【文章內(nèi)容簡介】 圖 2 夾持器的結(jié)構(gòu)簡圖 由圖 2可知，其主要工作原理是將多功能機械手臂放進管道 —— 通過圖像采集尋找到目標 —— 調(diào)整抓取位置 —— 旋轉(zhuǎn)搖臂螺紋上升，夾取器夾緊，回復(fù)彈簧被壓緊， 同 時螺紋 自鎖 — 待移除完畢后，打開 止回 棘 爪 —— 夾取器受彈簧恢復(fù)力作用而松開 —— 抓取完畢。 北方民族大學(xué) 2021屆 本科生畢業(yè)論文 6 第 2 章 機械設(shè)計 夾持器的設(shè)計 夾持器是機械手臂的核心部分，其自由度決定了動力的數(shù)量。下面是夾持器的結(jié)構(gòu)簡圖： 圖 21 夾持器工作簡圖 計算自由度 1725323 ???????? phplnF (21) 故只用提供一個原動力就可以了實現(xiàn)抓取工作了。 機構(gòu)設(shè)計 連桿機構(gòu)的設(shè)計方法有解析法，幾何作圖法和實驗法，而本設(shè)計采用較直觀的幾何作 圖法。這是因為本設(shè)計是機械控制而非程序控制，故不要求過高精度，為了方便設(shè)計采用幾何作圖法。注：幾何作圖法實現(xiàn)的個尺寸設(shè)計均由作圖軟件CAD 輔助設(shè)計得出。 基本位置確定 由于蹲便器的排污口的尺寸一般為 6298mm，以及也要求在其它狹小空間，故要求夾持器的尺寸盡量小一些。故設(shè)圓管的直徑為 25mm 壁厚取 1mm 為了是結(jié)構(gòu)設(shè)計得可靠、合理，還應(yīng)考慮幾何條件和動力條件等。 取口子最大的張口是 100mm 爪子張開時，其深度為 =。假設(shè)爪子張開時，爪子處于最大張角狀態(tài)。如下圖 22： 北方民族大學(xué) 2021屆 本科生畢業(yè)論文 7 圖 22爪子最大張角狀態(tài)圖 取擺桿和連桿的鉸接位置在擺桿的 1/3 處，測得擺桿長 ，又測得鉸接點到管軸的距離為 ,取為 25mm,保證最大的傳動角同時避開死點。測得搖桿擺角為 48186。，初始位置與水平位置夾角為 127186。，連桿與擺桿的夾角為 43186。，在夾緊極限位置時，該夾角為 30186。連桿鉸接點的豎直行程為 。 機構(gòu)的運動分析 該機構(gòu)為曲柄滑塊機構(gòu)，利用瞬心法來分析擺桿、連桿、和滑塊的速度 ,下面圖 23 是機構(gòu)運動簡圖（由于結(jié)構(gòu)對稱有可以分開運動，故只取一半作為研究對象并對其 做一定的簡化）： 圖 23機構(gòu)運動簡圖 北方民族大學(xué) 2021屆 本科生畢業(yè)論文 8 此機構(gòu)共有 122 )14(4 ????K 個瞬心，由觀察知 P1 P1 P2 P34（曲柄滑塊機構(gòu)在無窮遠處）為瞬心。由三心定理知 P24 必然在 P1 P14 和 P2 P34的交點處，同時也可以找出 P13。求得： 2324223 ppwvv pc ?? （ 22） 121411224212 ppwppwvv pB ??? （ 23） 1224121412 / ppppww ? （ 24） 受力分析 （ 1）夾持器夾緊力計算 夾緊力是設(shè)計夾持器的重要依據(jù)，故必須對其大小、方向、作用點進行分析和計算。一般地，夾緊力必須克服工件本身的重力所產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩來使工件保持穩(wěn)定狀態(tài)。 夾緊力計算公式： GKKKFN 321? （ 25） 1K —— 安全系數(shù)，由機械手的工藝及設(shè)計要求確定，一般取 ~，本設(shè)計取 1K =。 2K —— 工件情況系數(shù)，主要慣性力影響，一般取 ~，本設(shè)計取2K =。 3K —— 方位系數(shù)，可根據(jù)手指與工件位置及工件的形狀不同而進行選定，本設(shè)計采用二指夾持，夾指尖，使受力面積小有四個接處點， 粗略估算并暫取3K =3。 G—— 工件重量，本設(shè)計抓取對象重量最大為 500g. 故得： NGKKKF N ??????? （ 26） 取 NF =34N. 北方民族大學(xué) 2021屆 本科生畢業(yè)論文 9 (2)驅(qū)動力的分析 此處所說的驅(qū)動力是指爪子的牽引力。因為在其緊閉于軸線一點時傳動角最小，故假設(shè)夾持器抓取 500g 的物體，并且處于最小傳動角狀態(tài)，受力情況如下圖 24（擺桿為為研究對象）： 圖 24爪子受力情 況圖 由平衡條件知 F F2到支點的力矩平衡，故有： 242141 LFLF x? （ 27） NFF?1 （ 28） N/LLFF Nx 10233424142 ???? （ 29） NFF x 20460c os22 ?? （ 210） 對于連桿若不考慮自重，可視為二力桿，則滑塊受力如下： 北方民族大學(xué) 2021屆 本科生畢業(yè)論文 10 圖 25滑塊受力圖 其中， Fa 為驅(qū)動牽引力， 239。F 為連桿對滑塊的作用力，大小為 倍的 F2. fF 為 復(fù) 位 彈 簧 的 恢 復(fù) 力 由 下 面 彈 簧 設(shè) 計 可 知 fF =, 故得 2a 2 39。 6 0 .6 0 6 2 0 4 c o s 1 9 2 5 3 .4 9 NfyF F F? ? ? ? ? （ 211） （ 3）恢復(fù)彈簧的設(shè)計 因為各桿 的安裝位置和引動已知，故可知當(dāng)爪子長得最大到閉得最小時，滑塊沿著圓管的位置移動 S=，可取 S=16mm。此處選擇圓柱螺旋壓縮彈簧。 選材：由于使用環(huán)境是含有酸堿腐蝕的，而且是小彈簧。選擇不銹鋼絲 d=。 計算：由于彈簧作用僅用于回復(fù) ,不需要產(chǎn)生過大的反彈力，從而要在滿足反彈作用時 ,反彈力盡量小一些 ,從而減少牽引力的的大小，減少驅(qū)動負擔(dān)。 選擇 d=, D=，其單圈剛度是 39。dP =螺旋角 a,一般 a= a=8186。 則： arctanta D?? ?節(jié)距 t ta n 8 18 ta n 8 m m?? ? ? ? ? 北方民族大學(xué) 2021屆 本科生畢業(yè)論文 11 ?a=8186。 彈簧并緊磨平，兩端支撐圈各一圈。 一般壓縮量為 30%80%，取總壓縮量為 65%，而預(yù)緊量為 10%，則： 行程 S=(65%10%)(td)n=16mm (n 為有效圈數(shù) ) ? 16 4 . 5 95 5 % ( ) 5 5 % ( 7 . 4 9 1 . 6 )sn td? ? ???, 查表取 n=5圈，則： ?總?cè)?shù) 1 27nn???圈 實際 16 7 . 8 25 5 % ( ) 5 5 % ( 5 1 . 6 )st m mnd? ? ??? ?剛度 39。 1 1 .139。 2 .2 2 /5dpp N m mn? ? ? 自由高度 1 .5 5 7 .9 4 1 .5 1 .6 4 2 .1OtH n d m m? ? ? ? ? ? ?, 查取 OH =42mm. 故：最小工作載荷 1010% 39。 42 2 2p H p N? ? ? ? ? ?,此 4 2 1 0 % 4 .2OH m m? ? ? 最大工作載荷 065% 42 6np H N? ? ? ? ? 故 ? . 結(jié)構(gòu)尺寸的確定 本設(shè)計用作圖 法來確定機構(gòu)尺寸 ，初步 確定尺寸后，通過強度校核來 驗證 所設(shè)尺寸的 正確性 和合理性。 （ 1） 支撐片的設(shè)計 因為管壁比較薄，不宜直接在閉上開孔支撐爪子，故此設(shè)計需焊接兩個支撐片于壁上。安裝位置如下圖 26： 北方民族大學(xué) 2021屆 本科生畢業(yè)論文 12 圖 26爪子安裝位置圖 考慮到支撐片的穩(wěn)定性，采用一半焊接在壁上。支撐片的尺寸初步如下所示： 圖 27支撐片的尺寸圖 （ 2） 爪子的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 為了減輕質(zhì)量，而且體積小，爪子厚度不要過厚，各尺寸暫時設(shè)計如下圖所示： 北方民族大學(xué) 2021屆 本科生畢業(yè)論文