机械手优质毕业设计新版说明书.doc

摘要 在当今大规模制造业中，企业为提升生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程自动化程度，工业机械手作为自动化生产线上关键组员，逐步被企业认同并采取。工业机械手技术水平和应用程度在一定程度上反应了一个国家工业自动化水平。现在，工业机器人关键负担着焊接、喷涂、搬运和堆垛等关键性而且劳动强度极大工作，工作方法通常采取试教在线方法。本文将设计一台四自由度工业机械手，用于给冲压设配运输物料。首先，本文将设计工业机器人底座、手、手腕、臂部等结构。然后选择适宜传动方法，驱动方法，搭建工业机器人结构平台。在此基础上，本文将设计该机械手控制系统，包含数据采集卡和伺服放大器选择，反馈方法和反馈元件选择，端子板电路设计和控制软件设计，关键加强控制软件可靠性和机械手运行安全性。最终实现目标包含：关节伺服控制和制动问题实时检测机械手各关节运动情况，机械手示教编程和在线修改程序，设置参考点和回参考点。关键词：机械手；示教编程；伺服；制动ABSTRACTIn todays large-scale manufacturing, the enterprise to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, manipulator as an important member of automatic production line, gradually by enterprise and the use of identity. Industrial robot technology level and application degree to a certain extent reflect a nation of industrial automation level. Currently, the manipulator main bear the welding, painting, handling and storage, and the intensity of labor great importance of the work, work way to try to teach the general way online.This paper will design a four degrees of freedom industrial robot, are used to transport materials with stamping set. First of all, this article will design the base of the industrial robot hand, wrist, arm, the structure, etc. And then choose the appropriate transmission mode, driving way, build the structure of manipulator platform. On this basis, this paper will design the system control system, including data collection card and the choice of servo amplifiers, feedback and feedback of components of the way choice, terminal board circuit design and control of the software design, focusing on the reliability of the control software and operation safety of manipulator. Finally realize the goals include: the joint servo control and braking problems in real time detection of each joint movement of the manipulator, the manipulator. Teaching program and on-line modification program, set the reference points and back to the point of reference.Keywords: Manipulator; Demonstration program; Servo; brake.目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 工业机械手分类21.2 工业机械手组成31.3 工业机械手在生产中作用61.4 工业机械手设计目标81.5 工业机械手设计内容91.6 工业机械手技术发展方向92 机械手总体设计方案122.1 原始数据（关键参数）122.2 工作要求122.3 系统组成132.4 总体技术方案133 机械手手部设计计算153.1 手部结构设计153.2 夹钳式手部设计基础要求163.3 夹钳式手部计算和分析173.4 楔块等尺寸确实定293.5 材料及连接件选择334 机械手腕部设计计算344.1 腕部设计基础要求344.2 腕部结构选择364.3 腕部结构计算37总结50参考文件51致谢53附录 外文文件541 绪论机械工业是国民装备部，是为国民经济提供装备和为人民提供耐用消费品产业，不管是传统产业，还是新兴产业，全部离不开多种多样机械设备。机械工业所提供装备性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大和直接影响。机械工业规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平关键指标。所以，世界各国全部把发展机械工业作为发展本国经济战略关键之一。工业机械手是近几十年发展起来一个高科技自动化生产设备，工业机械手工业机器人一个关键分支，它特点是经过编程来完成多种预期作业任务，在结构和性能上兼有些人和机器各自优点，尤其表现了人智能和适应性，机械手作业正确性和多种环境中完成作业能力，在国民经济各领域有着宽广发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来一个新型装置，在现代化生产过程中，机械手被广泛利用于自动化生产线中，机器人研制和生产已成为高技术领域内，快速发展起来一门新兴技术，它愈加促进了机械手发展，使得机械手能愈加好地实现和机械化和自动化有机结合。机械手即使现在还不如人手那样灵活，但它含有能不停反复和劳动，不知疲惫，不惧危险，抓举重物力量比人手大特点，所以机械手已受到很多部门重视，并越来越广泛得到了应用。机器人并不是在简单意义上替换人工劳动，而是综合了人专长和机器专长一个拟人电子机械装置，现有些人对环境状态快速反应和分析判定能力，又有机器可长时间连续 工作、正确度高、抗恶劣环境能力，从某种意义上说它也是机器进化过程产物，它是工 业和非产业界关键生产和服务性设备，也是优异制造技术领域不可缺乏自动化设备。 机械手技术包含到力学，机械学，电气液压技术，自动控制技术，传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨多个学科综合技术。机械手是一个能自动化定位控制并可重新编程序以变动多功效机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不一样环境中工作。1.1 工业机械手分类现在，中国对工业机械手尚无交统一分类标准。通常可按机械手规格、功效或用途等来分类。1.1.1 按规格（所搬运工件重量）分类1）微型搬运重量在1kg以下。2）小型搬运重量在10kg以下。3）中型搬运重量在50kg以下。4）大型搬运重量在500kg以下。现在大多数工业机械手能搬运重量为1-30kg。最小为0.5kg，最大已达800kg。1.1.2 按功效分类1） 简易型工业机械手 有固定程序和可变程序两种。固定程序有凸轮转鼓或挡块转鼓控制，可变程序用插销板或转鼓控制来给定程序。多年来，普遍采取可编程序控制器（PC）组成控制系统。这种机械手多为气动或液动，结构简单，价格廉价，改变程序较轻易。只适适用于程序较简单点位控制，但作为通常单服务搬运作业已足够。所以，现在这种工业机械手数量最多。2） 记忆再现型工业机械手 这种工业机械手有些人工经过示教装置领动一遍，有记忆元件（如磁盘、磁带或存放器）把程序统计下来，以后机械手就自动按记忆程序反复进行循环动作。这是采取较多一个，多为电液伺服驱动。和前者相比较，有较多自由度，能进行程序较复杂作业，通用性较强。3） 计算机数字控制工业机械手 可经过更换穿孔带或其它记忆介质来改变工业机械手动作程序，还能够进行多机控制（DNC）。计算机能够是可编程序控制器或微型计算机。4） 智能工业机械手 有计算机经过多种传感元件等进行控制，含有视觉、热觉、触觉、行走机构等。1.1.3 按用途分类1）专用机械手 隶属于主机，含有固定程序而无独立控制系统机械装置。这种机械手工作对象不变，动作固定，结构简单，实用可靠，适适用于成批、大量生产生产自动线或专机作为自动上、下料用。2）通用机械手 含有独立控制系统、程序可变、动作灵活多样机械手。通用机械手工作范围大，定位精度高，通用性强，使用于工件常常变换中、小批量自动化生产。1.2 工业机械手组成工业机械手是由实施机构、驱动机构和控制系统所组成，各部分关系图（1.1）所表示，机械手组成示意图图（1.2）所表示。图1.1 工业机械手组成框图图1.2 工业机械手组成示意图1手指 2手部 3手腕回转液压缸 4导向杆 5手臂伸缩液压缸6手臂回转液压缸 7手臂升降液压缸 8液压系统控制阀9液压泵电动机 10液压泵 11油箱1.2.1 实施机构实施机构由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走机构等运动部件组成。（1）手部 详见第三章，即直接和工件接触部分，通常是回转型或平移型（多为回转型，因其结构简单）。手爪多为两指（也有多指）；依据需要分为外抓式或内抓式两种；也可用负压或真空式空气吸盘（它关键用于吸收冷，光滑表面零件或薄板零件）和电磁吸盘。传力机构型式较多，常见有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮杠杆式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。（2）腕部 详见第四章，是连接手部和手臂部件，并可用来调整被抓物体方位（即姿态）。（3）臂部 手臂是支撑被抓物体、手部、腕部关键部件。手臂作用是带动手指去抓取物体，并按预定要求将其搬运到给定位置。手臂有三个自由度，可采取直角坐标系（前后、上下、左右全部是直线），圆柱坐标系（前后、上下直线往复运动和左右旋转），球坐标系（前后伸缩、上下摆动和左右旋转）和多关节（手臂能任意伸缩）四种方法。直角坐标占空间大，工作范围小，惯性小，所以通常不多用，只有在自由度数较少时用之。圆柱坐标占空间较小，工作范围较大，但惯性也大，且不能抓取底面物体。球坐标式和多关节式占用空间小，工作范围较大，惯性小，所需动力小，能抓取底面物体，多关节还能够绕障碍物选择路径，但多关节式结构较复杂，所以也不多用。现在常见是球坐标式和圆柱坐标式工业机械手。（4）行走机构 有工业机械手带有行走机构。1.2.2驱动机构有气动、液动、电动和机械式四种形式。气动式速度快，结构简单，成本低。采取点位控制或机械挡块定位控制时，有较高反复定位精度，但臂力通常在300N以下。液动式臂力可达1000N以上，且可用电液伺服机构，可实现连续控制，使工业机械手用途和通用性更广，定位精度通常在1mm范围内。现在常见是气动和液动驱动方法。电动式用于小型，机械式只用于动作简单场所。1.2.3控制系统有点动控制和连续控制两种方法。大多数用插销板进行点位程序控制，也有采取可编程序控制器控制、微型计算机控制，采取凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等统计程序。关键控制是坐标位置，并注意其加速度特征。1.2.4基体（机身）基体是整个机械手基础。1.3 工业机械手在生产中作用机械手在工业生产中应用极为广泛，能够归纳为以下部分方面。1.3.1建造旋转体零件（轴类、盘类、环类）自动线通常全部采取机械手在机床之间传送工件。中国已建成这类自动线很多，如沈阳水泵厂深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂4号和5号电动机轴加工自动线（轴类），上海拖拉机齿轮厂齿柸加工自动线（盘类）等。加工箱体类零件组合机床自动线，通常采取随行夹具传送工件，也有采取机械手，如上海动力机厂气缸盖加工自动线转位机械手。1.3.2在实现单机自动化方面（1）各类半自动车床，有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开功效，但仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动生产，一人看管多台机床。现在，机械手在这方面应用最多，如上海柴油机厂曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二机床厂自动循环液压仿形车床机械手，沈阳第三机床厂Y38滚齿机械手，青海第二机床厂滚齿花键机床机械手等。因为这方面使用已经有成熟经验，中国部分机床厂已在这类机床产品出厂时就附上机械手，或为用户自行安装机械手提供条件。（2）注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工件，可实现全自动生产。（3）冲床有自动上下料冲压循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。现在机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上冲床用机械手较多。如沈阳低压开关厂200t冲床磁力起动器壳体下料机械手和天津拖拉机厂400t冲床下料机械手等；一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间步进，如上海第二汽车配件厂灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位冲床）和天津二轻局技术研究所制作12t和40t多工位冲床机械手等。1.3.3铸、锻、焊、热处理等加工方面在模锻方面，中国大批量生产3t、5t、10t模锻锤，其所配转底炉，用两只机械手成一定夹角部署在炉前，实现进出料自动化。上海柴油机厂、北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等已经有较成熟经验。总来说，工业机械手满足了社会生产需要，其特点是：（1）对环境适应性强，能替换人从事危险、有害操作，在长时间工作对人体有害场所，机械手不受影响，只要跟据工作环境进行合理设计，选择合适材料和结构，机械手就能够在异常高温或低温、异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，和冲压、灭火等危险环境中胜任工作。为了寻求操作安全和根本预防公害，在工伤事故多工种，如冲压、压铸、热处理、钢造、喷漆和有强烈紫外线照射电弧焊接等作业中，推广工业机械手或机器人。（2）因为机械手动作正确，因为能够稳定和提升产品质量，同时又能够避免人为操作错误。（3）机械手能持久、耐劳，能够把人从繁重单调劳动中解放出来，并能扩大和延伸人得功效。人在连续工作几小时后，总会感到疲惫或厌倦，而机械手只要注意维护、检修，即能胜任长时间单调反复劳动。（4）机械手尤其是通用工业机械手通用性，灵活性好，能很好适应产品品种不停改变，以满足柔性生产需要。这是因为机械手动作程序和运动位置（或轨迹）能够十分灵活快速地给予改变，而其众多自由度，又提供了快速改变作业内容可能，在中、小批量自动化生产中，最能发挥其作用。（5）采取机械手能显著地提升劳动生产率和降低成本。1.4 工业机械手设计目标工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程（机电一体化）等专业一个关键教学步骤，是学完技术基础课程及相关专业课以后一次专业课程综合设计。经过设计提升学生机构分析和综合能力、机械结构设计能力、机电一体化系统设计能力，掌握实现生产过程自动化设计方法。经过这一教学步骤要求能够达成：（1）经过设计，把相关课程（机构分析和综合、机械原理、机械设计、液压和气动技术、自动控制理论、测试技术、数控技术、微型计算机原理及应用、自动机械设计等）中所取得理论知识在实际中综合地加以应用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产亲密结合起来。所以，工业机械手设计是相关专业基础课和专业课以后综合性专业课程设计。（2）工业机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业学生一次比较完整机电一体化整机设计。经过设计，培养学生独立机械整机设计能力，树立正确设计思想，掌握机电一体化机械产品基础方法和步骤，为自动机械设计打下良好基础。（3）经过设计，使学生能熟练地应用相关资料、计算图表、手册、图册和规范；熟练相关国家标准和部颁标准，已完成一个工程技术人员在机械整机设计方面必需含有基础技术训练。（4）因为整个机械手设计工作量大为了是学生在多个周之内得到一个完整训练，所以此次设计我们小组四个人分工协作一个完整工业机械设计。这么既能培养学生独立工作和分工协作完成大型设计能力，又处理了工作量大、时间短矛盾。1.5 工业机械手设计内容要求本设计能较鲜明地表现机电一体化设计构思。所谓机电一体化技术，是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、传感技术等而形成一个新综合集成技术。尽管机电一体化产品名目较多，并因为它们功效不一样而有不一样形成和复杂程度，但做功机械本体部分（包含动力装置）和微电子控制部分（包含信息处理）是其最基础、必不可少要素。我们选择工业机械手作为毕业设计题目，不管从内容深度、份量和覆盖各科知识面程度来衡量全部是合适。此设计要就我们组各组员完成以下工作：（1）确定整体设计方案，尤其是传感、控制方法和机械本体有机结合设计方案。（2）依据给定自由度和技术参数选择适宜手部、腕部、臂身和机身结构。（3）各部分设计计算。（4）工业机械手工作装配图设计和绘制。（5）液压系统图设计和绘制。（6）机械手运动分析。（8）编写设计计算说明书。（9）就此次设计参与答辩。1.6 工业机械手技术发展方向现在工业机械手应用简况：在现在工业中，生产过程机械化、自动化已成为突出专题。化工等连续性生产过程已基础得四处理。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续。所以，装卸、搬运等工序机械化迫切性，工业机械手就是为实现这些工序自动化而产生。有资料统计：美国偏重于毛坯生产。日本偏重于机械加工。伴随机械手技术发展，应用对象还有所改变。机械手在铸造工业中应用能深入发展铸造设备生产能力，改善热、累等劳动条件。中国机械手工业，铁路工业中首先在单机、专机上采取机械手上下料。减轻工人劳动强度。国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和机床组合成一个综合数控系统。采取机械手进行装配更是现在研究关键，国外已研究采取摄像机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件方位达成镶装目标。中国外实际上使用定位控制机械手，没有“视觉”和“触觉”反馈。现在，世界各国正主动研制带有“视觉”和“触觉”工业机械手，使它能对所抓取工件进行分辨，选择所需要工件，并正确地夹持工件，进而正确地在机器中定位、定向。为使机械手有“眼睛”去处理方位改变工件和法、分辨形状不一样零件，它有视觉传感器输入三个视图方向视觉信息，经过计算机进行图形分辨，判别是否是所要抓取工作。为预防握力过大引发物件损坏或握力过小引发物体滑落下来，通常采取两种方法：一是检测把握物体手臂变形，以决定合适握力；另一个是直接检测指部和物体滑动位移，来修正握力。所以，这种机械手就含有以下多个方面性能：（1）能正确地抓住方位改变物体。（2）能判定对象重量。（3）能自动避开障碍物。（4）抓空或抓力不足时能检测出来。这种含有感知能力并能对感知信息作出反应工业机械手称为智能机械手，它是含有发展前途。现在，工业机械手使用范围只限于在简单操作方面节省人力，其效用是替换人从事繁重工作和危险地工作，在恶劣环境下尤其显著。至于在汽车工业和电子工业之类费工工业部门，机械手应用情况决不能说是很好。即使这些工业部门工时不足问题很尖锐，但采取机械手只限于一小部分工序。其原因之一是，工业机械手性能还不能满足这些部门要求，适于机械手工作范围很狭小。另外经济性问题当然也很关键，采取机械手来节省人力从经济上看不一定总是合算。然而，利用机械手或类似机械设备节省人力和实现生产合理化要求，以后还会连续增加，只要技术方面和价格方面存在问题取得处理，机械手应用必将会飞跃发展。2 机械手总体设计方案2.1 原始数据（关键参数）1. 抓重： 200N2. 自由度： 4个3. 标形式： 球坐标4. 手指夹持范围：棒料，直径4060mm，长度4501200mm5. 定位方法：电位器设定，点位控制6. 驱动方法：液压（中、低压系统）7. 定位精度： 3mm8. 控制方法：可编程控制9. 手臂运动参数：运动名称符号形成范围速度回转0120小于90()/s俯仰045小于90()/s伸缩X350小于250mm/s10. 手腕参数：运动名称符号形成范围速度回转0180小于90()/s 11. 放松时两爪最大距离为8090mm，1s抓紧，夹紧速度20mm/s2.2 工作要求机械手工作步骤：机械手原位伸缩臂前伸夹持器夹紧机械手臂向左回转90机械手手腕逆时针回转90机械手臂向下俯仰30机械手松开工件机械手臂向上俯仰30机械手手腕顺时针回转90机械手臂向右回转90伸缩臂后缩机械手复位：依次循环其机械手球坐标型运动简图以下图所表示：图2.1 球坐标式手臂运动：俯仰（或大臂上下摆动）2.3 系统组成此次设计工业机械手是由实施机构、驱动系统和控制系统组成，其中机体有本体部分组成；传送机构关键有伸缩臂及抓紧机构组成；动力源由液压驱动和机械驱动两种形式组成控制装置关键由自动控制和手动控制两部分组成。2.4 总体技术方案毕业设计目标就是要把我们所学比较分散知识综合起来，并进行灵活利用，现在发展趋势是机电一体化，所以，我们毕业设计是要我们将“机”“电”“液”三者合并起来。2.4.1 动作分析工业机械手机械机构是指它实施系统，是机械手抓持工件、进行操作及多种运动机械部件。机械部件关键包含手部，手臂前后伸缩部分，手臂上下升降部分，腰转部分和机座。2.4.2 手部手部：包含杠杆手指，单向作用式握紧油缸等。其工件原理：物体进入手指以后，拉杆手油缸作用，经过拉杆带动杠杆手指回转，实现握紧或松开动作。手臂前后伸缩部分 由直线油缸带动实现，当直线油缸工作时经过活塞杆行程改变，完成手臂伸缩运动。2.4.3 腰转部分关键由转盘和回转油缸组成当压力油进入回转油缸时，回转油缸回转销回转，经过活塞杆伸缩带动转盘转动，从而实现机械手左右转动。3 机械手手部设计计算3.1 手部结构设计手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件部件，因为被握持工件形状、尺寸大小、重量、材料性能、表面情况等不一样，所以工业机械手手部结构是多个多样，大部分手部结构是依据持定工件要求而设计。归结起来，常见手部，按其握持工件原理，大致可分为夹持和吸附两大类。夹持类常见关键有夹钳式，另外还有钩托式和弹簧式。夹持类手部按其手指夹持工件时运动方法，可分为手指回转型和手指平移型两种。吸附类中，有气吸式和磁吸式。夹钳式手部是有手指、传动机构和驱动装置三部分组成，它对抓取多种形状工件含有较大适应性，能够抓取轴、盘、套类零件。通常情况下，多采取两个手指，少数采取三指或多指。驱动装置为传动机构提供动力，驱动源有液压、气动和电动等多个形式。常见传动机构往往经过滑槽、斜楔、齿轮齿条、连杆机构实现加紧或松开。平移型手指张开闭合靠手指平行移动，适于夹持平板、方料。在夹持直径不一样圆棒时，不会引发中心位移偏移。但这种手指结构比较复杂、体积大，要求加工精度高。回转型手指张开闭合靠手指根部（以枢轴支点为中心）回转运动来完成。枢轴支点为一个，称单支点回转型；为两个，称为双支点回转型。这种手指结构简单，形状小巧，但夹持不一样工件会产生夹持定位误差。综合考虑以上多种手部结构和此次设计所需工作要求，最终确定手部基础结构为夹钳式双支点回转型手部结构。图3.1 回转型和平移型手指a）单支点回转型 b）双支点回转型 c）平移型（平直指）3.2 夹钳式手部设计基础要求1、应含有合适夹紧力和驱动力 手指握力（夹紧力）大小适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏工件；力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。在确定握力时，除考虑工件重量外，还应考虑传送或操作过程中所产生惯性力和振动，以确保工件夹持安全可靠。而对手部驱动装置来说，应有足够驱动力。应指出，因为机构传力比不一样，在一定夹持力条件下，不一样传动机构所需驱动力大小是不一样。2、手指应含有一定开闭范围 手指应含有足够开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过角度）或开闭距离（对平移型手指从张开到合闭直线移动距离）S，方便于抓取和退出工件。3、应确保工件在手指内夹持精度 应确保每个被夹持工件，在手指内部全部有正确相对位置。这对部分有方位要求场所更为关键，如曲拐、凸轮轴一类复杂工件，在机床上安装位置要求严格，所以机械手手部在夹持工件后应保持相正确位置精度。4、要求结构紧凑、重量轻、效率高 在确保本身刚度、强度前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂负载。5、应考虑通用性和特殊要求 通常情况下，手部多是专用，为了扩大它使用范围，提升它通用化程度，以适应夹持不一样尺寸和形状工件要求，通常采取手指可调整措施。如更换手指甚至更换整个手部。另外，还要考虑能适应工件环境提出特殊要求，如耐高温、耐腐蚀、乃承受锻锤冲击力等。3.3 夹钳式手部计算和分析3.3.1 夹紧力计算手指加在工件上夹紧力是设计手部关键依据，必需对其大小、方向、作用点进行分析、计算。通常来说，夹紧力必需克服工件重力所产生静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠加紧状态。手指对工件夹紧力可按下列公式计算： F KKKG 式（3.1）式中：K安全系数，由机械手工艺及设计要求确定，通常取1.22.0，取1.5K工件情况系数，关键考虑惯性力影响，计算最大加速度，得出工作情况系数K2，K2=1+ =1+=1.002 ， a为机器人搬运工件过程加速度或减速度绝对值（m/s）:K 方位系数，依据手指和工件形状和手指和工件位置不一样进行选定手指和工件位置：手指水平放置，工件水平放置；表3.1 夹紧力方位系数手指和工件位置手指水平放置夹水平放置工件手指水平放置夹水平悬臂放置工件手指水平放置夹垂直放置工件V型指夹圆棒K=0.5K粗略计算KK=V型手指半角。粗略计算K4手指和工件位置手指水平放置夹水平放置工件手指水平放置夹水平悬臂放置工件手指水平放置夹垂直放置工件V型指夹圆棒K=粗略计算K0.9 1.1K=粗略计算K4手指和工件形状：V型指端夹持圆柱型工件；即依据手指和工件位置要求查表3.1得K=0.5；G被抓工件重量；所以，求得夹紧力F,FN=K1K2K3G=1.51.0020.5200=150.3N 取整151N3.3.2 驱动力计算 依据驱动力和夹紧力之间关系式： F= 式（3.2）式中：c滚子至销轴之间距离b抓至销轴之间距离 楔块倾斜角可得F=146.89N，得出F为理论计算值，实际采取液压缸驱动力F要大于理论计算值，考虑手爪机械效率，通常取0.8 0.9，此处取0.88，则： F=166.93N，取F=500N3.3.3 液压缸驱动力计算设计方案中压缩弹簧使爪牙张开，故为常开式夹紧装置，液压缸为单作用缸，提供推力：F = 式（3.3）式中：D活塞直径 d活塞杆直径 p驱动压力F推=F，已知液压缸驱动力F,且F=500N10KN由表3.2于F10KN，故选工作压力P=1MP3.3.4 液压缸内经计算据公式计算可得液压缸内径：D=mm=25.231mm表3.2 液压缸工作压力作用在活塞上外力F(N)液压缸工作压力（MP）50000.81.05000100001.52.01000002.53.00300003.04.030000500004.05.0500005.07.0依据液压设计手册，见表3.2圆整后再结合液压缸标准取D=40mm。表3.3 液压缸内径系列（JB826-66）20253240*50*5563*6570(75)80*(85)90(95)100*(105)110125*(130)140*160*180200*250注：1.括号内尺寸尽可能不用。 2. *号者为（JB108667）标准系列。3.3.5 活塞杆计算：活塞杆尺寸要满足活塞（或液压缸）运动要求和强度要求。按强度条件校验活塞杆直径d 按拉、压强度计算： = 式（3.4）或 d 式（3.5） = 式（3.6）碳钢取100120MP，n通常大于1.4，计算出直径d再按表3-3标准值取整。活塞行程，当抓取60mm工件时，即手爪从张开90mm减小到60mm，楔块向前移动大约40mm。取液压缸行程S=40mm。表3.4 液压缸工作压力和活塞杆直径液压缸工作压力pMPa5577推荐活塞杆直径（0.50.55）D(0.60.7)D0.7D即可得： 活塞杆直径d=0.5D=0.540=20mm按强度条件校验活塞杆直径d可得：d=2.52mm（查表3.5取标准直径值为20mm） 活塞厚B=（0.6 1.0）D，取B=0.8d=0.840=32mm 缸筒长度L（20 30）D，取L=123mm 活塞行程，当抓取60mm工件时，即手爪从张开90mm减小到60mm，楔块向前移动大约30mm。去液压缸行程S=30mm。液压缸流量计算： Q= 式（3.7）放松时流量 qV=1.1304Lmin夹紧时流量 qV=1.5072 Lmin表3.5 活塞杆直径系列（JB826-66）10121416182022252830323540455055（60）63（65）70（75）80（85）90（95）注：括号内尺寸尽可能不用。3.3.6 液压缸壁厚计算 液压缸壁厚计算，在实际使用中有下列三种公式：（1） 中等壁厚，即163.2时=+C 式（3.8）式中： p1液压缸内工作压力（Pa）； 强度系数（当无缝钢管时=1）；C计入管壁公差及侵蚀附加厚度，通常圆整到标准厚度值；D液压缸内径（m）；（2） 薄壁，即16时= 式（3.9）（3） 厚壁，即当3.2时=（） 式（3.10）式中： =材料抗拉强度（Pa）； n安全系数，n=3.55；通常常见缸体材料许用应力；锻钢 =110120MPa铸铁 =60MPa无缝钢管 =100110MPa结合该液压缸内径大小取中等壁厚即：=+C=考虑工程机械标准液压缸外径和C值取壁厚5mm3.3.7 液压缸外径选择 具体参考表（3.6）表3.6 标准液压缸外径（JB1086-67）液压缸外径405063809010011012514015016018020钢160MP5060769510812115316814618019421930钢200MP50607695108121153168146180194219由液压缸内经和液压缸壁厚尺寸可确定液压缸外径尺寸为50mm。3.3.8 选择夹持器液压缸经网络查询，温州中冶液压气动所生产轻型拉杆液压缸型号为：MOB-B-40-FB，结构简图，外形尺寸及技术参数以下： 图3.2 结构简图图3.3 外形尺寸表3.7 夹持器液压缸技术参数工作压力使用温度范围许可最大速度效率传动介质缸径受压面积速度比无杆腔有杆腔1MPa-10 +80 300m/s90常规矿物液压油40mm12.58.61.453.3.9 手爪夹持误差及分析 机械手能否正确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手定位精度（右臂部和腕部等运动部件确定），而且也和手指夹持误差大小相关。尤其是在多品种中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内改变，避免产生手指夹持定位误差，必需注意选择合理手部结构参数，见下图， 图3.4 夹持不一样直径工件时夹持误差(R和R不一样工件 CC)从而使夹持误差控制在较小范围内。在机械加工中，通常情况使手爪夹持误差不超出1mm就能够了。这就能够在满足定位精度条件下，采取简单回转型手爪。而避免单纯追求自动定心，而使设计出结构过分复杂。此次设计为楔块杠杆