【正文】 ，它是機(jī)械手規(guī)格中的主要參數(shù)。抓重以 10 公斤左右的機(jī)械手為數(shù)最多。一般將抓重 1 公斤以下的定為微型；1~5 公斤的定為小型； 5~30 公斤的定位中型； 30 公斤以上的定為大型。機(jī)械手抓重的大小對(duì)其他參數(shù)如行程范圍、運(yùn)動(dòng)速度、坐標(biāo)型式和緩沖裝置的設(shè)計(jì)均有影響，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須予以重視。 自由度數(shù)和坐標(biāo)型式 機(jī)械手的自由度數(shù)和坐標(biāo)型式的選擇，應(yīng)根據(jù)機(jī)械手現(xiàn)場(chǎng)具體的生產(chǎn)情況和工藝的要求而定。 運(yùn)動(dòng)速度 運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要參數(shù)之一，它反 映了機(jī)械手的生產(chǎn)水平，很多機(jī)械手由于速度低限制了它的適用范圍。 行程范圍 機(jī)械手的手臂運(yùn)動(dòng)行程大小與機(jī)械手的抓重大小、坐標(biāo)型式、驅(qū)動(dòng)方式以及使用性能有關(guān)系，一般對(duì)于通用機(jī)械手的手臂回轉(zhuǎn)應(yīng)盡可能的大些使機(jī)械手具有一定的通用性，因此一般地手臂回轉(zhuǎn)行程范圍應(yīng)大于 180 度；手臂伸縮行程大多數(shù)在500~1000 毫米范圍內(nèi)選取。 設(shè)計(jì)路線與方案 設(shè)計(jì)步驟 ； ； 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 ； ； 所給規(guī)格，范圍，性能進(jìn)行分析，強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)學(xué)校核 ； ； ； 。 研究方法和措施 使用現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)方法和液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（四個(gè)自由度，可以繞橫，縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)和上下左右擺動(dòng)）。 本章小結(jié) 本章介紹了工業(yè)機(jī)械手的組成、規(guī)格參數(shù)、設(shè)計(jì)路線等內(nèi)容，這種設(shè)計(jì)的機(jī)械手組成全面，配置合理，能達(dá)到一定的使用要求。 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3章 機(jī)械手各 部分的 計(jì)算與分析 手部 計(jì)算與分析 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類最常見的主要有夾鉗式，本設(shè)計(jì)主要考慮夾鉗式手部設(shè)計(jì)。 夾鉗式手部是由手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤，套類零件，一般情況下 可 采用兩個(gè)手指。 手部的主要功用是當(dāng)工件在傳送過(guò)程中抓取和釋放工件，當(dāng)手指牢固地抓緊工件時(shí) ，可把整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)做靜止?fàn)顟B(tài)看待，這時(shí)就可以用傳統(tǒng)的靜力分析方法來(lái)確定各種力的關(guān)系及大小，從而保證機(jī)器人可靠地工作。 ～ 輸 出力的比率分析 手部的主要功用是當(dāng)工件在傳送過(guò)程中抓取和釋放工件，當(dāng)手指牢固地抓緊工件時(shí) ，可把整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)做靜止?fàn)顟B(tài)看待 ，這時(shí)就可 以用傳統(tǒng)的靜力分析方法來(lái)確定各種力的關(guān)系及大小，從而保證機(jī)器人可靠地工作?，F(xiàn)以實(shí)例說(shuō)明手部輸入 輸出力的確定，如圖 C 點(diǎn)的力平衡方程式為： F23= F56=rPsin2 其中： P— 驅(qū)動(dòng)力 (輸入力 ) F2 F56—— 分別為杠桿 2 作用在杠桿 3 和杠桿 5 作用 在杠桿 6 上的力。 由 A（ A`）點(diǎn)力矩平衡方程式可求的抓取力 （輸出力）： 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 F= F2312hh = F5612hh = rPsin2 12hh 一般取rPsin2≈ 4~6， 即 r≈ arcsin(81~121)≈ 4176。 47′ ~7176。 11′ 上述分析說(shuō)明這類杠桿機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)就是過(guò)死點(diǎn)位置時(shí)產(chǎn)生自鎖作用。上述方法 還不是一種簡(jiǎn)便而直觀的方法，最直觀而又有效的方法就是虛功原理。現(xiàn)以實(shí)例來(lái)分析， 如圖 根據(jù)虛功原理我們可得方程式： 21PV1=FVC1 其中： V0=Va=Lψ ； V1=Rψ 而 ψ —— 杠桿 2 的角速度 ， R—— 扇形齒輪的節(jié)圓半徑， L—— A 點(diǎn)至固定鉸鏈點(diǎn) OR的距離。 VC的垂直分量 VC1 為： VC1= VCcosθ =Locosθ 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 將 Vm=Rψ 和 VC1= Locosθ代入21PV1=FVC 中可以求得輸入 — 輸出力的比率為： ε =FP=R2Lcosθ 另一實(shí)例瞬時(shí)中心確定在 O3,由于 Δ O1O1’ O3∽ Δ O2O4O3 則 dl=clh? 即lhl=ddc? 再根據(jù)平衡條件得： Pδ pFbr=0 即 P b δ φ 2 － F a δ φ 1=0 由圖所示的幾何關(guān)系可得 ： Lbδ φ 1= Lδ φ 2 即 δ φ 2=lhδ φ 1=ddc?δ φ 1 整理可得 c =FP =)( dcb ad? 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 同樣可求出其它不同手部的輸入 一輸出的比率 ε0 。 腕部 計(jì)算與分析 腕部設(shè)計(jì) 的基本要求 手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)手腕有繞 X軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿 X軸左右擺動(dòng)兩個(gè)自由度。手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動(dòng)也采用回轉(zhuǎn)油缸。他的結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由度符合設(shè)計(jì)要求，它要求嚴(yán)格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩。 ，它連同手部的動(dòng)靜載荷均由臂部承受。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)動(dòng)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。 ，又承擔(dān)聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度和剛度外還應(yīng)綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測(cè)和位置檢測(cè)、管線布置以及潤(rùn)滑、維修調(diào)整等問(wèn)題。 （如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控電測(cè)元件的耐熱性等問(wèn)題）。 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力： M摩 從圖 ： M摩 ＝ ? ?1 1 2 22f R D R D? ? ?kgf m? 12DD 軸承直徑（ m） 式中： 12RR －軸承處支反力 ? ?kgf m? ；可靜力學(xué)平衡方程求得。 f軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 f= 為簡(jiǎn)化計(jì)算取 M摩 ? 總 阻 力 矩 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 腕部回轉(zhuǎn)支承處的受力圖 1G 工件重量（ kgf） ， 2G 手部重量（ kgf） ， 3G －手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量（ kgf） 1G 重心偏置所引起的力矩 M偏 M偏 ＝ 1G e? （ kgf） 式中 e－工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（ m） ，所需的力矩 M慣 啟動(dòng)過(guò)程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度 ? 及啟動(dòng)所用的角速度?起 ： M慣 ＝ ? ? 20 .0 1 7 5 2JJ ? ?? ? ? ?工 件 () 式中： J工 件 －工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? J－手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? ? －手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角加速 ? ?度 秒 ? －啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（度） 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈?xiàng)之和。 MMMM ? ? ?總 偏 摩 慣 () 因?yàn)槭滞蠡剞D(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?J+J工 件不是很大，手腕起動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也不大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以將計(jì)算 M偏 ， M摩 適當(dāng)放大，而省略掉 M慣 ，這時(shí) ? ?M M M??總 偏 摩 (1)設(shè)手指，手指驅(qū)動(dòng)油缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動(dòng)件為一個(gè)等效圓柱體， L=50cm，直徑 D=10cm，則 m=。 (2)摩擦阻力矩 M摩 ＝ 阻 力 矩 (3)設(shè)起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 ?起 ＝ 20 ,等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速 度 100 s? ?? 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 計(jì)算：求 M偏 ＝ ? ? 20 .0 1 7 52JJ ? ?? ? ? ?工 件 查型鋼表有： ? ?221 0 . 0 3 42J m R k g f m s? ? ? ? ? ? ? ?2 2 21 3 6 . 0 2 812J m L R k g f m s? ? ? ? ?工 件 代入 M慣 ＝ 256（ N m） M偏 ＝ 0。M摩 ＝ 阻 力 矩 。M摩 ＝ 阻 力 矩 +265 M= ? ?265 2 9 4 .4 k g0 .9 m?? 確定轉(zhuǎn)軸的最小尺寸 ? ， TW －抗扭剖面模量 ? ?3 32 9 4 .4 1 0 0 .2T Td?????， 查得 ? ? 60 aT MP? ? ? ?3 ?? ?驅(qū) ， 15d mm? ， 取轉(zhuǎn)軸直徑 d=40mm。 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩 M總 ，機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片 1與缸體 2固連，動(dòng)片 3與轉(zhuǎn)軸 5 固連，當(dāng) a,b口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的。 M= 22 R r )2pb（ ? M總 () 式中： M總 — 手腕回轉(zhuǎn)總的阻力矩（ N m） P— 回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 r— 缸體內(nèi)徑半徑（ cm） R— 輸出軸半徑（ cm） b— 動(dòng)片寬度 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定 b,R,r 中兩個(gè)： Dd =— , 2b 2Dd? ,取 Dd =2， 2bDd =3 又因?yàn)?d=40mm，則 D=80mm， b=60mm 去頂回轉(zhuǎn)油缸工作壓力： 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 222()Mp b R r???總 2222 2 9 4 .4 8 .0 1 ( k g / )6 ( 8 4 ) cm? ??? () 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力足以克服摩擦力。 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì) M M M M? ? ?摩 偏 慣 偏離重心 e的計(jì)算及 M偏 圖 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì)尺寸圖 估計(jì) L=45cm， 121 6 , 4 5 , 5e cm e cm R cm? ? ?， ?桿 12( ) /e m e m e m m? ? ? ? ?桿 件 桿 件 =30cm 克服重心偏置所需的力矩 16 .41 ( )M G e kgf m? ? ?偏 克服摩擦所需力矩 M摩 M摩 = 克服運(yùn)動(dòng)慣性所需的力矩 M慣 J桿 = 2 2 21( 3 ) / 12m L R m e? ? ?(kgm2s ) J件 = 22me =25? =(kgm2s ) 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 J總 =(kgm2s ) M慣 =JW/t 設(shè) w= 050/s , 20o??起 M慣 = 2w /?起 =(kgf m) 則擺動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 M M M M? ? ?摩 偏 慣 =(