【正文】 對于桿長 L 大于直徑 d 的 15 倍以上，按。 液壓缸外徑的設(shè)計(jì)： 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 80mm。 液壓缸的有效面積： 故有： （無桿腔） () （有桿腔） [7] () F=6210N，選擇機(jī)械效率 。 經(jīng)過以上分析計(jì)算最后計(jì)算出液壓缸的驅(qū)動力： 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F=，根據(jù)表 31 選擇液壓缸的工作壓力 P=2MPa。 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算： . ??????? ???????????? 、摩 ? 手臂慣性力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)要求手臂平動是 V=83mm/s；假定：在計(jì)算慣性力的時(shí)候 ,設(shè)置啟動時(shí)間 ，啟動速度； GvF gt?? ?總慣 () GvF gt?? ?總慣 1 0 7 0 0 .0 8 3 4 5 .59 .8 0 .0 2NS NN K g S???? 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(jì)中，采用 O 型密封，當(dāng)液壓缸工作壓力小于 10Mpa。a b a bF F F F F??? ? ? ?摩 摩摩 39。 圖 51 機(jī)械手臂部受力 示意圖 計(jì)算如下 ： 0AM ?? bG L aF?總 得 0Y?? baG F F??總 得 39。 作水平伸縮直線運(yùn)動的液壓缸的驅(qū)動力，應(yīng)根據(jù)液壓缸運(yùn)動時(shí)所要克服的摩擦力胡業(yè)明 07 食工 5 機(jī)器人概論課程說明書 28 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 和慣性力等幾個(gè)方面的阻力進(jìn)行確定。 手臂直線運(yùn)動的驅(qū)動力計(jì)算 首先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運(yùn)動機(jī)構(gòu) 常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種： （ 1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)； （ 2） 手臂的典型運(yùn)動形式有：直線運(yùn)動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運(yùn)動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運(yùn)動，如直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動組合，兩直線運(yùn)動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)； （ 3） 雙活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)； （ 4） 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。 總結(jié) ：除此之外，要求機(jī)械手的通用性要好，能適合多種作業(yè)的要求；工藝性好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱、冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手還要設(shè)置防塵裝置等。為此，必須計(jì)算使之滿足 不自鎖的條件 [9]。 三、手臂動作應(yīng)該靈活 為減少手臂運(yùn)動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。 二、臂部運(yùn)動速度要高，慣性要小 機(jī)械手手部的運(yùn)動速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。為提高剛度，除盡可能縮短臂桿的懸伸長度外，尚應(yīng)注意以下幾方面。而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。以臂部為例，一般結(jié)構(gòu)上較多采用懸臂梁形式（水平或垂直懸伸）。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備 3 個(gè)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(yùn)動。 臂部運(yùn)動的目的：把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。手臂運(yùn)動應(yīng)該 包括 3 個(gè)運(yùn)動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。 胡業(yè)明 07 食工 5 機(jī)器人概論課程說明書 25 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 胡業(yè)明 07 食工 5 機(jī)器人概論課程說明書 26 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 5 章 臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容為腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括：腕部結(jié)構(gòu)的選取和腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 于是得 : () 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=。 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)見圖 43,連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個(gè)定位 銷定位。sQ Q QF F F?? （ ） 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(gè)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=6 個(gè)?，F(xiàn)計(jì)算腕部所需的驅(qū)動力矩如下： 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(gè)圓柱體，高為 60mm，直徑 100mm，其重力估算如下： 2）摩擦力矩： 3）啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度，等速轉(zhuǎn)動角速度 () 查取轉(zhuǎn)動慣量公式有： 代入： 胡業(yè)明 07 食工 5 機(jī)器人概論課程說明書 22 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 腕部驅(qū)動液壓缸的計(jì)算 表 41 液壓缸的內(nèi)徑系列 （ JB82666） [6] （ 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 表 42 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑 （ JB106867） [6] （ mm） 液壓缸外徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20 鋼 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45 鋼 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 41 設(shè)缸體內(nèi)徑 R=40mm，外徑根據(jù)表 42 選擇80mm，這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問題后，其外徑為 100mm；動片寬度 b=66mm,輸出軸 r= 42 所示。 胡業(yè)明 07 食工 5 機(jī)器人概論課程說明書 21 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 腕部驅(qū)動力計(jì)算 圖 41 腕部支撐反力計(jì)算示意圖 腕部回轉(zhuǎn)時(shí)要克服的阻力： a. 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩： () 其 中 f 為軸承摩擦系數(shù)取 f = b. 克服由于工件重心偏置所需的力矩： （ ） c. 克服啟動慣性所需的力矩： （ ） 假設(shè)給定的工件是一直徑 D=70mm，長度 L=660mm，重量 G=200N 的棒料。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動結(jié)構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)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(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。 (3)具有兩個(gè)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(gè)自由度。的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。）。 腕部結(jié)構(gòu)及選擇 典型的腕部結(jié)構(gòu) (1)具有一個(gè)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(diǎn)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。 （ 2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為搬運(yùn)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動的要求外，要有足夠的強(qiáng)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。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。通過對手爪的力學(xué)分析，計(jì)算出了手部實(shí)現(xiàn)抓取工件所需的夾緊力和驅(qū)動力。 取 = ?= 3 ? 根據(jù)公式，將已知條件帶入： ? NF =3400N=3100N （ 2）根據(jù)驅(qū)動力公式得 ： （ 3）取 （ 4）確定液壓缸的直徑 D： () 選取活塞桿直徑 d=,根據(jù)表 31 選擇液壓缸壓力油工作壓力 P=～ 1MPa, ? )( F42?p? 實(shí)際= 30004 5 ??? ??=18mm 根據(jù)表 32（ JB82666） ，選取液壓缸內(nèi)徑為： D=20mm， 則活塞桿 內(nèi)徑為 : d=D? =20? =10mm，選取 d=10mm。可近似按下式估 其中重力方向的最大上升加速度： ； —— 運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度； —— 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取 ～ ； —— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇； G—— 被抓取工件所受重力 （ N） 。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 根據(jù)給定的數(shù)據(jù)：抓取的重物為 20Kg 鋼與鋼之間的靜摩擦因數(shù) μ取為： μ= ? 即 : 取 FN=1400N a=35mm b=50mm 故： F= 2cosNb Fa ? = 140 030CO S35502 2 ??? =3000N 夾緊力和驅(qū)動力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。1 NFF?h cosah ?? F= 2cosNb Fa ? （ ） 胡業(yè)明 07 食工 5 機(jī)器人概論課程說明書 17 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊