【正文】 證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3） 必須考慮工作條件對于本設(shè)計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 典型的腕部結(jié)構(gòu)(1) 具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用。回轉(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于 ） 。027(2) 齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于 的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動0的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。(3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。(4) 機液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部的設(shè)計計算 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇 本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn) ，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個018自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。31 / 72 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 夾取工件重量 30Kg ，回轉(zhuǎn) 。018（1） 腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩 。M慣（2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩 。摩夾取棒料直徑 100mm，長度 1000mm，重量 30Kg，當手部回轉(zhuǎn) 時，計算 力矩：018（1） 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為 220mm，直徑120mm，其重力估算 G= ?????（2） 擦力矩 。.1Mm摩（3） 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度 =，等速轉(zhuǎn)動角速度 。??啟 01 ?? （）??2J??慣 工 件 啟查取轉(zhuǎn)動慣量公式有： ?????????2 m?????工 件代入： ???慣 .1MM?慣 摩 ?? 腕部驅(qū)動力的計算表 41 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB82666） （mm ）20 25 32 40 50 55 63 6532 / 7270 75 80 85 90 95 100 105110 125 130 140 160 180 200 250設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 41 設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=110mm，外徑根據(jù)表 32 選擇121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題后，其外徑為 226mm；動片寬度b=66mm,輸出軸 r= 所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力，選擇 4Mpa????2 MpabRr??????動 片靜 片圖 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意表 標準液壓缸外徑（JB106867） （mm ）液壓缸內(nèi)徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 20020 鋼 P160Mpa?50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 24545 鋼 250 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 24533 / 72 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎銏D 缸蓋螺釘間距示意表 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系缸蓋螺釘?shù)挠嬎?，如圖 所示，t 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強有關(guān)，見表，在這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 （）039。sQF??計算：液壓缸工作壓強為 P=4Mpa,所以螺釘間距 t 小于 100mm,試選擇 4 個螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=4 個 ???危險截面222 2.. m????? ()QPFZ所 以 ， S? SQKF??:?工作壓力 P（Mpa） 螺釘?shù)拈g距 t(mm) ～ 小于 150 ～ 小于 120 ～ 小于 100 ～ 小于 8034 / 72所以 =+10545=19772N039。sQF??螺釘材料選擇 Q235， （ ）????則 ?:螺釘?shù)闹睆? （）?????????螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=16mm. 動片和輸出軸間的連接螺釘（1） 動片和輸出軸間的連接螺釘動片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 ??282QbpdDdMFZf??摩于是得 ()??24bpDdf?D——動片的外徑；f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 f=螺釘?shù)膹姸葪l件為 ()?????合或 ()??1Q?帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 ????62 .. NZfZ??????螺釘材料選擇 Q235，則 （ ）??.sn?:螺釘?shù)闹睆? ??0 m??????螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12 的開槽盤頭螺釘。35 / 72 本章小結(jié)本章通過四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。并進行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算，同時也計算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆健?6 / 725 臂部的設(shè)計及有關(guān)計算手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具） ，并帶動它們作空間運動。手臂運動應(yīng)該包括 3 個運動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動設(shè)置在機身處，將在下一章敘述。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位） ，則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備 3 個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。 臂部設(shè)計的基本要求1 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕（1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。（2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。（3） 合理布置作用力的位置和方向。（4） 注意簡化結(jié)構(gòu)。（5） 提高配合精度。2 臂部運動速度要高，慣性要小機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在 ,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在105ms:內(nèi)，大部分平均移動速度為 ，平均回轉(zhuǎn)角速度在 。在速度和回轉(zhuǎn)角018s ms09速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有 3 個途徑：（1） 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。（2） 減少臂部運動件的輪廓尺寸。（3） 減少回轉(zhuǎn)半徑 ，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮） ，盡?可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作。（4） 驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。3 手臂動作應(yīng)該靈活為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象） 。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設(shè)計出完37 / 72美的、性能良好的機械手。 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運動機構(gòu)常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種：（1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)。（2） 手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。（3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。（4） 活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。 手臂運動機構(gòu)的選擇通過以上，綜合考慮，本設(shè)計選擇雙導(dǎo)桿伸縮機構(gòu)，使用液壓驅(qū)動,液壓缸選取雙作用液壓缸。 手臂直線運動的驅(qū)動力計算先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算。 ()FF??回摩 密 慣 手臂摩擦力的分析與計算分析：摩擦力的計算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。上圖是機械手的手臂示意圖，本設(shè)計是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對稱配置在38 / 72伸縮缸兩側(cè)。圖 機械手臂部受力示意計算如下：由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。 0AM??bGLaF總得 b?總 0YbaGF??總得 aL??????總 39。39。ababFF???摩 摩摩 ()39。2LG???????總摩式中 參與運動的零部件所受的總重力（含工件） （N） ；G總 — L——手臂與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m）,參考上一節(jié)的計算。 a——導(dǎo)向支撐的長度（m）。 ——當量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。39。?對于圓柱面：39 / 72??39。?????????????::——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：?鋼對青銅：取 =～鋼對鑄鐵：取 =～計算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ， ，L=39。???107GN?總=,導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計為 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進行計算 39。?????????????????總摩 手臂慣性力的計算本設(shè)計要求手臂平動是 V= ,在計算慣性力的時候,設(shè)置啟動時間 ，啟5min ??動速度 V=V= ,? ()GvFgt??總慣 t總慣 ?? 密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O 型密封，當液壓缸工作壓力小于 10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： 。?封經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅(qū)動力： =6210NFF??摩 慣 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F=6210N，根據(jù)表 選擇液壓缸的工作壓力 P=2MPa40 / 72（1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖 所示圖 雙作用液壓缸示意圖當油進入無桿腔， 214DFp???當油進入有桿腔中， ??224dp?液壓缸的有效面積： 1FSp?故有 （無桿腔） ()11??? （有桿腔） ()21Fd?F=6210N， = ，選擇機械效率1p620a???將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 611. ????根據(jù)表 41（JB82666） ，選擇標準液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D=65mm.（2） 液壓缸外徑的設(shè)計根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在 7mm，所以該液壓缸的外徑為 79mm.41 / 72（3） 活塞桿的計算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長 L 大于直徑 d 的 15 倍以上，按拉、壓強度計算： ()??24Fd????設(shè)計中活塞桿取材料為碳剛，故 ，活塞直徑 d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)?102Mpa?:在進行校核。 ??????結(jié)論： 活塞桿的強度足夠。 本章小結(jié)本章設(shè)計了機械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)，對驅(qū)動的液壓缸的驅(qū)動力進行了詳細的計算，并對液壓缸的基本尺寸進行了設(shè)計。42 / 726 機身的設(shè)計計算機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳動機構(gòu)都安在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機身的機構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。 機身的整體設(shè)計按照設(shè)計要求，機械手要實現(xiàn)手臂 1800 的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)一般設(shè)計在機身處。為了設(shè)計出合理的運動機構(gòu)，就要綜合考慮，分析。機身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結(jié)構(gòu)有以下幾種：（1） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回