焊接机器人毕业设计方案.doc

摘 要随着科技发展和工业需求增长，焊接技术在工业生产中所占据分量越来越大，并且焊接技术优良限度直接影响着零件或产品质量。国内焊接机器人应用虽已具备一定规模，但与国内焊接生产总体需求相差甚远。因而，大力研究并推广焊接机器人技术势在必行。本设计重点是运用机械原理和机械制造装备设计办法设计焊接机器人实践和办法。本次设计，是在理解焊接机器人在国内外现状基本上，进而掌握焊接机器人内部构造和工作原理，并对手臂和腕部进行构造设计。合理布置了液压缸。同步理解机器人机械系统运动学及运动控制学。为工业上焊接机器人设计提供理论参照、设计参照和数据参照，为工业设计者提供设计理论和设计实践参照。该机器人具备刚性好，位置精度高、运营平稳特点。核心字：焊接机器人 液压系统 机械机构设计 Abstract With the development of technology and the increase in industrial demand，welding in industrial production occupied more and more weight，and excellent welding technology directly affects the degree of the quality of parts or products.Although the domestic application of welding robot with a certain scale，but falls far short of the overall demand for welding.Therefore，great efforts to study and promote the welding robot technology is imperative. The focus of this design is the use of mechanical theory and design of machinery and equipment design and methods of practice welding robot.The design of the welding robot in understanding the basis of the status quo at home and abroad，and then grasp the welding robot and working principle of the internal structure，and structural design of the arm and wrist.Rational arrangement of the hydraulic cylinder.At the same time understand the robot mechanical system kinematics and motion control study.For the design of industrial welding robots to provide a theoretical reference，reference and data reference design for industrial designers and design practice，design theory reference.The robot has a good rigidity，high precision location，stable characteristics.Keyword:Welding robot；hydraulic system；mechanical structure design目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 引言1第2章 焊接机器人总体方案32.1 总体设计思路32.2 自由度和坐标系选取32.3 传动方案论证42.4 焊接机器人构成62.4.1 执行机构62.4.2 控制系统分类82.5 焊接机器人技术参数82.6 本章小结8第3章 腕部构造设计及计算103.1 腕部设计基本规定103.2 腕部构造及选取103.2.1 典型腕部构造103.2.2 腕部构造和驱动构造选取103.3 腕部构造设计计算113.3.1 腕部驱动力计算113.3.2 腕部驱动液压缸计算113.4 液压缸盖螺钉计算123.5 动片和输出轴间连接螺钉133.6 本章小结13第4章 臂部构造设计及计算154.1 臂部设计基本规定154.2 手臂典型机构以及构造选取164.2.1 手臂典型运动机构164.2.2 手臂运动机构选取164.3 手臂直线运动驱动力计算174.3.1 手臂摩擦力分析与计算174.3.2 手臂惯性力计算184.3.3 密封装置摩擦阻力184.4 液压缸工作压力和构造拟定184.5活塞杆计算校核194.6 本章小结20第5章 机身构造设计及计算215.1机身整体设计215.2机身回转机构设计计算225.3 机身升降机构计算235.3.1 手臂偏重力矩计算235.3.2 升降不自锁条件分析计算245.3.3 手臂做升降运动液压缸驱动力计算245.4 轴承选取分析255.5 本章小结25总结26道谢27参照文献28第1章 引言 焊接机器人是从事焊接（涉及切割与喷涂）工业机器人。依照国际原则化组织（ISO）工业机器人术语原则定义，工业机器人是一种多用途、可重复编程自动控制操作机（Manipulator），具备三个或更多可编程轴，用于工业自动化领域。为了适应不同用途，机器人最后一种轴机械接口，普通是一种连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪，使之能进行焊接，切割或热喷涂。焊接机器人重要涉及机器人和焊接设备两某些。从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一种长期缓慢发展过程。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等迅速发展，机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人制导致本和价格却不断下降。在西方社会，和机器人价格相反是，人劳动力成本有不断增长趋势。在西方国家，由于劳动力成本提高为公司带来了不小压力，而机器人价格指数减少又碰巧为其进一步推广应用带来了契机。减少员工与增长机器人设备投资，在两者费用达到某一平衡点时候，采用机器人利显然要比采用人工所带来利大，它一方面可大大提高生产设备自动化水平，从而提高劳动生产率，同步又可提高公司产品质量，提高公司整体竞争力。虽然机器人一次性投资比较大，但它寻常维护和消耗相对于它产出远比完毕同样任务所消耗人工费用小。因而，从长远看，产品生产成本还会大大减少。而机器人价格减少使某些中小公司投资购买机器人变得轻而易举。因而，工业机器人应用在各行各业得到飞速发展。据不完全记录，全世界在役工业机器人中大概有将近一半工业机器人用于各种形式焊接加工领域。 焊接机器人具备焊接质量稳定、改进工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属构造和兵器工业等行业。国内自上个世纪70年代末开始进行工业机器人研究，通过二十近年发展，在技术和应用方面均获得了长足发展，对国民经济特别是制造业发展起到了重要推动作用。从当前国内外研究现状来看，焊接机器人技术研究十分活跃，焊接机器人技术研究重要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与途径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺办法、遥控焊接技术等七个方面。新中华人民共和国成立后，通过50年艰难努力，中华人民共和国焊接生产机械化自动化技术发展应用，获得了很大成就，焊接生产过程机械化与自动化限度已达到20%。在以焊接技术为主导制造工艺技术大中型骨干公司，焊接生产过程综合机械化与自动化限度已达到40%45%。在机床、锅炉、汽车、化工机械、工程机械和重型机械等国家重点骨干公司，通过引进国外先进技术及相应配套自动化焊机、成套焊接设备、焊接生产线和柔性制造系统，使焊接生产机械化与自动化技术达到了国际90年代初先进水平，进入世界先进之列。第2章 焊接机器人总体方案该设计目是为了设计一台焊接机器人，本章重要对焊接机器人机械构造某些进行设计和分析。2.1 总体设计思路设计机器人大体上可分为两个阶段： (1) 系统分析阶段依照系统目的，明确所采用机器人目和任务；分析机器人所在系统工作环境；依照机器人工作规定，拟定机器人基本功能和方案。如机器人自由度、信息存储量、计算机功能、动作精度规定、容许运动范畴、以及对温度、震动等环境适应性。 (2) 技术设计阶段依照系统规定拟定机器人自由度和容许空间工作范畴，选取机器人坐标形式；拟订机器人运动路线和空间作业图；拟定驱动系统类型；选取各部件详细构造，进行机器人总装图设计；绘制机器人零件图，并拟定尺寸。2.2 自由度和坐标系选取机器人运动自由度是指各运动部件在三维空间相称于固定坐标系所具备独立运动数，对于一种构件来说，它有几种运动坐标就称其有几种自由度。各运动部件自由度总和为机器人自由度数。机器人手部要像人手同样完毕各种动作是比较困难，由于人手指、掌、腕、臂由19个关节构成，共有27个自由度。而生产实践中不需要机器人手有这样多自由度普通为3-6个（不涉及手部）。本次设计焊接机器人为4自由度即：腕部回转；小臂部伸缩；大臂部回转；大臂部伸缩。工业机器人构造形式重要有直角坐标构造、圆柱坐标构造、球坐标构造、关节型构造四种。各构造形式及其相应特点，分别简介如下:(1) 直角坐标机器人构造直角坐标机器人空间运动是用三个互相垂直直线运动来实现，如图2-1(a)所示。由于直线运动易于实现全闭环位置控制，因此，直角坐标机器人有也许达到很高位置精度（m级）。但是，这种直角坐标机器人运动空间相对机器人构造尺寸来讲，是比较小。因而，为了实现一定运动空间，直角坐标机器人构造尺寸要比其她类型机器人构造尺寸大得多。直角坐标机器人工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人重要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种构造Error! Reference source not found.。(2) 圆柱坐标机器人构造圆柱坐标机器人空间运动是用一种回转运动及两个直线运动来实现，如图2-1（b）。这种机器人构造比较简朴，精度还可以，惯用于搬运作业。其工作空间是一种圆柱状空间。(3) 球坐标机器人构造球坐标机器人空间运动是由两个回转运动和一种直线运动来实现，如图2-1（c）。这种机器人构造简朴、成本较低，但精度不很高。重要应用于搬运作业。其工作空间是一种类球形空间Error! Reference source not found.。(4) 关节型机器人构造关节型机器人空间运动是由三个回转运动实现，如图2-1（d）。关节型机器人动作灵活，构造紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型机器人。关节型机器人构造，有水平关节型和垂直关节型两种。依照规定及在实际生产中用途，本次设计焊接机器人采用直角坐标。a)直角坐标型 b)圆柱坐标型 c)球坐标型 d)关节型图2-1 四种机器人坐标形式2.3 传动方案论证 焊接机器人驱动方式有液压式、气动式和电动机式。(1) 液压驱动:是指动源（发动机或电机）驱动油泵产生压力油，压力油再去驱动液压马达，由液压马达产生机器需要动力。(2) 气动驱动多用于开关控制和顺序控制机器人，与液压驱动相比较，气动驱动由于压缩空气粘度小，因此容易达到高速；由于可运用工厂集中空气压缩机站供气，减少了动力设备；空气介质不污染环境，安全高温下可正常工作；空气取之不竭用之不尽，相对于油液便宜，故气动驱动元件比液压元件价格低(3) 电机驱动可分为普通交流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。随着材料性能提高，电动机性能也在随之提高并且电动机使用简朴，因此就当前来看，机器人驱动正逐渐为电动机驱动式所代替。 表2-1 三种驱动系统比较内容驱动方式液压驱动气动驱动电机驱动输出力压力高，可获得大输出力压力相对要小，输出力小输出力较大控制性能运用液体不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反映敏捷，可实现持续轨迹控制气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速、高精度持续轨迹控制控制精度高，功率较大，能精准定位，反映敏捷，可实现高速、高精度持续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂响应速度很高较高很高构造性能及体积构造恰当，执行机构可原则化、模仿化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，构造紧凑，密封问题较大构造恰当，执行机构可原则化、模仿化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，构造紧凑，密封问题较小伺服电动机易原则化，构造性能好，噪声低，电动机普通需配备减速装置，除DD电动机外，难以直接驱动，构造紧凑，无密封问题安全性防爆性能好，用液压油作为传动介质，在一定条件下有火灾危险防爆性能好，高于1000kPa（十个大气压）时应注意设备抗压性设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境防爆性能较差对环境影响液压系统易漏油，对环境有污染排气时有噪声无在工业机械手中应用范畴合用于重载、低速驱动，电液伺服系统合用于喷涂机械手、电焊机械手和托运机械手合用于中小负载驱动、精度规定较低有限点位程序控制机械手合用于中小负载、规定具备较高位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高机械手成本液压元件成本较高成本低成本高维修及使用以便，但油液对环境温度有一定规定以便较复杂2.4 焊接机器人构成 焊接机器人由执行机构、驱动机构和控制机构三某些构成。2.4.1 执行机构 （1）手部手部既直接与工件接触某些，普通是回转型或平动型（多为回转型，因其构造简朴）。手部多为两指（也有多指）；依照需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式空气吸盘（重要用于可吸附，光滑表面零件或薄板零件）和电磁吸盘。本设计为焊接机器人设计，因而手部并无其她构造，仅仅是一种焊枪，通过螺栓固定于腕部之上。 （2）腕部腕部是连接手部和臂部部件，并可用来调节焊枪方位，以扩大焊枪工作范畴，并使手部变更机灵，适应性更强。手腕有独立自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。普通腕部设有回转运动再增长一种上下摆动即可满足工作规定，有些动作较为简朴专用机械手，为了简化构造，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。当前，应用最为广泛手腕回转运动机构为回转液压缸，它构造紧凑，机灵但回转角度小（普通不大于2700）,并且规定严格密封，否则就难保证稳定输出扭矩。因而在规定较大回转角状况下，采用齿条传动或链轮以及轮系构造。本次设计焊接机器人腕部是运用液压缸实现手部旋转运动。设计焊接机器人腕部运动为一种自由度回转运动，运动参数是实现手部回转角度控制在范畴内，其基本构造形式如图2-2所示。图2-2 腕部回转基本构造示意图腕部驱动方式采用直接驱动方式，由于腕部装在手臂末端，因此必要设计十分紧凑可以把驱动源装在手腕上。机器人手腕回转运动是由回转液压缸实现。将夹紧活塞缸外壳与摆动油缸动片连接在一起；当回转液压缸中不同油腔中进油时即可实现手腕不同方向回转。 （3）臂部手臂部件是机械手重要握持部件。它作用是支撑腕部和手部（涉及工作或夹具），并带动她们做空间运动。臂部运动目：把手部送到直线运动范畴内任意一点。如果变化手部姿态（方位），则用腕部自由度加以实现。因而，普通来说臂部具备一种自由度就能满足基本规定，即臂部伸缩运动。臂部运动通惯用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部受力状况分析，它在工作中既受腕部、手部静、动载荷。因而，它构造、工作范畴、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手工作性能。本次设计实现臂部先后伸缩运动。臂部运动参数：伸缩行程：1850mm；伸缩速度：1200mm/s1400mm/s。机器人臂部伸缩使其手臂工作长度发生变化，在直角坐标式构造中，手臂最大工作长度决定其末端所能达到最远距离。伸缩式臂部机构驱动可采用液压缸直接驱动。 （4）机身机身某些运动目：把臂部送到直线运动范畴内任意一点。如果变化臂部姿态（方位），则用机身自由度加以实现。因而，机身某些具备两个自由度才干满足基本规定，即机身伸缩、左右旋转运动。机身各种运动通惯用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从机身受力状况分析，它在工作中既受臂部、腕部、手部静、动载荷，并且自身运动较为多，受力复杂。因而，它构造、工作范畴、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手工作性能。本次设计实现基座上下伸缩、以及机身回转运动。机身运动参数：伸缩行程：3650mm；伸缩速度：1200mm/s1400mm/s；回转范畴：。机器人机身伸缩使其工作长度发生变化，在直角坐标式构造中，机身最大工作长度决定其末端所能达到最远距离。伸缩式机身构造驱动可采用液压缸直接驱动。机身某些和滑轨配备型式采用立柱式单臂配备，其回转运动驱动源来自回转液压缸。 （5）滑轨滑轨是悬臂机器人基本某些，起悬挂作用，它将机身悬挂于导轨之上。并带动机身沿轨道直线运动。2.4.2 控制系统分类在机械手控制上，有点动控制和持续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。重要控制是坐标位置，并注意其加速度特性。本设计采用电磁控制。2.5 焊接机器人技术参数一、用途：用于焊接工件 二、设计技术参数:1、焊枪:；2、自由度数:4个自由度（腕部回转；小臂部伸缩；大臂部回转；大臂部伸缩4个运动）；3、坐标型式:直角坐标系；4、最大工作半径:4730mm；5、手臂最低中心高:4040mm；6、手臂运动参数:伸缩行程：1850mm伸缩速度：1200mm/s1400mm/s升降行程：3650mm升降速度：1200mm/s1400mm/s回转范畴：；7、手腕运动参数:回转范畴：。2.6 本章小结本章从焊接机器人实用方面入手，提出了一套总体设计方案，并依照机器人自由度规定选用直角坐标系为本次设计坐标系。同步，就焊接机器人构成（执行机构和驱动机构）以及现实作业，给出了详细手部、腕部、臂部和基座构造形式；并选取液压驱动作为本次设计驱动机构。最后，给出了设计中所需技术参数。第3章 腕部构造设计及计算3.1 腕部设计基本规定 (1) 力求构造紧凑、重量轻腕部处在手臂最前端，它连同手部静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部构造、重量和动力载荷，直接影响着臂部构造、重量和运转性能。因而，在腕部设计时，必要力求构造紧凑，重量轻。 (2) 构造考虑，合理布局腕部作为焊接机器人执行机构，又承担连接和支撑焊枪作用，除保证力和运动规定外，要有足够强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部连接。 (3) 必要考虑工作条件对于本次设计，焊接机器人工作条件是在工作场合中焊接工件，最大载荷为8KG，因而不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性工作介质中，因此对焊接机器人腕部没有太多不利因素。3.2 腕部构造及选取3.2.1 典型腕部构造 (1) 具备一种自由度回转驱动腕部构造它具备构造紧凑、灵活等长处而被广腕部回转，总力矩M，需要克服如下几种阻力：克服启动惯性所用。回转角由动片和静片之间容许回转角度来决定（普通不大于270）。(2) 齿条活塞驱动腕部构造在规定回转角不不大于270状况下，可采用齿条活塞驱动腕部构造。这种构造外形尺寸较大。(3) 具备两个自由度回转驱动腕部构造它使腕部具备水平和垂直转动两个自由度。(4) 机-液结合腕部构造。3.2.2 腕部构造和驱动构造选取本设计规定手腕回转，综合以上分析考虑到各种因素，腕部构造选取具备一种自由度回转驱动腕部构造，采用液压驱动。3.3 腕部构造设计计算腕部设计考虑参数：最大载荷：8KG；回转。3.3.1 腕部驱动力计算图3-1腕部支撑反力计算示意图腕部回转时要克服阻力：F=FR1+FR2a. 腕部回转支撑处摩擦力矩：Ma=0.5Fd （3.1）其中为轴承摩擦系数取=0.1b. 克服由于工件重心偏置所需力矩： Mb=G3e （3.2）c. 克服启动惯性所需力矩： Mc=D4/32 （3.3）3.3.2 腕部驱动液压缸计算 表3-1 液压缸内径系列（JB826-66）Error! Reference source not found. （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250 表3-2 原则液压缸外径（JB1068-67）Error! Reference source not found. （mm） 液压缸外径40 5063809010011012514015016018020020钢5060769510812113316814618019421924545钢50607695108121133168146180194219245设定腕部某些尺寸：依照表3-1设缸体内径R=40mm，外径依照表3-2选取60mm，这个是液压缸壁最小厚度，考虑到实际装配问题后，其外径为90mm；动片宽度b=66mm,输出轴r=22.5mm.基本尺寸示如图3-2所示。则回转缸工作压力：选取8Mpa图3-2腕部液压缸剖截面构造示意图3.4 液压缸盖螺钉计算 图3-3缸盖螺钉间距示意图表3-3 螺钉间距t与压力P之间关系Error! Reference source not found. 工作压力P（Mpa） 螺钉间距t(mm) 0.51.5 不大于150 1.52.5 不大于120 2.55.0 不大于100 5.010.0 不大于80缸盖螺钉计算，如图4-3所示，t为螺钉间距，间距跟工作压强关于，见表4-3，在这种联接中，每个螺钉在危险剖面上承受拉力: （3.4）液压缸工作压强为P=8Mpa,因此螺钉间距t不大于80mm,试选取12个螺钉，80mm因此选取螺钉数目适当Z=12个。 螺钉材料选取Q235， (n=1.21.5）螺钉直径： （3.5） =0.005m螺钉直径选用M5。3.5 动片和输出轴间连接螺钉动片和输出轴之间连接构造见图4-3,连接螺钉普通为偶数，对称安装，并用两个定位销定位。连接螺钉作用：使动片和输出轴之间配合紧密。螺钉材料选取Q235，则（n=1.21.5）螺钉直径：d=0.005m螺钉直径选用M5。3.6 本章小结本章重要内容为腕部构造设计涉及：腕部构造选用和腕部构造设计计算。一方面，依照腕部设计基本规定选取与本次设计相符合腕部构造；然后，按照给定技术参数进行设计计算；最后，拟定了腕部回转所需回转力矩、选用回转缸以及选用各核心部位螺栓计算。第4章 臂部构造设计及计算手臂部件是机械手重要握持部件。它作用是支撑腕部和手部（涉及工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应当涉及3个运动：伸缩、回转和升降。本章论述手臂伸缩运动，手臂回转和升降运动设立在机身处，将在下一章祥述。臂部运动目：把手部送到空间运动范畴内任意一点。如果变化手部姿态（方位），则用腕部自由度加以实现。因而，普通来说臂部应当具备3个自由度才干满足基本规定，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。手臂各种运动通惯用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部受力状况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件静、动载荷，并且自身运动较多。因而，它构造、工作范畴、灵活性等直接影响到机械手工作性能。4.1 臂部设计基本规定臂部设计一方面要实现所规定运动，为此，需要满足下列各项基本规定： 一、臂部应承载能力大、刚度好、自重轻对于机械手臂部或机身承载能力，普通取决于其刚度。以臂部为例，普通构造上较多采用悬臂梁形式（水平或垂直悬伸）。显然伸缩臂杆悬伸长度愈大，则刚度愈差。并且其刚度随着臂杆伸缩不断变化。对机械手运动性能、位置精度和负荷能力影响很大。为提高刚度，除尽量缩短臂杆悬伸长度外，尚应注意如下几方面：(1) 依照受力状况，合理选取截面形状和轮廓尺寸；(2) 提高支撑刚度和合理选取支撑点距离；(3) 合理布置作用力位置和方向；(4) 注意简化构造；(5) 提高配合精度。 二、臂部运动速度要高，惯性要小机械手手部运动速度是机械手重要参数之一，它反映机械手生产水平。对于高速度运动机械手，其最大移动速度设计在最大回转角速度设计在内，大某些平均移动速度为，平均回转角速度在。在速度和回转角速度一定状况下，减小自身重量是减小惯性最有效，最直接办法，因而，机械手臂部要尽量轻。减少惯量详细有4个途径Error! Reference source not found.： (1) 减少手臂运动件重量，采用铝合金材料； (2) 减少臂部运动件轮廓尺寸； (3) 减少回转半径，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽量在较小前伸位置下进行回转动作； (4) 在驱动系统中设缓冲装置。 三、手臂动作应当灵活为减少手臂运动之间摩擦阻力，尽量用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽量平衡，以减少对升降支撑轴线偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。为此，必要计算使之满足不自锁条件Error! Reference source not found.。 四、位置精度规定高普通来说，直角和圆柱坐标式机械手位置精度规定较高；关节式机械手位置精度最难控制，故精度差；在手臂上加设定位装置和检测构造，能较好地控制位置精度，检测装置最佳装在最后运动环节以减少或消除传动、啮合件间间隙。总结：除此之外，规定机械手通用性要好，能适合各种作业规定；工艺性好，便于加工和安装；用于热加工机械手，还要考虑隔热、冷却；用于作业区粉尘大机械手还要设立防尘装置等。以上规定是互相制约，应当综合考虑这些问题，只有这样，才干设计出完美、性能良好机械手。4.2 手臂典型机构以及构造选取4.2.1 手臂典型运动机构常用手臂伸缩机构有如下几种： (1) 双导杆手臂伸缩机构； (2)手臂典型运动形式有：直线运动，如手臂伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂左右摆动，上下摆动；符合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动双层液压缸空心构造； (1)双活塞杆液压缸构造； (2)活塞杆和齿轮齿条机构。4.2.2 手臂运动机构选取通过以上，综合考虑，本次设计选取液压缸伸缩机构，使用液压驱动,水平伸缩液压缸选用伸缩式液压缸；竖直伸缩液压缸选用双作用活塞缸。4.3 手臂直线运动驱动力计算一方面进行粗略估算，或类比同类构造，依照运动参数初步拟定关于机构重要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此重复，绘出最后构造图。作水平伸缩直线运动液压缸驱动力，应依照液压缸运动时所要克服摩擦力和惯性力等几种方面阻力进行拟定。液压缸活塞驱动力计算公式可表达为：F=(A1p1-A2p2)m (4.1)4.3.1 手臂摩擦力分析与计算摩擦力计算不同配备和不同导向截面形状，其摩擦阻力是不同，要依照详细状况进行估算。图4-1 机械手臂部受力示意图计算如下：得 得 (4.2)式中 -参加运动零部件所受总重力（含工件）（N）；L-手臂与运动零部件总重量重心到导向支撑前端距离（m）,参照上一节计算；a-导向支撑长度（m）；-当量摩擦系数，其值与导向支撑截面关于；对于圆柱面：-摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时：钢对青铜：取=0.10.15钢对铸铁：取=0.180.3选用：，G=500N，L=1.49-0.028=1.21m,导向支撑a设计为0.016m。将关于数据代入进行计算：4.3.2 手臂惯性力计算本设计规定手臂平动是V=1200mm/s；假定：在计算惯性力时候,设立启动时间，启动速度； (4.3)4.3.3 密封装置摩擦阻力不同密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用O型密封，当液压缸工作压力不大于10Mpa。液压缸处密封总摩擦阻力可以近似为：F摩=65N。通过以上分析计算最后计算出液压缸驱动力：F=1243.8N4.4 液压缸工作压力和构造拟定通过上面计算，拟定了液压缸驱动力F=1243.8N，依照表3-1选取液压缸工作压力P=2MPa。拟定液压缸构造尺寸：液压缸内径计算，如图4-2所示图4-2 双作用液压缸示意图当油进入无杆腔：F1=(A1p1-A2p2)m （4.4）当油进入有杆腔中：F2=(A2p1-A1p2)m (4.5)其中：m为机械效率。液压缸有效面积：A故有： A1=D2/4 （无杆腔） (4.6) A2= D2/4-d2/4 （有杆腔）Error! 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(4.7)F=6210N，选取机械效率。将关于数据代入：依照表3-1（JB826-66），选取原则液压缸内径系列，选取D=42mm。液压缸外径设计：依照装配等因素，考虑到液压缸臂厚在7mm，因此该液压缸外径为60mm。4.5活塞杆计算校核一、活塞杆强度校核活塞杆尺寸要满足活塞（或液压缸）运动规定和强度规定。对于杆长L不不大于直径d15倍以上，按拉、压强度计算： = F/A (4.8)设计中活塞杆取材料为碳钢，故，活塞直径d=20mm,L=1360mm,当前进行校核： = F/A 结论：活塞杆满足强度规定。二、 活塞杆刚度校核图4-3 刚度校核示意图现按照伸出液压缸最小直径进行校核,为便于计算把伸出液压缸简化成一悬臂梁。取:载荷F=400N,悬臂L=1730mm。梁转角： = (4.9)梁挠度： = (4.10)其中：E为材料弹性模量：E=210GpaI为转动惯量：取I=1.110-10EI=24 =-0.00249rad =-0.0288mm结论:悬臂活塞杆满足刚度规定。4.6 本章小结本章设计了搬运机器人手臂构造，手臂采用液压驱动伸缩机构，对驱动液压缸驱动力进行了计算。并对液压缸基本尺寸进行了设计，同步对液压缸活塞杆强度和刚度进行了校核，校核成果均满足规定。第5章 机身构造设计及计算机身是直接支撑和驱动手臂部件。普通实现手臂回转和升降运动，这些运动传动机构都安在机身上，或者直接构成机身躯干与底座相连。因而，臂部运动越多，机身机构和受力状况就越复杂。机身是可以固定，也可以是行走，既可以沿地面或架空轨道运动。5.1机身整体设计按照设计规定，机械手要实现手臂1800回转运动，实现手臂回转运动机构普通设计在机身处。为了设计出合理运动机构，就要综合考虑分析。机身承载着手臂，做回转，升降运动，是机械手重要构成某些。惯用机身构造有如下几种：(1) 回转缸置于升降之下构造。这种构造长处是能承受较大偏重力矩。其缺陷是回转运动传动路线长，花键轴变形对回转精度影响较大。(2) 回转缸置于升降之上构造。这种构造采用单缸活塞杆，内部导向，构造紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大。(3) 活塞缸和齿条齿轮机构。手臂回转运动是通过齿条齿轮机构来实现：齿条往复运动带动与手臂连接齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。分析：通过综合考虑，本设计选用回转缸置于伸缩缸之上构造。本设计机