【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。(二)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。(三)保證工件準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)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(dòng)定心。(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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[8]。(五)考慮被抓取對(duì)象的要求根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算[9]，其工件重量G=10㎏，“V”形手指的角度2θ =1200，b=120mm，R=24mm,摩擦系數(shù)為f=0. 1。（1）根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: （2）根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式:所以：(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取η=0. 94，并取K1=1. 5 。若被抓取工件的最大加速度取a= g時(shí)，則:所以：所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)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(shí)的總阻力，其公式為:式中:F1—活塞桿上的推力，N Ft—彈簧反作用力，NFz—?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力,NP—?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ琍a彈簧反作用按下式計(jì)算: 式中:Cf—彈簧剛度，N/m 1—彈簧預(yù)壓縮量，mS—活塞行程，m d1—彈簧鋼絲直徑，m D1—彈簧平均直徑，. D2—彈簧外徑，m n—彈簧有效圈數(shù) G—彈簧材料剪切模量，一般取G=79. 4 X 109Pa在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率η的影響，則:由以上分析得單向作用氣缸的直徑:代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得所以：=[4(490+)/( π106))189。= (mm)查有關(guān)手冊(cè)圓整，得D=65 mm由d/D=—，可得活塞桿直徑:d= (0. 20. 3) D=1319. 5 mm圓整后，取活塞桿直徑d=18 mm校核，按公式 =20MPa, F1=750N則:d≥ (4 490/π 120)189。=≤18 滿足設(shè)計(jì)要求。缸筒壁厚的設(shè)計(jì)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)徑比小或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:式中:δ—缸筒壁厚， D—?dú)飧變?nèi)徑，Pρ—實(shí)驗(yàn)壓力，取Pρ=, Pa 材料為:ZL3,[ σ]=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: =656105/（23106）103 =㎜取δ=7. 5㎜，則缸筒外徑為:D=65+7. 5 2=80 mm。 氣流負(fù)壓式吸盤氣流負(fù)壓式吸盤是利用吸盤(即用橡膠或軟性塑料制成皮腕)內(nèi)形成負(fù)壓將工件吸住。它適用于搬運(yùn)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(fù)壓式與鉗爪式手部相比較，氣流負(fù)壓式手部具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)孔和無(wú)油。按形成負(fù)壓(或真空)的方法，氣流負(fù)壓式手部可分為真空式、氣流負(fù)壓式和擠壓排氣式吸盤。在本機(jī)械手中，擬采用噴射式氣流負(fù)壓吸盤。 噴射氣流原理圖，根據(jù)流體力學(xué)，氣體在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)氣體經(jīng)過(guò)噴嘴的每一個(gè)截面的氣體質(zhì)量均相等。因此，在最簡(jiǎn)單的情況下，低流速(高壓強(qiáng))截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有大面積，而高流速(低壓強(qiáng))截面的噴嘴應(yīng)當(dāng)具有小面積。所以，壓縮空氣由噴嘴進(jìn)口處A進(jìn)入后，噴嘴開(kāi)始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當(dāng)沿氣流流動(dòng)方向截面收縮到最小處K時(shí)〔即臨界面積)，流速達(dá)到臨界速度即音速，此時(shí)壓力近似為噴嘴進(jìn)口處的壓力之半，即PK =0. 528P1。為了使噴嘴出口處的壓力P2低于PK 必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴(kuò)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(nèi)壓力下降而形成負(fù)壓。當(dāng)在C處連接橡膠皮腕吸盤，即可吸住工件[10]。為了使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，以便將被抽氣體帶走。當(dāng)間隙太小時(shí)，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(dāng)間隙太大時(shí)，離噴射氣體越遠(yuǎn)的氣體被帶著向前運(yùn)動(dòng)的速度就越低，同時(shí)間隙過(guò)大，從噴嘴套出口處反流回來(lái)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(diào)節(jié)，以便噴嘴有效地工作。，噴嘴5與噴嘴套6的相對(duì)位置是可以調(diào)節(jié)的，以便改變間隙的大小[11]。 可調(diào)噴射式負(fù)壓吸盤結(jié)構(gòu)下面計(jì)算吸盤的直徑[12]:吸盤吸力的計(jì)算公式為: 式中:P—吸盤吸力(N)，本機(jī)械手的吸盤吸力為50N，故P=50N。D — 吸盤直徑((cm).n — 吸盤數(shù)量，本機(jī)械手吸盤數(shù)量為1。K1—吸盤吸附工件在起動(dòng)時(shí)的安全系數(shù)，可取K,月22，在此取K1=。K2—工作情況系數(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(shí)，也有摩擦力的作用，同時(shí)還應(yīng)考慮吸盤在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性力影響。因此，應(yīng)根據(jù)工作條件的不同，選取工作情況系數(shù)，一般可在(13的范圍內(nèi)選取。在此，取K2=2。K3—，則K3=1/f，f為摩擦系數(shù)，橡膠吸盤吸附金屬材料時(shí)，取f=~。當(dāng)吸盤水平吸附時(shí)，取K3=l。在此，取K3=.代入數(shù)據(jù)得:_4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸[13]。 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)整工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。手腕自由度的選用與機(jī)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(guān)。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)氣缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于3600，并且要求嚴(yán)格的密封[14]。 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算[15]: M驅(qū)= M慣+M偏+M摩+M封 ㎏㎝ （）式中: M驅(qū)—驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(㎏cm)。 M慣—慣性力矩(Kg cm)。 M偏—參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩(㎏㎝)., M摩—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩(㎏cm)。 M封—手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 (㎏ cm)。，分析各阻力矩的計(jì)算:手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M慣若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為ω，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為△t，則: （）若手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為ω，起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為△φ，則: ()式中:J—參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N㎝s2)。J1—工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N㎝s2)。若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1為:（）式中:Jc—工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(N㎝s2):G1—工件的重量((N)。e1—工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm),ω—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s)。△t一起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(S)?！鳓铡饎?dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 (N㎝) （）式中:G3—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N)。 e3—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(㎝). 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則G1 e1=0.手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩M摩 ()式中:d1d2—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm)。f一軸承摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承f=0. 01，對(duì)于滑動(dòng)軸承f=；RARB—軸頸處的支承反力((N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，根據(jù)∑MA(F)=0得: （）同理，根據(jù)∑MB (F)=0得: （N） （）式中:G2—手部的重量(N)L，L1，L2，L3—如圖41所示的長(zhǎng)度尺寸(cm).4．回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)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(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析[16]。在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。單葉J氣缸的壓力p和驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為: （） 回轉(zhuǎn)氣缸簡(jiǎn)圖 式中:M—回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩((N㎝)。 P—回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力((N㎝)。 R—缸體內(nèi)壁半徑(cm)。 r—輸出軸半徑(cm)。 b—?jiǎng)悠瑢挾?cm).上述驅(qū)動(dòng)力矩和壓力的關(guān)系式是對(duì)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(yīng)代以工作壓力P1與背壓P2之差。5 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂的伸縮是直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用的是氣壓驅(qū)動(dòng)的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。同時(shí)，氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮(或升降)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在本機(jī)械手中采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性[17]。該機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)如附圖所示，現(xiàn)將其工作過(guò)程描述如下:手臂主要由雙作用式氣缸導(dǎo)向桿定位拉桿3和兩個(gè)可調(diào)定位塊4等組成。雙作用式氣缸1的缸體固定，當(dāng)壓縮空氣分別從進(jìn)出氣孔c、e進(jìn)入雙作用式氣缸1的兩腔時(shí)，空心活塞套桿6帶動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)缸5和手部一同往復(fù)移動(dòng)。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(zhuǎn)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(dǎo)向桿2，用它防止活塞套桿6在做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手部的手指按正確的方向運(yùn)動(dòng)。為了保證手嘴伸縮的快速運(yùn)動(dòng)。在雙作用式氣缸1的兩個(gè)接氣管口c、通過(guò)調(diào)整兩塊可調(diào)定位塊4的位置而達(dá)到。，并采用氣缸端部節(jié)流緩沖，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)剖面圖。在附圖中所示的接氣管口a、b是接到手腕回轉(zhuǎn)氣缸的。d是接到手部夾緊氣缸的。直線氣缸1內(nèi)的三根氣管采用了伸縮氣管結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是機(jī)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(yùn)動(dòng)速度。 導(dǎo)向裝置氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮(或升降)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂