液壓機(jī)械手臂設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-09-03 11:39 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第2章工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 懸臂下降→抓取工件→懸臂上升→旋轉(zhuǎn)合適的角度（小于180186。）→懸臂下降→松開(kāi)工件（放到指定的位置）→懸臂上升→懸臂回縮，這樣就完成一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)。 抓重：5~30kg 自由度數(shù)：3手臂垂直位移：100mm， 手臂回轉(zhuǎn)角度：小于180186。水平位移速度：75mm／s 垂直位移速度：25mm／s角位移速度：110176。／s 液壓缸內(nèi)徑D取160 mm ，液壓缸外徑D取240mm， 活塞直徑D取80mm 。按照抓取工件的要求，手臂主要完成垂直升降（沿z軸移動(dòng)），伸縮（沿x軸移動(dòng)）和回轉(zhuǎn)（沿z軸轉(zhuǎn)動(dòng)）以正確完成空間里的上下料工作，所以選擇3自由度。座標(biāo)型式采用直角坐標(biāo)即可。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，而機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手手臂程序是固定的不可調(diào)，靈活性差結(jié)構(gòu)較大。液動(dòng)機(jī)械手手臂抓重大、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。應(yīng)采用液壓驅(qū)動(dòng)。采用可編程序控制器 (PLC)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制時(shí)，如何工作內(nèi)容改變時(shí)，只需要改變PLC的程序就可以滿足工作要求，具有很好的靈活性。第3章 機(jī)械手臂部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手手臂在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證其運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，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。采用單導(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。 此圖為機(jī)械手手臂的簡(jiǎn)圖，包括手臂，手腕，手部，工件。其中手臂重70kg，手腕重20kg，手部重20kg，工件重30kg。G1（手臂）=700N, G2（手腕）=200 N,G3（手部）=200 N, G4（工件）=300 N, L1=300mm，L2= 700mm ，L3= 900mm，L4= 1000mm。所以總重G’總=700+200+200+300=1400NL= G1L1+G2L2+G3L3+G4L4 = 830000 =600mm G1+G2+G3+G4 1400所以偏轉(zhuǎn)力矩為 M=G’總L=1400600=L1代表手臂重心到軸線的距離。L2代表手腕重心到距離。L3代表手部重心到軸線的距離。L4代表工件重心到軸線的距離。立柱作用是用來(lái)支承手臂的，立柱與手臂連在一起，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)都是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而手臂在G總（G’總 = G回轉(zhuǎn)缸 + G活塞桿）的作用下有向下的趨勢(shì)，所以要設(shè)計(jì)合理高度的立柱導(dǎo)套。 FRH=G總L FR =G總L H不自鎖的條件為：G總＞ F1 + F2= 2F2 =2FRf 而f= 即 G總 ＞ 2 G總Lf H H＞L=600=300mm設(shè)G回轉(zhuǎn)缸 =200N G活塞桿 = 500N G總 =1400+200+500 =2100NFR = G總L = 2100600 = 4200N H 300在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套長(zhǎng)度大于300mm機(jī)械手手臂升降驅(qū)動(dòng)力的公式：F驅(qū) =F摩+F慣+F回+F密177。G總（1）F摩F摩 =2FRf f= FR=4200N F摩 =2FRf=24200 =2100N（2）F慣的計(jì)算摩擦力公式 F慣= G總△V g△t△V—由靜止加速到常速的變化量（mm/s） △t—啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間（t），～。手臂啟動(dòng)速度△V=, 啟動(dòng)時(shí)間△t=，g=10N/kg F慣= 273N（3） F回的計(jì)算一般背壓阻力較小，為了計(jì)算方便，將其省略。（4）F密的計(jì)算在手臂設(shè)計(jì)中，當(dāng)采用O型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10MPa時(shí)，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為：F密 =液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為： F驅(qū) =F摩+F慣+F回+F密177。G總 =2100 + 273+ 177。2100當(dāng)液壓缸向上時(shí) F驅(qū) =4616N 當(dāng)液壓缸向下時(shí) F驅(qū) =281N因?yàn)镕驅(qū) =4616N，所以由由驅(qū)動(dòng)力與液壓缸工作壓力關(guān)系表可得液壓缸的工作壓力可得P=。為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，F(xiàn)驅(qū) =4616N=驅(qū)動(dòng)力與液壓缸工作壓力關(guān)系表（1）液壓缸內(nèi)徑D計(jì)算：F驅(qū) = Fη1=P1η D= （油從無(wú)桿進(jìn)入） F驅(qū)—手臂升降液壓缸驅(qū)動(dòng)力（N） D—液壓缸內(nèi)徑（mm） d—活塞桿直徑（mm） η—液壓缸機(jī)械效率，η= P—液壓缸的工作壓力（MPa）帶入數(shù)據(jù)得：D===根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，為了滿足要求，選取液壓缸的內(nèi)徑為：D=160mm標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列表22 （2）活塞桿直徑d
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