【文章內容簡介】 回轉軸線上，以使手腕的扭轉力矩最小為佳。(五)考慮被抓取對象的要求根據(jù)機械手的工作需要，通過比較，我們采用的機械手的手部結構是一支點兩指回轉型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設計成V型，其結構如附圖所示.手部驅動力計算本課題氣動機械手的手部結構如圖32所示，其工件重量G=10公斤，“V”形手指的角度2=120176。，b=120mm， R=24mm,摩擦系數(shù)為f= 。圖32 齒輪齒條式手部(1) 根據(jù)手部結構的傳動示意圖，其驅動力為: (2) 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式:所以：=490（N）(3) 實際驅動力:因為傳力機構為齒輪齒條傳動，故取= ，并取=.若被抓取工件的最大加速度取a=g 時，則:所以：所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為1563N。氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為:式中: ——活塞桿上的推力，N——彈簧反作用力，N——氣缸工作時的總阻力，NP——氣缸工作 壓力，Pa彈簧反作用按下式計算:式中: —— 彈簧剛度，N/mL—— 彈簧預壓縮量，mS——活塞行程，md——彈簧鋼絲直徑，mD——彈簧平均直徑，mD——彈 簧外徑，mn —— 彈 簧 有效 圈數(shù)G—— 彈簧 材料剪切模量，一般取G= 1 護Pa在設計中，必須考慮負載率幾的影響，則:由以上分析得單向作用氣缸的直徑:代入有關數(shù)據(jù)，可得：所以：查有關手冊圓整，得D=65 mm由d/D=～， 可得活塞桿直徑:d=(～)D=13～ mm圓整后，取活塞桿直徑d=18 mm校核，按公式有: 其中=120MPa, F=750N則:d (4490/120)= 18滿足設計要求。缸筒壁厚的設計缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算:式中: 6—— 缸筒壁厚 mmD——氣缸內 徑 ，咖P——實驗壓力，取P=材料為 : ZL3,[] =3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:== mm取= mm，則缸筒外徑為:D=65+ =80 mm。氣流負壓式吸盤是利用吸盤(即用橡膠或軟性塑料制成皮腕)內形成負壓將工件吸住。它適用于搬運一些薄片形狀的工件，如薄鐵片、板材、紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形殼體零件等，尤其是玻璃器皿及非金屬薄片，吸附效果更為明顯。氣流負壓式與鉗爪式手部相比較，氣流負壓式手部具有結構簡單，重量輕，表面吸附力分布均勻，但要求所吸附表面平整光滑、無孔和無油。按形成負壓(或真空)的方法，氣流負壓式手部可分為真空式、氣流負壓式和擠壓排氣式吸盤。在本機械手中，擬采用噴射式氣流負壓吸盤。圖 3 3 噴 射 氣 流 原 理 圖噴射式氣流負壓吸盤的工作原理如圖33所示，根據(jù)流體力學，氣體在穩(wěn)定流動狀態(tài)下，單位時間內氣體經過噴嘴的每一個截面的氣體質量均相等。因此，在最簡單的情況下，低流速(高壓強)截面的噴嘴應當具有大面積，而高流速(低壓強)截面的噴嘴應當具有小面積。所以，壓縮空氣由噴嘴進口處A進入后，噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當沿氣流流動方向截面收縮到最小處X時〔即臨界面積)，流速達到臨界速度即音速，此時壓力近似為噴嘴進口處的壓力之半，即= 8P,。為了使噴嘴出口處的壓力低于Pk，必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴段，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速，并在該處建立低壓區(qū)域，使C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走，如C處形成密封空腔，就可使腔內壓力下降而形成負壓。當在C處連接橡膠皮腕吸盤，即可吸住工件。圖 3 4 所示為可調的噴射式負壓吸盤結構圖。為了使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應當有適當?shù)拈g隙，以便將被抽氣體帶走。當間隙太小時，噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽氣速率。當間隙太大時，離噴射氣體越遠的氣體被帶著向前運動的速度就越低，同時間隙過大，從噴嘴套出口處反流回來的氣體就越多，這就使抽氣速率大大的降低。因此，間隙要適宜，最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調節(jié)， 以便噴嘴有效地工作。在圖34中，噴嘴5與噴嘴套6的相對位置是可以調節(jié)的，以便改變間隙的大小。下面計算吸盤的直徑.吸盤吸力的計算公式為:P=式中:P——吸盤吸力(N)，本機械手的吸盤吸力為50N，故P=50N。D——吸盤直徑 (cm).N——分吸盤數(shù)量，本機械手吸盤數(shù)量為1?！P吸附工件在起動時的安全系數(shù)，可取K,月22，在此取=?！ぷ髑闆r系數(shù)。若板料間有油膜存在則要求吸附力大些。若裝有分料器 ， 則 吸附力就可小些。另外工件從模具取出時，也有摩擦力的作用， 同 時 還應考慮吸盤在運動過程中由于加速運動而產生的慣性力影響。 因 此 ，應根據(jù)工作條件的不同，選取工作情況系數(shù)，一般可在(1～3)的范圍內選取。在此，取=2 :——方位系數(shù)，吸盤垂直吸附時，則=1/f，f為摩擦系數(shù)，橡膠吸盤吸附金屬材料時，～。當吸盤水平吸附時，取=l。在此，取=:== （cm）第四章 手腕結構設計考慮到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設有回轉運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉結構，實現(xiàn)手腕回轉運動的機構為回轉氣缸。手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設一繞x軸轉動回轉運動才可滿足工作的要求。目前實現(xiàn)手腕回轉運動的機構，應用最多的為回轉油(氣)缸，因此我們選用回轉氣缸。它的結構緊湊，但回轉角度小于3600，并且要求嚴格的密封。 手腕的驅動力矩的計算手腕的回轉、上下和左右擺動均為回轉運動，驅動手腕回轉時的驅動力矩必須克服手腕起動時所產生的慣性力矩，手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉動件的中心與轉。 圖41 手碗回轉時受力狀態(tài)手腕轉動時所需的驅動力矩可按下式計算:M= M+ M+ M+Mcm (41)式中 : M——驅動手腕轉動的驅動力矩(Kg﹒cm)。M—— 慣性力矩(Kg﹒cm)。M—— 參與轉動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉缸的動片)對轉 動 軸 線 所 產生 的 偏 重 力 矩 (Kg﹒cm),.M—— 手 腕轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩(Kg﹒cm)。M—— 手 腕回轉缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 (Kg﹒cm )。下面以圖41所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算:手腕加速運動時所產生的慣性力矩M若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉動時的角速度為，起動過程所用的時間為△t，則:M= ()若手腕轉動時的角速度為，起動過程所轉過的角度為△，則:M= ()式中: J——參與手腕轉動的部件對轉動軸線的轉動慣量(Ncms)。J——工件對手腕轉動軸線的轉動慣量(Ncms)。若工件中心與轉動軸線不重合，其轉動慣量J,為:J——工件對過重心軸線的轉動慣量(Ncms)。G——工件的重量(N)?！ぜ闹匦牡睫D動軸線的偏心距(cm),——手腕轉動時的角速度(弧度/s)?！饎舆^程所需的時間(S)?！饎舆^程所轉過的角度(弧度)。手腕轉動件和工件的偏重對轉動軸線所產生的偏重力矩MM=式中 : G——手腕轉動件的重量(N)。e——手腕轉動件的重心到轉動軸線的偏心距(cm).當工件的重心與手腕轉動軸線重合時，則=0 .手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩MM=式中: d、d——手腕轉動軸的軸頸直徑(cm)。f——軸承摩擦系數(shù)，對于滾動軸承f= ，對于滑動軸承f=。R、R——軸頸處的支承反力(N)，可按手腕轉動軸的受力分析求解，根據(jù)得:Rl+Gl=Gl+ Gl同理，根據(jù)得:R=式中: G——手部的重量(N)l、l——如圖41所示的長度尺寸(cm).回轉缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M，與選用的密襯裝置的類型有關，應根據(jù)具體情況加以分析。在機械手的手腕回轉運動中所采用的回轉缸是單葉片回轉氣缸，它的二理如圖42所示，定片1與缸體2固連，動片3與回轉軸5固連。，推動輸出軸作逆時4回轉，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉。單葉J氣缸的壓力p和驅動力矩M的關系為: （49）或： 圖42 回轉氣缸簡圖式中: M 回轉氣缸的驅動力矩(N﹒cm)。P 回 轉氣缸的工作壓力(N﹒cm)。R 缸 體 內壁 半徑(cm)。r 輸 出 軸半 徑(cm)。b— 動 片 寬度 (cm).上述驅動 矩和壓力的關系式是對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應代以工作壓力P1與背壓P2之差第五章 手臂結構設計按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉和升降(或俯仰)運動。手臂的回轉和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。手臂的伸縮是直線運動，實現(xiàn)直線往復運動采用的是氣壓驅動的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂結構中應用比較多。同時 ， 氣 壓驅動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設計手臂結構時，必須采用適當?shù)膶蜓b置。它應根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結構和抓取重量等因素加以確定，同時在結構設計和布局上應盡量減少運動部件的重量和減少手臂對回轉中心的轉動慣量。在本機械手中，采用的是單導向桿作為導向裝置，它可以增加手臂的剛性和導向性。該機 械 手 的手臂結構如附圖所示，現(xiàn)將其工作過程描述如下:手臂主要由雙作用式氣缸導向桿定位拉桿3和兩個可調定位塊4等組成。雙作用式氣缸1的缸體固定，當壓縮空氣分別從進出氣孔c, e進入雙作用式氣缸1的兩腔時，空心活塞套桿6帶動手腕回轉缸5和手部一同往復移動。在空心活塞套桿6中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉氣缸5，一根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。在雙作用式氣缸1缸體上方裝置著導向桿2，用它防止活塞套桿6在做伸縮運動時的轉動，以保證手部的手指按正確的方向運動。為了保證手嘴伸縮的快速運動。在雙作用式氣缸1的兩個接氣管口c, ，通過調整兩塊可調定位塊4的位置而達到。手臂伸縮運動的緩沖采用液壓緩沖器實現(xiàn).手腕回轉是由回轉氣缸5實現(xiàn)，并采用氣缸端部節(jié)流緩沖，其結構見AA剖面。在附圖中所示的接氣管口a、b是接到手腕回轉氣缸的。d是接到手部夾緊氣缸的。直線氣缸1內的三根氣管采用了伸縮氣管結構，其特點是機械手外觀清晰、整齊，并可避免氣管的損傷，但加工工藝性較差。另外活塞套桿6做成筒狀零件可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運動速度。氣壓驅動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較