筒壁厚的較核在滿足條件 D/時，氣缸壁厚的進行驗算的公式確定如下： 這個式子中，這里的對應表示為缸筒內徑大??；這里的對應表示為缸筒試驗壓力的大小，當缸對應的額定壓力大小時，這里進行設定；這里的對應表示為缸筒材質的許用應力，其中，表示為材質進行抗拉強度大小，經過對于相關資料進行的查閱可以取得其大小350，為對應的安全系數(shù)大小，在這里可以取得；可以經過代入來進行驗算，上式成立。所以設計得氣缸壁厚達到所需要求。（2）對于活塞桿直徑進行驗算對應的氣缸活塞桿直徑進行驗算得式子為在此式中， 這里的對應表示為活塞桿上作用力得大??；這里的對應表示為活塞桿材質需要具備的許用應力，此處；進行代入可以進行確定，通過進行計算較核可以使得上式得到成立，因此活塞桿對應的強度大小可以符合運算要求。3.3連接板的研發(fā)與校核3.3.1構造尺寸研發(fā)依據(jù)卡鉗還有氣缸具備得尺寸大小進行研發(fā)匹配后連接板的詳細構造尺寸如下：圖3-3 連接板尺寸示意圖3.3.2強度校核因為卡鉗在進行對箱子進行夾取時候可能只會承擔彎矩大小，對應的連接板和它一致，所以在進行對應強度驗算時只需對于彎曲強度進行驗算即可?？梢灾肋B接板承擔的推力大小和卡鉗一致，所以有：對應最容易失效的截面就是得最窄而且距離末端距離最長的設計截面處，對應彎矩大小計算為：對應的抗彎截面系數(shù)大小計算為所以對應截面上需要承載得彎曲應力大小為：制造卡鉗的材質選取得是Al。查閱相關資料可以的查得經過比較：，所以可以符合對應強度得要求。3.4連接法蘭的構造研發(fā)可以運用CAD研發(fā)之后獲得了連接法蘭的構造尺寸大小，因為全部得機械手重量大小并不是很大所以不必須對其進行強度方面得驗算：圖3-4 連接法蘭示意圖第4章 機械手臂部研發(fā)4.1臂部整體研發(fā)有關得機械手臂機構是機械手進行運動的空間執(zhí)行構件。其具備的作用主要是對于機械腕部以及機械手部起到運行得支撐和帶動，使得他們可以在空間范圍內進行轉動運動。對于對應得臂部需要進行達到符合條件的活動，需要符合下面每項基本條件：（條件1）對應機械手臂形式承擔得載荷對應本次研究得機身承擔載荷得能力，主要需要依靠其對應剛度得大小，在于構造方面運用水平方向懸伸梁得方式。（條件2）對應得臂部移動對應速度需要高一些，對應慣性盡量小相對于可以進行高速運動的機械手，對應的最高得速度研發(fā)設定在10001500mm/s的范圍之內，其需要具備的最大回轉角速度研發(fā)范圍在180/s內，在許多行程距離上其可以達到的平均移動速度大小設定在1000mm/s內的范圍，對應的回轉角速度為大小也應保持在90/s的范圍內。（條件3）對應手臂進行運作時需要保持靈活性相對于懸臂式結構設計的機械手，它所包含的傳動件結構，導向件結構以及定位件結構安裝應保持合理，這樣可以使得手臂具備的運動流程達到平衡狀態(tài)，用來減少其相對升降方向支撐軸線所產生的偏心力矩，避免自鎖現(xiàn)象而不能正常的運動。（條件4）對應的方位精度需求需要盡量高對于一般的情形來看，對應的直角形狀以及圓柱形狀坐標式工作的機械手，其所具備的方位精度相對高一些；在此以外，機械手需要達到的通用性也更好一些，可以滿足多種作業(yè)的條件；具備的機械加工工藝性更加，更有利于加工和安裝；運用于熱加工的機械手，其對應還需要對隔熱以及冷卻的步驟進行考慮；在粉塵大工作環(huán)境中使用的機械手，還需要進行防塵裝置的應用設計等。估計到這一次研發(fā)的機械手對應最大夾取的重量大小是10Kg，這屬于較小的質量，因此本研發(fā)可以運用氣缸桿式結構的伸縮機構，對應手臂的伸縮氣缸配合的活塞桿可以放置于導向套內，進一步能夠減小氣缸桿所具備的彎曲應力的大小。運用氣壓的方式進行機械驅動，氣缸容量考慮選用雙作用氣缸進行安裝。4.2對于手臂伸縮驅動力驗算進行水平方向伸縮形式直線方向上活動的氣缸所需的驅動力大小是依據(jù)氣缸活動時所需要平衡得摩擦力以及慣性力等各種產生的阻力，以此來對于氣缸所需要的驅動力大小進行確定?？梢缘玫綒飧讓\動感活塞可以得到得驅動力大小運算公式為4.2.1 對應手臂具備摩擦力的分析與運算因為本次設計所需對應的導向桿位于水平位置時需要在對稱方向進行安裝，使得兩導向桿可以受到平衡得力，這里依照一個導向桿進行計算。得到計算公式 得到計算公式 在這個式子中 這里的對應表示參加活動的零機構總體承擔的重力（包括箱子）（N）；這里的L對應表示手臂以及活動的零機構的總重具備的重心到導向支撐的前端位置的長度（m），計算同上;這里的a對應表示導向支撐具備長度大?。╩）;這里的對應表示當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面有關。對于圓柱面有計算公式：摩擦系數(shù)，在摩擦方式為靜摩擦而且缺少潤滑時：鋼對青銅：可以確定地取鋼對鑄鐵：可以確定地取相關計算：通過對于氣缸桿所需材質的確定可以選用鋼材，對應導向套支撐可以確定鋼材， 估計存在，已經得到L=800mm，導向支撐a可以設計的長度大小為為200mm現(xiàn)在可以將有關確定計算運用公式得出結果具備的總摩擦力600=1260N4.2.2對于手臂密封處產生的摩擦阻力的驗算相對于不同的密封圈對應遭受的摩擦阻力大小有差別，在對于機械手臂進行研發(fā)中，可以運用O型形狀的密封圈，在氣缸運行時需要的壓力低于10Mpa的時候。對應氣缸處進行密封操作的總摩擦阻力大小可以近似的約等于： =0.03F。4.2.3對于手臂慣性力進行的計算由公式=0.1在此式中 這里的對應表示了參與活動的零件具備的總重（包括箱子）(N)；這里的對應代表在于靜止運動到加速運動產生的運行速度的變化量(m/s)；這里的對應代表啟動時間的長短(s)，一般取0.010.5；這里可以設啟動時間大小為0.2s，具備的最大速度為0.233m/s。 那么有：=0.1=69.9N由于相對的背壓阻力較小，所以能夠取=0.05因此可以得到 =+=1260+69.9+0.03F+0.05F以此求得 =1446N因此對于手臂伸縮運動所需的驅動力大小為=1446N。4.3對于手臂伸縮氣缸進行的研發(fā)工作表4-1 相應氣缸運行時的壓力統(tǒng)計經過了上面的研究計算，進一步確定了對應氣缸多需要的驅動力大小為F=4378N，依據(jù)圖表對于氣缸所需的運行壓力進行確定為P=1MPa；4.3.1對于氣缸的構造尺寸進行確定對于氣缸內徑的尺寸進行驗算，如圖所示圖4-2 雙作用氣缸示意圖運行時當氣體進入無桿腔當中時由公式： 運行時當氣體進入有桿腔當中時由公式： 對應氣缸具備的有效面積大小計算為： (mm)所以 對應可以求出 （對應無桿腔的情況） （對應有桿腔的情況）式中這里的對應表示活塞驅動力大小(P)；這里的對應表示氣缸在運行過程所需壓力(MPa)；這里的對應表示活塞桿直徑大??；這里的對應表示氣缸機械運行效率，工程機械中多采用材質是耐氣橡膠它的系數(shù)為=0.96；可以根據(jù)上節(jié)來求得對應的驅動力大小F=1446N，=1MPa，對應的機械效率大小=0.96將確定的數(shù)據(jù)進行出代入可以得：=38.8mm依據(jù)圖標表可以確定出標準氣缸對應的內徑產品，進行確定D=40mm.4.3.2對于氣缸外徑進行的研發(fā)對應汽缸外徑可以依據(jù)中等壁厚進行研發(fā)，依據(jù)國家標準（JB1068-67）可以取得氣缸對應外徑長度進行確定76mm.4.3.3對于活塞桿進行的計算校核對應所需活塞桿的長度要符合活塞進行活動的要求以及其對應得強度要求。在桿長長度高于直徑15倍得狀況下，需要按照拉、壓強度來進行對應得計算：(mm)此次研發(fā)中需要應用活塞桿材質可以確定是碳鋼，對應碳鋼可承受得許用應力的大小=100120Mpa。這一次根據(jù)情況取=110那么可以得到： =4.1mm因為對于手部夾緊氣缸進行研究的過程中需要對于內置于其中的活塞桿進行設計，前面已經計算得到對應氣缸外徑大小為25mm，因此對應的活塞直徑可以依據(jù)下表進行求取d=25mm，如此一來可以符合強度要求以及裝配要求。表5-2 活塞桿直徑國家標準（GB/T2348-93）之后需要對其進行平穩(wěn)性的驗算，其可以到達平穩(wěn)的條件要求是式中這里的對應代表臨界力大小(N)；這里的 對應代表安全系數(shù)大小，=24。按中長桿進行平穩(wěn)性校核，其臨界力大小=F()式中 這里的F對應代表活塞桿截面面積大小(mm)；這里的a，b對應代表常數(shù)大小，其具體數(shù)值與材質具備的性質有關，對于碳鋼來說a=461，b=2.47；這里的對應代表柔度系數(shù)，經計算為70。代入確定出，臨界力大小的數(shù)值=F()=3.14=90463.4MPa在這里可以取得=3 對應可以計算出=30154.47 MPa因此對應得活塞桿符合平穩(wěn)性條件要求。4.3.4 對于氣缸端蓋進行的研發(fā)操作(1) 因為這里的缸體材質應用了無縫鋼管，所以對應的端蓋進行連接操作得方法大多運用半環(huán)鏈接得方式，其突出得特點是進行加工以及裝拆操作更為便捷，但是也具備缸體開環(huán)槽所以會降低一部分強度得缺點(2) 對于缸蓋螺釘進行的計算因為需要保證連接過程具備得緊密性，對應的螺釘間距t需要保持適當距離（如圖4-2），在這一種聯(lián)結得方式中，對應的螺釘處于危險界面上可能承受的拉力大小包含了運行載荷大小以及剩余預緊力得大小的和=+式中這里的對應表示運行載荷大小，=；這里的對應表示螺釘中心在所處圓所需要具備的直徑大??；這里的P對應表示驅動力大小。這里的Z對應表示螺釘數(shù)目多少，Z=；這里的對應表示剩余預緊力大小，=KQ，K=1.51.8；經過相關計算得到： D=76mm，可以取=90mm，P=1MPa，對應的間隔與運行時產生的壓強有聯(lián)系，見表格，當對應間隔低于150mm的時候，確定的螺釘數(shù)時是6個：表4-3 螺釘間隔距離t與對應的壓力P之間聯(lián)系那么可以得到 Z=，進行代入可以確定出的大小46150，經驗算達到標準；=838N；計算可以得到K=1.5，=1.5=1255N;=+=837+1257=2095N對于螺釘對應直徑長短應當依據(jù)強度條件進行計算式中這里的對應表示計算載荷大小，=1.3； 這里的對應表示許用抗拉應力大小，=；這里的對應表示螺釘材質的屈服點大小，材質可以進行確定為45號鋼材，那么對應的屈服強度可以表示為352MPa；這里的 n對應表示安全系數(shù)大小，n=1.2-2.5，此處可以取n=2；這里的對應表示螺紋內徑大小，=d-1.224S，d就是螺釘?shù)墓Q直徑，S表示螺距距離。經過帶入計算：=1.3=1.32095=2723.5N代入數(shù)據(jù)可以確定出： =0.0045m第5章 對于機械手的機身研發(fā)5.1 機身的整體研發(fā)依據(jù)研發(fā)規(guī)則，對應的機械手臂活動范圍應該在210以內，需要可以達到此范圍的回轉機構一般情況都安置在機身的位置。方便研發(fā)出更好的活動機構，就需要對于其整體進行各個方面的考慮分析。對應的機身安置著運動的機械臂，帶動其做出各種運動比如說做回轉運動，升降活動，在機械手設備中地位十分重要。在其設計中存在以下幾種形式：（方案1）將對應回轉缸放置在升降裝置以下。此種構造具備的優(yōu)勢是它可以承擔很大偏重力矩。但還有不足的地方是其進行回轉活動時對應的傳動軌跡較長，可能造成花鍵軸的變化從而對于運動的精度產生影響。（方案2）把回轉缸安置在升降機構之上。這樣的設計一般會運用單缸形式的活塞桿，采用了內部的方式進行導向，所以其構造十分的嚴謹。但因為其回轉缸還有機械的臂部會一同進行上下運動，活動機構相對體積比大。（方案3）采用活塞缸以及傳動的齒條齒輪機構進行運動支持。通過齒條齒輪機構的配合運動來帶動機械臂的上升以及下降：對應的齒條來回的活動帶動與在手臂處進行連接的齒輪可以進行往復回轉的活動，因此就能夠使得手臂進行左右方向上的擺動。對以上方案進行綜合的考慮，對于本此研發(fā)可以應用的設計最好時第二種，將對應的回轉缸安裝在升降缸上方。這次研發(fā)機身一共可以實現(xiàn)兩個運動，分別是機身對應的回轉運動以及升降運動。因為本次研究采取的時氣壓方式進行驅動，對應的回轉缸會通過兩個不同的氣孔，其中一個用來進氣的進氣孔，其中一個用來排氣的一個排氣孔，分別各自通向回轉葉片對應的兩側以此來實現(xiàn)對應葉片回轉的操作。5.2回轉機構的研發(fā)5.2.1對應回轉缸驅動力矩進行的計算對應的機械臂回轉缸需要具備的驅動力矩進行計算的公式可以表達為： =+ (Nm)對應的慣性力矩大小計算公式為 =式中 這里的對應表示回轉機構相對于回轉軸線應當具備的轉動慣量大?。╧gm）；這里的對應表示回轉缸對應的動片角速度大小發(fā)生的變化數(shù)量，對于啟動的流程中具有=(rad/s)；這里的對應表示回轉啟動流程總體所需要的時間長短(s)；如果手臂部分對應的回轉運動的構件其相應的重心位置和回轉軸產生的距離大小設定為為(經過之前的計算可以得到=800mm)，那么在于式子中在這個式子中存在的用來表示回轉構件對應重心具備的轉動慣量的大小。 =這里回轉運動的機構可以近似地看作一個長度設置為600mm，對應直徑設置為1000mm的對應圓柱體大小，其具備的質量大小為100Kg.進行設置對應的開始啟動階段對應角速度=70/s，那么對應的起動角速度大小就能表示成為=1.22，對應的啟動流程所需的速度為0.5s。可以得到以下的計算公式= 28 kgm=28+=93.3kgm=93.3=227.6 為了可以簡化計算的流程，處于密封處需要具備的摩擦阻力矩的大小應當確定為，在操作過程中產生的回氣背差的量一般不大，所以可以在計算上進行忽略，=0因此可以得到數(shù)據(jù) =227.6+0+0.03=234.65.2.2 對于回轉缸對應尺寸數(shù)據(jù)進行研究確定 （1）對應的回轉缸內部氣腔的內徑長短D進行如下公式的驗算：式中 這里的P對應表示回轉氣缸在運行過程中對應的壓力大??；這里的d對應表示輸出軸以及動片連接處具備的直徑大小，在初期研發(fā)步驟內按D/d=1.52.5；這里的b對應表示動片的寬度大小，可按2b/(D-d)2進行確定。可以確定對應回轉缸結構中動片的寬度大小b=50mm，在使用過程中具備的壓力為5MPa，d=50mm=94.9mm依據(jù)標準的氣缸內部直徑進行內徑大小的計算為100mm。（2）對于氣缸缸蓋包含螺釘?shù)倪\算對應的回轉缸具備的運行壓力大小可以設定為5Mpa，因此對應的螺釘之間產生的間隔大小t在長度上應當小于80mm。然后據(jù)此來對于螺釘數(shù)目進行計算Z=3.14=3.93因此得到了對應的缸蓋螺釘數(shù)目。對應承受最大彎矩的危險截面表示為 =0.00589因此可以得到公式=4906.3N =4906.31.5=7359.4N (K=1.5)所以可以得到對應的公式7359.4+4906.3=12265.7N制造螺釘?shù)牟馁|可以選擇Q235，那么對應強度（n=1.22.5）選擇螺釘對應直徑大小 d=10mm所以可以去定出螺釘?shù)闹睆絛=10mm.可以應用等級M10內六角圓頭螺釘進行安裝，一次滿足強度的要求。通過對于所需數(shù)據(jù)的驗算，最終得到了進行使用的氣缸的數(shù)據(jù)，其對應的內徑大小設計為100mm，對應的外徑大小可以按照中等條件的壁厚來進行研發(fā)，依據(jù)國家標準4-2（JB1068-67）對于外徑來進行確定得到其數(shù)據(jù)168mm，對應的輸出軸徑大小確定為為50mm，這樣經過設計的氣缸就可以滿足對于機械臂的要求。（3）對于動片之間進行聯(lián)接的螺釘運算對應的動片以及其連接的輸出軸尖閣里對應的聯(lián)接螺釘數(shù)目為雙數(shù)時較為穩(wěn)定，還可以按照對稱的位置進行設計，同時采用兩個定位銷來進行加工時的定位操作。對于連接螺釘其主要起到的功能是可以使得動片以及對應的輸出軸間隔中進行配合的兩個面可以比較緊密的進行結合。跟據(jù)對應動片所承擔力矩的大小可以得到使其進行平衡的要求就是=也就是說確保 式中 這里的對應表示每個螺釘所需的預緊力大小；這里的D對應表示每個對應動片具備的外徑大?。贿@里的f對應表示各類連接件結合面間存在的摩擦系數(shù)大小，在對應材料都是鋼材時可以取f=0.15對應的螺釘需要具備的強度條件設置為或者可以設計為 將所得帶入所需的公式中進行計算得到對應力的大小=10416.7N對于制造螺釘采用的材質應用Q235，那么可以得到（n=1.22.5）對應的螺釘具備的直徑大小可以表示為d=9.3mm對應螺釘具備的直徑大小可以進行確定的表示成為d=10mm.需要應用正六角螺釘，對應的等級選擇M105.3對于機身進行升降運動的機構研發(fā)5.3.1手臂片需要承擔的重力矩運算圖 5-3 對應手臂各機構對應重心分布圖(1) 進行提升質量的估算：=150N，=150N，=500N(2) 得到了零件包含的重心的方位位置，可以以此來求出對應的重心達到回轉軸線具備的距離長短:其中的=800mm，=760mm， =400mm。因為存在著 = 所以 可以求得出對應的距離=0.5425m(3) 對于偏重力矩的大小進行對應的計算得到=4345.3.2有關于升降導向立柱不會發(fā)生自鎖卡死的要求對應的機械臂在于產生的作用下會產生一個向下運動的趨向，設置了里立柱導套可以有效的阻擋這種趨向?？梢赃_到的不自鎖要求就是可以使得升降立柱可以在于導套之內進行無阻礙的滑動，就是由公式=因此可以得到 如果取得摩擦系數(shù)的大小 f=0.16，那么對應的導套的長度可以得到h0.32也就是得到對應的長度大小 h0.320.5425=0.1736m5.3.3對于升降氣缸進行對應驅動力的驗算這個式子中 這里的對應表示摩擦阻力，這里可以取f=0.16。這里的G對應表示零件還有箱子一共受到的總重量大小。(1) 對于進行運算由公式對于其速度可以設定為V=0.6m/s；對于其開始啟動到進行停止需要的時間間隔t=0.1s、對應的大小設置為800N。將確定出的數(shù)據(jù)進行帶入上面得到的公式有：489.8N(2) 對于進行運算=2500N因此可以得到出 =225000.16=800N(3) 對于氣缸進行密封的方式可以選擇為O型密封，對應密封產生的摩擦力可以對應的進行求得 (4) 因為對應的背壓阻力相對較小，為了可以進行簡單的計算，這里不對其進行帶入計算，設定出=0因此對應里的大小對應可以得到 F=489.8+800+0.03F在氣缸對于向上的方向進行驅動的時候，可以得到對應驅動力的大小F=2105N在氣缸對于向下的方向進行驅動時，可以得到對應力的大小F=505N5.3.4升降缸尺寸數(shù)據(jù)的確定(1) 對于氣缸內徑進行的確定 在氣缸對應的驅動力依據(jù)上升的條件下進行計算的時候，可以得到F=2105N，可以根據(jù)表(5-1)對于氣缸在正常的運行中承受的壓力大小可以確定為對應的是1.0MPa，可以根據(jù)上面得到的算式帶入已知數(shù)據(jù)得到：=0.1029參考資料對應選取出應用的氣缸其內徑的大小D=125mm。(2) 對應的相關氣缸外徑進行的驗算可以依據(jù)厚壁的計算公式得到(3.2)：其中對應的公式有在這個式子中 代表的是對于制造缸體的材質其自身可以承受的許用應力，在應用無縫鋼管的時候可以得到=100110MPa依據(jù)對應的圖表資料對于外徑進行確定為180mm.(3) 對于活塞桿進行相應的運算在研發(fā)過程中可以選取材料碳鋼來制作活塞桿，對于碳鋼這種材料其對應的許用應力的大小可以計算得到=100120Mpa。這一次可以進行求取=110那么能夠得到： =4.94mm所以對應選取的活塞桿對應的直徑大小應高于8.5mm。(4) 對于相應的缸蓋螺釘進行的運算因為已