【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途：搬運(yùn) :用于車(chē)間搬運(yùn) 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) : 抓重 :60Kg (夾持式手部 ) 自由度數(shù) :5個(gè)自由度 座標(biāo)型式 :圓柱座標(biāo) 最大工作半徑 :1600mm 手臂最大中心高 :1248mm 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 伸縮行程： 1200mm 伸縮速度： 83mm/s 升降行程： 300mm 升降速度： 67mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 : 00 180 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 : 00 180 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 手部設(shè)計(jì)基本要求 （ 1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。 （ 2） 手指應(yīng)具有一定的張開(kāi)范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開(kāi)閉角度（手指從張開(kāi)到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度） ? ? ，以便于抓取工件。 （ 3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。 （ 4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。 典型的手部結(jié)構(gòu) （ 1） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 （ 2） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 （ 3）平面平移型。 機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇手抓的類(lèi)型及夾緊裝置 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮 到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角?? = 060 ，夾取重量為 60Kg。 常用的工業(yè)機(jī)械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類(lèi)。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指 ,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移 型。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng) ,這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 適于夾持平板方料 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差零。 若 采用典型 的平移型手指 , 驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上 ,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。 顯然是不合適的，因此不選擇這種類(lèi)型。 通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開(kāi)式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開(kāi)。 手 爪 的力學(xué)分析 下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖 （ a）為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 αααα αα (a) (b) 圖 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1—— 手指 2—— 銷(xiāo)軸 3—— 杠桿 在杠桿 3的作用下，銷(xiāo)軸 2向上的拉力為 F，并通過(guò)銷(xiāo)軸中心 O點(diǎn)，兩手指 1的滑槽對(duì)銷(xiāo)軸的反作用力為 F1和 F2， 其力的方向垂直于滑槽的中心線(xiàn) 1oo 和 2oo 并指向 o 點(diǎn)，交 1F 和2F 的延長(zhǎng)線(xiàn)于 A及 B。 由 xF? =0 得 12FF? yF? =0 得 1 2cosFF ?? 39。11FF?? 由 01M? ??F =0 得 39。1 NFF?h cosah ?? F= 2cosNb Fa ? （ ） 式中 a—— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)中心的距離（ mm） . ? —— 工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 F 一定時(shí)， ? 角增大，則握力 NF 也隨之增大，但 ? 角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 ? = 030 040 。 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算： 1 2 3NF K K K G? （ ） 式中 1K —— 安全系數(shù)，通常 ； 2k —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦? 1 bK a??其中 a，重力方向的最大上升加速度；maxva t?響 maxv —— 運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度 t響 —— 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取 3K —— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。 G—— 被抓取工件所受重力（ N）。 表 31 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 小于 5000 1 20210 30000 5000 10000 30000 50000 10000 20210 50000 以上 計(jì)算：設(shè) a=100mm,b=50mm, 010 ? 040 。機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 ，求夾緊力 NF 和驅(qū)動(dòng)力 F 和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。 (1) 設(shè)1 ? 2 1 bK a?? = ?= 3 ? 根據(jù)公式，將已知條件帶入： ? NF=? 1. 02 0. 5 58 8 44 9. 8NN? ? ? （ 2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： ? ? 202 1 0 0 c o s 3 0 4 4 9 . 850F ???計(jì) 算=1378N （ 3）取 ?? 1378 16210 .8 5FFN?? ? ?計(jì) 算實(shí) 際 （ 4）確定液壓缸的直徑 D ? ?224F D d p???實(shí) 際 選取活塞桿直徑 d=,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P= 1MPa, ? ? ? 524 4 1 6 2 1 0 .5 8 70 .8 1 0 0 .7 51 0 .5Fp ?? ???? ? ??實(shí) 際 根據(jù)表 （ JB82666），選取液壓缸內(nèi)徑為： D=63mm 則活塞桿內(nèi)徑為 : d=63?=，選取 d=32mm 手抓夾持范圍計(jì)算 為了保證手抓張開(kāi)角為 060 ，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為 34mm。 手抓夾持范圍，手 指長(zhǎng) 100mm,當(dāng)手抓沒(méi)有張開(kāi)角的時(shí)候，如圖 （ a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑 1R 40? ，當(dāng)張開(kāi) 060 時(shí)，如圖 （ b）所示，最 大夾持半徑 2R 計(jì)算如下： 002 10 0 30 40 c os 30 90R tg? ? ? ? ?機(jī)械手的夾持半徑從 40 90mm （ a） (b) 圖 手抓張開(kāi)示意圖 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確 ,抓取精度高 ,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好 ,并有足夠的抓取能 ? ?12力 。 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾 持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、 小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。βθ 圖 手抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手的夾持范圍為 80mm 180mm。 一般夾持誤差不超過(guò) 1mm,分析如下： 工件的平均半徑： 90 402cpR ?? 65mm? 手指長(zhǎng) 100l mm? ,取 V型夾角 02 120?? 偏轉(zhuǎn)角 ? 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 1 1 0060c o s c o s 4 6si n 1 0 0 si n 6 0CPRl? ???? ? ?? 計(jì)算 0 sin c o s 1 0 0Rl ??? ? ?00sin 60 cos 46 ? 當(dāng) 0R MAX MINRR??S 時(shí)帶入有： 2 22 2 2m a x m in2 c os 2 c os 2 si n si n si n si nM A X M A XR R R Rl l l l? ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ????? ???? 夾持誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖 所示，計(jì)算 ? ?13過(guò) 程 如下。 圖 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù) (1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力 ? ? 800MPa? ? (2).選擇旋繞比 C=8，則 4 1 0 .6 1 54 4 6CK C ???? （ ） 4 1 0 .6 1 54 4 6CK C ???? ? ?? ?4 8 1 0 .6 1 5 1 .1 8 34 8 4 6??? ? ??? (3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑 D=42mm，估算彈簧絲直徑 42 5 .2 58Dd m mC? ? ? (4).試算彈簧絲直徑 ? ?39。 MAXF KCd?? （ ） ? ?39。 MAXF KCd ?? 61 6 2 1 1 .1 8 3 81 .6 78 0 0 1 0 mm????? (5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： 38 MAXMAXGdn FC?? （ ） 38 MAXMAXGdn FC??638 0 0 0 0 1 0 0 .0 0 7 2 .8 68 1 6 2 1 8?????? 選擇標(biāo)準(zhǔn)為 3n? ，彈簧的總?cè)?shù)1 3 ? ? ? ? ?圈 (6). 最 后 確 定 42D mm? ， 7d mm? ， 1 42 7 35D D d mm? ? ? ? ?，2 42 7 52D D d mm? ? ? ? ? (7).對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比 0 74 612Hb D? ? ?，本設(shè)計(jì)彈簧是 2端自由，根據(jù)下列選取： 當(dāng)兩端固定時(shí)， ? ,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)， ? ；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，? 。 結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧 ??，因此彈簧穩(wěn)定性合適。 (8).疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。 對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力 強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷 的作用次數(shù) 310N? ，或者載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）。 現(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式： maxcaSSS???? （ ） sS 選取 （力學(xué)性精確能高） max 38KDFd? ?? （ ） max 38KDFd? ?? 38 1 . 1 8 4 0 . 0 4 2 1 6 2 1 5 9 8 7 5 6 4 7 93 . 1 4 0 . 0 0 7??? ? ?? 6m a x8 0 0 1 0 1 . 3 3 6 1598756479casS paS pa?? ?? ? ? 結(jié)論：經(jīng)過(guò)校核，彈簧適應(yīng)。 4 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 （ 1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，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)轉(zhuǎn)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。 （