【文章內(nèi)容簡介】 10176。/s手腕旋轉110176。/s523手部和腕部結構設計 手部結構設計機械手的手部是用來抓持工件的部件，將直接影響到機械手的工作性能，它是工業(yè)機械手的關鍵部件之一。設計時要注意的問題：結構盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結構設計 手指應有一定的開閉范圍。它的大小不僅與工件的尺寸有關，而且應注意手部接近工件的運動路線及其方位的影響。 手指應有足夠的夾緊力，除考慮夾持工件的重力外，還應考慮工件在傳送過程中的動載荷應能保證工件在手指內(nèi)準確定位。（1） 夾緊方案的確定機械手夾持器有很多方式，包括滑槽杠桿式回轉型夾持器、連桿杠桿回轉型夾持器、齒輪齒條平行連桿平移式夾持器、左右旋絲桿平移型夾持器、內(nèi)撐式連桿杠桿夾持器等。根據(jù)夾持桶裝水的實際情況齒輪齒條平行連桿平移式夾持器，如下圖31所示： 圖31 齒輪齒條平行連桿平移式（2） 手部液壓缸的計算和選取液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設計液壓系統(tǒng)，選擇液壓組件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行組件的運動速度和結構尺寸。（3） 液壓缸輸出力液壓缸的輸出力式中：F—液壓缸的輸出力 P—對應輸出力的工作壓強有效工作截面積分無桿腔和有桿腔：無桿腔： (321) 有桿腔： (322) 計算單活塞桿，計算的推力是取單活塞桿時液壓缸拉力取（4） 液壓缸阻力 (323)Fe──工作負載為0──摩擦阻力 (324)Fi──慣性負載 (325)式中， 為液壓缸所要移動的總重量，取為1000N；為重力加速度， ；為速度變化量，；啟動或制動時間，~，將各值帶入上式，得=102N。所以： （5）夾緊力Fn和驅(qū)動力Fp的關系如圖25所示，當驅(qū)動器推桿往上運動時，兩滑塊向中間收攏，產(chǎn)生夾緊力，夾緊力和驅(qū)動力的關系： (326)式中， 手部夾緊力 液壓缸驅(qū)動力 齒輪分度圓半徑，為75mm 連桿長度,為200mm 連桿與豎直方向的夾角 當和一定時，將隨增大而增大，當時夾緊力為最小值。（6）夾緊力的計算手指加在工件上的夾緊力是設計手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向、作用點進行分析、計算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按下列公式計算： (327)式中：—安全系數(shù)，由機械手的工藝及設計要求確定,——，；—工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， 計算最大加速度，得出工作情況系數(shù), ，a為機器人搬運工件過程的加速度或減速度的絕對值（m/s）；—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行選定，手指與工件位置：手指垂直放置 工件垂直放置；手指與工件形狀：圓弧型指端夾持圓柱型工件，為摩擦系數(shù)，取=，此處粗略計算—被抓取工件的重量求得夾緊力，（7） 理論驅(qū)動力和實際驅(qū)動力的計算根據(jù)驅(qū)動力和夾緊力之間的關系式： (328)當為連桿與豎直方向的夾角，當為0時，夾緊力最小，即當為0能夾緊工件，則其它時候均能夾緊。 得出為理論計算值，實際采取的液壓缸驅(qū)動力要大于理論計算值，考慮手爪的機械效率，～，則： （8） 手部液壓缸的選用 液壓缸選取HSG型液壓缸，此液壓缸屬于單向作用液壓缸工作壓力為16MPa。根據(jù)力平衡原理，單向作用液壓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: (329) 式中: 活塞桿上的推力，N 彈簧反作用力，N 液壓缸工作時的總阻力，N 液壓缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計算: (330) (331)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: (332)由以上分析得單向作用液壓缸的直徑: (333)代入有關數(shù)據(jù)，可得 所以：:查有關手冊圓整，根據(jù)實際情況，選取: 內(nèi)徑 外徑其簡圖如下： HSG型活塞桿端外螺紋連接液壓缸 機械手腕部結構設計機械手腕部是小臂和手臂的聯(lián)接部件，其作用是利用自身的活動度來確定手部夾持工件的空間狀態(tài)，也可以說是確定手部的姿態(tài)。故腕部也稱作機械手的姿態(tài)機構。 （1）腕部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豎直放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設一繞Z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，應用最多的為伺服電動機，因此我們選用伺服電動機。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。且體積小，驅(qū)動力矩大。（2）腕部的結構 如下圖33所示，伺服電動機通過工字鋼固定在機架中間，通過聯(lián)軸器帶動圖33 手腕腕部旋轉，進而帶動手部旋轉。腕部相對機架間的旋轉是通過回轉支撐軸承中的薄壁交叉滾子軸承實現(xiàn)的。回轉支承軸承是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時承受較大的軸向、徑向負荷和傾覆力矩。 其簡圖如下圖：圖34 薄壁交叉滾子軸承實物圖如下：圖35 薄壁交叉滾子軸承（3）手腕轉動時所需的驅(qū)動力矩手腕的回轉、上下擺動均為回轉運動，驅(qū)動手腕回轉時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，: (334)式中: 驅(qū)動手腕轉動的驅(qū)動力矩()。 慣性力矩()。 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(chǎn)生的偏重力矩().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：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，則: (335)式中: 參與手腕轉動的部件對轉動軸線的轉動慣量。 工件對手腕轉動軸線的轉動慣量。若工件中心與轉動軸線不重合，其轉動慣量為: (336)式中: 桶裝水對過重心軸線的轉動慣量； 桶裝水的重量(N)。 桶裝水的重心到轉動軸線的偏心距(cm), 手腕轉動時的角速度(弧度/s)。 起動過程所需的時間(s)。 — 起動過程所轉過的角度(弧度)。手腕轉動件和桶裝水的偏重對轉動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 + (337)式中: 手腕轉動件的重量(N)。 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.手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 (338)式中: ， 轉動軸的軸頸直徑(cm)。 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，對于滑動軸承。 , 軸頸處的支承反力。（4） 伺服電動機的選取測定參與手腕轉動的部件的質(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，那么轉動慣量： （）兩桶桶裝水的質(zhì)量為38,質(zhì)量分布于軸線對稱的兩邊，重心到軸線的距離為135mm，那么轉動慣量： 假如工件中心與轉動軸線不重合，對于長的棒料來說，最大偏心距，其轉動慣量為: 手腕轉動件和工件的偏重對轉動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為，考慮手腕轉動件重心與轉動軸線重合，夾持工件一端時工件重心偏離轉動軸線,則： + 手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為，對于薄壁支撐軸承， ，為手腕轉動軸的軸頸直徑，, , ,為軸頸處的支承反力，粗略估計,。 所以，驅(qū)動手腕的驅(qū)動力矩: 由上述數(shù)據(jù)，選擇SD系列交流伺服電動機中的SD15型伺服電動機，其簡圖如下：圖36 SD15型伺服電動機： SD15型伺服電機的參數(shù) 型號最大輸出功率/W 額定電壓/V頻率/Hz空載轉速（r/min）額定轉矩