【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大變化量稱為開閉范圍。夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置?？捎瞄_閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān) c．力求結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，重量輕，體積小 11 作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。手部處于腕部的最前端，工因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。 d．手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度 因此送料，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉式彈簧夾緊，夾緊液壓機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，松開時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。 液壓缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，液壓缸右腔進(jìn)油時(shí)松開工件。 結(jié)構(gòu)分析 機(jī)械手的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是用來(lái)握持工件的部件。常用的手部 按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類，本課題采用夾持類手部。夾持類手部又可分夾鉗式、托勾式和彈簧式。本課題選用夾鉗式，它是工業(yè)機(jī)器人最常見的一種手部。手部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可分回轉(zhuǎn)型、平動(dòng)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型的特點(diǎn)是當(dāng)手爪夾緊和松開物體時(shí)，手指作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被抓物體的直徑大小變化時(shí)，需要調(diào)整手爪的位置才能保持物體的中心位置不變。平動(dòng)型的特點(diǎn)是手指由平行四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，當(dāng)手爪夾緊和松開物體時(shí)，手指姿態(tài)不變，作平動(dòng)。和回轉(zhuǎn)型手爪一樣，夾持中心隨被夾持物體直徑的大小而變。平移型的特點(diǎn)是當(dāng)手爪夾緊和松開工件時(shí)，手指作平移運(yùn)動(dòng) ，并保持夾持中心固定不變，不受工件直徑變化的影響。為便于夾持避免固定中心的麻煩，采用平移型，圖 21所示的是靠導(dǎo)槽保持手指作平移運(yùn)動(dòng)。手部結(jié)構(gòu)也采用氣壓驅(qū)動(dòng)。 12 圖 21 手部裝配圖 計(jì)算分析 因工件運(yùn)動(dòng)速度引起視在重量增加情況下 的夾緊力計(jì)算 機(jī)器人手臂停止?fàn)顟B(tài)開始的直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合，所以伴隨有速度和加速度 .工件有了加速度，其視在重量就變化。設(shè)機(jī)械手手部縱向中心線上所加的驅(qū)動(dòng)力為 P， P＝氣缸有效截面積使用的氣壓η .作用在一個(gè)指尖上的夾緊力為 Q（方向沿手指的運(yùn)動(dòng)方向） .設(shè) 3 個(gè)手指以摩擦力 3μ Q，工件重量為 G=所必須的力 Q. 如圖 22 所示，工件以加速度 a 垂直上升，要使工件不掉下，下式必須成立 . 30Q mg ma? ? ? ? 得2agQm??? 代入數(shù)據(jù)，得 ? ?0 . 3 1 9 . 80 . 1 4 . 2 52 0 . 1 5QN???? ? 機(jī)械手部繞垂直軸以半徑 r 作水平旋轉(zhuǎn)，工件夾緊面與旋轉(zhuǎn)圓弧切線方向平行，如圖 23所示。 切線方向： 20Qt mr???? 主法線方向： 2( ) 02n mrQ F m r ???? ? ? 2( ) 02n mrQ R m r ???? ? ? 副法線方向： 2( ) 02b mgQ F m r??? ? ? 2( ) 02b mgQ R m r??? ? ? 聯(lián)立上式，求解得 2 2 2( ) 22r g rQm ?????? 13 代入數(shù)據(jù)，得 ? ? 2 220 . 5 2 . 1 9 . 8 2 0 . 5 3 . 50 . 1 7 . 3 72 0 . 1 5QN? ? ? ? ??? ? 后指： 22c o s( s i n ) ( ) ( ) 022R m a m gQ m a ???? ? ? ? 由于是機(jī)械手部機(jī)構(gòu)， QF=QR,所以結(jié)果 Q必須滿足下式 22( c o s ) 2 s i n2a g aQm ? ? ????? 代入數(shù)據(jù)，得 ? ? 2 20 . 3 9 . 8 c o s 4 5 9 . 8 2 0 . 1 5 0 . 3 9 . 8 s i n 4 50 . 1 3 . 5 52 0 . 1 5QN? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? 圖 24 工件水平直進(jìn)時(shí)受力分析圖 綜上所述，得 ?最 大 值 由于考慮到設(shè)計(jì)的機(jī)械手的安全問(wèn)題， Q 應(yīng)再乘上一個(gè)安全系數(shù) S。 7 . 3 7 1 . 4 5 1 0 . 6 9Q Q S N? ? ? ? ?安 全 值 最 大 值 14 夾緊力 Q 與壓強(qiáng)的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，如圖 25 所示。 由設(shè)計(jì)要求得知夾持長(zhǎng)度 L＝ 25mm,根據(jù)圖可知所加的壓強(qiáng)約為 . 夾持長(zhǎng)度（夾緊力 水平方向運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件的計(jì)算 電機(jī)計(jì)算 （ 1）選擇步進(jìn)電機(jī) 齒輪齒條工作時(shí)，需要克服摩擦阻力矩、工件負(fù)載阻力矩和啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩。 根據(jù)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式 [15]： 慣負(fù)摩總 MMMM ??? （ ） 總摩 MM ? （ ） 啟慣 tJm glM /??? （ ） 啟負(fù)負(fù)負(fù) tJglmM /??? （ ） ? ?lRRvm .π 2221 ??? ?? （ ） 2lmJ 負(fù)負(fù) ? （ ） 15 ? ?22212 23 RRmmlJ ??? （ ） lv/?? （ ） 式中： 總M — 偏轉(zhuǎn)所需力矩（ N m）； M摩 — 摩擦阻力矩（ N m）； M負(fù) — 負(fù)載阻力矩（ N m）； 慣M — 啟動(dòng)時(shí)慣性阻力矩（ N m）； 負(fù)J — 工件負(fù)載對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg m2）； J — 對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg m2）； ? — 偏轉(zhuǎn)角速度（ rad/s）； m — 質(zhì)量（ kg）； m負(fù) — 負(fù)載質(zhì)量（ kg）； 啟t — 啟動(dòng)時(shí)間（ s）； ? — 部分材料密度（ kg/m3）； v — 末端的線速度（ m/s）。 根據(jù)已知條件： ?負(fù)m kg， ?v m/s， ?R m， ?R m， ?l m，?啟t s，采用的材料假定為鑄鋼，密度 ??? kg/m3。 將數(shù)據(jù)代入計(jì)算得： ? ?lRvm 2221Rπ ??? ?? ? ? 223 ?????? ? kg ??? lv? r/s 22 ???? lmJ 負(fù)負(fù) kg m2 ? ?22212 23 RRmmlJ ??? ? ?222 ????? ??? kg m2 16 啟負(fù)負(fù)負(fù) tJglmM /??? ????? ? N m 啟慣 tJm glM /??? ?????? ? ? N m ?????? 總慣負(fù)摩總 MMMMM ?總M N m 因?yàn)閭鲃?dòng)是通過(guò)齒輪齒條實(shí)現(xiàn)的，所以查取手冊(cè) [15]得： 彈性聯(lián)軸器傳動(dòng)效率 ?? ； 滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率 ?? （一對(duì)）； 齒輪齒條傳動(dòng)效率 ?? ； 計(jì)算得傳動(dòng)的裝置的總效率 ?a? 。 電機(jī)在工作中實(shí)際要求轉(zhuǎn)矩 ?? aiMM ?總電 N m （ ） 根據(jù)計(jì)算得出的所需力矩，結(jié)合北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 90 系列的五相混合型步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和矩頻特性曲線，如圖 和圖 所示 ,選擇90BYG5200BSAKRML0301 型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。 圖 90BYG 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 17 圖 90BYG5200BSAKRML0301 型 步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線 齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) a. 選直齒圓柱齒輪 。 b. 貨叉為一般工作機(jī)械，速度不高，故選用 7級(jí)精度（ GB/009588） 。 c. 材料選擇。選擇齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，齒條材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS； d. 初選齒輪齒數(shù)為 Z=20。 2. 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 設(shè)計(jì)公式為 dt≧ ? ?3 22 11dkTHZE??? ?? (431) a. 確定公式內(nèi)各參數(shù)的值。 （ 1） .試選載荷系數(shù) Kt= (2).計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T= 1010 35 *40*m in/26 * ?r (432) =*104 (3).選齒寬系數(shù) d? = 18 （ 4） .查得材料的彈性影響系數(shù) ZE= 2/1 (5).按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 600lim ?? ，齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 550lim ?? （ 6）取齒輪接觸疲勞壽命系數(shù) kH=, 齒條接觸疲勞壽命系數(shù) kH= （ 7）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 00 ，安全系數(shù) S=1，由公式 ? ?H? = lim*?SkHN求得：齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力 ? ?H? =540MPa,齒條的接觸疲勞許用應(yīng)力 ? ?H? =。 b. 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 (1) 計(jì)算齒輪的分度圓直徑 dt≧ ? ?3 22 11dkTHZE??? ?? (433) =34221*1 11 ? = （ 2） .計(jì)算圓周速度 v= 1000*60dtn? (434) = 1000*60 26**? =（ 3） .齒寬 b=d? *dt=*= (435) (4).計(jì)算齒寬與齒高之比 hb 模數(shù) mt=zdt =(436) 齒高 h==*= (437) hb =（ 5） .計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=,7 級(jí)精度，由圖可查得動(dòng)載系數(shù) Kv= 直齒輪， KH? =KF? =1 由表查得使用系數(shù) KA= 19 由表查得 7級(jí)精度，齒輪懸臂布置時(shí)， KH? = 由hb=， KH? =，查得 KF? =；故載荷系數(shù) K=KAKvKH? KH? =*1**1*= (438) （ 6） .按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由公式得： d=dt3KtK== (439) (7).計(jì)算模數(shù) m m=d/z=(4310) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 m≧ ? ?3 22 zdKTFYFaYSa ?? ???????? (4311) a. 確定公式內(nèi)各參數(shù)的值 （ 1） .查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPaFE 5001?? ；齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限MPaFE 3802 ?? （ 2） .查得齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=；齒條的彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN2=； （ 3） .計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=，由公式得： 齒輪的許用應(yīng)力 ? ?F? = S FEKFN 11? = 500* = (4312) 齒條的許用應(yīng)力 ? ?F? = S FEKFN 22? = 380* = (4313) (4).計(jì)算載荷系數(shù) K K=KAKvKF? KF? =**1*= (4314) (5).查取齒形系數(shù) 查得齒