液压机械手设计机电工程系毕业设计毕业论文

液压机械手设计机电工程系毕业设计毕业论文本文简介：苏州市职业大学机电工程系毕业设计说明书（论文）1绪论1.1机械手的简介机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这

液压机械手设计机电工程系毕业设计毕业论文本文内容：

苏州市职业大学机电工程系毕业设计说明书（论文）

1

绪

论

1.1

机械手的简介

机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。

机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、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。

机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装

，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。

目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。

机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。

随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用

1.2

国内外发展现状

目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，但无论数量、品种和性能方面还都是不能满足工业发展的需要。

1.2.1

国内发展现状

在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。

此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。

1.2.2

国外发展现状

在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。

此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能，目前已经取得一定成绩。

视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作。

触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通过装在手指内的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。

总的来说，大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。

1.3

机械手的发展趋势

(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。

(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。

(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。

1.4

机械手的组成

1.4.1

机械手的组成

机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。

(1)执行机构

包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。

1）手部

即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。

2）手腕

是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)

3）手臂

手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置.工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。

4）立柱

立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立I因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。

5）行走机构

当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。

6）机座

机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。

(2)驱动系统

驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、

气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，

并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。

(3)控制系统

控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。

(4)位置检测装置

控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.

1.4.2

机械手的类型

工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：

（1）直角坐标机器人结构

直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图a1-3-1.。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（μm级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。

直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主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，天车式三种结构。

（2）圆柱坐标机器人结构

圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图1-3-1.b。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间

（3）球坐标机器人结构

球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图1-1,这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。

（4）

关节型机器人结构

关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图1-3-1.d。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，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的机器人。

关节型机器人结构，有水平关节型和垂直关节型两种。

图1-1

四种机器人坐标形式

1.5

课题主要研究内容

本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机械手的运动机理。在此基础上，确定了液压机械臂的基本系统结构，对液压机械手的运动进行了简单的力学模型分析，完成了机械手机械方面的设计工作（包括执行部分、驱动部分）的设计工作。进而运用CAD,Pro-E等软件对机械手的手臂结构及升降机构进行分析制图。掌握制图软件的基本技巧。

1.6

小结

本章简要的介绍了机械手的基本概念。在机械手的组成上，系统从执行机构、驱动机构两个方面说明。比较细致的介绍了机械手的发展现状及发展趋势，简要的叙述了本文研究的内容。

2

结构功能分析及设计方案

2.1

机械手的总体结构

2.1.1

机械手的总体结构分析

工业机械手的结构形式主要有四种：直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节型结构。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：

1）直角坐标机械手结构特点

直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。由求机械手的尺寸足够大。直角坐标机械手的工作空间为一空间长方体，主要用于直线运动易于实现全闭环的位置控制，因此，其运动位置精度高，但此种类型机械手的运动空间相对较小，如要达到较大运动空间，则要于装配作业及搬运作业。直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。

2）圆柱坐标机械手结构特点

圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。其工作空间是一个圆柱状的空间。这种机械手构造比较简单，精度相对较高，常用于搬运作业。

3）球坐标机械手结构特点

球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。其工作空间是一个类球形的空间。这种机械手结构简单、成本较低，但精度不很高，主要应用于搬运作业。

4）关节型机械手结构特点

关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的。相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大，动作灵活，结构紧凑，占地面积小。此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业。关节型机械手又分为水平关节型和垂直关节型两种。

2.1.2

机械手的总体设计方案

四自由液压机械手，确定其自由度为4。根据实际操作的需要，该机械手在工作中总体结构需要4种运动,本次设计机械手在上下料时手臂具有升降、伸缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。

图2-1

圆柱坐标机械手的机构运动简图

2.2

驱动系统设计

2.2.1

常用驱动系统及其特点

工业常用驱动系统，按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据需要也可将这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。这三类基本驱动系统的主要特点如下：

1）液压驱动系统

具有动力大、力（或力矩）与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动、精度高等特点。适合于在承载能力大，惯量大以及在防火防爆的环境中工作的机械手。

2）气动驱动系统

具有速度快，系统结构简单，维修方便、价格低等特点。适用于中、小负荷的机械手中采用。但是因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机械手中。

3）电动驱动系统

具有使用方便，噪声较低，控制灵活等特点。这类驱动系统不需要能量转换，但大多数电机后面需安装精密的传动机构。

2.2.2

驱动设计方案

在分析了具体工作要求后，综合考虑各个因素，机械手整体运动需要一定的定位控制精度，因此采用液压系统驱动来实现。由于手臂采用液压缸，故整体采用液压驱动系统，结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。

2.3

小结

本章简要的介绍了机械手系统的总体结构、驱动机构两个方面。至于控制系统和检测装置本文不作研究。

3

机械手臂的设计方案

3.1

机械手的技术参数列表

（1）、设计技术参数:

1、抓重：

2、自由度数：4个自由度

3、座标型式：圆柱座标

4、手臂最小中心高：

5、手臂运动参数：

伸缩行程

伸缩速度

升降行程

升降速度

6、定位精度：

7、驱动方式：液压传动（低压系统）

3.2

机械手的手臂结构方案

机械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸缩运动都为直线运动。直线运动的实现一般是气动传动，液压传动以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。考虑到搬运工件的重量一般，考虑加工工件的质量达10KG，属于轻型重量，同时考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性，对手臂的刚度有较高的要求。综合考虑，两手臂的驱动均选择液压驱动方式，通过液压缸的直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，不用再设计另外的执行件了；而且液压缸实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。因为液压系统能提供很大的驱动力，因此在驱动力和结构的强度都是比较容易实现的，关键是机械手运动的稳定性和刚度的满足。因此手臂液压缸的设计原则是缸的直径取得大一点（在整体结构允许的情况下），再进行强度的较核。

3.3

导向装置

液压压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。

导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，因为本设计控制和具体工作的要求，机械手的手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的缸径来增大刚度，是不能满足系统刚度要求的。因此，在设计时另外增设了导杆机构，伸缩臂增设了单导向杆，与活塞杆一起构成平行，尽量增加其刚度；升降臂增设了四导向杆，成正四边形布置。通过增设导杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，比较好的解决了结构、稳定性的问题。

第10页

共26页

苏州市职业大学机电工程系毕业设计说明书（论文）

4

手臂伸缩与升降液压缸的结构设计

4.1

手臂伸缩液压缸的结构设计

4.1.1

手臂伸缩液压缸的驱动力计算

伸缩液压缸活塞驱动力的计算公式为：

(1)

式中

———手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。

———密封装置处的摩擦阻力。

———液压缸回油腔低压油液所造成的摩擦阻力。

———启动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。

（1）的计算

经计算

(2)

式中

———参与运动的零部件所受的总重量。

———手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑前端的距离

———导向支撑的长度

———当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面形状有关。

对于圆柱面：

(3)

———摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时：

钢对青铜：取

钢对铸铁：取

计算：

导向杆的材料选择钢，导向支撑选择铸铁，设，,导向支撑，带入数据得：

（2）的计算

经计算

式中

———由静止加速到常速的变化量。

———启动过程时间，一般取。

手臂启动速度，启动时间，，带入数据得：

（3）的计算

不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用型密封圈，当液压缸工作压力小于时，液压缸密封处的总的摩擦阻力为：

（4）的计算

一般背压阻力较小，为了计算方便，将其省略。

经过以上分析计算，液压缸的驱动力为：

所以手臂伸缩驱动力

4.1.2

尺寸设计

根据表4-2

标准液压缸内径系列（JB826-66），手臂伸缩液压缸采用内径=80mm,半径R=40mm的液压缸。壁厚10mm，行程600mm，活塞直径d=40mm。

4.1.3

尺寸校核

经过上面计算，确定了液压缸的驱动力，因此选择液压缸的工作压力。

图5-1双作用液压缸示意图

当油进入无杆腔：

当油进入油杆腔：

式中

———手臂伸缩液压缸驱动力

———液压缸内径

———活塞杆直径

———液压缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取

———液压缸的工作压力

带入数据得：

所以手臂伸缩液压缸主要参数为表4-1所示：

表4-1

手臂伸缩液压缸主要参数表

液压缸内径D

工作压力P

活塞杆直径d

驱动力F

80mm

1MPa

40mm

3580N

4.2

手臂升降液压缸的结构设计

4.2.1

手臂升降液压缸驱动力计算

图5-1

手臂各部件重心位置图

设

所以

设

所以偏转力矩

式中

———重心到回转轴线的距离(mm)

手臂在的作用下有向下的趋势，而立柱导套则防止这种趋势。

由力平衡条件得：

式中

———摩擦系数

———立柱导套的长度

由手臂升降驱动力的公式得：

（1）的计算

取

又因为

所以

（2）的计算

经计算

式中

———由静止加速到常速的变化量。

———启动过程时间，一般取。

手臂启动速度，启动时间，，升降臂上的总重力G=500N,带入数据得：

（3）的计算

不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用型密封圈，当液压缸工作压力小于时，液压缸密封处的总的摩擦阻力为：

（4）的计算

一般背压阻力较小，为了计算方便，将其省略。

经过以上分析计算，液压缸的驱动力为：

所以

当液压缸向上驱动时

当液压缸向下驱动时

4.2.2

尺寸校核

经过上面计算，确定了液压缸的驱动力，因此选择液压缸的工作压力，为了满足要求，此时取进行计算。

（1）液压缸内径计算：

当油进入无杆腔：

当油进入油杆腔：

液压缸的有效面积：

所以

（无杆腔）

(有杆腔)

式中

———手臂升降液压缸驱动力

———液压缸内径

———活塞杆直径

———液压缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取

———液压缸的工作压力

带入数据得：

(d=0.5D)

根据液压缸内径系列（JB826-66），选取液压缸的内径为：

根据活塞杆直径系列（JB826-66）选取活塞杆直径，壁厚15mm。

所以

所以手臂升降液压缸主要参数为表4-2所示：

表4-2

手臂升降液压缸主要参数表

工作压力P

液压缸内径D

活塞杆直径d

驱动力F

1MPa

90mm

45mm

4531N

4.3

手腕的驱动计算

4.3.1

手腕转动时所需的驱动力矩

手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩.图4-1所示为手腕受力的示意图。

1.工件2.手部3.手腕

图4-1手碗回转时受力状态

腕部在回转时一般需要克服以下三种阻力：

1）

腕部回转支承处的摩擦力矩

为简化计算，一般取

2）克服由于工件重心偏置所需的力矩

式中

———夹持工件重量。

———工件重心到手腕回转轴线的垂直距离。

3）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所需时间，按下式计算：

(4)

或者根据腕部角速度及启动过程转过的角度计算：

式中

———工件对手腕回转轴线的转动惯量。

———手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量。

———手腕回转过程的角速度

———启动过程中所需时间，一般取。

———启动过程所转过的角度。

手腕回转所需的总的阻力矩相当于上述三项之和，即：

(5)

设抓取一根轴，其直径，长度，，当手抓夹持在工件中间位置回转，将手抓、手抓驱动液压缸和回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，长，半径为，其所受重力为，液压缸运行角速度=，加速度时间=0.5s。

圆柱体重力

设偏心距等于5mm，所以。

由于

又因为

所以

即

4.3.2

回转液压缸的尺寸计算及校核

表4-3

标准液压缸内径系列（JB826-66）

20

25

32

40

50

55

63

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

125

130

140

160

180

200

250

设定腕部的部分尺寸：根据上表设缸体内孔半径，外径选择,动片宽度,输出轴半径。

由于实际回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩，即：

式中

——手腕回转时的总的阻力矩（）

——回转液压缸工作压力（）

——缸体内孔半径（）

——输出轴半径（）

——动片宽度（）

所以

所以腕部回转液压缸主要参数为表4-4所示：

表4-4

腕部回转液压缸主要参数表

工作压力P

缸体内径D

输出轴半径r

回转力矩M

动片宽度b

2MPa

50mm

5mm

21N·m

35mm

4.4

手臂回转液压缸的尺寸设计与校核

4.4.1

尺寸设计

液压缸长度设计为,液压缸内径为,半径R=60mm,轴径半径,气缸运行角速度=，加速度时间0.5s,压强,则力矩：

4.4.2

尺寸校核

测定参与手臂转动的部件的质量,分析部件的质量分布情况，

质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么转动惯量：

（）

考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一摩擦系数,总驱动力矩

设计尺寸满足使用要求。

结论

1.本设计根据任务设计书设计的具有4个自由度的液压圆柱坐标型机械手，适用于夹取10kg棒料物体。该机械手具有手爪夹取，手腕回转200°，手臂伸缩和手臂升降等4个动作。每个动作都有相应的独立液压缸驱动，各个机构根据紧凑原则，合理安排。

2.历时近三个月的毕业设计终于完成，在这这段时间里，我运用大学三年的专业知识比较成功的完成了本次毕业设计，在毕业设计中通过方案论证，理论设计计算，机械结构的设计，工程图的绘制，设计说明书的撰写等环节的训练，已经使个人理论水平和实际动手能力有了一次飞跃，锻炼了个人在设计、分析，动手实践等方面的能力，同时使所学专业知识得到一次全面的巩固和加强。

3.随着我国经济的飞速发展以及科学技术的不断进步，长三角地区，开始由以前的劳动密集型向机械化，智能化转变。由于近年用工荒的日渐严重，机械手在工厂中的运用越来越突出，并且发挥着重要的作用。所以，我觉得机械手在未来制造业领域会得到越来越广泛的运用。

致谢

此次毕业设计能够顺利完成，我得到了很多老师、同学的关心、帮助和支持，在此本人首先向他们表示感谢。在毕业设过程中，我的指导老师杨洪老师给予很多专业方面的帮助。在设计前期的准备时，杨老师就非常关注我的选题，指明选题方向，帮助分析题目的可行性和实际中可能出现的问题以及需要注意的事项；在进行方案选择时，为我指出所需要重点掌握的知识范围，并帮助我分析相应知识难点的原理，使我的毕业设计能顺利进行。

同时，我也要感谢大学三年所有教过和没有教过但给我很多帮助的老师，是他们的教导让我能在这里学到很多的专业知识，给我以后工作和学习打下了坚实的基础，是他们的谆谆教诲使我明白了更多为人处事的道理，给我今后的人生足迹烙下更深的印迹，在此我衷心地感谢所有帮助过我的老师。此外，非常感谢许多其他同学，他们很多想法和建议对我启发很大。

由于时间和个人知识及能力水平有限，论文中难免会有一些纰漏或错误之处，恳请各位老师批评指正。

参考文献

[1]张福学编．机器人技术及其应用[M].

北京：电子工业出版社，2000

[2]工业机械手图册编写组.工业机械手图册[M].

北京：机械工业出版社，1978

[3]朱世福，王宣银.机器人技术及其应用[M].

杭州：浙江大学出版社，2005

[4]蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略[J].机器人技术，2001,4

[5]冯香峰.机器人机构学[M].北京：机械工业出版社，1991

[6]陈明.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,2005

[7]孙恒

陈作模

葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2006

[8]周伯英.工业机器人设计[M].北京:机械工业出版社,1995

[9]龚振帮.

机械人机械设计.[M]北京：电子工业出版社，1995

[10]杨黎明.机械零件设计手册.第一版.国防工业出版社，1986,12

[11]李允文.工业机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1994,8

[12]卢颂峰.机械设计课程设计手册[M].第一版.机械工业出版社，1998,4