【正文】 慣M tJJ ??? ?)( 1 26 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 90( 56 25 4) ( . )Nm??? 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為 M偏 ，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合， 01?e ，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線3 5e mm? ,則： ?偏M 11eG + 33eG 1 0 1 0 0 3 8 1 0 0 .0 0 51 .9 ( . )Nm? ? ? ? ? ?? 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為 摩M ，對(duì)于薄壁支撐軸承 ? ，1d ， 2d 為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑， 1 50d mm? , 2 30d mm? , AR , BR 為軸頸處的支承反力，粗略估計(jì) 500ARN? , NRB 150? 。 f 摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 ?f ，對(duì)于滑動(dòng)軸承 ?f 。 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和桶裝水的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 M偏 ?偏M 11eG + 33eG (337) 式中 : 3G 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量 (N)。 t? 起動(dòng)過程所需的時(shí)間 (s)。 若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1J 為 : gGJJ c 11 ?? 21e (336) 式中 : cJ 桶裝水對(duì)過重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )..( 2scmN ； 1G 桶裝水的重量 (N)。 偏M 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng) 24 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 片 )對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 ( cmN? ). 分析各阻力矩的計(jì)算 : 手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 M： 若手腕起動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ? ，起動(dòng)過程所用的時(shí)間為 t? ，則 : ).(1 cmNtJJM ??? ?）（慣 (335) 式中 :J 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )..( 2scmN 。 其簡(jiǎn)圖如下圖： 23 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 34 薄壁交叉滾子軸承 實(shí)物圖如下： 圖 35 薄壁交叉滾子軸承 （ 3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 手腕的回轉(zhuǎn)、上下擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 不重合所產(chǎn)生的偏重力矩 .手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算 : M M M M? ? ?驅(qū) 慣 摩 偏 (334) 式中 : 驅(qū)M 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩 ( cmN? )。腕部相對(duì)機(jī)架間的旋轉(zhuǎn)是通過回轉(zhuǎn)支撐軸承中的薄壁交叉滾子軸承實(shí)現(xiàn)的。且體積小，驅(qū)動(dòng)力矩大。 伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。故腕部也稱作機(jī)械手的姿態(tài)機(jī)構(gòu)。 PP FFN?? ? ? ? （ 8） 手部液壓缸的選用 液壓缸選取 HSG 型液壓缸，此液壓缸屬于單向作用液壓缸工作壓力為16MPa。 ( 2 c o s ) 2 2 0 0 8 9 4 7 5 4 7 6 8NP LFFNR?? ? ? ? ? ? 得出為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力 39。 手指對(duì)工件的夾緊力可按下列公式計(jì)算： 1 2 3NF K K K G? (327) 式中： 1K —安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定 ,通常取 ——，?。? 2K —工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， 計(jì)算最大加速度，得出工作情況系數(shù) 2K , 2 0 . 0 2 / 11 1 1 . 0 0 29 . 8aK g? ? ? ? ?， a 為機(jī)器人搬運(yùn)工件過程的加速 19 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 度或減速度的絕對(duì)值（ m/s）； 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(jìn)行選定， 手指與工件位置：手指垂直放置 工件垂直放置； 手指與工件形狀：圓弧型指端夾持圓柱型工件， 3 1/fK ? ， f 為摩擦系數(shù)，取 f =，此處粗略計(jì)算 3 2K? G —被抓取工件的重量 求得夾緊力， 1 . 2 1 . 0 0 2 2 3 8 9 . 8 8 9 4NFN? ? ? ? ? ? （ 7） 理論驅(qū)動(dòng)力 PF 和實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 39。 （ 6）夾緊力 NF 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)，必須對(duì)其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。 （ 3） 液壓缸輸出力 液壓缸的輸出力 310??PAF 式中： F—液壓缸的輸出力 P—對(duì)應(yīng)輸出力的工作壓強(qiáng) 有效工作截面積分無桿腔和 有桿腔： 無桿腔： 21 4AD?? (321) 有桿腔： ? ?222 4 dDA ?? ? (322) 計(jì)算單活塞桿 1A ，計(jì)算的推力是取單活塞桿時(shí)液壓缸拉力取 2A （ 4） 液壓缸阻力 FfFiFeF ??? (323) Fe──工作負(fù)載為 0 Ff ──摩擦阻力 NNFf ????? ? (324) Fi──慣性負(fù)載 i=.gtGVF ?? (325) 式中， G為液壓缸所要移動(dòng)的總重量，取為 1000N； g 為重力加速度， 2/ sm ； v? 為速度變化量，取 ； t? 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，一般為 ~ ，取 將各值帶入上式，得 iF =102N。根據(jù)夾持桶裝水的實(shí)際情況齒輪齒條平行連桿平移式夾持器，如下圖 31 所示： 圖 31 齒輪齒條平行連桿平移式 17 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 2） 手部液壓缸的計(jì)算和選取 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓組件的主要依據(jù)。 手指應(yīng)有足夠的夾緊力，除考慮夾持工件的重力外，還應(yīng)考慮工件在傳送過程中的動(dòng)載荷 應(yīng)能保證工件在手指內(nèi)準(zhǔn)確定位。 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題： 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手指應(yīng)有一定的開閉范圍。/s 手腕旋轉(zhuǎn) 110176。/s 大臂擺動(dòng) 110176。 手腕伸 縮 0176。 大臂擺動(dòng) 115176。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是腰部的旋轉(zhuǎn)、大臂的擺動(dòng)和小臂的擺動(dòng)。 （ 2） 基本參數(shù) 運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。 為跟上時(shí)代步伐，為以后工作打基礎(chǔ)，本次設(shè)計(jì)選用垂直關(guān)節(jié)型機(jī)械手。這是機(jī)器人中使 15 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 用最多的一種形式。它的前三個(gè)關(guān)節(jié)是轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，腰關(guān)節(jié)繞 z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，臂的兩個(gè)關(guān)節(jié)繞平行于 y 軸的兩軸線轉(zhuǎn)動(dòng) ,如圖 24 所示。這種機(jī)械手的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，但目前應(yīng)用較少。 球坐標(biāo)型機(jī)械手 球型坐標(biāo)機(jī)械手是通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副來實(shí)現(xiàn)手部的空間位置變化。有名的 Versatran 機(jī)器人就具有這樣的機(jī)械手，在相同的工作空間下，該種操作 機(jī)所占的空間體積要小于直角坐標(biāo)型操作機(jī)。該類機(jī)易于實(shí)現(xiàn)高精度定位，空間軌跡易于求解，但具有相同的操作空間是，機(jī)體占空間較大。 直角坐標(biāo)型機(jī)械手 直角坐標(biāo)型機(jī)械手是通過 3 個(gè)互相垂直的軸線位移來改變手部的空間位置。位置機(jī)構(gòu)可基本確定操作機(jī)的空間工作范圍，所以前 3 個(gè)關(guān)節(jié)通常稱作操 作機(jī)的主運(yùn)動(dòng)。所以這 3 個(gè)關(guān)節(jié)和聯(lián)接他們的臂桿所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)被稱為機(jī)械手的位置機(jī)構(gòu)，后 3個(gè)關(guān)節(jié)主要是確定手部的空間姿態(tài)。如圖 21 所示的 PUMA 操作機(jī)屬 6自由度開鏈串聯(lián)型。單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的主關(guān)節(jié)數(shù)目即是機(jī)械手的自由度數(shù)目。 14 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 其中，用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的的關(guān)節(jié)稱轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（記作 R）；用移動(dòng)副相連的 關(guān)節(jié)則稱移動(dòng)關(guān)節(jié)（記作 P）。 綜合上述選情況，選取液壓傳動(dòng)。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。功結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。它可用于操作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。 12 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式、類型和參數(shù) 對(duì)碼垛機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 放和搬運(yùn)對(duì)象，這就要求它們具有較高的精度、快速 反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。其中最為突出的是水下機(jī)器人， 6000m 水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人 、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種 :在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求， “一客戶，一次重新設(shè)計(jì) ”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。但總的來看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 。 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代 “七五 ”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過 “七五 ”、 “八五 ”科技攻關(guān)， 目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人 。 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。 10 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 (3)按控制方式分 點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30 公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油 的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。 (2)按驅(qū)動(dòng)方式分 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于 不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。 8 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。 (1)按使用范圍分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 : 專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。 (4)位置檢測(cè)裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制 系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu) 以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由過程控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、 電力傳動(dòng)和機(jī)