【文章內容簡介】 兩個自由度的回轉驅動的腕部結構。它使腕部具有水平和垂直轉動的兩個自由度。 (4) 機 液結合的腕部結構。 腕部結構和驅動機 構的選擇 本設計要求手腕回轉 0180 ，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結構選擇具有一個自由度的回轉驅動腕部結構，采用液壓驅動。 腕部的設計計算 1. 腕部設計考慮的參數(shù) 夾取工件重量 30Kg ，回轉 0180 。 2. 腕部的驅動力矩計算 （ 1） 腕部的驅動力矩 需要的力矩 M慣 。 （ 2） 腕部回轉支撐處的摩擦力矩 M摩 。 夾取棒料直徑 100mm，長度 1000mm，重量 30Kg，當手部回轉 0180 時，計算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅動液壓缸及回轉液壓缸轉動件等效為一個圓柱體，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） 啟動過程所轉過的角度 ??啟 018 =，等速轉動角速度 ? ?? 。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉動慣量公式有： 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. 腕部驅動力的計算 表 41 液壓缸的內徑系列（ 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 設定腕部的部分尺寸：根據表 41設缸體內空半徑 R=110mm，外徑根據表 32選擇 121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到 實際裝配問題后，其外徑為 226mm；動片寬度 b=66mm,輸出軸 r=. 基 本 尺 寸 示 如 圖 所 示 。 則 回 轉 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構示意 表 標準液壓缸外徑（ JB106867） （ mm） 液壓缸內徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20 鋼P 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)挠嬎? 圖 缸蓋螺釘間距示意 表 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關系 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?，如圖 ， t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強有關，見表 ， 在這種聯(lián)結中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 0 39。sQ Q QF F F?? （ ） 計算： 液壓缸工作壓強為 P=8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,試選擇 8 個螺釘，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 危險截面 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） 動片和輸出軸間的連接螺釘 動片和輸出軸之間的連接結構見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)， 對稱安裝，并用兩個定位銷 定 位 。 連 接 螺 釘 的 作 用 ： 使 動 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—— 動片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 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)膹姸葪l件為 ? ?214QFd??? ?合 () 或 ? ?14 QFd ??? () 帶入有關數(shù)據，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的開槽盤頭螺釘。 手臂部件是機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），并帶動它們作空間運動。手臂運動應該包括 3 個運動：伸縮、回轉和升降。本章敘述手臂的伸縮運動， 手臂的回轉和升降運動設置在機身處，將在下一章敘述。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部應該具備 3 個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉、和升降運 動。手臂的各種運動通常用驅動機構和各種傳動機構來實現(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、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結構、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。 臂部設計的基本要求 一、 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕 （ 1） 根據受力情況，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的距離。 （ 3） 合理布置作用力的位置和方向。 （ 4） 注意簡化結構。 （ 5） 提高配合精度。 二、 臂部運動速度要高，慣性要小 機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在 1000~1500mm/s,最大回轉角速度設計在 180176。 /s內，大部分平均移動速度為 1000mm/s，平均回轉角速度在 90176。 /s。在速度和回轉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，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有 3個途徑： （ 1） 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。 （ 2） 減少臂部運動件的輪廓尺寸。 （ 3） 減少回轉半徑 ? ， 再安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉動作。 （ 4） 驅動系統(tǒng)中設有緩沖裝置。 三、手臂動作應該靈活 為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。 總結 ：以上要求是相互制約的，應該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設計出完美的、性能良好的機械手。 手臂的典型機構以及 結構的選擇 1. 手臂的典型運動機構 常見的手臂伸縮機構有以下幾種： （ 1） 雙導桿手臂伸縮機構。 （ 2） 手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結構。 （ 3） 雙活塞桿液壓崗結構。 （ 4） 活塞桿和齒輪齒條機構。 2. 手臂運動機構的選擇 通過以上，綜合考慮，本設計選擇雙導桿伸縮機構，使用液壓驅動 ,液壓缸選取雙作用液壓缸。 3. 手臂直線運動的驅動力計算 先進行粗略的估算，或類比同類結構，根據運動參數(shù)初步確定有關機 構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。如此反復，繪出最終的結構。 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力根據液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅動力。液壓缸活塞的驅動力的計算。 F F F F F? ? ? ?回摩 密 慣 () 4. 手臂摩擦力的分析與計算 分析： 摩擦力的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據具體情況進行估算。上圖是機械手的手臂示 意圖，本設計是雙導向桿，導向桿對稱配置在伸縮崗兩側。 圖 機械手臂部受力示意 計算如下： 由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 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 — — 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（ N）； L—— 手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（ m） ,參考上一節(jié)的計算 。 a—— 導向支撐的長度（ m） 。 39。? —— 當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面有關。 對于圓柱面： ? ?39。4 1 . 2 7 1 . 5 72?? ? ????? ? ????? ? —— 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 μ =~ 鋼對鑄鐵：取 μ =~ 導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵 39。 ? ? ? ? ， 1070GN?總 ，L==,導向支撐 a設計為 將有關數(shù)據代入進行計算 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 本設計要求手臂平動是 V=5 minm ,在計算慣性力的時候 ,設置啟動時間 ?? ，啟動速度 ? V=V= , GvFgt?? ?總慣 ()