【文章內容簡介】 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軸線上，以使手腕的扭轉力矩最小為佳。 (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。 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 14 手部驅動力計算 本課題氣動機械手的手部結構如圖 31所示 ： 圖 31齒輪齒條式手部 其工件重量 G=5公斤， V形手指的角度 ?1202 ?? ， mmRmmb 24120 ??? ,摩擦系數(shù)為 ?f (1)根據(jù)手部結構的傳動示意圖，其驅動力為 : Rbp 2? N (2)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計算公式 : )( ?? ?? tgN 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 15 )(25 )42560(39。N tg? ?????? 所以 Rbp 2? N )(245 N? (3)實際驅動力 : ? 21KKpp ?實際 因為傳力機構為齒輪齒條傳動，故取 ?? ，并取 ?K 。若被抓取工件的最大加速度取 ga 3? 時，則 : 412 ??? gaK 所以 )( Np ????實際 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為 N1563 。 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 : zt FFPDF ??? 421 ? 式中 : 1F 活塞桿上的推力， N tF 彈簧反作用力， N zF 氣缸工作時的總阻力， N P 氣缸工作壓力， Pa 彈簧反作用按下式計算 : )1( sGF ft ?? nDGdGf 3141? Gf =nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 16 1 彈簧預壓縮量， m s 活塞行程， m 1d 彈簧鋼絲直徑， m 1D 彈簧平均直徑， . n 彈簧有效圈數(shù) . G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設計中，必須考慮負載率 ? 的影 響，則 : tFpDF ?? 421 ?? 由以上分析得單向作用氣缸的直徑 : ??p FtFD )(4 1 ?? 代入有關數(shù)據(jù)，可得 ?fG nDGd31418? 4333915)1030(8 )( ??? ??? ?? )/( mN? )1( sGF ft ?? )( 3N? ???? 所以 : ?DpnFtF? )1(4 ? ? )(4 ?? ??? )( mm? 查有關手冊圓整，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 圓整后，取活塞桿直徑 mmd 18? 校核，按公式 ][)4//( 21 ?? ?dF 有 : ])[/14( ??Fd ? 其中， [? ] MPa120? ， NF 7501 ? 則 : )120/4904( ??? ?d ?? 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 17 滿足實際設計要求。 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徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算 : ][2/ ?? pDP? 式中 :6 缸筒壁厚， mm D 氣缸內徑， mm pP 實驗壓力，取 PPp ? , Pa 材料為 :ZL3,[? ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : ][2/ ?? pDP? )( )1032/(1066565mm? ????? 取 ?? ，則缸筒外徑為 : )( mmD ???? 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 18 第四章 手腕結構設計 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，應用最多的為回轉油 (氣 )缸，因此我們選用回轉氣缸。它的結構緊湊，但回轉角度小于 ?360 ，并且要求嚴格的密封。 手腕的驅動力矩的計算 手腕的回轉、上下和左右擺動均為回轉運動，驅動手腕回轉時的驅動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉動件的中心與轉動軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩 .圖 41所示為手腕受力的示意圖。 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 19 圖 41手碗回轉時受力狀態(tài) 手腕轉動時所需的驅動力矩可按下式計算 : 封摩偏慣驅 MMMMM ???? 式中 : 驅M 驅動手腕轉動的驅動力矩 ( cmN? )。 慣M 慣性力矩 ( cmN? )。 偏M 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 ( cmN? ). 封M 手腕回轉缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力 矩 ( cmN? )。 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，手腕轉動時的角速度為 ? ，起動過程所用的時間為 t? ，則 : ).(1 cmNtJJM ??? ?）（慣 式中 :J 參與手腕轉動的部件對轉動軸線的轉動慣量 )..( 2scmN 。 1J 工件對手腕轉動軸線的轉動慣量 )..( 2scmN 。 若工件中心與轉動軸線不重合，其轉動慣量 1J 為 : gGJJ c 11 ?? 21e 式中 : cJ 工件對過重心軸線的轉 動慣量 )..( 2scmN : 1G 工件的重量 (N)。 1e 工件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)。 t? 起動過程所需的 時間 (s)。 ?? — 起動過程所轉過的角度 (弧度 )。 手腕轉動件和工件的偏重對轉動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 M偏 ?偏M 11eG + 33eG ( cmN? ) 式中 : 3G 手腕轉動件的重量 (N)。 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 20 3e 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 11eG 0? . 手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 封M ?封M )(2 12 dRdRf BA ? ( cmN? ) 式中 : 1d ， 2d 轉動軸的軸頸直徑 (cm)。 f 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 ?f ，對于滑動軸承 ?f 。 AR , BR 處的支承反力 (N)，可按手腕轉動軸的受力分析求解， 根據(jù) 0?? ）（ FMA ,得 : 33lGlRB ? ? lGlG 122 ? BR ? l lGlGlG 332211 ?? 同理，根據(jù) BM? (F) 0? ,得 : l llGllGllGR A )()()( 332211 ?????? 式中 : 2G 的重量 (N) 321 , llll ,— 如圖 41所示的長度尺寸 (cm). 轉缸的動片與缸徑、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運動中所采用的回轉缸是單葉片回轉氣缸，它的原理如圖 42所示，定片 1與缸體 2固連，動片 3與回轉軸 5固連。動片封圈 4把氣腔分隔成兩個 .當壓縮氣體從孔 a進入時，推動輸出軸作逆時 4回轉，則低壓腔的氣從 b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉。單葉氣缸的壓力 P驅動力矩 M的關系為 : )( 2 22 rRb Mp ?? 或 2 )(22 rRpbM ?? 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 21 手腕回轉缸的尺寸及其校核 氣缸長度設計為 mmb 100? ,氣缸內徑為 1D =96mm,半徑 mmR 48? ,軸徑 mmD 262 ? 2D =26mm,無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 22 半徑 mmR 13? ,氣缸運行角速度 ? = s/90? ，加速度時間 t? =, 壓強 MPaP ? , 則力矩 ： 2 )( 22 rRpbM ?? ).( 2)( 226mN????? （ 1） 測定參與手腕轉動的部件的質量 kgm 101 ?,分析部件的質量分布情況， 質量密度等效分布在一個半徑 mmr 50? 的 圓盤上，那么轉動慣量： 221rmJ? 2 2?? ? （ ） 工件的質量為 5kg ,質量分布于長 mml 100? 的棒料上，那么轉動慣量 ： ).(0 0 4 1212222mkgmlJc???? 假如工件中心與轉動軸線不重合，對于長 mml 100? 的棒料來說，最大偏心距 mme 501 ? ，其轉動慣量為 : ).(22211mkgemJJ c?????? 慣M tJJ ??? ?)( 1 ).( 90)0 1 6 1 2 (mN??? 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 23 （ 2） 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 M偏，考慮手腕轉動件重心 與轉動軸線重合， 01?e ，夾持工件一端時工件重心偏離轉動軸線 mme 503 ? ,則 ： ?偏M 11eG + 33eG ).( mN? ?????? （ 3） 手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為 摩M ，對于滾動軸承 ?f ，對于滑動軸承 f =，1d ， 2d 為手腕轉動軸的軸頸直徑， mmd 301 ? , mmd 202 ? , AR , BR 為軸頸處的支承反力，粗略估計 NRA 300? , NRB 150? , 摩M ? )(2 12 dRdRf BA ? ? )( ??? ? ).( mN 4．回轉缸的動片與缸徑、定片、