【文章內(nèi)容簡介】 推動(dòng)推桿 2向下運(yùn)動(dòng)，使兩鉗爪 3向外撐開，從而帶動(dòng)彈性爪 4夾緊工件。該種夾持器多用于內(nèi)孔 薄壁零件的夾持。 圖 34 末端執(zhí)行器 15 液壓油缸的選擇和夾緊力的校驗(yàn) 初選油缸型號： 考慮到所要夾持的是很小的薄壁零件，最大工作載荷很小，故初選液壓缸型號為 YHG1C40/22 25LF2HL1Q， 它的主要技術(shù)參數(shù)如表 22。 表 32 冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓油技術(shù)規(guī)格 缸 徑 /mm 活塞桿直徑 /mm 油口直徑 速度比 通徑 /mm 聯(lián)接螺紋 2 40 22 28 10 夾緊力校驗(yàn)： （一）零件的計(jì)算 222239() ( 60 50 ) 100345 400 ( )345400780 0 ( )10V R r hmmmvG mg v g N?????? ? ? ???? ? ? ? ? ? （式 31） 其中 g 取 . 取 G=27（ N） （二） 緊力的計(jì)算： 要夾持住零件必須滿足條件： GfN?2 （式 32） f 為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，工件材料為 45號鋼，手指為鋼材，查《機(jī)械零件手冊》 表 25 f=， N為作用在零件內(nèi)壁上壓緊力， G為零件重力。 所以 )(90 272 NfGN ???? 取 N=100（ N） 16 由《機(jī)械制造裝備》式 460可知驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算公式為： 2 /( )P bNtg c??? ? 為斜面傾角， o35?? ， ? 為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，這里為平摩擦傳動(dòng)， 查 《 機(jī) 械 零 件 手 冊 》 表 22 ??? 這 里 取 , b=,c=29mm。 0 ??????? tgP 取p=500(N).按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》公式 415 mPDF ??42? （式 33） D 為汽缸的內(nèi)徑 (m)， P為工作壓力（ Pa） ,由《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表 32 表 32 液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng) 負(fù)載 F/N 5000 5000～10000 10000～20210 20210～30000 30000～50000 50000 工作壓力 p/MPa ～ 1 ～ 2 ～ 3 3～ 4 4～ 5 5～ 7 取 p=。由《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》可查得： m? =～ , 所以 NPDF )1040( 6232 ???????? ??? （式 34） 由以上計(jì)算可知液壓缸能產(chǎn)生的推力 F=565N 大于夾緊工件所需的推力P=500N。所以該液壓缸能夠滿足要求。 彈性爪的強(qiáng)度校驗(yàn) 彈性爪的結(jié)構(gòu)形式如圖 37： 17 圖 37 彈性爪結(jié)構(gòu)圖 這種結(jié)構(gòu)是在手 爪外側(cè)用螺釘固定彈簧 板兩端固定。當(dāng)彈性手工作時(shí)，由于夾緊過程具有彈性，就可以避免易損零件被抓傷，變形和破損。 工件與彈簧片間的力： 由上節(jié)可知 F=100N。 則彈簧爪截面上的剪 應(yīng)力為 [τ ]=30MPa， τ =Q/A= ][510110202 100233 ??????? ? ?? MP a （式 35） 故彈性 爪滿足強(qiáng)度要求。 手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 手臂的設(shè)計(jì)要求 (一 ) 手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求。 (二 ) 根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。 (三 ) 盡量減小手臂重量和相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和偏重力矩，以減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷；減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。 (四 ) 要設(shè)法減小機(jī)械間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差，提高運(yùn)動(dòng)的 精確性和運(yùn)動(dòng)剛度。采用緩沖和限位裝置提高定位精度。 18 本設(shè)計(jì)中手臂由滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，還設(shè)計(jì)有兩根導(dǎo)柱導(dǎo)向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。它的結(jié)構(gòu)如下圖。 圖 38 手臂結(jié)構(gòu)圖 選用軸向腳架型液壓缸，活塞桿末端為外螺紋結(jié)構(gòu)，手臂與末端執(zhí)行器連同活塞桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 伸縮液壓油缸的選擇 選液壓缸型號為 YHG1C50/28 100LJ1HL1Q，它的主要技術(shù)參數(shù)如表 23。 表 33 冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓油技術(shù)規(guī)格 缸 徑 /mm 活塞桿直徑 /mm 油口直徑 速度比 通徑 /mm 聯(lián)接螺紋 2 50 28 36 10 活塞桿的強(qiáng)度校核 末端執(zhí)行器的重量為： 。 工件重量為： 。 19 圖 39 活塞桿的強(qiáng)度校核受力分析圖 由靜力平衡方 Σ MB=0 R1 LAB － Q LBC=0 Σ MA=0 R2 LAB － Q LAC=0 求得支反力為： R1= R2= 以 A 點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，得剪力圖和彎矩圖如圖 310： 圖 310活塞桿的強(qiáng)度校核剪力圖和彎矩圖 由 [32]表得活塞桿 [τ ]=140MPa, [σ ]=240MPa. 則在 B處橫截面上的剪應(yīng)力為： τ B= RB/A= ][)1028(423?? ????M P a （式 36）安全。 在 B 處的彎應(yīng)力為： σ B= MB/A= ][)1028(1633?? ????M P a （ 式 37）安全。 20 腰部和基座設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 通過安裝在支座上的步進(jìn)電機(jī)和諧波齒輪直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過安裝在頂部的步進(jìn)電機(jī)和聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的上下移動(dòng)。采用了雙導(dǎo)柱導(dǎo)向，以防止手臂在滾珠絲杠上轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。支撐梁采用槽鋼，以減輕重量和節(jié)省材料，它的結(jié)構(gòu)如圖 210。該種設(shè)計(jì)采用了環(huán)形軸承的機(jī)器人支承結(jié)構(gòu)。它由電動(dòng)機(jī) 2直接驅(qū)動(dòng)一杯形柔輪諧波減速器。這種諧波減速器只有剛輪 柔輪 7和諧波發(fā)生器 8三大件，而無單獨(dú)的外殼（ 這種結(jié)構(gòu)有利于傳動(dòng)系統(tǒng)的小型化、輕型化）。由柔輪 7 輸出低速的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與之固聯(lián)的機(jī)座回轉(zhuǎn)殼體 5實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒形皮帶傳動(dòng)4和位置傳感器 6 作為機(jī)座用來檢測手臂機(jī)座的角位移。 1—— 支座， 2—— 步進(jìn)電機(jī)， 3—— 諧波齒輪， 4—— 轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)座 5—— 支承工字梁， 6—— 滾珠絲杠， 7—— 導(dǎo)向柱， 8—— 錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器 圖 311 腰部和基座結(jié)構(gòu)圖 21 1—— 支座， 2—— 電機(jī)， 3—— 軸承， 4—— 帶傳動(dòng)， 5—— 殼體 6—— 位置傳感器， 7—— 柔輪， 8—— 波發(fā)生器， 9—— 剛輪 圖 312 環(huán)形軸承的機(jī)器人機(jī)座 步進(jìn)電機(jī)的選取 工業(yè)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，下面就給出各種驅(qū)動(dòng)方式的比較，以作為選取步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式的依據(jù)。 表 34 各種驅(qū)動(dòng)方式比較 比較內(nèi) 容 驅(qū)動(dòng)方式 機(jī)械傳動(dòng) 電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 異步電機(jī)，直流電機(jī) 步進(jìn)或伺服電機(jī) 輸出力矩 輸出力矩較大 輸 出 力 可較大 輸出力矩較小 氣體壓力小，輸出力矩小，如需輸出力矩較大，結(jié)構(gòu)尺寸過大 液體壓力高，可以獲得較大的輸出力 控制性能 速度可高，速度和 加速度均由機(jī)構(gòu)控制，定位精度高，可與主機(jī)控 制 性 能較差，慣性大，步易精確定位 控制性能好，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜 可高速，氣體壓縮性大，阻力效果差，沖擊較嚴(yán)重，精確定位較油液壓縮性小，壓力流量均容易控制，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 22 嚴(yán)格同步 困難，低速步易控制 應(yīng)用范圍 適用于自由度少的專用機(jī)械手，高速低速均能適用 適 用 于 抓取 重 量 大和 速 度 低的 專 用 機(jī)械手 可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手 中小型專用通用機(jī)械手都有 中小型專用通用機(jī)械手都有，特別時(shí)重型機(jī)械手多用 由上表可知 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人有著許多無可替代的優(yōu)點(diǎn)，如控制性能好，可精確定位，體積較小可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手等，下面就對步進(jìn)電機(jī)的型號進(jìn)行選取。 初選電機(jī)為 BF 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，型號為： 90BF001。它的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表： 表 35 BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 電機(jī)型號 相數(shù) 步距角 /（176。） 電壓 /V 最大靜轉(zhuǎn)矩 /N m(Kgf cm) 最高空載啟動(dòng)頻 率 /HZ 運(yùn)行頻率 /HZ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 105? Kg m2 分配方式 質(zhì)量 /Kg 90BF001 4 0． 9 80 2021 8000 四相八拍 4． 5 （一）傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載 ,在電機(jī)選用時(shí)必須加以考慮。由于傳動(dòng)系統(tǒng)的各傳動(dòng)部件并不都與電機(jī)軸同軸線，還存在各傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向電機(jī)軸折算的問題。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 （ 1）、電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 DJ 的折算 由《機(jī) 電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 218 查出 DJ = ㎏? cm2 23 （ 2）、聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 LJ 的折算 )/(8 22 cmKgDMJ cL ? 式 38（ 1） 式中： cM 為圓柱質(zhì)量（ Kg）， D 為圓柱體直徑（ cm） ,L 為圓柱體長度。 對于鋼材，材料密度為 ) 33 cmKg ?? ? ,把數(shù)據(jù)代入上式得： )( 22 cmKgDMJ cL ??? 式 38（ 2） （ 3）、滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 SJ 的折算 查《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 42 P119，得出 1m 長的滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ㎏? cm2，絲杠長度 L＝ 420mm，所以滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： SJ = =㎏? cm2； （ 4）、手臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 GJ 的折算 工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量折算到滾 珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 GJ 可按下式進(jìn)行計(jì)算： MLJG