搬運機械手機構(gòu)與控制電路設計帶CAD圖

搬運機械手機構(gòu)與控制電路設計帶CAD圖,搬運,機械手,機構(gòu),控制,電路設計,CAD 搬運機械手機構(gòu)設計與控制電路設計畢 業(yè) 設 計（論 文）題 目： 搬運機械手機構(gòu)與控制電路設計 （英文）： Design of Manipulator Mechanism and Control Circuit 院 別： 機電學院 專 業(yè)： 機械電子工程 姓 名： 學 號： 指導教師： 日 期： 搬運機械手機構(gòu)設計與控制電路設計摘要機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用于按固定程序抓取、搬運物體或操作工具的自動操作裝置。它可以代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和機械化，能在有害環(huán)境下操作以保證人的安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。在工業(yè)部門中應用的機械手稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備。涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。它的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。設計包含了機械手的結(jié)構(gòu)設計及控制電路設計，其中在結(jié)構(gòu)設計這方面包含了機械手的手部結(jié)構(gòu)、腕部結(jié)構(gòu)、臂部結(jié)構(gòu)設計及機身的整體結(jié)構(gòu)設計。在控制電路設計這方面包含了液壓驅(qū)動控制設計、器件的選擇設計、PLC可編程自動控制電路設計。本畢業(yè)設計搬運機械手機構(gòu)與控制電路設計非常適合作為機械電子工程這門專業(yè)大學四年的一個總結(jié)。因為其中包含了機械設計與電路設計，是機械與電子的結(jié)合體，能充分體現(xiàn)這門專業(yè)的內(nèi)涵。關鍵詞：機械手；手部；腕部；臂部；機身；液壓；電路Design of Manipulator Mechanism and Control Circuit ABSTRACTManipulator is a kind of automatic control and from the new process to change the multi-function machine, he has multiple degrees of freedom, can carry objects to complete the work in different environments. Mechanical hand can imitate hand and arm function for some action, according to a fixed program to crawl, moving objects or to operate the automatic tool operation device. It can replace people arduous labor to realize production automation and mechanization, can operate under the hostile environment to guarantee the security of the person, and so it is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electron, light industry and atomic energy industries. In the industrial sector in the application of the mechanical hand is called the industrial manipulator. Industrial machinery hand is the modern automatic control in the field of a new technology developed in recent years, is a high-tech automated production equipment. Involves mechanics, mechanical, electrical and hydraulic technology, the automatic control technology, sensor technology and computer technology and other fields of science, is an interdisciplinary comprehensive technology. It is characterized by a variety of programming to complete the expected operation, in the structure and performance of both people and machines to their respective advantages, especially in human intelligence and adaptability. Mechanical hand operating accuracy and environment to complete operations capability, in the national economy has a broad development space. This design includes the structure of the manipulator design and the control circuit, wherein the structure design that incorporates a mechanical hand, wrist, arm structure structure structure design and the overall structure of the design. Early control circuit design which contains a hydraulic drive control design, choice of sensors design, PLC programmable automatic control circuit design. This graduation design handling manipulator mechanism and control circuit design is suitable for the mechanical electronic engineering this specialized university four years in a summary. Because of which includes the mechanical design and circuit design, mechanical and electronic integration, can fully reflect the professional connotation. Key words: mechanical hand; hand; wrist; arm; the fuselage; hydraulic circuit目錄第一章 緒論11.1機械手的研究概況11.2機械手發(fā)展方向11.3工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用21.4本設計中研究的主要內(nèi)容3第二章 搬運機械手的總體設計方案42.1機械手的組成42.2機械手基本結(jié)構(gòu)的選擇42.3機械手的執(zhí)行機構(gòu)42.4機械手的驅(qū)動機構(gòu)42.5機械手的控制方式選擇52.6機械手的技術參數(shù)列表5第三章 搬運機械手手臂各部件的設計63.1機械手手部的設計計算63.1.1手部設計基本要求63.1.2 手部機構(gòu)的選擇63.1.3手抓的設計計算63.2腕部的設計計算173.2.1腕部設計基本要求173.2.2 腕部機構(gòu)的選擇173.2.3腕部的設計計算183.3臂部的設計計算243.3.1臂部設計基本要求243.3.2 臂部機構(gòu)方案的選擇253.3.3臂部的設計計算27第四章 機身的設計計算404.1機身的總體設計404.2機身的升降機構(gòu)設計計算414.2.1手臂偏重力矩的計算414.2.2升降導向立柱不自鎖條件分析計算424.2.3機身升降液壓缸驅(qū)動力矩的計算434.2.4手臂升降液壓缸參數(shù)計算444.3機身的回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計計算494.3.1機身回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩計算494.3.2機身回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù)514.3.4機身回轉(zhuǎn)液壓缸螺釘?shù)挠嬎?24.3.5動片與輸出軸間的連接螺釘計算534.3.6機身回轉(zhuǎn)液壓缸筒的壁厚校核544.4聯(lián)接板的設計554.4.1聯(lián)接板的介紹及作用55第五章 液壓驅(qū)動系統(tǒng)與控制電路的設計575.1驅(qū)動系統(tǒng)設計要求575.2驅(qū)動系統(tǒng)設計方案575.3驅(qū)動系統(tǒng)設計585.3.1分功能設計分析585.3.2液壓泵的確定與所需功率計算595.4控制電路設計66參考文獻67致謝68附錄A69第一章 緒論 1.1機械手的研究概況機械手是一種模擬人手操作的自動機械?？砂慈藗兯O計的固定程序抓取、搬運物件或操持工具完成某些特定操作。在工業(yè)生產(chǎn)生活中應用機械手可以代替人從事單調(diào)、重復或繁重的體力勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動條件，保證人身安全，更能提高生產(chǎn)效率，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度 。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù) 。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有23個自由度。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。1.2機械手發(fā)展方向現(xiàn)階段關于機械手的研究發(fā)展方向大體主要往重復高精度、模塊化、機電一體化等方向上升級。（1）重復高精度精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度, 它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關。重復精度是指如果動作重復多次, 機械手到達同樣位置的精確程度。重復精度比精度更重要, 如果一個機器人定位不夠精確, 通常會顯示一個固定的誤差, 這個誤差是可以預測的, 因此可以通過編程予以校正。重復精度限定的是一個隨機誤差的范圍, 它通過一定次數(shù)地重復運行機器人來測定。隨著微電子技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展,機械手的重復精度將越來越高, 它的應用領域也將更廣闊, 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。（2）模塊化有的公司把帶有系列導向驅(qū)動裝置的機械手稱為簡單的傳輸技術, 而把模塊化拼裝的機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術。模塊化拼裝的機械手比組合導向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導向系統(tǒng)裝置, 使機械手運動自如。模塊化機械手使同一機械手可能由于應用不同的模塊而具有不同的功能, 擴大了機械手的應用范圍, 是機械手的一個重要的發(fā)展方向。（3）機電一體化由“可編程序控制器- 傳感器- 液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術的重要方面，發(fā)展與電子技術相結(jié)合的自適應控制液壓元件, 使液壓技術從“開關控制”進入到高精度的“反饋控制”，省配線的復合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今, 電磁閥的線圈功率越來越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來越可能。1.3工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用國內(nèi)外機械工業(yè)中機械手主要應用于以下幾方面： （1）熱加工方面的應用。 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作 （2）冷加工方面的應用。 冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應用，成為設備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應用，成為機床、設備上下工序聯(lián)接的重要于段。 （3）拆修裝方面的應用。 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機務段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機械手，可用以對客車內(nèi)部進行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。1.4本設計中研究的主要內(nèi)容本畢業(yè)設計搬運機械手機構(gòu)設計與電路控制設計主要研究包括機械手機構(gòu)和傳動系統(tǒng)設計：機械手搬運最大物重：30Kg，直徑為：以下尺寸的圓形棒料。物品移動范圍為半徑為1.2m的扇形區(qū)域，高度變化范圍為：1.5m ，要求設計壽命10年。完成機體和傳動機構(gòu)的總體設計，并完成指定零件的零件圖設計。進行必要零部件的受力分析與強度驗算；繪制總裝圖和相關零件圖。必要時進行優(yōu)化設計和應力分析。在以上給定參數(shù)條件下，設計出應用標準元件最多，體積最小、機構(gòu)最為合理、強度足夠，基本能交付工程實際的設計資料。第二章 搬運機械手的總體設計方案2.1機械手的組成機械手是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)以及控制機構(gòu)三大部分組成。2.2機械手基本結(jié)構(gòu)的選擇機械手按其基本結(jié)構(gòu)可分為：直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式、關節(jié)坐標式、平面坐標式、柔軟臂式、冗余自由度式、模塊式等多種結(jié)構(gòu)。由于本設計搬運機械手大多用于生產(chǎn)線上物料的上下搬運，所以所要求的自由度不高，只有機身的上下運動，手臂的伸縮及平面轉(zhuǎn)動，腕部的翻轉(zhuǎn)。結(jié)合上面多種結(jié)構(gòu)，本設計將采用圓柱坐標式結(jié)構(gòu)。圓柱坐標型機械手結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，定位精度較高，占地面積小等特點。2.3機械手的執(zhí)行機構(gòu)機械手的執(zhí)行機構(gòu)主要包括以下幾部分：（1）末端操作（執(zhí)行）器：又稱手部，是在手腕上配置的操作機構(gòu)，有時也稱手抓。是操作機直接執(zhí)行工作的裝置，并可設置夾持器、工具、傳感器等，是工業(yè)機器人直接與工作對象接觸以完成作業(yè)的機構(gòu)。（2）手腕：是支乘和調(diào)整末端執(zhí)行器姿態(tài)的部件，連接手部與臂部的部分。主要用來確定和改變末端執(zhí)行器的方向；改變產(chǎn)品的空間方向；將作業(yè)載荷傳遞到手臂；擴大手臂的移動范圍。（3）手臂：是連接機身與手腕的部分，用于支乘和調(diào)整手腕與末端執(zhí)行器位置的部件，由操作機的動力關節(jié)與連接桿件等構(gòu)成。主要作用是改變手部的空間位置，滿足機器手的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機座。（4）機身：也稱機座，是工業(yè)機器人機構(gòu)中相對固定并承受相應的力的基礎部件，起支乘作用。分為移動式與固定式兩類，對固定機器人，直接連接在地面基礎上；對移動式機器人，則安裝在移動機構(gòu)上，可以擴大機器人的活動范圍。2.4機械手的驅(qū)動機構(gòu)根據(jù)機械手驅(qū)動的動力源不同，工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣壓、電動和機械驅(qū)動等四類。四種驅(qū)動進行對比，由于液壓驅(qū)動具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便等優(yōu)點，所以在本設計中將采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手。2.5機械手的控制方式選擇機械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設計采用PLC動作順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手進行工作。2.6機械手的技術參數(shù)列表最大抓去物重：30Kg自由度數(shù)：4個自由度（手抓張合、手部回轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂回轉(zhuǎn)、手臂升降）坐標形式：圓柱坐標式抓取物料最大直徑：以下尺寸的圓形棒料物品移動范圍：半徑為R0.5m的扇形區(qū)域高度變化范圍：0.5m使用壽命：10年第三章 搬運機械手手臂各部件的設計3.1機械手手部的設計計算3.1.1手部設計基本要求（1） 應具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力?？紤]到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。（2） 應考慮到手抓抓取物料時是否會損壞物料便面精度或使物料發(fā)生變形。（3） 手指應具有一定的張開范圍，手指應該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。（4） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。（5） 應保證手抓的夾持精度。3.1.2 手部機構(gòu)的選擇手部結(jié)構(gòu)根據(jù)手抓開合的動作特點分為回轉(zhuǎn)型和移動型兩類。其中回轉(zhuǎn)型又分為一支點回轉(zhuǎn)和多支點回轉(zhuǎn)；根據(jù)手抓夾緊是擺動還是平動，又分為擺動回轉(zhuǎn)型和平動回轉(zhuǎn)型。夾鉗式手部中較多的是回轉(zhuǎn)型手部，一般有單作用斜楔式回轉(zhuǎn)型手部、滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型手部、雙支點連杠杠桿手部、齒條齒輪杠桿式手部等。平移型夾鉗式手部大致可分為直線往復移動機構(gòu)和平面平行移動機構(gòu)兩種類型。但由于平移型夾鉗式手部是通過手指的指面作直線往復運動或平面移動來實現(xiàn)張開或閉合動作，常用于夾持具有平行平面的工件（如箱體），其結(jié)構(gòu)叫復雜，不如回轉(zhuǎn)型手部應用廣泛。綜上其述本設計中將采用最結(jié)構(gòu)簡單，最常用的滑槽式杠桿會裝型手部機構(gòu)。3.1.3手抓的設計計算3.1.3.1手抓結(jié)構(gòu)的力學分析下面對其基本結(jié)構(gòu)進行受力分析：滑槽杠桿受力圖如下圖3.1 滑槽杠桿時手部結(jié)構(gòu)簡圖、受力分析圖中在杠桿的作用下，銷軸向上的拉力為F，并通過銷軸中心點O點，兩手指的滑槽對銷軸的反作用為和，其力的方向沿滑槽的中心線和并指向O點。則可得：（3.1）得（3.2） （3.3）得 （3.4）（3.5）（3.6）得 （3.7）（3.8）所以手抓的驅(qū)動力： （3.9）式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離（mm） 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角由分析可知，當驅(qū)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=，本設計中將設。這種手部的結(jié)構(gòu)簡單，具有動作靈活，手指開閉角度打等特點。3.1.3.2夾緊力與驅(qū)動力的計算鉗抓式手部夾緊力的計算必須根據(jù)手指和工件的形狀、手指夾持工件時不同的方位進行具體分析，由工業(yè)機械手設計基礎中表21所列出的不同形狀的手指與工件在不同方位夾持式的夾緊力計算公式：圖3.2 夾緊力計算公式由于本設計中時采用手指水平位置移動夾緊，工件水平放置，手指形狀為V型指型夾持圓形棒料的形式，常用的V型塊角有和兩種，本設計中選取V型塊角。由上表可知： （3.10） 式中G為所夾持工件的重量 （3.11）即： （3.12）驅(qū)動力： （3.13）為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及船里機構(gòu)效率的影響，其實際的驅(qū)動力： （3.14）式中 手部的機械效率，一般取（0.850.95） =0.9 安全系數(shù)，一般為（1.22） =1.5 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按以下估計， ，其中為被抓取工件運動時的最大加速度， 為重力加速度（）為運載工件的最大速度，設為系統(tǒng)達到的最高響應時間，一般?。?.03s0.5s），設即 （3.15）由于手指長b與手指寬a尚未確定，無法確定驅(qū)動力大小，又由于b與a關系到手指的夾持精度，所以需先進行夾持定位精度分析。3.1.3.3機械手手抓夾持精度的分析計算 機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機械手定位精度（由臂部和腕部等運動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)。如下圖所示：圖3.3 手抓夾持精度圖鉗口與鉗爪的連接點E為鉸鏈聯(lián)結(jié),如圖示幾何關系,若設鉗爪對稱中心O到工件中心O的距離為x,則x=（3.16）當工件直徑變化時,x的變化量即為夾持精度（定位誤差）,設工件半徑R由變化到時,其最大定位誤差為=- （3.17）其中本設計中所要求的是夾持以下的圓形棒料，由于夾持精度1mm，所需要夾持的工件最大半徑所以假設，代入公式計算得最大定位誤差： =79.158-80=0.8421故符合要求。3.1.3.4手抓夾持范圍計算及滑槽長度為保證手抓張開角時有足夠的寬度加持工件，張開角不宜過大也不宜過小，則選手抓張開角為，由上可知手指長，手指寬，如下圖所示，當手抓沒有張開角的時候，它所夾持的為最小半徑。圖3.4 手抓夾持最小半徑當手抓張開角為時，手抓將抓取工件的最大半徑才符合要求。如下圖所示：圖3.5 手抓夾持最大半徑則最大夾持半徑：（3.18）符合要求?；鄹軛U中的滑槽長度由圖中可知從點1運動到點2的距離為：（3.19）即驅(qū)動杠與兩手指杠桿所連接的圓柱銷在長滑槽中的移動距離 所以取3.1.3.5手抓液壓缸的確定現(xiàn)已知，可求出驅(qū)動杠的驅(qū)動力F：（3.20）則實際驅(qū)動力為：（3.21）由下表可知：表3.1 液壓缸負載與工作壓力之間的關系負載F/N50000缸工作壓力P/MPa20速比1.331.46 ；22由上表可得本設計中的速比為： 3.3.3.3液壓缸缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定a、液壓缸缸筒內(nèi)徑D可按下式計算得：（3.75）式中：，查表3.2可取液壓缸缸筒內(nèi)徑為：b、活塞桿直徑d可按下式計算得：（3.76）由表3.3可查活塞桿直徑為：3.3.3.4最大工作行程和最小導向長度液壓缸的最小導向長度是指當活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到導向套滑動面中點的距離，若導向長度太小，式液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，從而影響液壓缸的穩(wěn)定性。對于一般液壓缸的最小導向長度H應滿足下列要求：（3.77）式中L為最大工作行程 一般導向套滑動面的長度A，在缸筒D80mm時，取缸筒內(nèi)徑D的0.61.0倍，活塞寬度B取缸筒內(nèi)徑D的0.61.0倍，為保證最小導向長度而過分的增大導向套長度和活塞寬度都是不適宜的，最好的辦法是在導向套與活塞之間裝一隔離套K，其長度C由所需的最小導向長度決定。采用導向套不僅能保證最小導向長度，而且還能擴大導向套及活塞的通用性。如下圖所示：圖3.8 導向長度導向套滑動面的長度（3.78）活塞寬度 （3.79）隔離套長度 （3.80）3.3.3.5缸筒壁厚和外徑計算根據(jù)標準液壓缸外徑系列表選擇，為了盡可能滿足要求，由下表可選取液壓缸外徑為 ，即伸縮液壓缸的壁厚為 表3.6 標準液壓缸外徑系列表（JB106867）液壓缸內(nèi)徑405063809010011012514015016018020020鋼5060769510812113316814618019421924545鋼50607695108121133168146180194219245計算缸筒壁厚的合成應力和厚度時必須考慮不同的比值和材質(zhì)，采用不同的強度計算公式。當時，為薄壁 （3.81）當 時，為厚壁 （3.82）式中D缸筒直徑 缸筒試驗應力，當缸的額定壓力 時取，所以 缸筒材料的許用應力，為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般取n=5,缸筒材料選用35號鋼，其抗拉強度查表得，。 將數(shù)據(jù)代入公式得缸筒壁厚： （3.83） （3.84）符合要求。所以取缸筒壁厚，為厚壁。缸筒外徑為：（3.85）3.3.3.6缸底參數(shù)計算及校核缸底材料選擇材料選用35號鋼，其抗拉強度查表得（3.86）所以缸底厚度取 3.3.3.7液壓缸穩(wěn)定性和活塞桿強度校核（1） 油缸穩(wěn)定性的計算因為油缸的工作行程較大，則在油缸活塞桿全部伸出時，計算油缸受最大作用力壓縮時油缸的穩(wěn)定性。假設油缸的活塞桿的推力為F，油缸穩(wěn)定的極限應力為，則油缸穩(wěn)定性的條件為。按下式得到： （3.87）式中：可先算出和的值從下表查出相對應的值，然后再計算的值。圖3.9 時臨界力的計算圖 （3.88） （3.89）式中：為活塞桿直徑 、為缸體外徑、為缸體內(nèi)徑。其中 （3.90） （3.91）所以 （3.92） ?。?.93）圖3.10 液壓缸縱向彎曲 、為長度、上的斷面慣性矩。查 時臨界力的計算圖，可由 且 查上表得 （其中，活塞桿頭部至油缸A點處的距離 :缸體尾部至油缸A點處的距離）所以：（3.94） （3.95） 即油缸的穩(wěn)定性是滿足條件。（2）活塞桿強度的驗算因為活塞桿長 ，活塞桿直徑 ，即為細長桿，其活塞桿強度需同時考慮壓縮和彎曲。判別最大撓度點位置之值可由式計算：式中 活塞桿材料的彈性模量，對于鋼材 活塞桿截面慣性矩所以 （3.96）短行程液壓缸的活塞桿，在工作中主要承受軸向壓縮（或拉伸）載荷，故可近似地按中心受壓（或受拉）進行強度驗算，即（3.97）式中 活塞桿外徑 空心活塞桿內(nèi)徑，對于實心活塞桿 F液壓缸的最大推力 （） 活塞桿的壓（或拉）應力 活塞桿材料的許用應力，其中為材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，通常取，活塞桿材料選用45號鋼，其屈服極限為即 （3.98）所以 （3.99）滿足條件要求。3.3.3.8連接零件的強度計算首先確定油缸缸筒與缸蓋采用螺紋連接，鋼筒與缸底采用焊接方式，此種方式能夠使液壓缸緊湊牢固。（1）缸筒與缸底焊縫的強度計算對接焊縫的應力及強度條件為：（3.100）式中 F液壓缸的最大推力 缸筒外徑 焊接內(nèi)徑 焊接效率，取 焊接的許用應力。，為焊條的抗拉強度，當采用T422焊條時，取安全系數(shù)所以（3.101） （3.102）其中符合條件。（2）缸筒與缸蓋的螺紋連接強度計算缸筒螺紋處的強度計算：螺紋處的拉應力： （3.103）螺紋處的剪應力： （3.104）合成應力及強度條件為：（3.105）式中：F油缸的最大推力 D缸筒內(nèi)徑 螺紋外徑 螺紋內(nèi)徑，當采用普通螺紋時（GB196-63）時，可近似按下式計算，t為螺距 K螺紋預緊力系數(shù)，取 螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)（），一般取； 螺紋的許用應力，其中為缸筒材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，通常取，缸筒材料選用35號鋼，其屈服極限為，則由前面計算可得：，則查機械零件手冊，采用普通螺紋基本尺寸（GB/T193-2003）公稱直徑第一系列 60，可得螺距 ，所以 （3.106）（3.107） （3.108）（3.109）因為 ，所以滿足強度條件。3.3.3.9液壓油缸其它零部件的確定 （1）活塞與缸筒和活塞桿間的密封裝置由于活塞與缸筒內(nèi)壁間存在相對運動，因此該密封屬于動密封，這里采用O型密封圈，具有結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好，安裝空間小，拆裝方便等優(yōu)點。此處選用GB/T3452.3-2005標準O型圈 502.65 ?；钊c活塞桿件的密封屬于靜密封，通常是在活塞與活塞桿連接部位的配合間隙表面之間采用O型圈密封，密封槽通常開在軸上，以便于加工與拆裝。但當活塞桿與活塞連接部位的軸徑較小時，密封槽開在活塞內(nèi)孔上。此處選用GB/T3452.3-2005標準O型圈252.65 ，密封槽開在活塞內(nèi)孔上。（2）活塞桿的導向套和防塵活塞桿導向套在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進行導向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒 本科畢業(yè)論文（設計）任務書院 別機電學院專業(yè)機械電子工程班級學生姓名學號指導教師職稱題 目搬運機械手機構(gòu)與控制電路設計論文（設計）的主要任務與具體要求（有實驗環(huán)節(jié)的要提出主要技術指標要求）進行生產(chǎn)線用搬運機械手機構(gòu)與控制電路設計。包括主要機構(gòu)和傳動系統(tǒng)設計：機械手搬運最大物重：30Kg，直徑為：以下尺寸的圓形棒料。物品移動范圍為半徑為0.5m的扇形區(qū)域，高度變化范圍為：0.5m。動力裝置自定。如選用液壓系統(tǒng)，要設計出液壓系統(tǒng)圖和相應電氣控制系統(tǒng)。要求設計壽命10年。完成機體和傳動機構(gòu)的總體設計，并完成指定零件的零件圖設計。進行必要零部件的受力分析與強度驗算；繪制總裝圖和相關零件圖。必要時進行優(yōu)化設計和應力分析。在以上給定參數(shù)條件下，設計出應用標準元件最多，體積最小、機構(gòu)最為合理、強度足夠，基本能交付工程實際的設計資料。完成文獻資料收集，分析研究和綜述，撰寫開題報告。完成總體設計說明書或論文撰寫。要求設計學生具有綜合應用所學理論知識，專業(yè)知識和實踐技能；具有查閱科技文獻資料、使用各種標準、手冊以及獨立設計工作能力；具有較強的CAD繪圖能力，具有機械制造方面的基本知識；善于應用新技術、新工藝、新材料。在綜合訓練過程中鍛煉工程應用能力，啟發(fā)創(chuàng)新思維。融會運用所學知識，在充分分析，研究，探討，綜合的基礎上完成畢業(yè)答辯。進度安排（包括時間劃分和各階段主要工作內(nèi)容）2011年12月15日2011年12月31日下達畢業(yè)設計任務；2012年2月20日2012年3月10日收集設計資料，熟悉相關知識，規(guī)范；進行設計問題分析和構(gòu)思，完成畢業(yè)設計開題報告，開題；2012年3月11日3月24日，完成傳動方案設計和傳動路線擬定，傳動過程動力設計；2012年3月25日4月1日，完成機械結(jié)構(gòu)分析與計算，驗證方案合理性；2012年4月2日4月9日，完成傳動草圖設計，2012年4月10日4月18日，完成傳動與支撐總裝草圖；2012年4月19日4月26日，進行指定零件圖設計；進行元件強度驗算；2012年4月27日5月4日，完成總裝配圖繪制；2012年5月5日5月12日，完成指定零件圖繪制，進行必要的優(yōu)化和應力分析；2012年5月13日5月18日，完成設計說明書或論文整理與撰寫，交畢業(yè)設計資料，評定成績；2012年5月19日5月20日，最后整理資料，準備答辯問題，答辯；主要參考文獻進度安排（包括時間劃分和各階段主要工作內(nèi)容）2011年12月15日2011年12月31日下達畢業(yè)設計任務；2012年2月20日2012年3月10日收集設計資料，熟悉相關知識，規(guī)范；進行設計問題分析和構(gòu)思，完成畢業(yè)設計開題報告，開題；2012年3月11日3月24日，完成傳動方案設計和傳動路線擬定，傳動過程動力設計；2012年3月25日4月1日，完成機械結(jié)構(gòu)分析與計算，驗證方案合理性；2012年4月2日4月9日，完成傳動草圖設計，2012年4月10日4月18日，完成傳動與支撐總裝草圖；2012年4月19日4月26日，進行指定零件圖設計；進行元件強度驗算；2012年4月27日5月4日，完成總裝配圖繪制；2012年5月5日5月12日，完成指定零件圖繪制，進行必要的優(yōu)化和應力分析；2012年5月13日5月18日，完成設計說明書或論文整理與撰寫，交畢業(yè)設計資料，評定成績；2012年5月19日5月20日，最后整理資料，準備答辯問題，答辯；注：畢業(yè)設計期間（2012.2.20 2012.5.25），每2周以系為單位對學生的畢業(yè)設計情況進行檢查，每個學生準備PPT等資料，自述5分鐘，指導教師提問并指導相關問題。時間初定為：3月22日；4月5日；4月19日；5月10日。參加設計的學生必須到場。指導教師簽名系（教研室）審核意見任務接受人（簽名）年 月 日審核人簽名： 年 月 日年 月 日備注：1、本任務書一式三份，由指導教師填寫相關欄目，經(jīng)系審核同意后，系、指導教師和學生各執(zhí)一份。 2、本任務書須裝入學生的畢業(yè)論文（設計）檔案袋存檔。 學生畢業(yè)設計開題報告題 目：搬運機械手機構(gòu)與控制電路設計院 校： 專 業(yè)： 機械電子工程 年 級： 姓 名： 學 號： 指導老師： 本科畢業(yè)論文（設計）開題報告院別機電學院專業(yè)機械電子工程班級姓名 學號聯(lián)系方式題目搬運機械手機構(gòu)與控制電路設計開題申請：（包括選題的意義與目的、文獻綜述、研究現(xiàn)狀、創(chuàng)新思路、論文提綱、進度安排、參考文獻等。）一、 選題的意義與目的意義：機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用于按固定程序抓取、搬運物體或操作工具的自動操作裝置。它可以代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和機械化，能在有害環(huán)境下操作以保證人的安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。在工業(yè)部門中應用的機械手稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學科機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領域有著廣泛的發(fā)展空間。機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一它能部分的代替人工操作；其二它能按照生產(chǎn)工藝的要求遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的廣泛應用 。 機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，它有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。選擇搬運機械手機構(gòu)與電路控制設計這個課題作為我的畢業(yè)設計，對我的專業(yè)機械電子工程，四年里所學的關于機械與電子的專業(yè)知識能夠進行一個系統(tǒng)的總結(jié)，因為這個畢業(yè)設計涉及里機械結(jié)構(gòu)的設計與電路控制系統(tǒng)的設計。是實際綜合設計訓練；是一次全面的鍛煉和設計實踐；是工程技術的具體應用；是能力提高的關鍵環(huán)節(jié)。目的：代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機具進行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。通過畢業(yè)設計搬運機械手機構(gòu)與電路控制設計，對大學四年知識的總結(jié)，使自己在踏入社會就業(yè)，對機械行業(yè)設計這個領域能更加容易上手，鞏固自己的知識。二、國內(nèi)外研究概況及相關文獻綜述目前國內(nèi)工業(yè)機械手主要用于機床加工，鑄鍛，熱處理等方面，數(shù)量，品種，性能方面都不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，因此，國內(nèi)主要擴大機械手運用范圍，重點發(fā)展鑄鍛，熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。在 運用專業(yè)機械手的同時，相應地發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手，計算機控制機械手和組合式機械手等。國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術都很重視，幾十年來，這項技術的研究和發(fā)展一直比較活躍，設計在不斷的修改，品種在不斷的增加，運用領域也在不斷的擴大。在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手運用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床，摸鍛壓機的上下料，以及點焊，噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件機械手本身的損害。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界的條件的變化，做出相應的變更。 3、 創(chuàng)新思路 機械手的機械結(jié)構(gòu)主要手抓、手腕、手臂、和機身組成，包括由兩個液壓回轉(zhuǎn)缸和三個液壓伸縮缸，采用液壓驅(qū)動方案控制機械手運動，用電磁閥控制的液壓缸來實現(xiàn)機械手的上升、下降、伸縮、翻轉(zhuǎn)運動及夾緊工件的動作，采用可編程序控制器對機械手實現(xiàn)自動控制。該設計將實現(xiàn)對直徑以下尺寸、重高達30kg的圓形棒料在移動范圍半徑為0.5m的扇形區(qū)域，高度變化范圍為：0.5m的區(qū)域內(nèi)進行可編程控制搬運。四、論文提綱論文摘要前言第一章 緒論 1.1機械手的研究概況1.2機械手發(fā)展方向1.3工業(yè)機械在生產(chǎn)中的應用1.4本設計中研究的主要內(nèi)容第二章 搬運機械手的總體設計方案2.1機械手的組成2.1.1機械手的執(zhí)行機構(gòu)2.1.2機械手的驅(qū)動機構(gòu)2.1.3機械手的控制方式選擇2.2機械手的技術參數(shù)列表2.3機械手手部的設計計算2.3.1手部設計基本要求2.3.2 手部機構(gòu)的選擇2.3.3手抓的設計計算2.4腕部的設計計算2.4.1腕部設計基本要求2.4.2 腕部機構(gòu)的選擇2.4.3腕部的設計計算2.5臂部的設計計算2.5.1臂部設計基本要求2.5.2 臂部機構(gòu)的選擇2.5.3臂部的設計計算2.5.4液壓缸工作壓力及結(jié)構(gòu)的確定第三章 機身的設計計算3.1機身的總體設計3.2機身的回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計計算3.3機身的升降機構(gòu)設計計算第四章 液壓系統(tǒng)的傳動機構(gòu)設計計算及總圖第五章 總體的控制電路設計及總圖第六章 總結(jié)參考文獻致謝五、進度安排2011年12月15日2011年12月31日下達畢業(yè)設計任務；2012年2月20日2012年3月10日收集設計資料，熟悉相關知識，規(guī)范；進行設計問題分析和構(gòu)思，完成畢業(yè)設計開題報告，開題；2012年3月11日3月16日，完成傳動方案設計和傳動路線擬定，傳動過程動力設計；2012年3月17日3月27日，完成機械結(jié)構(gòu)分析與計算，驗證方案合理性；2012年3月27日4月5日，完成傳動草圖設計，2012年4月6日4月12日，完成傳動與支撐總裝草圖；2012年4月13日4月20日，進行指定零件圖設計；進行元件強度驗算；2012年4月21日5月1日，完成總裝配圖繪制；2012年5月2日5月13日，完成指定零件圖繪制，進行必要的優(yōu)化和應力分析；完成設計說明書或論文整理與撰寫，交畢業(yè)設計資料，評定成績；最后整理資料，準備答辯問題，答辯；六、參考文獻1 機械工程及自動化簡明設計手冊，葉偉昌主編，機械工業(yè)出版社，2003.3。2 工業(yè)機器人運用技術，方新主編，科學出版社 北京，3 工業(yè)機器人設計， 周伯英編著，機械工業(yè)出版社，19944 郭愛蓮，新編機械工程技術手冊，經(jīng)濟日報出版社，1991。5 機械工程手冊電機工程手冊編委會，機械工程手冊，北京：機械工業(yè)出版社，1982。6 工業(yè)機器人，吳振彪 王正家 主編 ，華中科技大學出版社，20007 機械設計手冊單行本液壓傳動，成大先主編，化學工業(yè)出版社，20018 機械零件設計手冊，國防工業(yè)出版社，19849 液壓傳動，隗金文 王慧 主編，東北大學出版社，200110 液壓傳動與控制， 沈興全 主編，國防工業(yè)出版社，201011 液壓與氣壓傳動，劉延俊 主編，機械工業(yè)出版社，12 機械設計基礎課程設計指導書，陳立德主編，高等教育出版社，200713 工業(yè)機械手設計基礎14 可編程控制器原理與應用，范次猛主編，北京理工大學出版社.2006指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日教研室或系審核意見： 教研室（系）主任簽名： 年 月 日5