工業(yè)機器人結(jié)構設計(文件)
【正文】 。(3)保證工件準確定位為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。手部驅(qū)動力計算本課題氣動機器人的手部結(jié)構如圖32所示，其工件重量M=10kg，根據(jù)被夾持工件的直徑80~150mm，選定V形手指的角度2θ=120176。υ)=()=(N)所以：P=b/R N=(N)(3)實際驅(qū)動力:P實際≥pK1K2/η式中：η—齒輪齒條傳動效率，取η=K1—安全系數(shù)，由機械手的工藝及設計要求確定,~，；K2—工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，若被抓取工件的最大加速度取a=g 時，則: K2=1+a/g所以：P實際=(N)(N)。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算:δ=DPp/2σp式中:δ 缸筒壁厚，mmD 氣缸內(nèi)徑，mmPp 實驗壓力，取Pp==σp 缸體材料許用應力，Pa，其計算公式為：σp=σb/nn—安全系數(shù)，一般取n=6~8σp =120/8=15 MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:δ=DPp/2σp=(2x15x106)=(mm)由于計算所得的壁厚很薄不易加工，故查《機械設計手冊—氣壓傳動》，則：缸筒外徑為:D1 = 75 + ′ 2= 82(mm)4 手腕結(jié)構設計考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設一繞x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構，應用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。2015514 ( KB, 下載次數(shù): 0)下載附件 保存到相冊2015514 20:36 上傳 手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算:M驅(qū) =M慣 +M偏 +M摩 +M封式中: M驅(qū)—驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩（NM偏—參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片)對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩（NM封—手腕回轉(zhuǎn)缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩（NJ1 工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量J1為:J1=Jc+G1e12/g式中:Jc—工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量( )G1— 工件的重量(N)e1—工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm)(2)手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏M偏= G1e1+ G3e3 (Ncm)式中：G3—手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N)。在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖22所示，定片1與缸體2固連，動片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。cm）P—回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力（Pa）R—缸體內(nèi)壁半徑（cm）r—輸出軸半徑（cm）b—動片寬度（cm）上述驅(qū)動力矩和壓力的關系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。m2) 工件的質(zhì)量為10kg,質(zhì)量分布于長l=100mm的棒料上，那么轉(zhuǎn)動慣量Jc=ml2/12==(kgm) (3)手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為M摩，對于滾動軸承f=,對于滑動軸承f=,d1,d2為手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑，d1=30mm,d2=20mm,RA,RB為軸頸處的支承反力，粗略估計RA =300N, RB =150N,則：M磨=f(RAd2+RBd1)/2=(+)/2 =(Nm) M驅(qū)=M=\設計尺寸符合使用要求，安全。R2= =1246(N) (2)測定手腕質(zhì)量為50kg,設計加速度a=10(m/s2)，則慣性力：F1=ma=50x10 =500(N) (3)考慮活塞等的摩擦力，設定摩擦系數(shù)k=,Fm=k導向桿目前常采用的裝置有單導向桿，雙導向桿，四導向桿等，在本設計中采用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。R2= =3799(N) (1)測定手腕質(zhì)量為80kg,則重力G=mg=80x10=800(N) (2)設計加速度a=5(m/s2)，則慣性力G1=mg=80x5=400(N)(3)考慮活塞等的摩擦力，設定一摩擦系數(shù)k=，Gm=km)考慮軸承，油封之間的摩擦力，設定一摩擦系數(shù)k=,M莫=k。m) 總驅(qū)動力矩:M驅(qū)=M慣+M磨=108+=(N 氣缸長度設計為b=120mm,氣缸內(nèi)徑為D1=210mm,半徑R=105mm,軸徑D2=40mm，半徑r=20mm,氣缸運行角速度ω=90 o/s,加速時間Δt=，壓強P=，則力矩：M=Pb(R2r2)/2=()/2 =255(N 氣缸運行長度設計為 l=118mm,氣缸內(nèi)徑為D1=110mm,半徑R=55mm,氣缸運行速度，加速度時間Δt=,壓強P=,則驅(qū)動力G0=P氣壓驅(qū)動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設計手臂結(jié)構時，應該采用導向裝置。(1)在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑D1=63mm，半徑R=,設計使用壓強P=，則驅(qū)動力：F=P在此處估計M封為M磨的3倍，則：M封=3xM磨==(Nm2) M慣=（J+J1）ω/Δt=(+)x90/ =(N尺寸設計氣缸長度設計為b=100mm，氣缸內(nèi)徑為D1=110mm，半徑R=55mm，軸徑D2=26mm,半徑r=13mm，氣缸運行角速度ω=90 o/s，加速時間Δt=，壓強P=，則力矩：M=Pb(R2r2)/2=()/2=(N反之，輸出軸作順時針 方向回轉(zhuǎn)。cm)式中: d1，d2 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm)。下面以圖21所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算:(1)手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩M悅 若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為 ω，起動過程所用的時間為 Δt，則M 慣=(J+J1)ω/Δt(NM摩—轉(zhuǎn)動軸與支承孔處產(chǎn)生的摩擦阻力矩（NM慣—慣性力矩（N并且要求嚴格的密封。手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為:F1=πD2P/4Ft式中: F1 活塞桿上
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