1、毕 业 设 计（论 文）题 目： 搬运机械手机构与控制电路设计 （英文）： Design of Manipulator Mechanism and Control Circuit 院 别： 机电学院 专 业： 机械电子工程 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 搬运机械手机构设计与控制电路设计摘要机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用于按固定程序抓取、搬运物体或操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产自动化和机械化，能在有害环境下操作以保证人的安全，因而广泛应用于机械
2、制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在工业部门中应用的机械手称为工业机械手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。全套图纸加 153893706设计包含了机械手的结构设计及控制电路设计，其中在结构设计这方面包含了机械手的手部结构、腕部结构、臂部结构设计及
3、机身的整体结构设计。在控制电路设计搬运机械手机构设计与控制电路设计这方面包含了液压驱动控制设计、器件的选择设计、PLC 可编程自动控制电路设计。本毕业设计搬运机械手机构与控制电路设计非常适合作为机械电子工程这门专业大学四年的一个总结。因为其中包含了机械设计与电路设计，是机械与电子的结合体，能充分体现这门专业的内涵。关键词：机械手；手部；腕部；臂部；机身；液压；电路Design of Manipulator Mechanism and Control Circuit ABSTRACTManipulator is a kind of automatic control and from the n
4、ew 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
5、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 energ
6、y 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 mechani
7、cs, 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 s
8、tructure 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 th
9、e 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, choi
10、ce 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 mechani
11、cal 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搬运机械手机构设计与控制电路设计目录第一章 绪论 11.1 机械手的研究概况 11.2 机械手发展方向 11.3 工业机械手在生产中的应用 21.4 本设计中研究的主要内容 3第二章 搬运机械手的总体设计方案
12、42.1 机械手的组成 42.2 机械手基本结构的选择 42.3 机械手的执行机构 42.4 机械手的驱动机构 42.5 机械手的控制方式选择 52.6 机械手的技术参数列表 5第三章 搬运机械手手臂各部件的设计 63.1 机械手手部的设计计算 63.1.1 手部设计基本要求 .63.1.2 手部机构的选择 63.1.3 手抓的设计计算 .63.2 腕部的设计计算 173.2.1 腕部设计基本要求 .173.2.2 腕部机构的选择 173.2.3 腕部的设计计算 .183.3 臂部的设计计算 243.3.1 臂部设计基本要求 .243.3.2 臂部机构方案的选择 253.3.3 臂部的设计计算
13、 .27第四章 机身的设计计算 404.1 机身的总体设计 404.2 机身的升降机构设计计算 414.2.1 手臂偏重力矩的计算 .414.2.2 升降导向立柱不自锁条件分析计算 .424.2.3 机身升降液压缸驱动力矩的计算 .434.2.4 手臂升降液压缸参数计算 .444.3 机身的回转机构设计计算 494.3.1 机身回转液压缸驱动力矩计算 .494.3.2 机身回转液压缸主要参数 .514.3.4 机身回转液压缸螺钉的计算 .524.3.5 动片与输出轴间的连接螺钉计算 .534.3.6 机身回转液压缸筒的壁厚校核 .544.4 联接板的设计 554.4.1 联接板的介绍及作用 .
14、55第五章 液压驱动系统与控制电路的设计 575.1 驱动系统设计要求 575.2 驱动系统设计方案 575.3 驱动系统设计 585.3.1 分功能设计分析 .585.3.2 液压泵的确定与所需功率计算 .595.4 控制电路设计 66参考文献 67致谢 68附录 A 69搬运机械手机构设计与控制电路设计搬运机械手机构设计与控制电路设计1第一章 绪论 1.1 机械手的研究概况机械手是一种模拟人手操作的自动机械。可按人们所设计的固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。在工业生产生活中应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工
15、操作，改善劳动条件，保证人身安全，更能提高生产效率，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动） 、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度 。自由度是机械手设计的关键参数 。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有
16、 23 个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。1.2 机械手发展方向现阶段关于机械手的研究发展方向大体主要往重复高精度、模块化、机电一体化等方向上升级。（1）重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装
17、置有关。重复精度是指如果动作重复多次, 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 通常会显示一个固定的误差, 这个误差2是可以预测的, 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围, 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展,机械手的重复精度将越来越高, 它的应用领域也将更广阔, 如核工业和军事工业等。（2）模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术, 而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装
18、置, 使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能, 扩大了机械手的应用范围, 是机械手的一个重要的发展方向。（3）机电一体化由“可编程序控制器- 传感器- 液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面，发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件, 使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制” ，省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC 的输出功率在增大 , 由 PLC 直接控制线圈变得越来越可能。1.3 工业机械手在生产中的应用国内外机械工业中机
19、械手主要应用于以下几方面：（1）热加工方面的应用。热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作（2）冷加工方面的应用。冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。（3）拆修装方面的应用。拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用
20、机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装搬运机械手机构设计与控制电路设计3卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。1.4 本设计中研究的主要内容本毕业设计搬运机械手机构设计与电路控制设计主要研究包括机械手机构和传动系统设计：机械手搬运最大物重：30Kg，直径为： 以下尺寸的圆形棒料。物品10移动范围为半径为 1.2m 的扇形区域，高度变化范围为： 1.5m ，要求设计寿命 10 年。完成机体和传动机构的总体设计，并完成指定零件的零件图设计。进行必要零部件的受力分析
21、与强度验算；绘制总装图和相关零件图。必要时进行优化设计和应力分析。在以上给定参数条件下，设计出应用标准元件最多，体积最小、机构最为合理、强度足够，基本能交付工程实际的设计资料。4第二章 搬运机械手的总体设计方案2.1 机械手的组成机械手是由执行机构、驱动机构以及控制机构三大部分组成。2.2 机械手基本结构的选择机械手按其基本结构可分为：直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、平面坐标式、柔软臂式、冗余自由度式、模块式等多种结构。由于本设计搬运机械手大多用于生产线上物料的上下搬运，所以所要求的自由度不高，只有机身的上下运动，手臂的伸缩及平面转动，腕部的翻转。结合上面多种结构，本设计将采用圆
22、柱坐标式结构。圆柱坐标型机械手结构具有结构简单，定位精度较高，占地面积小等特点。2.3 机械手的执行机构机械手的执行机构主要包括以下几部分：（1）末端操作（执行）器：又称手部，是在手腕上配置的操作机构，有时也称手抓。是操作机直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。（2）手腕：是支乘和调整末端执行器姿态的部件，连接手部与臂部的部分。主要用来确定和改变末端执行器的方向；改变产品的空间方向；将作业载荷传递到手臂；扩大手臂的移动范围。（3）手臂：是连接机身与手腕的部分，用于支乘和调整手腕与末端执行器位置的部件，由操作机的动力关节与连接杆件等构
23、成。主要作用是改变手部的空间位置，满足机器手的作业空间，并将各种载荷传递到机座。（4）机身：也称机座，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件，起支乘作用。分为移动式与固定式两类，对固定机器人，直接连接在地面基础上；对移动式机器人，则安装在移动机构上，可以扩大机器人的活动范围。2.4 机械手的驱动机构根据机械手驱动的动力源不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气压、搬运机械手机构设计与控制电路设计5电动和机械驱动等四类。四种驱动进行对比，由于液压驱动具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便等优点，所以在本设计中将采用液压机构驱动机械手。2.5 机械手的控制方式选择机械手控制系统的
24、要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。控制系统可根据动作的要求，设计采用 PLC 动作顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。2.6 机械手的技术参数列表最大抓去物重：30Kg自由度数：4 个自由度（手抓张合、手部回转、手臂伸缩、手臂回转、手臂升降）坐标形式：圆柱坐标式抓取物料最大直径： 以下尺寸的圆形棒料10物品移动范围：半径为 R0.5m 的扇形区域高度变化范围：0.5m使用寿命：10 年6第三章 搬运机械手手臂各部件的设计3.1 机械手手部的设计计算3.1.1 手部设计基本要求（1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。考虑到在一定的夹紧力下，不
25、同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。（2） 应考虑到手抓抓取物料时是否会损坏物料便面精度或使物料发生变形。（3） 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度） ，以便于抓取工件。（4） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。（5） 应保证手抓的夹持精度。3.1.2 手部机构的选择手部结构根据手抓开合的动作特点分为回转型和移动型两类。其中回转型又分为一支点回转和多支点回转；根据手抓夹紧是摆动还是平动，又分为摆动回转型和平动回转型。夹钳式手部中较多的是回转型手部，一般有单作用斜楔式
26、回转型手部、滑槽式杠杆回转型手部、双支点连杠杠杆手部、齿条齿轮杠杆式手部等。平移型夹钳式手部大致可分为直线往复移动机构和平面平行移动机构两种类型。但由于平移型夹钳式手部是通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作，常用于夹持具有平行平面的工件（如箱体） ，其结构叫复杂，不如回转型手部应用广泛。综上其述本设计中将采用最结构简单，最常用的滑槽式杠杆会装型手部机构。3.1.3 手抓的设计计算3.1.3.1 手抓结构的力学分析下面对其基本结构进行受力分析：滑槽杠杆受力图如下搬运机械手机构设计与控制电路设计7图 3.1 滑槽杠杆时手部结构简图、受力分析图中在杠杆的作用下，销轴向上的拉力为
27、 F，并通过销轴中心点 O 点，两手指的滑槽对销轴的反作用为 和 ，其力的方向沿滑槽的中心线 和 并指向 O 点。1F2 12则可得：（3.1）0xF得（3.2）21（3.3）0yF得 （3.4）cos21（3.5）F（3.6）001件M得 （3.7）bFhN1（3.8）acos所以手抓的驱动力：8FabN2cos2（3.9）式中 a手指的回转支点到对称中心的距离（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FNF会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好 = ，本设计中将设03:4。30这种手部的结构简单，具有动
28、作灵活，手指开闭角度打等特点。3.1.3.2 夹紧力与驱动力的计算钳抓式手部夹紧力的计算必须根据手指和工件的形状、手指夹持工件时不同的方位进行具体分析，由工业机械手设计基础中表 21 所列出的不同形状的手指与工件在不同方位夹持式的夹紧力计算公式：图 3.2 夹紧力计算公式由于本设计中时采用手指水平位置移动夹紧，工件水平放置，手指形状为 V 型指型夹持圆形棒料的形式，常用的 V 型块角有 和 两种，本设计中选取 V 型块角 。9012120搬运机械手机构设计与控制电路设计9由上表可知： （3.10）G5.0FN式中 G 为所夹持工件的重量 （3.11）kg3/13即： （3.12）N50.0FN
29、驱动力： （3.13）3cos1ab2cosab22N为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及船里机构效率的影响，其实际的驱动力： （3.14）21KF实式中 手部的机械效率，一般取（0.850.95） =0.9 安全系数，一般为（ 1.22） =1.5件 件工作情况系数，主要考虑惯性力的影响， 可近似按以下估计， ，其中 为被抓取工件运动时的最大加速度 ，件 件为重力加速度（ ）件为运载工件的最大速度，设件 m/s.v10为系统达到的最高响应时间，一般取（0.03s0.5s） ，设 s.t50即 （3.15）0218952/K由于手指长 b 与手指宽 a 尚未确定，无法确定驱动力大小，
30、又由于 b 与 a 关系到手指的夹持精度，所以需先进行夹持定位精度分析。3.1.3.3 机械手手抓夹持精度的分析计算机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决与机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定） ，而且也与手指的夹持误差大小有关。特别是在多品10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，需要注意选用合理的手部结构参数。如下图所示：图 3.3 手抓夹持精度图钳口与钳爪的连接点 E 为铰链联结,如图示几何关系 ,若设钳爪对称中心 O 到工件中心 O的距离为 x,则x= （3.16）22)sin/(abRl当工件直径变化时,x 的变化量即
31、为夹持精度（定位误差）,设工件半径 R 由变化到 时,其最大定位误差为maRmin= - （3.17）22sinaxa)b/(Rl 2)sinm/(abRl其中本设计中所要求的是夹持 以下的圆形棒料，由于夹持精度1050000缸工作压力P/MPa0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 7由驱动力 ，所以选择液压缸的工作压力 。 NF5038 MpaP1设液压缸的直径 D，活塞杆的直径 ，则有D.d50搬运机械手机构设计与控制电路设计13（3.22）pdD4F2所以带入数据可求得：（3.23）m.P4250512由下表可知： 表 3.2 液压缸内径 D 系列（GB/T2348-199
32、3）8 10 12 16 20 25 32 40 50 6380 100 125 160 200 250 320 400 这里选择液压缸直径为： mD32表 3.3 活塞杠直径 d 系列（GB/T2348-1993）4 5 6 8 10 12 14 16 18 2022 25 28 32 36 40 45 50 56 6370 80 90 100 110 125 140 160 180 200220 250 280 320 360 由 ，符合要求。m.D.d163250活塞杆长度：（3.24）mal 327518053tn缸筒壁厚：当 时，为薄壁 1/D（3.25）2DPy14当 时 ，为厚壁
33、10/D（3.26）1P3.402Dy式中 D缸筒直径 缸筒试验应力，当缸的额定压力 时取 ，所以yP Mpa16nnyP5.15.1y缸筒材料的许用应力， ， 为材料的抗拉强度，n 为安全/bb系数，一般取 n=5,缸筒材料选用 35 号钢，其抗拉强度查表得 ，pa540b。108n/b将数据代入公式得缸筒壁厚：（3.27）2.01835.2DPy（3.28）5.P3.4y所以取缸筒壁厚 ，为厚壁。m10活塞宽度：（3.29）m.D.b1632501603.1.3.6 液压缸的缸体长度确定液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和，缸体外形长度还要考虑到两端盖间的厚度，一般液压缸缸体长
34、度不应大于内径的 20 30 倍。本设计中活塞杆的行程为 ，活塞宽度为 ，所以缸体内部长度为：58.d16b（3.30）m.l24163.1.3.7 液压缸的活塞与活塞杆的连接结构搬运机械手机构设计与控制电路设计15本设计中由于液压缸内径较小，行程也小，所以采用整体式结构，该结构简单，适用于缸径较小的液压缸。 3.1.3.8 液压缸端盖的设计计算（1）端盖螺钉的设计计算表 3.4 螺钉间距 t 与压力 P 之间的关系工作压力 MPa螺钉的间距 mt0.5:1.5 小于 1501.5:2.5 小于 1202.5:5.0 小于 1002.0:10.0 小于 80液压缸端盖上每个螺钉在危险截面上所承
35、受的拉力为：（3.31）件F即工作拉力与参与预紧力之和。计算如下：液压缸工作压强为 ,所以螺钉间距 小于 ,试选择 4 个螺钉，MPa1tm150（3.32）D12.543所以选择螺钉数目合适 个 Z受力截面：（3.33）22222 0688.601 m.mrRS 所以 16（3.34）N.ZPSF72.150406816，此处连接要求有密封性，故 取（1.5-1.8） ，取 。 KF件k61.K（3.35）.KF件152.47.1506所以 （3.36）NN件872.3915.247.150螺钉材料选择 Q235。则（3.37）Mpa.ns160524安全系数 n 取 1.5（1.2-2.5
36、） 。螺钉的直径由下式得出 （3.38）F3.14dF 为总拉力即 ，代入数据得： 总F（3.39）m.d014.2164387.914螺钉的直径选择取标准 。m5即选用六角头螺栓（GB/T5783-2000）M5 。（2）端盖厚度的确定由于该液压缸前端盖通有活塞杆，即为有孔端盖，所以端盖厚度为：（3.40）dDP.ty430搬运机械手机构设计与控制电路设计17式中 D端盖止口内径（ ）mD32d端盖孔的内径（ ）d16，5.1PyMpa0代入数据得：（3.41）m.dDP.ty91430取 mt53.1.3.9 液压缸密封装置的选择端盖内孔壁选用 O 型橡胶密封圈规格（GB3452.1-20
37、05） ，材料为丁腈橡胶，规格为 。8.16活塞壁选用 O 型橡胶密封圈规格（GB3452.1-2005） ，材料为丁腈，规格为。5.233.2 腕部的设计计算3.2.1 腕部设计基本要求手腕部件设置在手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。手腕部件具有独立的自由度，此设计中要求有绕中轴的回转运动。（1）力求结构紧凑、重量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
38、。（2）结构考虑，合理布局腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，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连接。18（3）必须考虑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。3.2.2 腕部机构的选择腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用。考虑到实际生产线上搬运工件需要给予工件翻转运动，所以选用一个回转缸以实现工件的回转，回转的角度可用液压的流量来控制也可用机械挡块来实现。3.2.3 腕部的设计计算3.2.3.1
39、 腕部回转力矩的计算腕部回转时，需要克服的阻力由：（1）腕部回转支承处的摩擦力矩：（3.42）DF2fM21R摩式中 ， 轴承处支反力（N） , 轴承的直径（m） ；1RF2 12轴承的摩擦系数，对于滚动轴承 ；对于滑动轴承f 0.-f10.f为简化计算取 （3.43）件M.10（2）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 及启动过程转过的角度 按启下式计算： （3.44）件件tJM搬运机械手机构设计与控制电路设计19式中 工件对手腕回转轴线的转动惯量 ；件J 件smN2手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量 ；2手腕回转过程的角速度 ；s1启动过程所需的时间，一般取
40、 0.05-0.3s,此处取 0.1s 。件t假设手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高为300mm，直径 140mm，其重力估算：（3.45）N/Kg.g/mG1.358978503032 等效圆柱体的转动惯量：（3.46）08.7.891352Rg122MJ工件的转动惯量，已知圆柱体工件 ， ，m0KgM3375g/m求得：（3.47）.Rl48702（3.48）617053131222 .lMJ件设工件在 0.5s 内旋转 , 取平均角速度，即 ，90代入得：（3.49）mN.tJM件件 9572106708由 （3.50）M.件件 957.211020解可得： （3
41、.51）mNM件4397.23.2.3.2 回转液压缸的驱动力矩及内径的计算回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩 件M驱 动 力 矩如下图回转缸简图所示：图 3.6 手腕回转缸简图作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩为：（3.52）件MrRPb2（3.53）2rb总 阻 力 矩式中 手腕回转时的总阻力矩件MmN搬运机械手机构设计与控制电路设计21回转液压缸的工作压力PPa缸体内孔半径Rm回转轴的半径 ，设计时按 r521.dD动片宽度 b为了减少动片与输出轴的连接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择动片宽度时应选用：（3.54）2rRb综上考虑：回转缸将以手抓整个驱动缸作为回转轴，静片
42、与回转缸壁相连固定，动片与液压驱动缸壁相连，带动整个缸体作回转运动，根据前面的计算公式试估计各尺寸可得：， ， ，5.12r.31R40bMPa3.2.3.3 液压缸盖螺钉的计算 液压缸端盖上每个螺钉在危险截面上所承受的拉力为：（3.55）件F即工作拉力与参与预紧力之和。计算如下：液压缸工作压强为 ,所以螺钉间距 小于 ,试选择 6 个MPa4tm80螺钉，（3.56）mD8097.326所以选择螺钉数目合适 个 Z受力截面：（3.57）22222 06544.65.15.3 m.mrRS 所以 22（3.58）N.ZPSF03.175602414，此处连接要求有密封性，故 取（1.5-1.8
43、） ，取 。 KF件k61.K（3.59）.KF件04.289.4361所以 （3.60）NN件07.45.2803.175螺钉材料选择 Q235，则 ，安全系数 n 取 1.5（1.2-2.5）Mpa.ns160524螺钉的直径由下式得出 （3.61）F3.14dF 为总拉力即 总F（3.62）m.d86.10435.214螺钉的直径选择取标准 。m83.2.3.4 动片与输出轴间的连接螺钉计算动片和输出轴之间的连接螺钉一般为偶数，输出轴即为手抓液压驱动缸的缸体。螺钉由于油液冲击产生横向载荷，由于预紧力的作用，将在接合面处产生摩擦力以抵抗工作载荷，预紧力的大小，以接合面不产生滑移的条件确定，故有以下等式： （3.63）ZifFM/dDPb件024为预紧力 , 为接合面摩擦系数，取（ 0.10-0.16）范围的 0.15，即钢和铸铁零件，0Ff为接合面数，取 ，Z 为螺钉数目，取 ， D 为静片的外径，d 为输出轴直径，i2i 2
