【正文】 械手的手臂在起動(dòng)時(shí)，活塞桿上所受到的平均慣性力，可近似計(jì)算如下： 式中： — 參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量（包括被抓物件重量） g — 重力加速度 — 速度變化量 — 啟動(dòng)過程的時(shí)間由設(shè)計(jì)得，=80kg則： ⑤背壓阻力 背壓阻力為油缸低壓油液所造成的阻力。對(duì)于O型橡膠密封圈，當(dāng)油液壓力時(shí)。 對(duì)于圓柱面 — 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤滑時(shí)，估算為80kg，L=50mm，a=160mm，=，=則： ③密封裝置處的摩擦阻力在壓力油驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，各密封裝置處摩擦阻力之和為，即 分別為活塞桿和缸蓋處、活塞與缸壁處、伸縮油管處等密封裝置處的摩擦阻力，其值隨密封圈結(jié)構(gòu)的不同而異。導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在油缸的兩側(cè)，并布置在過油缸活塞桿的平面內(nèi)。②導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力：不同配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。作用在活塞上的總機(jī)械載荷P為：①工作阻力：工作阻力的數(shù)值要根據(jù)油缸工作的具體情況確定有無，并進(jìn)行計(jì)算或估算。在機(jī)械手工作時(shí)，各油缸的驅(qū)動(dòng)力要分別克服作用在各自油缸活塞上的總機(jī)械載荷，以保證機(jī)械手正常運(yùn)動(dòng)。 尺寸校核設(shè)計(jì)油缸運(yùn)行長度設(shè)計(jì)為=500mm,油缸內(nèi)徑為=40mm,半徑R=20mm, 油缸運(yùn)行速度為，加速度時(shí)間=，進(jìn)油壓力為。 則： 回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背壓反力矩 其中為回油腔的油液壓力，在這里初步估算為則： 則手腕回轉(zhuǎn)油缸所需的驅(qū)動(dòng)力矩為： 所以設(shè)計(jì)尺寸符合使用要求，安全。則力矩： 1．測定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況， 43 回轉(zhuǎn)油缸簡圖質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （）工件的質(zhì)量為5,質(zhì)量分布于長的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于長的棒料來說，最大偏心距，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:則： 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，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線,則 + 其中為手腕回轉(zhuǎn)部件的重量，為工件的重量手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為由于是液壓傳動(dòng)，潤滑比較好，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得知摩擦力矩很小，故忽略不計(jì)。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖43所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。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M偏 + ()式中: 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N)； 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則。下面以圖42所示的手腕受力情況，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，則: 式中: 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 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 慣性力矩()。 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(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，動(dòng)片與缸徑、定片、。手腕回轉(zhuǎn)速度360186。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，我們選用的是回轉(zhuǎn)油缸。圖41 手腕運(yùn)動(dòng)示意圖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)，一般手腕沒有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或再增一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作的要求，也有的專用機(jī)械手沒有手腕的運(yùn)動(dòng)，若有特殊要求的可增加手腕左右擺動(dòng)或沿y軸方向的橫向移動(dòng)。如圖4—1所示的手腕運(yùn)動(dòng)有繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為上下擺動(dòng)(或俯仰)，繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為左右擺動(dòng)，沿y軸方向的橫向移動(dòng)(或沿Z軸方向縱向移動(dòng))。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 手指夾緊工件時(shí)，彈簧變形所產(chǎn)生的彈簧力使手指松開的復(fù)位彈簧其鋼絲直徑d=3mm，彈簧外徑D=30mm，彈簧的自由長度H=46mm，有效圈數(shù)12，手指夾緊工件時(shí)彈簧的變形量。手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算本課題液壓機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖31所示，31齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)要求抓取重量為50NV形手指的角度，摩擦系數(shù)為f=(1)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: (2)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖32，其驅(qū)動(dòng)力為: 32齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)示意圖(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:因?yàn)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。 3．抓取數(shù)量 若用一對(duì)手指抓取多個(gè)工件，為了不發(fā)生個(gè)別工件的松動(dòng)或脫落現(xiàn)象，在手指上可增加彈性襯墊，如橡皮、泡沫、塑料等 ，對(duì)于較長工件可采用雙指或多指抓取。 2，抓取部位 抓取部位的尺寸盡可能是不變的．若加工后尺寸有變化，手指應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求，否則不允許定為抓取部位。如工件為圓柱形．則采用“V”形手指；圓球狀工件用圓弧形三指手指，方料用平面形手指，細(xì)絲工件用尖指勾形或細(xì)齒鉗爪手指。(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。(三)保證工件準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。(一)具有足夠的握力(即夾緊力)在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。手部結(jié)構(gòu)中的齒輪齒條屬于傳力機(jī)構(gòu)。其手指夾緊工件是由夾緊氣缸1中的齒條活塞桿8在壓縮空氣作用下右移，經(jīng)齒條推動(dòng)齒輪7并帶動(dòng)扇形齒軸5回轉(zhuǎn)，因手指6與扇形齒輪5固結(jié)為一體，所以兩個(gè)手指同時(shí)回轉(zhuǎn)而夾緊工件。扳子、焊接工具)進(jìn)行損作的部件。如果有實(shí)際需要，還可以換成氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)或電磁式吸盤結(jié)構(gòu)。~220186。/s，驅(qū)動(dòng)方式為電液伺服系統(tǒng)。 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表手臂力可達(dá)50N自由度數(shù) 4坐標(biāo)形式 圓柱坐標(biāo)手臂伸縮速度750 mm /s，手臂升降速度250mm/s，手臂回轉(zhuǎn)速度110186。伺服控制系統(tǒng)的機(jī)器人是一種位置跟蹤系統(tǒng)，即使在高速重載的情況下，也可不發(fā)生劇烈的沖擊和振動(dòng)，因此可獲得較高的定位精度。定位精度取決于位置控制方式及機(jī)器人本體部件的結(jié)構(gòu)剛度與精度，與抓取質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度、定位方式等也有密切關(guān)系。作為機(jī)器人規(guī)格參數(shù)的運(yùn)動(dòng)速度是指全程的平均速度，實(shí)際使用速度可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。／s，手腕回轉(zhuǎn)速度360186。/s左右。它反映了機(jī)器人的作業(yè)水平，運(yùn)動(dòng)速度的快慢與它的驅(qū)動(dòng)方式、定位方式、抓去質(zhì)量大小和行程距離有關(guān)，作業(yè)機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性和定位精度等要求來確定。任務(wù)書要求能夾持重量為50N的物體，考慮末端執(zhí)行器的重量及各運(yùn)動(dòng)軸上的受力和力矩，以及考慮足夠的安全系數(shù)，初步確定設(shè)計(jì)負(fù)載為800N。~220186。此外在工作空間內(nèi)某些位置，機(jī)械手不可能達(dá)到預(yù)定的速度，甚至不能在某些方向上運(yùn)動(dòng)，即所謂工作空間的奇異性。工作空間大小不僅與機(jī)器人各桿件尺寸有關(guān)，而且也與它的總體構(gòu)形有關(guān)。分別由大臂回轉(zhuǎn)油缸、大臂升降油缸、小臂回轉(zhuǎn)油缸和小臂伸縮油缸控制。 本設(shè)計(jì)的通用機(jī)械手的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單，自由度選擇為四個(gè)。計(jì)算機(jī)械手的自由度時(shí)，末端執(zhí)行器的夾持器動(dòng)作是不計(jì)入的，因?yàn)檫@個(gè)動(dòng)作不改變工件的位置和姿態(tài)。一般說來，機(jī)器人靠近機(jī)座的3個(gè)自由度是用來實(shí)現(xiàn)手臂末端的空間位置的，再用幾個(gè)自由度來定出末端執(zhí)行器的方位；7個(gè)以上的自由度是冗余自由度，是用來躲避障礙物的。一般固定程序的機(jī)械手，動(dòng)作比較簡單，自由度數(shù)較少。自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)，三維空間需要6個(gè)自由度。二、機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的確定 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度物體上任何一點(diǎn)都與坐標(biāo)軸的正交集合有關(guān)。連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。電力傳動(dòng)機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加工中心”?？刂葡到y(tǒng)位置檢測