【正文】 不會高。 ③ 偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對其支承回轉(zhuǎn)軸 所產(chǎn)生的靜力矩。所以常用鋼管作臂桿及導向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。因此設(shè)計臂部時一般要注意下述要求： ① 剛度要大 為防止臂部在運動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大?。幢哿Γ┖投ㄎ痪鹊榷贾苯佑绊憴C械手的工作性能，所以必須根據(jù)機械手的抓取重量、運動形式、自由度數(shù)、運動速度及其定位精度的要求來設(shè)計手臂的結(jié)構(gòu)型式。 立柱的橫向移動即為手臂的橫向移動。 回轉(zhuǎn)缸簡圖 1定片 2缸體 3動片 4密封圈 5轉(zhuǎn)軸 式中： M總 —— 手腕回轉(zhuǎn)時的總的阻力矩 p—— 回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 R—— 缸體內(nèi)孔半徑 r—— 輸出軸半徑 b—— 動片寬度 22()M= 2pb R r M? ?總 22 三、 臂部的結(jié)構(gòu) (一 ) 概述 臂部是機械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運動。m） 考慮到驅(qū)動缸密封摩擦損失等因素，一般將 M 取大一些，可?。? M M + M + M驅(qū) 慣 摩偏= 1 .1 ~ 1 .2 ( ) 因此，得 M = ( +5. 88+) =10 N m??驅(qū) 21 4. 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩計算 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大干總的阻力矩 M總 。m2 ） J工件 ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （ kg手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩可按下式計算： = M + M + MM 驅(qū) 慣 摩偏 式中 ： M驅(qū) ——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 M慣 ——慣性力矩 M偏 ——參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動片）對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 19 M摩 ——手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦力矩 腕部回轉(zhuǎn)力矩計算圖 1. 摩擦阻力矩 M 摩 1 1 2 2M= 2f摩 （N D + N D ） 式中 ： f——軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承取 f=～ ，滑動軸承取 f=； N1 、 N2 ——軸承支承反力 （ N） ； D1 、 D2 ——軸承直徑 （ m） 由設(shè)計知 D1= D2= N1=800N N2=200N G1=294N e= 時 0 . 1M = 8 0 0 0 . 0 3 5 2 0 0 0 . 0 7 52 ??摩 （ + ） 得 M 摩 =（ ） 2. 工件重心引起的偏置力矩 M偏 20 1MeG??偏 式中 G1——工件重量（ N） e——偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時 ， M偏 為零 當 e=， G1=294N 時 M偏 = （ N當回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時，驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動，即為 手腕的回轉(zhuǎn)運動。. 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進行連接和定位，動片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。 (二 ) 腕部的結(jié)構(gòu)形式 本機械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為177。 ③ 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個自由度的位置檢測、管線的布置以及潤滑 、維修、調(diào)整等問題 ④ 要適應工作環(huán)境的需要。設(shè)計腕部時要注意以下幾點： ① 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。 ③ 缸筒端部聯(lián)接強度計算 缸筒端部與手指是用螺釘聯(lián)接，聯(lián)接圖如下： 圖 3 螺釘聯(lián)接圖 16 螺 紋處的拉應力： 66213 4 7 01 0 1 0 2 6 . 2 60 . 0 0 4 1 3 4 444KF MPdZ? ?????? ? ? ? ?? 螺紋處的剪應力： 6610 3310 . 1 2 3 4 7 0 0 . 0 0 51 0 1 0 1 5 . 3 80 . 2 0 . 2 0 . 0 0 4 1 3 4 4K K F d MPdZ? ??? ? ?? ? ? ? ??? 則合成應力： 223 3 7 . 4 M P [ ] 1 2 0n a M P a? ? ? ?? ? ? ? ? 則知螺紋連接處安全可靠。 ② 缸筒底部聯(lián)接強度計算 缸筒底部采用 螺釘 聯(lián)接 法蘭式缸頭 ，材料為 35 號鋼，聯(lián)接圖如下： 15 圖 2 外卡環(huán)聯(lián)接圖 卡環(huán)尺寸一般取： 125。 選取 d= 得： 64 4 4 1 8 3 . 5 4 7 . 5p 2 . 5 1 0 0 . 9 5FD m m? ? ? ?? ? ?? ? ? 式中： D—— 液壓缸內(nèi)徑 P—— 液壓缸工作壓力 ? —— 液壓缸工作效率， ?? 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB82666）選取液壓缸 內(nèi)徑 ， D=50mm 同理查得 活塞桿直徑 d=22mm 2. 缸體結(jié)構(gòu)及驗算 缸體采用 45 號無縫鋼管，由 JB106867 查得可取缸筒外徑 75mm，則 ?? 16 ??? 則， 6662 . 5 1 0 5 0 5 . 4 8( 2 . 3 [ ] ) ( 2 . 3 1 1 0 1 0 2 . 5 1 0 ) 1pD mmp? ?? ??? ? ?? ? ? ? ? ?理 14 mm??? ? ? 理 3. 液壓缸額定工作壓力 NP （ MP）應低于一定極限值，以保證工作安全 2212 1()0 . 3 5 3 6 . 3 6sNaDDP M PD? ?? ? ? 式中： D—— 缸筒內(nèi)徑 1D —— 缸筒外徑 s? —— 缸筒材料的屈服點， 45 號鋼為 340MPa 已知工作壓力 2. 5 36 .3 6N a aP M P M P??，故安全?？山瓢聪率焦浪? 2 1 aK g??=，其中 20 .2 5 0 .5 /0 .5va m st?? ? ? 3K —— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定按《工業(yè)機械手設(shè)計》表 22 選取 3 4K? 。時，拉緊油缸的驅(qū)動力 F 和 F實 際 計算如下： (1) 手指對工件的夾緊力計算公式： 1 2 3F K GN KK? ? ? ? 式中 1K —— 安全系數(shù)，通常取 ～ 。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機構(gòu)效率的影響，其實際的驅(qū)動力 F 實際應按以下公式計算，即： F =F /?計 算實 際 本機械手的工件只做水平和垂直平 移，當它 的移動速度為 250mm/s， 系統(tǒng)達到最高速度的時間根據(jù)設(shè)計參數(shù)選取，一般取 ～ ， 移動加速度為 2150 /mm s ， 工件重量 G 為 294N， V 型鉗口的夾角為 120176。 這種手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動作靈活，手指開閉角大等特點。這里取角 α=30176。 由上式可知，當驅(qū)動力 F 一定時， α角增大則握力 NF 也隨之增加，但 α角過大會導致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取 α=30176。由手指的力矩平衡條件，即 1( ) 0MF?? 得 1 NFh Fb? ? h=a/cosα 12 ? F= 22 cos Nb F a? ? 式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心線的距離（ mm）。 ∑Fy=0 得 1 2cosFF ?? 11FF??? 銷軸對手指的作用力為 1F? 。在拉桿 3 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 1F 、 2F ， 其力的方向垂直于滑槽中心線 OO1 和 OO2并指向O 點 ， 1F 和 2F 的延長線交 O1O2 于 A 及 B， ∠ AOC=∠ BOC=α。 5. 應考慮被抓取對象的要求 應根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計和確定手指的形狀。例如圓柱形工件采用帶 ?V?形面的手指，以便自動定心。若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。 2. 手指間應有一定的開閉角 兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。其傳力機構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式 …… 等，這里采用滑槽杠桿式。機械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。 參考《工業(yè)機器人》表 96 和表 97，按照設(shè)計要求，本機械手采用的驅(qū)動方式為液壓驅(qū)動，控制方式為 繼電 接觸器 控制。除一些專用機械手外，大多數(shù)機械手均需進行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計。 6. 驅(qū)動與控制方式的選擇 機械手的驅(qū)動與控制方式是 根據(jù)它們的特點結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式。利用行程開關(guān)檢測位置，精度低，故一般與機械擋塊聯(lián)合應用 。 5. 位置檢測裝置的選擇 機械手常用的位置檢測方式有三種：行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。機座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機器人所采用，機座上可以裝上獨立的控制裝置，便于搬運與安放，機座底部也可以安裝行走 機構(gòu)，已擴大其活動范圍，它分為手臂配置在機座頂部與手臂配置在機座立柱上兩種形式，本機械手采用手臂配置在機座立柱上的形式。運動要求、操作環(huán)境、工作對象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。/s 手臂伸縮速度 V 臂伸 = 750 mm/s 手臂回轉(zhuǎn)速度 V 臂回 = 110176。為此驅(qū)動系統(tǒng)要采取相應的措施，以保證動作的同步。機械手的運動速度與臂力、行程、驅(qū)動方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應根據(jù)具體情況加以確定。 機械手的總動作時間應小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個動作同時進行，要按時間長的計算，分配各動作時間應考慮以下要求： ① 給定的運動時間應大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時間； ② 伸縮運動的速度要大于回 轉(zhuǎn)運動的速度，因為回轉(zhuǎn)運動的慣性一般大于伸縮運動的慣性。 手臂升降行程 100mm 3. 確定運動速度 機械手各動作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個動作的時間，進而確定各動作的 運動速度。 手臂伸長量 500mm 手臂回轉(zhuǎn)角度 177。 8 本機械手的動作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角 度 177。 2. 工作范圍的確定 機械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運動的軌跡來確定。定位精度為 177。 （四） 我要設(shè)計的機械手 1. 臂力的確定 目前使用的機械手的臂力范圍較大，國內(nèi)現(xiàn)有的機械手的臂力最小為 ，最大為 8000N。其中最為突出的是水下機器人， 6000 米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、 聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。它不僅能為我國的經(jīng)濟建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟效益，而且將為我國的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻。這是一種誤解。從 94 年美國開發(fā)出 “虛擬軸機床 ”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一， 紛紛探索開拓其實際應用的領(lǐng)域 。美國發(fā)射到火星上的 “索杰納 ”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。