【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。 (4) 機(jī) 液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn) 0180 ，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù) 夾取工件重量 30Kg ，回轉(zhuǎn) 0180 。 2. 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 （ 1） 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩 需要的力矩 M慣 。 （ 2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩 M摩 。 夾取棒料直徑 100mm，長(zhǎng)度 1000mm，重量 30Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn) 0180 時(shí)，計(jì)算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為 220mm，直徑 120mm，其重力估算 G= 230 . 0 6 0 . 2 2 7 8 0 0 9 . 8 1 9 0G Kg m N Kg N?? ? ? ? ? ? （ 2） 擦力矩 ?摩 。 （ 3） 啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 ??啟 018 =，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 ? ?? 。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： 2 2 2 21 1 1 9 0 0 . 0 6 0 . 0 3 4 22 2 9 . 8 NJ M R N m s N m sN K g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2 2 21 1 60 1 3 12 l R N m sg ?? ? ? ? ? ? ? ?工 件 代入： ? ? . 03 42 5. 01 25 552 0. 31 4M N m? ? ? ??慣 0 .1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣； 55 6 1 .1 10 .9M N m? ? ? 3. 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 表 41 液壓缸的內(nèi)徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 41設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=110mm，外徑根據(jù)表 32選擇 121mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到 實(shí)際裝配問(wèn)題后，其外徑為 226mm；動(dòng)片寬度 b=66mm,輸出軸 r=. 基 本 尺 寸 示 如 圖 所 示 。 則 回 轉(zhuǎn) 缸 工 作 壓 力? ? ? ?2 2 2 22 2 6 1 . 1 1 7 . 3 50 . 0 6 6 0 . 0 5 5 0 . 0 2 2 5MP M p ab R r ?? ? ?? ? ?，選擇 8Mpa 圖 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意 表 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（ JB106867） （ mm） 液壓缸內(nèi)徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20 鋼P(yáng) 160Mpa? 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45 鋼200P Mpa? 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 4. 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 圖 缸蓋螺釘間距示意 表 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖 ， t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見(jiàn)表 ， 在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力 0 39。sQ Q QF F F?? （ ） 計(jì)算： 液壓缸工作壓強(qiáng)為 P=8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,試選擇 8 個(gè)螺釘，3 . 1 4 0 . 1 1 4 3 . 1 7 8 088D? ?? ? ?，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8個(gè) 危險(xiǎn)截面 222 2 1 45 07 90 88 754S R r m? ? ? ?? ? ? ? Q PSF Z? ?； SF KF? ； ? 1 . 5 7 9 0 8 . 8 1 1 8 6 3 . 3SF K F N? ? ? ? 所以 0 39。sQ Q QF F F??=+10545=19772N 螺釘材料選擇 Q235， ? ? 240 1601 .5s M P an?? ? ? ?則（ ? ） 螺釘?shù)闹睆? ? ?04 QFd ???? （ ） ? ? 04 QFd ???? 64 1 .3 1 9 7 7 2 0 .0 1 5 93 .1 4 1 6 0 1 0 m?????? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=16mm. （ 1） 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見(jiàn)上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)， 對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷 定 位 。 連 接 螺 釘 的 作 用 ： 使 動(dòng) 片 和 輸 出 軸 之 間 的 配 合 緊 密 。 ? ?2282Qb p dD d M F Z f? ? ?摩 于是得 ? ?224Q bpF D dZfd?? () D—— 動(dòng)片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取 f= 工作壓力 P（ Mpa） 螺釘?shù)拈g距 t(mm) ~ 小于 150 ~ 小于 120 ~ 小 于 100 ~ 小于 80 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ? ?214QFd??? ?合 () 或 ? ?14 QFd ??? () 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 ? ? ? ?62 2 2 20 . 0 6 6 8 1 0 0 . 1 1 0 . 0 4 5 2 4 6 2 74 4 0 . 1 5 0 . 0 3 2Q bpF D d NZ fd Z ??? ? ? ? ?? ? ? 螺釘材料選擇 Q235，則 ? ? 240?? ?? 200MPa?（ ? ） 螺釘?shù)闹睆? ? ?0 64 4 24627 200 10QFdm??? ??? ? ??? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12的開(kāi)槽盤頭螺釘。 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)， 手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章敘述。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備 3 個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn) 動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 一、 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 （ 1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 （ 2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。 （ 3） 合理布置作用力的位置和方向。 （ 4） 注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。 （ 5） 提高配合精度。 二、 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在 1000~1500mm/s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在 180176。 /s內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為 1000mm/s，平均回轉(zhuǎn)角速度在 90176。 /s。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有 3個(gè)途徑： （ 1） 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。 （ 2） 減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。 （ 3） 減少回轉(zhuǎn)半徑 ? ， 再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。 （ 4） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 三、手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活 為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。 總結(jié) ：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問(wèn)題，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出完美的、性能良好的機(jī)械手。 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及 結(jié)構(gòu)的選擇 1. 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 常見(jiàn)的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種： （ 1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。 （ 2） 手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 （ 3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 （ 4） 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。 2. 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 通過(guò)以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng) ,液壓缸選取雙作用液壓缸。 3. 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī) 構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來(lái)確定來(lái)確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。 F F F F F? ? ? ?回摩 密 慣 () 4. 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 分析： 摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。上圖是機(jī)械手的手臂示 意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮崗兩側(cè)。 圖 機(jī)械手臂部受力示意 計(jì)算如下： 由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。 0AM ?? ， bG L aF?總 得 b GLF a? 總 ， 0Y?? ， baG F F??總 得 aLaFG a???? ????總 ， 39。39。a b a bF F F F F??? ? ? ?摩 摩摩 39。 2 LaFG a? ????? ????總摩 () 式中 G總 — — 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（ N）； L—— 手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（ m） ,參考上一節(jié)的計(jì)算 。 a—— 導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（ m） 。 39。? —— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。 對(duì)于圓柱面： ? ?39。4 1 . 2 7 1 . 5 72?? ? ????? ? ????? ? —— 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)： 鋼對(duì)青銅：取 μ =~ 鋼對(duì)鑄鐵：取 μ =~ 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 39。 ? ? ? ? ， 1070GN?總 ，L==,導(dǎo)向支撐 a設(shè)計(jì)為 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 39。 2 2 1 . 4 1 0 . 1 61 0 7 0 0 . 3 5 9 7 8 . 60 . 1 6LF G Na? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?總摩 本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是 V=5 minm ,在計(jì)算慣性力的時(shí)候 ,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 ?? ，啟動(dòng)速度 ? V=V= , GvFgt?? ?總慣 ()