【正文】 ） 。a b a bF F F F F??? ? ? ?摩 摩摩 39。 0AM ?? ， bG L aF?總 得 b GLF a? 總 ， 0Y?? ， baG F F??總 得 aLaFG a???? ????總 ， 39。上圖是機(jī)械手的手臂示 意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱(chēng)配置在伸縮崗兩側(cè)。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 2. 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 通過(guò)以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng) ,液壓缸選取雙作用液壓缸。 （ 3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及 結(jié)構(gòu)的選擇 1. 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 常見(jiàn)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)。為此，必須計(jì)算使之滿(mǎn)足不自鎖的條件。 三、手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活 為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。 （ 3） 減少回轉(zhuǎn)半徑 ? ， 再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，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(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。減少慣量具體有 3個(gè)途徑： （ 1） 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。 /s。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在 1000~1500mm/s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在 180176。 （ 5） 提高配合精度。 （ 3） 合理布置作用力的位置和方向。 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 一、 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。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)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(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)， 手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)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(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。 ? ?2282Qb p dD d M F Z f? ? ?摩 于是得 ? ?224Q bpF D dZfd?? () D—— 動(dòng)片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)銅取 f= 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 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 NZ fd Z ??? ? ? ? ?? ? ? 螺釘材料選擇 Q235，則 ? ? 240?? ?? 200MPa?（ ? ） 螺釘?shù)闹睆? ? ?0 64 4 24627 200 10QFdm??? ??? ? ??? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。連接螺釘一般為偶數(shù)， 對(duì)稱(chēng)安裝，并用兩個(gè)定位銷(xiāo) 定 位 。sQ Q QF F F?? （ ） 計(jì)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(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=8個(gè) 危險(xiǎn)截面 222 2 1 45 07 90 88 754S R r m? ? ? ?? ? ? ? Q PSF Z? ?； SF KF? ； ? 1 . 5 7 9 0 8 . 8 1 1 8 6 3 . 3SF K F N? ? ? ? 所以 0 39。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動(dòng)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 60 1 3 12 l R N m sg ?? ? ? ? ? ? ? ?工 件 代入： ? ? . 03 42 5. 01 25 552 0. 31 4M N m? ? ? ??慣 0 .1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣； 55 6 1 .1 10 .9M N m? ? ? 3. 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)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(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到 實(shí)際裝配問(wèn)題后，其外徑為 226mm；動(dòng)片寬度 b=66mm,輸出軸 r=. 基 本 尺 寸 示 如 圖 所 示 。 夾取棒料直徑 100mm，長(zhǎng)度 1000mm，重量 30Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn) 0180 時(shí)，計(jì)算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為 220mm，直徑 120mm，其重力估算 G= 230 . 0 6 0 . 2 2 7 8 0 0 9 . 8 1 9 0G Kg m N Kg N?? ? ? ? ? ? （ 2） 擦力矩 ?摩 。 2. 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 （ 1） 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩 需要的力矩 M慣 。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)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(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)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(dòng)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(dòng)慣性所用。 （ 3） 必須考慮工作條件 對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒(méi)有太多不利因素。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 腕部設(shè)計(jì)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(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)?，F(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。 (8).疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比 0 74 12Hb D? ? ?，本設(shè)計(jì)彈簧是 2 端自由，根據(jù)下列選?。? 當(dāng)兩端固定時(shí)， ? ,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)， ? ；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， ? 。 MAXF KCd?? （ ） ? ?39。如圖 所示，計(jì)算 ? ?13過(guò) 程 如下。 一般夾持誤差不超過(guò) 1mm,分析如下： 工件的平均半徑： 90 402cpR ?? 65mm? 手指長(zhǎng) 100l mm? ,取 V型夾角 02 120?? 偏轉(zhuǎn)角 ? 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 1 1 0060c o s c o s 4 6s in 1 0 0 s in 6 0CPRl? ???? ? ?? 計(jì)算 0 si n c os 100Rl ??? ? ?00sin60 cos46 ? 當(dāng) 0R MAX MINRR??S時(shí)帶入有： 2 22 2 2m a x m in2 c os 2 c os 782 si n si n si n si nM A X M A XR R R Rl l l l? ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ????? ???? 夾持誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。βθ 圖 手抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。 (1) 設(shè) 1 ? 2 1 bK a?? = ? = 3 ? 根據(jù)公式，將已知條件帶入： ? NF =? 1 .0 2 0 .5 5 8 8 4 4 9 .8NN? ? ? （ 2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： ? ? 202 1 0 0 c o s 3 0 4 4 9 . 850F ???計(jì) 算=1378N （ 3）取 ?? 1378 16210 .8 5FFN?? ? ?計(jì) 算實(shí) 際 （ 4）確定液壓缸的直徑 D ? ?224F D d p???實(shí) 際 選取活塞桿直徑 d=,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P=~1MPa, ? ? ? 524 4 1 6 2 1 0 . 5 8 70 . 8 1 0 0 . 7 51 0 . 5Fp ?? ???? ? ??實(shí) 際 根據(jù)表 （ JB82666），選取液壓缸內(nèi)徑為： D=63mm 則活塞桿內(nèi)徑為 : D=63? =，選取 d=32mm 4. 手抓夾持范圍計(jì)算 為了保證手抓張開(kāi)角為 060 ，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為 34mm。 表 31 液壓缸的工作壓力 作用 在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 小于 5000 ~1 20200~30000 ~ 5000~10000 ~ 30000~50000 ~ 10000~20200 ~ 50000以上 ~ 計(jì)算：設(shè) a=100mm,b=50mm, 010 ? 040 ?？山瓢聪率焦? 1 bK a??其中 a，重 力方向的最大上升加速度；maxva t?響 maxv —— 運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度 t響 —— 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取 ~ 3K —— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的 靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)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)。 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 ? （ ） 式中 a—— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)中心的距離（ mm） . ? —— 工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 由 xF? =0 得 12FF? yF? =0 得 1 2cosFF ?? 39。 2 .手抓的力學(xué)分析 下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖 （ a）為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。 若 采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上 ,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指 ,夾