【文章內(nèi)容簡介】 ）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。(a) (b) 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1——手指 2——銷軸 3——杠桿在杠桿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和并指向點(diǎn)，交和的延長線于A及B。由=0 得 =0 得 由=0 得h F= （）式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心的距離（mm）. ——工件被夾緊時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)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。 夾緊力及驅(qū)動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計算。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)。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： （）式中 ——安全系數(shù)，； ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度； ——運(yùn)載時工件最大上升速度 ——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時間， ——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 50000以上計算：設(shè)a=100mm,b=50mm,。，求夾緊力和驅(qū)動力和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。(1) 設(shè) == 根據(jù)公式，將已知條件帶入： = （2）根據(jù)驅(qū)動力公式得： =1378N （3）取 （4）確定液壓缸的直徑D 選取活塞桿直徑d=,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=, （JB82666），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=63mm則活塞桿內(nèi)徑為:D==，選取d=32mm 手抓夾持范圍計算為了保證手抓張開角為，活塞桿運(yùn)動長度為34mm。手抓夾持范圍，手指長100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時候，（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開時，（b）所示，最大夾持半徑計算如下： 機(jī)械手的夾持半徑從（a） (b) 手抓張開示意圖 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計算機(jī)械手的精度設(shè)計要求工件定位準(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。 手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。機(jī)械手的夾持范圍為80mm180mm。一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：工件的平均半徑：手指長,取V型夾角偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計算 當(dāng)S時帶入有： 夾持誤差滿足設(shè)計要求。選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。，計算如下。 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(2).選擇旋繞比C=8，則 （）(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=42mm，估算彈簧絲直徑 (4).試算彈簧絲直徑 （）(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： （）選擇標(biāo)準(zhǔn)為，彈簧的總?cè)?shù)圈(6).最后確定，，(7).對于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對于壓縮彈簧如果長度較大時，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)象壓縮彈簧的長細(xì)比，本設(shè)計彈簧是2端自由，根據(jù)下列選?。? 當(dāng)兩端固定時，,當(dāng)一端固定；一端自由時，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動時。結(jié)論本設(shè)計彈簧，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)，或者載荷變化幅度不大時，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）?，F(xiàn)在由于本設(shè)計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。計算公式： （）（力學(xué)性精確能高） （）結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。 本章小結(jié)通過本章的設(shè)計計算，先對滑槽杠桿式的手部結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，然后分別對滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)的夾緊力、夾緊用的彈簧、驅(qū)動力進(jìn)行計算，在滿足基本要求后，對手部的夾持精度進(jìn)行分析計算。4 腕部的設(shè)計計算 腕部設(shè)計的基本要求（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、動載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，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)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3） 必須考慮工作條件對于本設(shè)計，機(jī)械手的工作條件是在工作場合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇(1) 具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用?；剞D(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于）。(2) 齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。(3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。(4) 機(jī)液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。 腕部的設(shè)計計算 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 夾取工件重量60Kg，回轉(zhuǎn)。 腕部的驅(qū)動力矩計算（1） 腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩。（2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩。夾取棒料直徑100mm，長度1000mm，重量60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時，計算 力矩：（1） 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算G= （2） 擦力矩。（3） 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度=，等速轉(zhuǎn)動角速度。 （）查取轉(zhuǎn)動慣量公式有：代入： 腕部驅(qū)動力的計算表41 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB82666） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250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,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問題后，其外徑為226mm；動片寬度b=66mm,輸出軸r=。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力，選擇8Mpa 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB106867） （mm）液壓缸內(nèi)徑40 5063809010011012514015016018020020鋼P(yáng)5060769510812113316814618019421924545鋼50607695108121133168146180194219245 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎?缸蓋螺釘間距示意 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系工作壓力P（Mpa）螺釘?shù)拈g距t(mm)小于150小于120小于100小于80缸蓋螺釘?shù)挠嬎?，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，在這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 （）計算：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個螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=8個 危險截面 () 所以 =+10545=19772N螺釘材料選擇Q235，（）螺釘?shù)闹睆? （）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(jié)構(gòu)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?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 于是得 ()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=螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ()或 ()帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得螺釘材料選擇Q235，則（）螺釘?shù)闹睆? 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=。 本章小結(jié)本章通過四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。并進(jìn)行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算，同時也計算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆健? 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算手臂部件是機(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），并帶動它們作空間運(yùn)動。手臂運(yùn)動應(yīng)該包括3個運(yùn)動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章敘述。臂部運(yùn)動的目的：把手部送到空間運(yùn)動范圍內(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，一般來說臂部應(yīng)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(zhuǎn)、和升降運(yùn)動。手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(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、動載荷，而且自身運(yùn)動較多。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