【文章內(nèi)容簡介】 手爪)和傳力機構所組成。其傳力結構形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進型)，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。當二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指。同理，當二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結構簡單，制造容易，應用廣泛。移動型應用較少，其結構比較復雜龐大，當移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應不同直徑的工件。(一)具有足夠的握力(即夾緊力)在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。(二)手指間應具有一定的開閉角兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應保證工件能順利進入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。(三)保證工件準確定位為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。(四)具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，當應盡量使結構簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動力計算本課題氣動機械手的手部結構如圖32所示，圖32 齒輪齒條式手部假設其工件重量G=5公斤，V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為 (1)根據(jù)手部結構的傳動示意圖，其驅(qū)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 (3)實際驅(qū)動力: I,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時，此時向上運動。則:所以 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為。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，N 氣缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計算:Gf = 式中: 彈簧剛度，N/m 彈簧預壓縮量，m 活塞行程，m 彈簧鋼絲直徑，m 彈簧平均直徑，. 彈簧有效圈數(shù). 彈簧材料剪切模量，一般取在設計中，必須考慮負載率的影響，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，得由,可得活塞桿直徑:取活塞桿直徑校核，按公式有:其中，[]，則:滿足實際設計要求。3,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(nèi)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，mm 氣缸內(nèi)徑，mm 實驗壓力，取, Pa材料為:ZL3,[]=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為: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(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉(zhuǎn)結構，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構為回轉(zhuǎn)氣缸。 手腕的自由度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(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構，應用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結構緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于，并且要求嚴格的密封。4. 2手腕的驅(qū)動力矩的計算手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、。圖41手碗回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算: 式中: 驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩()。 慣性力矩()。 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片)對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩().,。 手腕回轉(zhuǎn)缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩()。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(chǎn)生的慣性力矩M悅若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為，起動過程所用的時間為，則: 式中: 參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量。 工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量`。若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量為:式中: 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量: 工件的重量(N)。 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm), 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度(弧度/s)。 起動過程所需的時間(s)?！?起動過程所轉(zhuǎn)過的角度(弧度)。手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + ()式中: 手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N)。 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm)當工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則.手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 ()式中: ， 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm)。 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，對于滑動軸承。, 處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解，根據(jù),得:同理，根據(jù)(F),得:式中: 的重量(N),— 如圖41所示的長度尺寸(cm).轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、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，應根據(jù)具體情況加以分析。在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖42所示，定片1與缸體2固連，動片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。，推動輸出軸作逆時4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn)。單葉氣缸的壓力P驅(qū)動力矩M的關系為:, 或 圖42 回轉(zhuǎn)氣缸簡圖式中：M——回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩（Ncm） P——回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力（Ncm） R——缸體內(nèi)壁半徑（cm） r——輸出軸半徑（cm） b——動片寬度（cm） 上述驅(qū)動力矩和壓力的關系式是對于低壓腔背壓力為零的情況下而言。若低于壓腔有一定的背壓，則上式中的p應代以工作壓力p1與背壓p2之差。 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 氣缸長度設計為,氣缸內(nèi)徑為=96mm,半徑,軸徑=26mm,半徑,氣缸運行角速度=，加速度時間=, 壓強, 則力矩 1．測定參與手腕轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： （）工件的質(zhì)量為5,質(zhì)量分布于長的棒料上，那么轉(zhuǎn)動慣量。假如工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，對于長的棒料來說，最大偏心距，其轉(zhuǎn)動慣量為: 手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為M偏，考慮手腕轉(zhuǎn)動件重心與轉(zhuǎn)動軸線重合，夾持工件一端時工件重心偏離轉(zhuǎn)動軸線,則 + 手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為，對于滾動軸承，對于滑動軸承=， ，為手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑，, , ,為軸頸處的支承反力，粗略估計, 4．回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、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，應根據(jù)具體情況加以分析。在此處估計為的3倍，3 設計尺寸符合使用要求，安全。第五章 手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設計與校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設計手臂伸縮氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標準氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結構特點，尺寸參數(shù)，結合本設計的實際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63。 尺寸校核 ，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=,設計使用壓強, 則驅(qū)動力： 1， 測定手腕質(zhì)量為50kg,設計加速度，則慣性力 ，設定摩擦系數(shù), 總受力 所以標準CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求要求。氣壓驅(qū)動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防