高自永-輕型平動(dòng)工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-27 11:19 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中a為運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升加速度； （3） g 為重力加速度。 ——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度。 ——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間。 ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及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）。加緊裝置的動(dòng)力源可以是液壓或者氣動(dòng)，如圖3所示，當(dāng)液壓油進(jìn)入液壓缸上部時(shí)，活塞往下運(yùn)動(dòng)，從而使手抓能夠?qū)崿F(xiàn)張開(kāi)。由此可以計(jì)算出液壓缸推力為： （4）其中 D為活塞直徑（m） d 為活塞桿直徑（m） P 為驅(qū)動(dòng)壓力（Pa）（2）手抓的原理圖分析如下圖3所示： 圖3 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析示意圖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，并通過(guò)銷(xiāo)軸中心點(diǎn)，兩手指的滑槽對(duì)銷(xiāo)軸的反作用力為和，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(zhǎng)線于及?！种傅幕剞D(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離（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（注：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，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。）所以，設(shè),機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為，求夾緊力，驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。1）設(shè)， 因此 所以 經(jīng)查表，設(shè) G =mg=1010=100 N根據(jù)公式（31）求出夾緊力： 2）經(jīng)查表可根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得液壓缸的理論計(jì)算推力的計(jì)算值為： （5）由于實(shí)際所采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力要大于計(jì)算，考慮手爪的機(jī)械效率，一般取。3）取 ，則實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為： （6）4）確定液壓缸的直徑 因?yàn)?表1 液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力液壓缸工作壓力作用在活塞上外力液壓缸工作壓力 選取活塞桿直徑，選擇液壓缸工作壓力。所以 表2 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB82666） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250 表3 活塞桿直徑系列（JB82666） （mm）101214161820222528（30）323540455055（60）63（65）70（75）80（85）90（95）（注：括號(hào)內(nèi)的尺寸盡可能不用）根據(jù)表2，液壓缸內(nèi)徑系列（JB82666）選取D=25mmd==25= 根據(jù)表3 選取d=12mm 手抓夾持范圍計(jì)算已知手抓張開(kāi)角為，手抓夾持范圍，手指長(zhǎng)80mm,當(dāng)手抓沒(méi)有張開(kāi)角的時(shí)候，如圖4（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑=40mm，當(dāng)張開(kāi)時(shí)，如圖4（b）所示，最大夾持半徑計(jì)算如下： （a） （b）圖4 手抓夾持范圍分析示意圖所以，機(jī)械手的夾持半徑范圍為40——92（mm） 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，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)行分析機(jī)械手的夾持誤差。圖5 手抓夾持誤差分析示意圖如圖5所示，以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。一般夾持誤差不超過(guò)1mm。其中，手指長(zhǎng)L=80mm。 V型鉗口的角度 工件的平均半徑 偏轉(zhuǎn)角按照公式（37）計(jì)算。 （7）其中，a=40mm 所以， 設(shè)參考精度平均半徑為 （8）≈當(dāng)時(shí)，按照公式（39）計(jì)算如下：△=∣∣ （9） = 1所以滿足精度要求。4 機(jī)械手的臂部設(shè)計(jì)計(jì)算手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本節(jié)主要分析手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身處，將在后面討論。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的一點(diǎn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備3個(gè)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(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)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)械手的工作性能。 臂部設(shè)計(jì)的基本要求（1） 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕1）根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。2）提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)間的距離。3）合理布置作用力的位置和方向。4）注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。5）提高配合精度。（2） 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平，一般根據(jù)生產(chǎn)的節(jié)拍確定。一般情況下，臂部的回轉(zhuǎn)，伸縮都要求勻速運(yùn)動(dòng)。但手臂啟動(dòng)和停止的瞬間，運(yùn)動(dòng)時(shí)變化的，為了減少?zèng)_擊，要求在起動(dòng)時(shí)的加速度和停止時(shí)的減速度不能夠太大，否則將會(huì)引起沖擊和振動(dòng)。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個(gè)途徑：1） 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。2） 減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。3） 減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。4） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。（3）手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問(wèn)題，只有
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