【文章內容簡介】 S C d C d S C a C S a S aC S a S C a C S a S a? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 4 機械手的整體設計計算 手部設計基本要求 （ 1） 應具有適當?shù)膴A緊力和驅動力，應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構所需的驅動力大小是不同的； （ 2） 手指應具有一定的張開范圍，手指應該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉過的角度） ? ? ，以便于抓取工件； （ 3） 要求結構緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕 手臂的負載； （ 4） 應保證手抓的夾持精度。 典型的手部結構 （ 1） 回轉型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 （ 2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復運動。 （ 3） 平面平移型 [1] 機械手手指的設計計算 選擇手抓的類型和夾緊機構 本設計是設計六自由度機械手的設計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：手抓張合角 ?? = 060 ，夾取重量為 1Kg。 常用的工業(yè)機械手手部 ， 按握持工件的原理 ， 分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 16 狀物體 ,不適合用于本方案。本設計機械手采用夾持式手指 ， 夾持式機械手按運動形式可分為回轉型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動 ， 這種手指結構簡單 , 適于夾持平板方料、棒料等 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差零。 通過 采用典型的平移型手指 , 驅動力加在手指移動方向上 ,這樣結構比較簡單且體積適中。 通過綜合考慮，本設計選擇二指平移型手抓，采用滑槽導軌這種結構方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在電機的驅動力的作用下 機械手手抓實現(xiàn)張開和閉和 [5] 。 手抓夾緊力和驅動力的力學分析 手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 1 2 3NF K K K G? 式中 1K—— 安全系數(shù)，通常 ； 2k—— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估abk ??12 其 中 a，重力方向的最大上升加速度； tva max響? maxv—— 運載時工件最大上升速度 t響 —— 系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取 3K—— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇 G—— 被抓取工件所受重力 （ N） 取 k1 =2， ????? abK k3 =， G=10N 根據(jù)公式，將已知條件帶入： ? ?FN ? ?? = 取 ? = 由驅動力公式得： 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 17 ? ?FF N?實際=設 F 為驅動力，則 ? ??? ?? tgF F實際 其中 ? 為螺紋傾斜角 =15， ? 為摩擦角 =30 ? F= ? ? Ntg 930159 ??? [6] 驅動電機的選擇 手指張合電機的選擇 設前端手指的重量 為 ，螺紋導程 hP =1mm， 則空載時，工作臺折算到電機軸上的轉動慣量為： 12 2 520 . 1 0 . 1 2 . 5 1 0 .2 2 3 . 1 4h iPJ m K g c m? ??? ??? ? ? ? ????? ????? 最大工作載荷下，工作臺折算到電機軸上的轉動慣量為： 2 2 4220 . 1. 1 . 1 2 . 8 1 0 .2 2 3 . 1 4hiPJ m K g c m? ??? ??? ? ? ? ????? ????? （ 1）快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩 1eqT ： 1 m a xe q fT T T?? 式中 maxT—— 快速空載起動時折算到殿動機轉軸上的最大加速轉矩 fT —— 移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩 551m a x 13551 m a x2 2 4 10 3 7 10 .60 60 6 10 10 .2 2 4 1 10 .mahfe q fJnT J N mtFPT N miT T T N m????????? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ?? ? ? ???? ? ? ? ?摩 （ 2）最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩 2eqT ： 2e q t fT T T?? tT—— 折算到電動機轉軸上的最大 工作負載轉矩 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 18 ? ?33343212. 10 10 .2 2 1. 10 10 .2 2 12 10 ., 2 .fhthfe q t fe q e q e qFPT N miFPT N miT T T N mT T T N m?????????? ? ? ?????? ? ? ???? ? ? ? ?? ? ?摩? 步進電機的最大靜轉矩： m a x . 2 .5 0 .0 0 2 0 .0 0 5 .j e qT K T N m? ? ? ? 查手冊得，可選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 36BF003 型電機 其 maxjT = 能夠滿足機構要求 [7]。 手腕電機的選擇 （ 1）空載時折算到電動機轉軸上的轉動慣量： 22 21 0 . 5 0 . 5 0 . 0 1 6 .88mDJ K g c m?? ? ? 快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩 1eqT 1 m a xe q fT T T?? 33. . 1 . 5 9 . 8 1 0 1 . 5 9 . 8 0 . 1 6 1 0 0 . 0 0 2 7 .2 2 2 3 . 1 4 1fh hFP FP Nmii????? ? ? ? ? ?? ? ? ???摩 ? ?12m a x , 27 .e q e q e qT T T N m? ? ? m a x . 3 027 08 .j e qT K T N m? ? ? ? ? 查手冊得，選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 36BF003 型電機 其最靜轉矩 maxjT = 能夠滿 足機構的要求 [6]。 大手臂擺動電機的選擇 初步估計整個手臂重量為 5Kg,設大手臂擺動速度為 3r/min,手臂折算到外軸上的轉動慣量為： 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 19 ? ?2 2 2. 5 0 . 3 0 . 4 5 .2lJ m K g m??? ? ? ????? 2 2 3 .1 4 0 .3 1 420W T? ?? ? ? ? 整個手臂折算到外軸上的轉動慣量為： 3 .T J W N m? ? ? ? ? 電動機的轉矩 maxjT 為： m a x . 2 . 5 0 . 1 4 1 3 0 . 4 1 6 .0 . 8 5j KTT N m? ?? ? ? ? 電動機的轉矩 m a x . 2 . 5 0 . 1 4 1 3 0 . 4 1 6 .0 . 8 5j KTT N m? ?? ? ? ? 選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 55BF003 型電機 其最大靜轉矩為 maxjT =,能夠滿足機構要求 [7]。 小手臂擺動電機的選擇 初步估計小手臂重量為 3Kg,設擺動速度為 3r/min 則小手臂折算到中軸上的轉動慣量為 2 22. 3 0 . 1 8 0 . 0 9 7 2 .2lJ m K g m??? ? ? ????? ? 小手臂折算到中軸上的轉動慣量為： 2 2 3 . 1 40 . 0 9 7 2 0 . 0 3 .20T J W J N mT? ?? ? ? ? ? ? 小手臂擺動電機的最大靜轉矩為 m a x . 2 .5 0 .0 3 0 .1 0 7 .0 .7j KTT N m? ?? ? ? ? 選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 45BF003 型電機 其最大靜轉矩為 maxjT = ，能夠滿足機構的要求 [7]。 手腕擺動電機的選擇 初步估計手腕部分重量為 2Kg,設擺動速度為 5r/min。 則手腕部分折算到外軸上的轉動慣量為 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 20 2 22. 3 0 . 0 5 0 . 0 0 5 .2lJ m K g m??? ? ? ????? ? 手腕部分折算到外軸上的轉矩為： 2 2 3 . 1 40 . 0 0 5 0 . 0 2 6 .12T J W J N mT? ?? ? ? ? ? ? 手腕部分擺動電機的最大靜轉矩為： m a x . 2 . 5 0 . 0 0 2 6 0 . 0 1 .0 . 6j KTT N m? ?? ? ? ? 選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 36BF003 型電機 其最大靜轉矩為 maxjT =，能夠滿足機構要求 [7]。 底座轉動電機的選擇 初步估計機身重量為 15Kg,轉動速度為 3r/min ? 折算到電機轉軸上的轉動慣量為： 2 2 25 0 .2 1 0 0 .1 4 0 .3 9 6 .J Kg m? ? ? ? ? ? 折算到電機軸上的轉矩為： 2 3 . 1 40 . 3 9 6 0 . 1 2 4 .20T J W N m?? ? ? ? ? 電機的最大靜轉矩為： m a x . 2 . 5 0 . 1 2 4 0 . 3 0 7 .0 . 9 8j KTT N m? ?? ? ? ? 選用常州寶馬集團前楊電機電 器有限公司的 55BF003 型電機 其最大靜轉矩為 maxjT =[7] 蝸輪蝸桿、帶輪的選擇及傳動比的確定 底座電機處蝸輪蝸桿傳動的確定 由選用電機為 55BF003 可得，運行頻率 f=18000HZ ?mn=75r/min 又 sn=3r/min ? i= msnn =25 蝸桿選用 40Cr, 4550HRC 蝸輪選用 103鋁青銅 估計 sV =5m/s 查表得 ? ?H? =140Mpa 安徽建筑工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 21 由式 21md ? ? ?222500H KTZ ??????? 其中 K 為載荷系數(shù)，當考慮載荷集中和動載荷影響時， K取 — ? ? ? 2 22 1225 0 0 5 0 0 1 . 2 3 1 7 1 9 . 45 0 1 4 0Hm d K TZ ??? ??? ? ? ? ??? ??????? 查表得 m= 1d =20 q=16 大手臂電機處蝸輪蝸桿及帶傳動的確定 由選用 55BF003 電機運行頻率 f=18000HZ ?mn=75r/min 由sn=3r/min ? i= msnn =25 取蝸輪蝸桿傳動比為 20 帶輪傳動比為 （ 1）由傳動比 i=20 查表得 1Z =2 ? 2Z =40 蝸桿 40Cr 45— 50HRC 蝸輪 103 鋁青銅 估計 sV =5m/s 查表得 ? ?H? =140Mpa 由式 ? ? 22122500 Hm d K TZ ???? ????可得 221 500 1 . 2 6 6 6 7 1 . 3 64 0 1 4 0md ??? ? ? ?????? 查表得 m=2 1d = q= ? 2d =80 （ 2） 由 mn =75r/min 1i =20 ?帶輪的主動論轉速為 1n =由式 1160dnV ?? V 一般在 5—— 25m/s 取 V=20m/s ?1 6 0 2 0 263 .1 4 3 .7 5d ???? 查表得：選帶輪為 Y型帶 1d =28 由式 ? ?2 2 i d ??? 其中 ? 為 V 帶