焊接機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘要隨著科技的發(fā)展和工業(yè)需求的增加，焊接技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中所占據(jù)的分量越來越大，而且焊接技術(shù)的優(yōu)良程度直接影響著零件或產(chǎn)品的質(zhì)量。國內(nèi)焊接機(jī)器人應(yīng)用雖已具有一定規(guī)模，但與我國焊接生產(chǎn)總體需求相差甚遠(yuǎn)。因此，大力研究并推廣焊接機(jī)器人技術(shù)勢在必行。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是運(yùn)用機(jī)械原理和機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人的實(shí)踐和方法。本次設(shè)計(jì)，是在了解焊接機(jī)器人在國內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)而掌握焊接機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并對手臂和腕部進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。合理布置了液壓缸。同時(shí)了解機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及運(yùn)動(dòng)控制學(xué)。為工業(yè)上焊接機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供理論參考、設(shè)計(jì)參考和數(shù)據(jù)參考，為工業(yè)設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)實(shí)踐的參考。該機(jī)器

2、人具有剛性好，位置精度高、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。關(guān)鍵字：焊接機(jī)器人液壓系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)Abstract|Withthedevelopmentoftechnologyandtheincreaseinindustrialdemand,weldinginindustrialproductionoccupiedmoreandmoreweight,andexcellentweldingtechnologydirectlyaffectsthedegreeofthequalityofpartsorproducts.Althoughthedomesticapplicationofweldingrobotwithac

3、ertainscale,butfallsfarshortoftheoveralldemandforwelding.Therefore,greateffortstostudyandpromotetheweldingrobottechnologyisimperative.Thefocusofthisdesignistheuseofmechanicaltheoryanddesignofmachineryandequipmentdesignandmethodsofpracticeweldingrobot.Thedesignoftheweldingrobotinunderstandingthebasis

4、ofthestatusquoathomeandabroad,andthengrasptheweldingrobotandworkingprincipleoftheinternalstructure,andstructuraldesignofthearmandwrist.Rationalarrangementofthehydrauliccylinder.Atthesametimeunderstandtherobotmechanicalsystemkinematicsandmotioncontrolstudy.Forthedesignofindustrialweldingrobotstoprovi

5、deatheoreticalreference,referenceanddatareferencedesignforindustrialdesignersanddesignpractice,designtheoryreference.Therobothasagoodrigidity,highprecisionlocation,stablecharacteristics.Keyword:Weldingrobot;hydraulicsystemmechanicalstructuredesign目錄摘要IAbstractII目錄J.LL第1章引言1.第2章焊接機(jī)器人的總體方案32.1 總體設(shè)計(jì)的思路

6、3.2.2 自由度和坐標(biāo)系的選擇32.3 傳動(dòng)方案論證4.2.4 焊接機(jī)器人的組成6.2.4.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)6.2.4.2 控制系統(tǒng)分類8.2.5 焊接機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)82.6 本章小結(jié)8.第3章腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算1.05.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求1.05.2 腕部結(jié)構(gòu)及選擇105.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu)1.05.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇105.3 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1.15.3.1 腕部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算1.15.3.2 腕部驅(qū)動(dòng)液壓缸的計(jì)算115.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算125.5 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘1.35.6 本章小結(jié)1.3第4章臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算1.51.1.3 臂部設(shè)計(jì)的基本要求

7、1.51.2.3 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇161 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)1.61 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇1.61.3.3 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算1.71 手臂摩擦力的分析與計(jì)算171 手臂慣性力的計(jì)算1.81 密封裝置的摩擦阻力1.81.4.3 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定181.5.3 活塞桿的計(jì)算校核1.91.6.3 本章小結(jié)20第5章機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算211 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)2.11 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算221 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算231.7 手臂偏重力矩的計(jì)算231.7 升降不自鎖條件分析計(jì)算241.7 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算241 軸承的選擇分析251 本章小結(jié)25總結(jié)26致

8、謝27參考文獻(xiàn)28第1章引言焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）工業(yè)機(jī)器人術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的定義，工業(yè)機(jī)器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)（Manipulator）,具有三個(gè)或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。為了適應(yīng)不同的用途，機(jī)器人最后一個(gè)軸的機(jī)械接口，通常是一個(gè)連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進(jìn)行焊接，切割或熱噴涂。焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。從機(jī)器人誕生到本世紀(jì)80年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長期緩慢的發(fā)展過程。到了90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技

9、術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不斷提高，而機(jī)器人的制造成本和價(jià)格卻不斷下降。在西方社會(huì)，和機(jī)器人價(jià)格相反的是，人的勞動(dòng)力成本有不斷增長的趨勢。在西方國家，由于勞動(dòng)力成本的提高為企業(yè)帶來了不小的壓力，而機(jī)器人價(jià)格指數(shù)的降低又恰巧為其進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來了契機(jī)。減少員工與增加機(jī)器人的設(shè)備投資，在兩者費(fèi)用達(dá)到某一平衡點(diǎn)的時(shí)候，采用機(jī)器人的利顯然要比采用人工所帶來的利大，它一方面可大大提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)又可提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的整體競爭力。雖然機(jī)器人一次性投資比較大，但它的日常維護(hù)和消耗相對

10、于它的產(chǎn)出遠(yuǎn)比完成同樣任務(wù)所消耗的人工費(fèi)用小。因此，從長遠(yuǎn)看，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本還會(huì)大大降低。而機(jī)器人價(jià)格的降低使一些中小企業(yè)投資購買機(jī)器人變得輕而易舉。因此，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在各行各業(yè)得到飛速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有將近一半的工業(yè)機(jī)器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。焊接機(jī)器人具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善工人勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)和兵器工業(yè)等行業(yè)。我國自上個(gè)世紀(jì)70年代末開始進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的研究，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，在技術(shù)和應(yīng)用方面均取得了長足的發(fā)展，對國民經(jīng)濟(jì)尤其是制造業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。從目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，

11、焊接機(jī)器人技術(shù)的研究十分活躍，焊接機(jī)器人技術(shù)研究主要集中在焊縫跟蹤技術(shù)、離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)、多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)、專用弧焊電源技術(shù)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)仿真技術(shù)、機(jī)器人用焊接工藝方法、遙控焊接技術(shù)等七個(gè)方面。新中國成立后，經(jīng)過50年的艱苦努力，中國焊接生產(chǎn)機(jī)械化自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用，取得了很大的成就，焊接生產(chǎn)過程機(jī)械化與自動(dòng)化程度已達(dá)到20%。在以焊接技術(shù)為主導(dǎo)制造工藝技術(shù)的大中型骨干企業(yè)，焊接生產(chǎn)過程綜合機(jī)械化與自動(dòng)化程度已達(dá)到40%45%。在機(jī)床、鍋爐、汽車、化工機(jī)械、工程機(jī)械和重型機(jī)械等國家重點(diǎn)骨干企業(yè)，通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)及相應(yīng)配套的自動(dòng)化焊機(jī)、成套焊接設(shè)備、焊接生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)，使焊

12、接生產(chǎn)機(jī)械化與自動(dòng)化技術(shù)達(dá)到了國際90年代初的先進(jìn)水平，進(jìn)入世界先進(jìn)之列。第2章焊接機(jī)器人的總體方案該設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)一臺焊接機(jī)器人，本章主要對焊接機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析?？傮w設(shè)計(jì)的思路設(shè)計(jì)機(jī)器人大體上可分為兩個(gè)階段:(1)系統(tǒng)分析階段錯(cuò)誤！未找到引用源。根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)，明確所采用機(jī)器人的目的和任務(wù)；錯(cuò)誤！未找到引用源。分析機(jī)器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境；錯(cuò)誤！未找到引用源。根據(jù)機(jī)器人的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。如機(jī)器人的自由度、信息的存儲量、計(jì)算機(jī)功能、動(dòng)作精度的要求、容許的運(yùn)動(dòng)范圍、以及對溫度、震動(dòng)等環(huán)境的適應(yīng)性。(2)技術(shù)設(shè)計(jì)階段錯(cuò)誤！未找到引用源。根據(jù)系統(tǒng)的要求確

13、定機(jī)器人的自由度和允許的空間工錯(cuò)誤!錯(cuò)誤!錯(cuò)誤!錯(cuò)誤!未找到引用源未找到引用源未找到引用源未找到引用源作范圍，選擇機(jī)器人的坐標(biāo)形式；擬訂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路線和空間作業(yè)圖；確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型；選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計(jì);繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸。自由度和坐標(biāo)系的選擇機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度是指各運(yùn)動(dòng)部件在三維空間相當(dāng)于固定坐標(biāo)系所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)，對于一個(gè)構(gòu)件來說，它有幾個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)就稱其有幾個(gè)自由度。各運(yùn)動(dòng)部件自由度的總和為機(jī)器人的自由度數(shù)。機(jī)器人的手部要像人手一樣完成各種動(dòng)作是比較困難的，因?yàn)槿说氖种?、掌、腕、臂?9個(gè)關(guān)節(jié)組成，共有27個(gè)自由度。而生產(chǎn)實(shí)踐中不需要機(jī)器人的手有這

14、么多的自由度一般為3-6個(gè)(不包括手部)。本次設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人為4自由度即：腕部回轉(zhuǎn)；小臂部伸縮；大臂部回轉(zhuǎn)；大臂部伸縮。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下：(1)直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(a)所示。由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度(pm級)。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間相對機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸

15、大得多。直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤！未找到引用源。(2)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(b)0這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。(3)球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(c)0這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)類球形的空間錯(cuò)誤！未找到引用源。(4)關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)

16、動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(d)0關(guān)節(jié)型機(jī)器人動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人。關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。根據(jù)要求及在實(shí)際生產(chǎn)中的用途，本次設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人采用直角坐標(biāo)。a)直角坐標(biāo)型b)圓柱坐標(biāo)型c)球坐標(biāo)型d)關(guān)節(jié)型圖2-1四種機(jī)器人坐標(biāo)形式傳動(dòng)方案論證焊接機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式有液壓式、氣動(dòng)式和電動(dòng)機(jī)式。(1)液壓驅(qū)動(dòng)：是指動(dòng)源(發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī))驅(qū)動(dòng)油泵產(chǎn)生壓力油，壓力油再去驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，由液壓馬達(dá)產(chǎn)生機(jī)器需要的動(dòng)力。(2)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)多用于

17、開關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人，與液壓驅(qū)動(dòng)相比較，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)由于壓縮空氣粘度小，所以容易達(dá)到高速；由于可利用工廠集中空氣壓縮機(jī)站供氣，減少了動(dòng)力設(shè)備；空氣介質(zhì)不污染環(huán)境，安全高溫下可正常工作；空氣取之不竭用之不盡，相對于油液廉價(jià)，故氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件比液壓元件價(jià)格低(3)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。隨著材料性能的提高，電動(dòng)機(jī)性能也在隨之提高并且電動(dòng)機(jī)使用簡單，所以就目前來看，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)正逐步為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式所代替。表2-1三種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較內(nèi)容驅(qū)動(dòng)方式液壓驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出力壓力局，可獲得大的輸出力壓力相對要小，輸出力小輸出力較大控制性能利用液體的不口壓縮

18、性，控制精度較高，輸出功率大，可尢級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制控制精度局,功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)局速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜響應(yīng)速度很高較局很高結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小伺服電動(dòng)機(jī)易標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動(dòng)機(jī)外,難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題

19、安全性防爆性能好，用液壓油作為傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件卜后火災(zāi)危險(xiǎn)防爆性能好，高十1000kPa（十個(gè)大氣壓）時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流后刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對環(huán)境防爆性能較差對環(huán)境影響液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境后污染排氣時(shí)有噪聲無在工業(yè)機(jī)械手中的應(yīng)用范圍適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)械手、電焊機(jī)械手和托運(yùn)機(jī)械手適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較局的機(jī)械手成本液壓兀件成本較局成本低成本高維修及使用方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求方便較復(fù)雜焊接機(jī)器人的組成焊接機(jī)器人由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、

20、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）手部手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。本設(shè)計(jì)為焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)，因此手部并無其他結(jié)構(gòu)，僅僅是一個(gè)焊槍，通過螺栓固定于腕部之上。（2）腕部腕部是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)焊槍的方位，以擴(kuò)大焊槍的工作范圍，并使手部變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡單

21、的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度小（一般小于2700）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人的腕部是利用液壓缸實(shí)現(xiàn)手部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人的腕部的運(yùn)動(dòng)為一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)是實(shí)現(xiàn)一、一0一0手部回轉(zhuǎn)的角度控制在-90均0范圍內(nèi)，其基本的結(jié)構(gòu)形式如圖2-2所示。-0Q師轉(zhuǎn)圖2-2腕部回轉(zhuǎn)基本結(jié)構(gòu)示意圖腕部的驅(qū)動(dòng)方式采用直接驅(qū)動(dòng)的方式，由于腕部裝在手臂的末端，所以必須設(shè)

22、計(jì)的十分緊湊可以把驅(qū)動(dòng)源裝在手腕上。機(jī)器人手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)的。將夾緊活塞缸的外殼與擺動(dòng)油缸的動(dòng)片連接在一起；當(dāng)回轉(zhuǎn)液壓缸中不同的油腔中進(jìn)油時(shí)即可實(shí)現(xiàn)手腕不同方向的回轉(zhuǎn)。（3）臂部手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到直線運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有一個(gè)自由度就能滿足基本要求，即臂部的伸縮運(yùn)動(dòng)。臂部的運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部的靜、動(dòng)載荷。因此，它的

23、結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)臂部的前后伸縮運(yùn)動(dòng)。臂部的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程：1850mm；伸縮速度：1200mm/s1400mm/s機(jī)器人臂部的伸縮使其手臂的工作長度發(fā)生變化，在直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)中，手臂的最大工作長度決定其末端所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距離。伸縮式臂部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)可采用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)。（4）機(jī)身機(jī)身部分運(yùn)動(dòng)的目的：把臂部送到直線運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變臂部的姿態(tài)（方位），則用機(jī)身的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，機(jī)身部分具有兩個(gè)自由度才能滿足基本要求，即機(jī)身的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)身的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，

24、從機(jī)身的受力情況分析，它在工作中既受臂部、腕部、手部的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基座的上下伸縮、以及機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程：3650mm；伸縮速度：1200mm/s1400mm/s；回轉(zhuǎn)范圍：-90°40。機(jī)器人機(jī)身的伸縮使其工作長度發(fā)生變化，在直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)中，機(jī)身的最大工作長度決定其末端所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距離。伸縮式機(jī)身結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)可采用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)。機(jī)身部分和滑軌的配置型式采用立柱式單臂配置，其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)源來自回轉(zhuǎn)液壓缸。(5)滑軌滑軌是懸臂機(jī)器人的基礎(chǔ)

25、部分，起懸掛作用，它將機(jī)身懸掛于導(dǎo)軌之上。并帶動(dòng)機(jī)身沿軌道直線運(yùn)動(dòng)。2.4.2控制系統(tǒng)分類在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。本設(shè)計(jì)采用電磁控制。2.5焊接機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)一、用途：用于焊接工件二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：1、焊槍：；2、自由度數(shù):4個(gè)自由度(腕部回轉(zhuǎn)；小臂部伸縮；大臂部回轉(zhuǎn)；大臂部伸縮4個(gè)運(yùn)動(dòng))；3、坐標(biāo)型式：直角坐標(biāo)系；4、最大工作半徑：4730mm；5、手臂最低中心高：4040mm；6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程：1850m

26、m伸縮速度：1200mm/s1400mm/s升降行程：3650mm升降速度：1200mm/s1400mm/s回轉(zhuǎn)范圍：-90。為0。；007、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍：-90為002.6本章小結(jié)本章從焊接機(jī)器人的實(shí)用方面入手，提出了一套總體設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)機(jī)器人自由度的要求選取直角坐標(biāo)系為本次設(shè)計(jì)坐標(biāo)系。同時(shí)，就焊接機(jī)器人的組成（執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）以及現(xiàn)實(shí)作業(yè)，給出了具體的手部、腕部、臂部和基座的結(jié)構(gòu)形式；并選擇液壓驅(qū)動(dòng)作為本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。最后，給出了設(shè)計(jì)中所需的技術(shù)參數(shù)。第3章腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算腕部設(shè)計(jì)的基本要求(1)力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由

27、臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。(2)結(jié)構(gòu)考慮，合理布局腕部作為焊接機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐焊槍的作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。(3)必須考慮工作條件對于本次設(shè)計(jì)，焊接機(jī)器人的工作條件是在工作場合中焊接工件，最大載荷為8KG因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對焊接機(jī)器人的腕部沒有太多不利因素。腕部結(jié)構(gòu)及選擇典型的腕部結(jié)構(gòu)(1)具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被

28、廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩M,需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用?；剞D(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定(一般小于270°)。(2)齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)在要求回轉(zhuǎn)角大于2700的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大。(3)具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。(4)機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù)：最大載荷：8KG回轉(zhuǎn)3.3.1腕部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算腕部回轉(zhuǎn)時(shí)要克服的阻力：F=

29、R+Fr2a.腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩：M=0.5fFd(3.1)其中f為軸承摩擦系數(shù)取f=0.1b.克服由于工件重心偏置所需的力矩：M=G3e(3.2)c.克服啟動(dòng)慣性所需的力矩：M=ttD4/32(3.3)3.3.2腕部驅(qū)動(dòng)液壓缸的計(jì)算表3-1液壓缸的內(nèi)徑系列(JB826-66)錯(cuò)誤！未找到引用源。(mm)2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250液壓缸外徑04053608090011012514015016018010020鋼567911111112006508213368468094194522表3-2標(biāo)準(zhǔn)液壓缸

30、外徑(JB1068-67)錯(cuò)誤！未找到引用源。(mm)45鋼56791111111200650821336846809419452MbR2-r2設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表3-1設(shè)缸體內(nèi)徑R=40mm,外徑根據(jù)表3-2選擇60mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問題后，其外徑為90mm；動(dòng)片寬度b=66mm,輸出軸r=22.5mm.基本尺寸示如圖3-2所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力：=7.35Mpa261.110.0660.0552-0.02252選擇8Mpa圖3-2腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意圖液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算圖3-3缸蓋螺釘間距示意圖表3-3螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系錯(cuò)誤！未找到引用源。工作

31、壓力P(Mpa)0.51.51.52.52.55.05.010.0螺釘?shù)拈g距t(mm)小于150小于120小于100小于80缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖4-3所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān),見表4-3,在這種聯(lián)接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力：(3.4)FQ=FqFQQ0QQs液壓缸工作壓強(qiáng)為P=8Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,試選擇12個(gè)螺釘,二D3.140.0912所以選擇螺釘數(shù)目合適螺釘材料選擇Q235,12Z=12個(gè)=23.5mm(n=1.21.5)<80mm螺釘?shù)闹睆剑篸一V41.3F二二d=0.005m螺釘?shù)闹睆竭x用M5。動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘動(dòng)片和輸出軸之間的

32、連接結(jié)構(gòu)見圖4-3，連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。螺釘材料選擇Q235,則(n=1.21.5)螺釘?shù)闹睆?d=0.005m螺釘?shù)闹睆竭x用M5。本章小結(jié)本章主要內(nèi)容為腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括：腕部結(jié)構(gòu)的選取和腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。首先，根據(jù)腕部設(shè)計(jì)的基本要求選擇與本次設(shè)計(jì)相符合的腕部結(jié)構(gòu)；然后，按照給定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；最后，確定了腕部回轉(zhuǎn)所需的回轉(zhuǎn)力矩、選用回轉(zhuǎn)缸以及選取各關(guān)鍵部位螺栓的計(jì)算。第4章臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部(包括工件或工具)，并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括

33、3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章祥述。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)(方位)，則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。4.1臂部設(shè)計(jì)的基本要求臂部設(shè)計(jì)首先要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，為此，需要滿足下列各項(xiàng)基本要求：一、臂部應(yīng)承載

34、能力大、剛度好、自重輕對于機(jī)械手臂部或機(jī)身的承載能力，通常取決于其剛度。以臂部為例，一般結(jié)構(gòu)上較多采用懸臂梁形式(水平或垂直懸伸)。顯然伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度愈差。而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。對機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能、位置精度和負(fù)荷能力影響很大。為提高剛度，除盡可能縮短臂桿的懸伸長度外，尚應(yīng)注意以下幾方面：(1)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸；(2)提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離；(3)合理布置作用力的位置和方向；(4)注意簡化結(jié)構(gòu)；(5)提高配合精度。二、臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手

35、，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為，平均回轉(zhuǎn)角速度在。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有4個(gè)途徑錯(cuò)誤！未找到引用源。：(1)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料；(2)減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸；(3)減少回轉(zhuǎn)半徑p,再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)(或先回轉(zhuǎn)后伸縮)，盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作；(4)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)緩沖裝置。三、手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)

36、動(dòng)盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死(自鎖現(xiàn)象)。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件錯(cuò)誤！未找到引用源。四、位置精度要求高一般來說，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度要求較高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置精度最難控制，故精度差；在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測結(jié)構(gòu)，能較好地控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)以減少或消除傳動(dòng)、嚙合件問的問隙。總結(jié)：除此之外，要求機(jī)械手的通用性要好，能適合多種作業(yè)的要求；工藝性好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱、冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手還要設(shè)置防塵裝置等。以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出

37、完美的、性能良好的機(jī)械手。手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：(1)雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)；(2)手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)；(1)雙活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)；(2)活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇通過以上，綜合考慮，本次設(shè)計(jì)選擇液壓缸伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng)，水平伸縮液壓缸選用伸縮式液壓缸；豎直伸縮液壓缸選用雙作用活塞缸。手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算首先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，

38、再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力，應(yīng)根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所要克服的摩擦力和慣性力等幾個(gè)方面的阻力進(jìn)行確定。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算公式可表示為：F=(Aipi-A2P2)卬(4.1)手臂摩擦力的分析與計(jì)算摩擦力的計(jì)算不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。圖4-1機(jī)械手臂部受力示意圖計(jì)算如下：'Ma=0G總L=aFb%Y=0G總屋=FaF摩二Fa摩+F幄=WFa+N'Fb(4.2)式中-參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力(含工件)(N);L-手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離(

39、參考上一節(jié)的計(jì)算；a-導(dǎo)向支撐的長度(m)；當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān);對于圓柱面：k-摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時(shí)：鋼對青銅：取巧0.10.15鋼對鑄鐵：取40.180.3選?。?，G=500N,L=1.49-0.028=1.21m,導(dǎo)向支撐a設(shè)計(jì)為0.016m。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算：=G=5000.3,a2x1.414+0.16)I=989.3N0.16手臂慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是V=1200mm/s；假定：在計(jì)算慣性力的時(shí)候，設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)速度；Gv卜梧二g：t（4.3）3:1070NN慣gAt9.8N/Kg父0.02s密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不

40、同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用。型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：F摩二65N經(jīng)過以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動(dòng)力：F=1243.8N液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=1243.8N,根據(jù)表3-1選擇液壓缸的工作壓力P=2MPa。確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖4-2所示圖4-2雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無桿腔：Fi=(Aipi-A2P2)中(4.4)當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中：F2=(A2pi-Aip2)中(4.5)其中：m為機(jī)械效率。液壓缸的有效面積：A故有：Ai=jD2/4(無桿腔)(4.6)A2=jD2/4-R2/

41、4(有桿腔)錯(cuò)誤！未找到引用源。(4.7)F=62i0N,選擇機(jī)械效率。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入：c4F62i0Di.i30.04255，二Pi'0.952i06根據(jù)表3-i(JB826-66),選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=42mm。液壓缸外徑的設(shè)計(jì)：根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在7mm,所以該液壓缸的外徑為60mm?；钊麠U的計(jì)算校核一、活塞桿強(qiáng)度校核活塞桿的尺寸要滿足活塞(或液壓缸)運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對于桿長L大于直徑d的i5倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：(4.8)片F(xiàn)/A設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳鋼，故，活塞直徑d=20mm,L=i360mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核:(T=F/A<同結(jié)論：

42、活塞桿滿足強(qiáng)度要求。二、活塞桿剛度校核現(xiàn)按照伸出液壓缸的最小直徑進(jìn)行校核，為便于計(jì)算把伸出的液壓缸簡化成懸臂梁。取:載荷F=400N,懸臂梁轉(zhuǎn)角:梁撓度:L=1730mm。Fl2片一再Fl3cd=3EI(4.9)(4.10)其中：E為材料的彈性模量：E=210Gpa10I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：取I=1.1M0=-0.0288mm<EI=249=-0.00249rad<q結(jié)論：懸臂活塞桿滿足剛度要求。4.6本章小結(jié)本章設(shè)計(jì)了搬運(yùn)機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用液壓驅(qū)動(dòng)伸縮機(jī)構(gòu)，對驅(qū)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了計(jì)算。并對液壓缸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)對液壓缸活塞桿的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了校核，校核結(jié)果均滿足要

43、求。第5章機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。機(jī)身的整體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮分析。機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：(1)回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長，花

44、鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。(2)回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。(3)活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。分析：經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于伸縮缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和伸縮。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與伸縮缸的活塞桿是一體的。具體結(jié)構(gòu)見圖6-1。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔

45、，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)18000圖5-1回轉(zhuǎn)缸位于伸縮缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩及各密封裝置處的摩擦阻力矩相平衡：M=0.5fFd(5.1)慣性力矩的計(jì)算：4_、M=兀D/32(5.2)回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長1200mm,直徑為60mm的圓柱體，質(zhì)量為159.2Kg設(shè)置起動(dòng)角度6=180,則起動(dòng)角速度切=0.314,起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.1s。密封

46、處的摩擦阻力矩可以粗略估算下，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。(2)回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬b=60mm,選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為8Mpa。d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑,設(shè)d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計(jì)算：D=80mm即設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為80mm,根據(jù)表4-2選擇液壓缸的基本外徑尺寸100mm(不是最終尺寸)，再經(jīng)過配合等條件的考慮。最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖6-2所示，內(nèi)徑為150mm,外徑為230mm,輸出軸徑為50mm。圖5-2回轉(zhuǎn)缸的截面圖5.3機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算手臂偏重力矩的計(jì)算圖5-3手臂各部件重心位置圖(1)零件重量等現(xiàn)在對機(jī)械手手臂做粗

47、略估算：總共約為33Kg計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離伊P工件=l720mmP手和腕=6mmP臂=0.88mmp_PiG工件+P手腕G手腕+P臂G臂G總(5.3)P工彳G工件+P手腕G手腕+P臂G臂G總=1500mm所以，回轉(zhuǎn)半徑。(2)計(jì)算偏重力矩M=G'：；(5.4)升降不自鎖條件分析計(jì)算手臂在的作用下有向下的趨勢，而立柱導(dǎo)套有防止這種趨勢；所謂的不自鎖條件為：傾角小于或等于摩擦角因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于480mm。手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算二F摩二N,G總.|里士亙1-a(5.5)式中："-摩擦阻力，參考圖6-3Gv4慣二；-gt(5

48、.6)G-零件及工件所受的總重。(1)摩擦驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算設(shè)定速度為V=4;起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差A(yù)t=0.02s；近似估算為286.1Kg；將數(shù)據(jù)帶入上面公式有：F摩=5000NF慣=6600N(2)液壓缸在這里選擇。型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算；最后通過以上計(jì)算:當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí)：F=5000N當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí)：F=6600N軸承的選擇分析對于伸縮缸的運(yùn)動(dòng)，機(jī)身回轉(zhuǎn)受軸承的影響。因此，這里要充分考慮這個(gè)問題。對于本設(shè)計(jì)，采用一支點(diǎn)，雙向固定，另一支點(diǎn)游動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)球軸承錯(cuò)誤！未找到引用源。的組合結(jié)構(gòu)。本章小結(jié)本章對機(jī)械