【正文】 。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)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。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)。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(jī)身處，將在下一章敘述。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。并進(jìn)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? ? ?2282Qb p dD d M F Z f? ? ?摩 于是得 ? ?224Q bpF D dZfd?? () 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?qiáng)度條件為 ? ?214QFd??? ?合 () 或 ? ?14 QFd ??? () 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 ? ? ? ?62 2 2 20 . 0 6 6 8 1 0 0 . 1 1 0 . 0 4 5 2 4 6 2 74 4 0 . 1 5 0 . 0 3 2Q bpF D d NZf d Z ??? ? ? ? ?? ? ? 螺釘材料選擇 Q235，則 ? ? 240?? ?? 200MPa?（ ? ） 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 螺釘?shù)闹睆? ? ?0 64 1 .3 4 1 .3 2 4 6 2 7 0 .0 1 23 .1 4 2 0 0 1 0QFdm??? ??? ? ??? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12的開槽盤頭螺釘。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。sQ Q QF F F?? （ ） 計算： 液壓缸工作壓強(qiáng)為 P=8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,試選擇 8 個螺釘，3 . 1 4 0 . 1 1 4 3 . 1 7 8 088D? ?? ? ?，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8 個 危險截面 222 2 20 . 1 1 0 . 0 4 5 0 . 0 0 7 9 0 8 8 7 54S R r m? ? ? ?? ? ? ? Q PSF Z?所 以 ， () Q PSF Z?? SF KF? ? 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 80 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 1 .5 7 9 0 8 .8 1 1 8 6 3 .3SF KF N? ? ? ? 所以 0 39。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動慣量公式有： 2 2 2 21 1 1 9 0 0 . 0 6 0 . 0 3 4 22 2 9 . 8 NJ M R N m s N m sN K g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2 2 21 1 6 0 9 . 83 1 3 0 . 0 5 5 . 0 1 2 51 2 1 2 9 . 8GJ l R N m sg ?? ? ? ? ? ? ? ?工 件 代入： ? ? 22 . 6 1 60 . 0 3 4 2 5 . 0 1 2 5 5 52 0 . 3 1 4M N m? ? ? ??慣 0 .1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 55 6 1 .1 10 .9M N m? ? ? 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 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 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。 夾取棒料直徑 100mm，長度 1000mm，重量 60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn) 0180 時，計算 力矩： （ 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= 6 2 780 0 190G Kg m N Kg N?? ? ? ? ? ? （ 2） 擦力矩 ?摩。 腕部的驅(qū)動力矩計算 （ 1） 腕部的驅(qū)動力矩 需要的力矩 M慣 。 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn) 0180 ，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 (2) 齒條活塞驅(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。 （ 3） 必須考慮工作條件 對于本設(shè)計，機(jī)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(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 4 腕部的設(shè)計計算 17 4 腕部的設(shè)計計算 腕部設(shè)計的基本要求 （ 1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。計算公式： maxcaSSS???? （ ） sS 選取 （力學(xué)性精確能高） max 38KD Fd? ?? （ ） max 38KD Fd? ?? 38 1 . 1 8 4 0 . 0 4 2 1 6 2 1 5 9 8 7 5 6 4 7 93 . 1 4 0 . 0 0 7??? ? ?? 6m a x8 0 0 1 0 1 . 3 3 6 1598756479casS paS pa?? ?? ? ? 結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。 對于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗算（如果變載荷的作用次數(shù) 310N? ，或者載荷變化幅度不大時，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗算）。 結(jié)論本設(shè)計彈簧 ??，因此彈簧穩(wěn)定性合適。 MAXF KCd ?? 61 6 2 1 1 .1 8 3 81 .6 78 0 0 1 0 mm????? (5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： 38 MAXMAXGdn FC?? （ ） 38 MAXMAXGdn FC??638 0 0 0 0 1 0 0 .0 0 7 2 .8 68 1 6 2 1 8?????? 選擇標(biāo)準(zhǔn)為 3n? ，彈簧的總?cè)?shù)1 3 ? ? ? ? ?圈 (6). 最后確定 42D mm? ， 7d mm? ， 1 42 7 35D D d mm? ? ? ? ?，2 42 7 52D D d mm? ? ? ? ? (7).對于壓縮彈簧穩(wěn)定性 的驗算 對于壓縮彈簧如果長度較大時，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。 圖 圓柱螺旋彈簧的幾何 參數(shù) (1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力 ? ? 800MPa? ? 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 (2).選擇旋繞比 C=8，則 4 1 154 4 6CK C ???? （ ） 4 1 154 4 6CK C ???? ? ?? ?4 8 1 0 .6 1 5 1 .1 8 34 8 4 6??? ? ??? (3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑 D=42mm，估算彈簧絲直徑 42 5 .2 58Dd m mC? ? ? (4).試算彈簧絲直徑 ? ?39。 選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。 機(jī)械手的夾持范圍為 80mm 180mm。特別是在多品種的中、 小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。 手抓夾持范圍，手指長 100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時候，如圖 （ a） 所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑 1R 40? ，當(dāng)張開 060 時，如圖 （ b） 所示，最 大夾持半徑 2R 計算如下： 002 10 0 30 40 c os 30 90R tg? ? ? ? ?機(jī)械手的夾持半徑從 40 90mm 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 （ a） (b) 圖 手抓張開示意圖 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計算 機(jī)械手的精度設(shè)計要求工件定位準(zhǔn)確 ,抓取精度高 ,重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好 ,并有足夠的抓取能 ? ?12力 。機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時間為 ，求夾緊力 NF 和驅(qū)動力 F 和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。 G—— 被抓取工件所受重力（ N）。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 1 2 3NF K K K G? （ ） 式中 1K —— 安全系數(shù)，通常 ； 2k —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。必須對大小、方向和作用點進(jìn)行分析計算。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力 F 一定時， ? 角增大，則握力 NF 也隨之增大，但 ? 角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 ? = 030 040 。11FF?? 由 01M? ??F =0 得 39。 αααα αα (a) (b) 圖 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1—— 手指 2—— 銷軸 3—— 杠桿 在杠桿 3的作用下，銷軸 2向上的拉力為 F，并通過銷軸中心 O點，兩手指 1的滑槽對銷軸的反作用力為 F1和 F2， 其力的方向垂直于滑槽的中心線 1oo 和 2oo 并指向 o 點，交 1F 和2F 的延長線于 A及 B。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開。 顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動 ,這種手指結(jié)構(gòu)簡單 , 適于夾持平板方料 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差零。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。 本設(shè)計是設(shè)計平動搬運機(jī)械手的設(shè)計，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角?? = 060 ，夾取重量為 60Kg。 （ 2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運動。 （ 4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。 （ 2） 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度） ? ? ，以便于抓取工件。 3 機(jī)械手手部的設(shè)計計算 9 3 機(jī)械手手部的設(shè)計計算 手部設(shè)計基本要求 （ 1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù) 列表 一、用途：搬運 :用于車間搬運 二、設(shè)計技術(shù)參數(shù) : 抓重 :60Kg (夾持式手部 ) 自由度數(shù) :5個自由度 座標(biāo)型式