【正文】 的結(jié)構(gòu)手腕是操作機(jī)的小臂(上臂)和末端執(zhí)行器(手爪)之間的連接部件。其功用 是利用自身的活動(dòng)度確定被末端執(zhí)行器夾持物體的空間姿態(tài)，也可以說是確定末端行器的姿態(tài)。故手腕也稱作機(jī)器人的姿態(tài)機(jī)構(gòu)。對(duì)一般商用機(jī)器人，末桿(即與末端執(zhí)行器相聯(lián)結(jié)的桿)都有獨(dú)立的自轉(zhuǎn)功能，若該桿再能在空間取任意方位，那么與之相聯(lián)的末端執(zhí)行器就可在空間去任意姿態(tài)，即達(dá)到完全靈活的境地。 手腕基本執(zhí)行方式工業(yè)機(jī)器人的腕部是連接手部與臂部的部件，起支撐手部的作用。機(jī)器人一般具有6個(gè)自由度才能使手部達(dá)到目標(biāo)位置和期望姿態(tài)。為使手部能處于空間任何方向，要求手腕能實(shí)現(xiàn)對(duì)空間3個(gè)坐標(biāo)軸X,Y,Z的轉(zhuǎn)動(dòng)，既具有回轉(zhuǎn)、仰俯、偏轉(zhuǎn)。4 手指的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的手指部分用電磁鐵。通電產(chǎn)生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導(dǎo)電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，它也叫做電磁鐵(electromagnet)。我們通常把它制成條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往采用消磁較快的的軟鐵或硅鋼材料來制做。這樣的電磁鐵在通電時(shí)有磁性，斷電后磁就隨之消失。電磁鐵在我們的日常生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，由于它的發(fā)明也使發(fā)電機(jī)的功率得到了很大的提高。 電磁鐵的工作原理 當(dāng)在通電螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場(chǎng)磁化。磁化后的鐵芯也變成了一個(gè)磁體，這樣由電磁鐵于兩個(gè)磁場(chǎng)互相疊加，從而使螺線管的磁性大大增強(qiáng)。為了使電磁鐵的磁性更強(qiáng)，通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線圈的繞向相反，一邊順時(shí)針，另一邊必須逆時(shí)針。如果繞向相同，兩線圈對(duì)鐵芯的磁化作用將相互抵消，使鐵芯不顯磁性。另外，電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做，而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后，將長期保持磁性而不能退磁，則其磁性的強(qiáng)弱就不能用電流的大小來控制，而失去電磁鐵應(yīng)有的優(yōu)點(diǎn)。 　　電磁鐵是可以通電流來產(chǎn)生磁力的器件，屬非永久磁鐵，可以很容易地將其磁性啟動(dòng)或是消除。例如：大型起重機(jī)利用電磁鐵將廢棄車輛抬起。 　　當(dāng)電流通過導(dǎo)線時(shí)，會(huì)在導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。應(yīng)用這性質(zhì)，將電流通過螺線管時(shí)，則會(huì)在螺線管之內(nèi)制成均勻磁場(chǎng)。假設(shè)在螺線管的中心置入鐵磁性物質(zhì)，則此鐵磁性物質(zhì)會(huì)被磁化，而且會(huì)大大增強(qiáng)磁場(chǎng)。 一般而言，電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與電流大小、線圈圈數(shù)及中心的鐵磁體有關(guān)。在設(shè)計(jì)電磁鐵時(shí)，會(huì)注重線圈的分布和鐵磁體的選擇，并利用電流大小來控制磁場(chǎng)。由于線圈的材料具有電阻，這限制了電磁鐵所能產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小，但隨著超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，將有機(jī)會(huì)超越現(xiàn)有的限制。 電磁鐵的工作原理圖 電磁鐵的優(yōu)點(diǎn)電磁鐵有許多優(yōu)點(diǎn)：電磁鐵磁性的有無可以用通、斷電流控制；磁性的大小可以用電流的強(qiáng)弱或線圈的匝數(shù)來控制；也可改變電阻控制電流大小來控制磁性大??；它的磁極可以由改變電流的方向來控制，等等。即：磁性的強(qiáng)弱可以改變、磁性的有無可以控制、磁極的方向可以改變，磁性可因電流的消失而消失。 本設(shè)計(jì)的機(jī)械手電磁鐵吸力方塊尺寸為 805030=120（cm179。）方塊質(zhì)量=M=ρv= g/(cm179。) 120（cm179。）=936g方塊重量=Mg==本設(shè)計(jì)用直流電磁鐵，直流電磁鐵的銜鐵和鐵心均由軟鋼和工程純鐵制成。當(dāng)電磁線圈接上電源時(shí)，線圈中就有了激磁電流，使電磁鐵回路中產(chǎn)生密集的磁通。該磁通作用于銜鐵，使銜鐵受到電磁吸力的作用產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。通過理論分析可知，電磁吸力Ｆx與Ｉ和δ之間的關(guān)系可用下式來表達(dá)： Ｆx＝I178。（dL/dδ）……………………………………()δ—?dú)庀堕L度，即磁極間的距離（cm） L—線圈的電感線圈電感L=W^2Gδ(式中Gδ—?dú)庀兜拇艑?dǎo))。所以Fx=I178。d Gδ/dδ……………………………………()d Gδ/dδ=－μ0（S/δ178。）………………………………()μ0—空氣的磁導(dǎo)率， 10^8(h/cm)； S－決定磁導(dǎo)和電磁吸力的銜鐵面面積（cm178。）； δ—?dú)庀堕L度，即磁極間的距離（cm）； K—考慮到磁通能從磁極邊緣擴(kuò)張通過氣隙的一個(gè)系數(shù)，它大于1，而且δ值越大，K值也就越大。本設(shè)計(jì)的吸力=（178。）10^8(h/cm)5（cm178。）（10^5）178。=15N5 機(jī)架與機(jī)座的設(shè)計(jì)機(jī)架零件一般是指機(jī)器的底座、機(jī)架、箱體、基礎(chǔ)版等零件。機(jī)器的全部重量將通過機(jī)架傳至基礎(chǔ)上。機(jī)架零件還負(fù)有承受機(jī)器工作時(shí)作用力和使機(jī)器穩(wěn)定在基礎(chǔ)上的作用。 機(jī)架的設(shè)計(jì)要求機(jī)架零件往往是機(jī)器中最大的零件，在機(jī)器總重量中，一般情況下，機(jī)器零件占70%—90%。因此，設(shè)法減輕這類零件的重量具有一定的經(jīng)濟(jì)意義。機(jī)架零件按構(gòu)造形式不同大體上可歸納成四類：機(jī)座類；板類；框架類。此外也有其他分類方法，如整體機(jī)架和部分機(jī)架、鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架、固定機(jī)架和移動(dòng)機(jī)架等。對(duì)于機(jī)架零件一般可提出下列基本要求：足夠的強(qiáng)度和剛度；形狀簡(jiǎn)單，便于制造；便于在機(jī)架上安裝附件等。對(duì)于帶有缸體、導(dǎo)軌等的機(jī)架零件，還應(yīng)有良好的耐磨性，以保證機(jī)器有足夠的使用壽命。高速機(jī)器的機(jī)架零件還應(yīng)滿足振動(dòng)穩(wěn)定性的要求。強(qiáng)度和剛度是評(píng)價(jià)機(jī)架零件工作能力的基本增長準(zhǔn)則。像鍛壓機(jī)床、沖剪機(jī)床等類機(jī)器，其機(jī)架零件的截面尺寸往往由強(qiáng)度條件決定。機(jī)架零件大多數(shù)形狀比較復(fù)雜。故采用鑄件。鑄鐵的鑄造性能好、價(jià)廉、吸振能力較強(qiáng)，所以在機(jī)架零件中應(yīng)用最廣。受載情況嚴(yán)重的機(jī)架常用鑄鋼、如軋鋼機(jī)機(jī)架。要求質(zhì)量輕時(shí)可以采用輕合金，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體多用鋁合金鑄成。 本設(shè)計(jì)的機(jī)架本設(shè)計(jì)的機(jī)架選用3060型的鋁合金型材，基本參數(shù)如下 本設(shè)計(jì)使用的鋁合金型材型號(hào) 重量 斷面積 慣性矩Ix 慣性矩Iy 壁厚 （Kg） mm^2 mm^4 mm^4 mm3060 720 710^4 10^4 本設(shè)計(jì)使用的鋁合金型材鋁合金是純鋁加入一些合金元素制成的，如鋁—錳合金、鋁—銅合金、鋁—銅—鎂系硬鋁合金、鋁—鋅—鎂—銅系超硬鋁合金。鋁合金比純鋁具有更好的物理力學(xué)性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類均有各自的使用范圍，并有各自的代號(hào)，以供使用者選用。 鋁合金仍然保持了質(zhì)輕的特點(diǎn)，但機(jī)械性能明顯提高。鋁合金材料的應(yīng)用有以下三個(gè)方面：一是作為受力構(gòu)件；二是作為門、窗、管、蓋、殼等材料；三是作為裝飾和絕熱材料。利用鋁合金陽極氧化處理后可以進(jìn)行著色的特點(diǎn)，制成各種裝飾品。鋁合金板材、型材表面可以進(jìn)行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工，制成各種裝飾板材、型材，作為裝飾材料。成本低，而且使用一種加工工藝可以大量生產(chǎn)同樣的零部件，這也是他的特點(diǎn)之一。 它的材料特性是輕、容易加工、以及在可耐強(qiáng)度方面不象碳素纖維有一個(gè)最大受力范圍。這是什么意思呢？也就是說，碳素纖維因?yàn)橛欣w維的特性所以在一定的纖維方向上受力能力很強(qiáng)，但是在在別的方向上的受力就會(huì)很差。在制造一個(gè)比較大的零部件時(shí)可能會(huì)使用好幾層碳素纖維，在超過受力能力時(shí)該零部件就會(huì)象酥餅一樣變得一層一層的。而鋁合金在承受了一定的力量后，會(huì)慢慢變形再損壞。 還有就是鋁合金容易加工和具有高度的散熱性。特別是車輛引擎部分特別適合使用鋁合金材料。這里幾乎完全是鋁合金的一家天下。 此外，鋁合金的加工工藝多種多樣。通用性較強(qiáng)。 機(jī)座的設(shè)計(jì)要求機(jī)座是指設(shè)備的底架或部件，以便設(shè)備的使用或安裝附件。用鋼材焊接成機(jī)架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機(jī)架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機(jī)座約輕20%~50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設(shè)備簡(jiǎn)單；焊接機(jī)架的缺點(diǎn)是鋼的抗振性能較差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時(shí)成本較高。 機(jī)座材料的選擇 本設(shè)計(jì)機(jī)座使用鋼，用鋼材焊接成機(jī)架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機(jī)架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機(jī)座約輕20%~50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設(shè)備簡(jiǎn)單；焊接機(jī)架的缺點(diǎn)是鋼的抗振性能較差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時(shí)成本較高。本設(shè)計(jì)的機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用方形截面機(jī)座優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，箱體內(nèi)有較大的空間來安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場(chǎng)合。所以機(jī)座應(yīng)選擇合適的壁厚、筋板和形狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠的剛度。 機(jī)座的鏈接剛度為提高結(jié)合表面的連接剛度，可采取如下措施： （1）根據(jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆?、?shù)量及其位置。必要時(shí)，可使螺釘產(chǎn)生預(yù)緊力，來提高連接剛度。 （2）提高結(jié)合表面的光潔度和形狀精度，使結(jié)合表面上的接觸點(diǎn)增多，從而提高結(jié)合面的接觸剛度。 （3）增加局部剛度來提高連接剛度，在安裝螺釘處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強(qiáng)筋等辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度。 機(jī)座的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)座屬于箱體類零件，體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使其具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便于制造和降低成本。 結(jié)論本設(shè)計(jì)技術(shù)總結(jié)：一是因?yàn)檫@是直角坐標(biāo)，所以要保證驅(qū)動(dòng)器與連接板之間的重合度；還要保證驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)器之間的垂直度，而且在運(yùn)動(dòng)過程中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的極限位置是不能發(fā)生干涉的，另外它們和橫梁，機(jī)架，機(jī)座之間也不能發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。二是在控制方面，傳感裝置要有快速的檢測(cè)功能與急停功能，一個(gè)狀態(tài)到另外一個(gè)狀態(tài)的速度要快。三是連接部分的強(qiáng)度要高，不易松懈，還要承受的起它下部的所有重量。四是各個(gè)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的各個(gè)零部件之間的傳動(dòng)效率，安裝精度和配合誤差，旋轉(zhuǎn)精度都要適合于所有的靜連接（適當(dāng)?shù)拈g隙或過度配合）與動(dòng)連接（適當(dāng)?shù)倪^盈配合）；而且像工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)極限位置應(yīng)該不能與靜連接之間發(fā)生干涉；還有連接板與驅(qū)動(dòng)器的接觸面要有符合條件的表面粗糙度。五是橫梁要有足夠的剛度；機(jī)架要有足夠的抗彎強(qiáng)度與垂直度；機(jī)座要有適當(dāng)?shù)拇笮∫垣@得適當(dāng)?shù)闹匦?，不僅能滿足靜止時(shí)的平穩(wěn)更能滿足運(yùn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)。參考文獻(xiàn)[1][M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1996.[2][M].北京: 北京理工大學(xué)出版社, 1988.[3]施海鋒, 吳江柳. 機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008. 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