【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工料 : 100 50 40mm 定位方式 行程開(kāi)關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 定位精度 mm1? 1驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳動(dòng) 1控制方式 點(diǎn)位程序控制 (采用 PLC) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 圖 23機(jī)械手的工作范圍 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 夾持式手部結(jié)構(gòu) 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多 ，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。 夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式 :按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和外夾式兩種 :按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型 (或稱直進(jìn)型 )，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指 。同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型。回轉(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 制造容易，應(yīng)用廣泛。 移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 (一 )具有足夠的握力 (即夾緊力 ) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)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。 (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。 手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖 31所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 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(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為 : Rbp 2? N (2)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計(jì)算公式 : )( ?? ?? tgN )(25 )42560(39。N tg? ?????? 所以 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 Rbp 2? N )(245N? (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 : ? 21KKpp ?實(shí)際 因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取 ?? ，并取 ?K 。若被抓取工件的最大加速度取 ga 3? 時(shí)，則 : 412 ??? gaK 所以 )( Np ????實(shí)際 所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)的總阻力， N P 氣缸工作壓力， Pa 彈簧反作用按下式計(jì)算 : )1( sGF ft ?? nDGdGf 3141? Gf =nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m 1 彈簧預(yù)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) . 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)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(guān)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(guān)手冊(cè)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 ?? 滿足實(shí)際設(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)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算 : ][2/ ?? pDP? 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 式中 :6 缸筒壁厚， mm D 氣缸內(nèi)徑， mm pP 實(shí)驗(yàn)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 ???? 第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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)整或改變工件的方位，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 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 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)油 (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 ?360 ，并且要求嚴(yán)格的密封。 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 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、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)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。 圖 41手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài) 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算 : 封摩偏慣驅(qū) MMMMM ???? 式中 : 驅(qū)M 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩 ( cmN? )。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 慣M 慣性力矩 ( cmN? )。 偏M 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 ( cmN? ). 封M 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 ( cmN? )。 下面以圖 41所示的手腕受力情況，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悅 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 ? ，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為 t? ，則 : ).(1 cmNtJJM ??? ?）（慣 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 )..( 2scmN 。 1J 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )..( 2scmN 。 若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1J 為 : gGJJ c 11 ?? 21e 式 中 : cJ 工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )..( 2scmN : 1G 工件的重量 (N)。 1e 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距 (cm), ? 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度 (弧 度 /s)。 t? 起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間 (s)。 ?? — 起動(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 ?偏M 11eG + 33eG ( cmN? ) 式中 : 3G 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量 (N)。 3e 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距 (cm) 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則 11eG 0? . 手腕 轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑 (cm)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 f 摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 ?f ，對(duì)于滑動(dòng)軸承 ?f 。 AR , BR 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) 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(zhǎng)度尺寸 (cm). 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。 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，它的原理如圖 42所示，定片 1與缸體 2固連，動(dòng)片 3與回轉(zhuǎn)軸 5固連。動(dòng)片封圈 4把氣腔分隔成兩個(gè) .當(dāng)壓縮氣體從孔 a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作 逆時(shí) 4回轉(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)。單葉氣缸的壓力 P驅(qū)動(dòng)力矩 M的關(guān)系為 : )( 2 22 rRb Mp ?? 或 2 )(22 rRpbM ?? 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 mmb 100? ,氣缸內(nèi)徑為 1D =96mm,半徑 mmR 48? ,軸徑 mmD 262 ? 2D =26mm,半徑 mmR 13? ,氣缸運(yùn)行角速度 ? = s/90? ，加速度時(shí)間 t? =, 壓強(qiáng) MPaP ? , 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 則力矩： 2 )( 22 rRpbM ?? ).( 2)( 226mN????? （ 1）測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 kgm 101 ?,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑 mmr 50? 的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 221rmJ? 2 2?? ? （ ） 工件的質(zhì)量為 5kg ,質(zhì)量分布于長(zhǎng) mml 100? 的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： ).(0 0 4 1212222mkgmlJc???? 假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于長(zhǎng) mml 100? 的棒料來(lái)說(shuō)，最大偏心距 mme 501 ? ，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 : ).(22211mkgemJJ c?????? 慣M tJJ ??? ?)( 1