【文章內(nèi)容簡介】 控制系統(tǒng)是支配工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。系統(tǒng)由可編程序控制器系統(tǒng)和行程開關(guān)電氣定位以及相關(guān)繼電器組成的控制系統(tǒng)。：1—爪部 2—腕部 3—臂部A— 手指開合氣缸 B—回轉(zhuǎn)氣缸 C—伸縮氣缸 D—升降氣缸 E—旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算（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）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。（3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度）△λ，以便于抓取工件效率高，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)保證手爪的夾持精度。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)：手爪張合角△λ=60176。，夾取重量為5Kg。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。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。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng)，這種手指結(jié)構(gòu)簡單，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，因此不選擇這種類型。通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手爪，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手爪閉和，在驅(qū)動(dòng)力作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手爪張開。下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)，圖（b）為受力分析。杠桿形手指1的一端裝有V形指，另一端開有長滑槽。驅(qū)動(dòng)桿上的圓柱銷套在滑槽內(nèi)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)連桿同圓柱銷一起做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即可撥動(dòng)兩個(gè)手指各繞其支點(diǎn)做相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的夾緊與松開動(dòng)作?；凼礁軛U式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的定心精度與滑槽的制造精度有密切關(guān)系。此機(jī)構(gòu)依靠驅(qū)動(dòng)力緊鎖，機(jī)構(gòu)本身無自鎖性能。(a) (b)1—手指 2—銷軸 3—杠桿 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線OO1和OO2并指向O點(diǎn),交F1和F2的延長線于A及B。由=0 得 F1=F2 =0 得 由(F)=0 得h F= （）式中 a—手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（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FN也隨之增大，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好。 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。一般來說，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：FN≥≥K1K2K3G （）式中 K1—安全系數(shù)，～； K2—工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦繩2=1+， K3 —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）。計(jì)算：設(shè)a=25mm，b=50mm，求夾緊力FN和驅(qū)動(dòng)力F和驅(qū)動(dòng)氣壓缸的尺寸。（1）設(shè)K1= K2=1+=1+= K3= 根據(jù)公式，將已知條件帶入： FN==（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： Fm==（3）取η= F==（4）選取氣壓缸初選氣壓缸型號(hào)為QGX，其內(nèi)徑D=12mm，～，介質(zhì)溫度5℃～60℃， MPa時(shí)，理論輸出力為50N，行程范圍6～60mm，滿足設(shè)計(jì)要求。則活塞桿內(nèi)徑為：d==6mm，選取d=6mm為了保證手爪張開角為60176。，活塞桿運(yùn)動(dòng)長度為17mm。手指長50mm，當(dāng)手爪沒有張開角的時(shí)候，（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑R1=25mm，當(dāng)張開60176。時(shí)，（b）所示，最大夾持半徑R2計(jì)算如下：R2=50176。+25cos30176。≈50mm機(jī)械手的夾持半徑從25～50mm。（a） (b) 機(jī)械手手爪夾持精度的分析計(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。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。 手爪夾持誤差分析示意圖該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。機(jī)械手的夾持范圍為40mm～90mm。一般夾持誤差不超過1mm，分析如下：工件的平均半徑：Rcp==65mm，手指長l=50mm，取V型夾角2=120176。偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計(jì)算 R0=lsincosβ=100sin60176。cos46176。=≥R0≥RMIN時(shí)帶入有： 夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 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(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于360176。，并且要求嚴(yán)格的密封。 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。1—工件 2—爪部 3—手腕手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： M驅(qū)= M +M偏+M慣+M封 式中： M驅(qū)—驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(Ncm)； M慣—慣性力矩(Ncm)；M偏—參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩(Ncm)；M封 —手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩(Ncm)；，分析各阻力矩的計(jì)算：（1）手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M慣若手腕起動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為ω，起動(dòng)過程所用的時(shí)間為Δt， 則：M慣 = (J+J1）ω/Δt式中：J—參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J1—工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ω—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s)；Δt—起動(dòng)過程所需的時(shí)間(s)；若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1為：J1=式中：Jc—工件對(duì)過重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；G1—工件的重量(N)； —工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)； （2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 M偏=G1+G3e3式中：G3—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N)；e 3—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)；當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則G1 e 1=0。（3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩M封M封= 式中：d1，d2—轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm)；F—摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承f=，對(duì)于滑動(dòng)軸承f=； RA、 RB —處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解， 根據(jù)ΣMA（F）=0，得； 同理，根據(jù)ΣM B(F) =0，得： 式中： G2—的重量(N) l，l1，l2，l 3—(cm)。（4）轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把氣腔分隔成兩個(gè)。當(dāng)壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。單葉氣缸的壓力P驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為： 或式中：M—回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩 P—回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力 R—缸體內(nèi)壁半徑 r—輸出軸半徑b—?jiǎng)悠瑢挾壬鲜鲵?qū)動(dòng)力矩和壓力的關(guān)系式是對(duì)于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應(yīng)代以工作壓力P1與背壓P2之差。 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 1）尺寸設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)缸型號(hào)初選為QGB1100，氣缸直徑為D1=100mm，中心軸直徑d1=26mm，氣缸長度設(shè)計(jì)為b=100mm，葉片數(shù)目為1，擺動(dòng)角度180176。177。3176。，當(dāng)工作壓力為1 MPa時(shí)輸出力矩為62 Nmm，氣缸運(yùn)行角速度ω=45176。/ s，加速度時(shí)間Δt =, 壓強(qiáng)P=，則力矩 =(Nm) 2）尺寸校核 （1)測定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量m1=10kg，分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑r=50mm的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =(kgm2)工件的質(zhì)量為5kg，質(zhì)量分布于長l=100mm的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =(kgm2)假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于長l=100mm的棒料來說，最大偏心距 e1=50mm，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： =(kgm2)M偏=(Nm)（2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為M偏，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，e1=0，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線e3=50mm，則 M偏 = G1 e 1+ G3 e 3 =10100+510 =（Nm）（3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為M摩，對(duì)于滾動(dòng)軸承f =，對(duì)于滑動(dòng)軸承f =，d1，d2為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)RA=300N，RB=150N, M摩=（Nm）（4）回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。在此處估計(jì)M封為M摩的3倍，M封=3M摩=30. 05 = （Nm）∴M驅(qū) = M慣 +M偏 +M摩 +M封 =+++ =（Nm）