【正文】 ｂ ２ ）／１２ ＝２．７（０．０７ ２ ＋０．０ 35２ ）／１２ ＝０．００１５ Kgm２ Ｍ 慣 ＝（Ｊ 工件 ＋ J 手爪 ）ω／△ （ 3－ 15） ＝（０．０４１７２＋０．００１５）３．１４／０．１ ＝１．５２９２ Nm 根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)受力圖 , 得： Ｍ 驅(qū) ＝Ｍ 慣 ＋Ｍ 偏 ＋Ｍ 摩 ＋Ｍ 封 （ 3－ 16） 為簡化計算可不計密封裝置處的摩擦阻力矩，因此乘安全系數(shù)１．１即可 Ｍ 驅(qū) ＝１．１Ｍ 慣 ＝１ .１ １ .５２９２＝１ .６８２ Nm． 所以選用 ＣＤＲＢ１ＢＷ５０－１８０Ｓ 大型葉片式回轉(zhuǎn)擺動氣缸． 其參數(shù)為：Ｍ 驅(qū) ＝３ Nm． 則，由以上結(jié)果可得手腕回轉(zhuǎn)受力如圖 3－ 1 圖 3－ 1 手腕回轉(zhuǎn)受力圖 3． 2． 4 伸縮氣缸的選擇 1． 計算摩擦力： 彎矩 M的計算 工件：Ｘ １ ＝７００＋５００－３２６＝８４７（ mm） 爪部：Ｘ ２ ＝６００＋５００－３２６＝７７４（ mm） 腕部：Ｘ ３ ＝４４２＋５００－３２６＝６１６（ mm） 導桿：Ｘ ４ ＝２５０ mm ｍ １ ＝５．１ Kg ｍ ２ ＝３．２ Kg (約為 取 ) ｍ ３ ＝１．５ Kg (約為 取 )ｍ ４ ＝４２＝８ Kg (約為 取 ) Ｍ＝Ｍ １ ＋Ｍ ２ ＋Ｍ ３ ＋Ｍ ４ (317) ＝ +++8 ≈ Nｍ 根據(jù)手臂伸出時的受力狀態(tài)得：Ｇ＝Ｇ １ ＋Ｇ ２ ＋Ｇ ３ ＋Ｇ ４ (318) Ｇ＝Ｇ １ ＋Ｇ ２ ＋Ｇ ３ ＋Ｇ ４ ＝（ +++8） ＝ ＝１７４．４４ N 根據(jù)： ２ N２ ＝２ N１ ＋Ｇ??（１） N１ =Ｍ /f?? （２） 解得： N１ ＝Ｍ／ ＝ ／ ＝６４４ N N２ ＝（２ N＋Ｇ）／２＝（２６４４＋１７４ .44）／２ 12 12 ＝７３１ .22 N 根據(jù)公式：Ｆ 摩 2＝ fN2 (319) ＝ 2＝ N （其中：鋼－青銅ｆ＝ ～ （潤）） Ｆ 摩 1＝ fN１ ＝６４４ 2 ＝１９３ .2 N Ｆ 摩 ＝Ｆ 摩１ ＋Ｆ 摩２ ＝ ＋ ＝ N 2． 慣性力計算 Ｆ 慣 ＝ｍａ (320) ＝（ｍ 1＋ｍ 2＋ｍ 3＋ｍ 4）ａ ＝ ＝ 其中， ａ＝ 250／ ／ S ＝ ／ｓ Ｆ 摩 ＋Ｆ 慣 ＝ ＋ ＝ Ｆ 缸驅(qū) ＝Ｐ 工作 （πｄ 缸 ２ ／ 4） ＝ 5 10 6（ 4010 3） 2 ≈ N 所以 SMC MB 系列標準氣缸 MDBB50500 合 適 ，查資料得：材料為鋁合金的 MDBB50500氣缸行程為零時質(zhì)量為 1140g，每增加 10mm 行程則質(zhì)量增加 40g ｍ 伸縮缸 ＝ 1140+50 40＝ 3140g 3． 2． 5 對伸縮導桿的校核 P＝ N2／ S （ 3－ 21） ＝ ／ () ＝ 10 6Pa ＝ 所以， P[P]＝ 15MPa V＝ ／ｓ ＰＶ＝ 10 6 ＝ 10 6Pa ＝ [PV]＝ 15MPa／ｓ ?＝Ｍ／Ｗ （ 3－ 22） ＝（ ） /[（ π /32） （ 3010 3） 3] ＝ 10 ６ Ｐａ ＝ 所以，? [? ]＝ 100MPa （ 45 鋼 [? ]＝ 100 MPa） ｍ 伸縮導桿 ＝（πｄ ２ ／ 4）Ｌ 伸縮 ρ 缸 （ 3－ 23） ＝（ 302／ 4） 72010 ３ ＝ 3968ｇ 3． 2． 6 配重計算 偏重力矩即手臂及其上所支承的全部零件的重量（作用在各自重心上）對手臂回轉(zhuǎn)軸的靜力矩，用Ｍ 偏 表示，手臂前伸時則偏重力矩為最大。結(jié)構(gòu)緊湊簡潔，受力性能良好，定位誤差小。杠桿與楔塊接觸的一端用彈簧連起，以保證楔塊縮回時杠桿端部始終與楔塊接觸。 整個機構(gòu)的位置布置初定大概如下所示： 爪部 +夾緊缸 +手腕轉(zhuǎn)動缸 +伸縮缸 ＋ 升降缸（回轉(zhuǎn)缸） ＋ 回轉(zhuǎn)缸（升降缸） 為了使整個機構(gòu)盡量趨向于輕便簡單，在此我們盡量選取葉片型回轉(zhuǎn)氣缸，將回轉(zhuǎn)氣缸放在升降缸之上，但這一構(gòu)想取決于葉片型回轉(zhuǎn)缸的工作壓力是否達到系統(tǒng)的壓力要求，所以此部分將留待往后再作決定。 4． 位置檢測盒的放置：為操作和安全，把電氣控制箱置于機座上，而把操縱盒以長距離，遠距離的操縱方式。 3． 控制系統(tǒng)：是支配工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。 （ 5）機座：是機械手的基礎(chǔ)部分，各結(jié)構(gòu)部件均安裝其上，起支撐和連接作用。其作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬到設(shè)定位置，本系統(tǒng)采用氣缸和回轉(zhuǎn)氣缸分別實現(xiàn)手臂的升降回轉(zhuǎn)以及伸縮的動作。本系統(tǒng)則通過由回轉(zhuǎn)氣缸使手腕實現(xiàn)回轉(zhuǎn)擺動，實現(xiàn)方位的改變。手指直接與物體接觸，傳力機構(gòu)采用斜楔杠桿式結(jié)構(gòu)，通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件，其由氣缸實現(xiàn)。 2． 1． 3 整體機構(gòu)的確定 1． 執(zhí)行機構(gòu) （ 1）手部：既與物 體直接接觸的部件，采用夾持式手部。 綜合上述四種驅(qū)動方式的優(yōu)缺點結(jié)合本設(shè)計之工業(yè)機械手的各項規(guī)格要求，應(yīng)選用氣壓傳動來實現(xiàn)，則其抓重和定位都可達到，且結(jié)構(gòu)可簡單，其傳動平穩(wěn)和動作靈敏性可達到設(shè)計要求。其中直線電機機械手 7 7 的運動速度快和行程長，維護和使用方便。常被用于為工作主機的上，下料。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。但是由于空氣具有可壓縮的特點，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30 公斤以下，適用于高速，輕載，高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高， 2． 氣壓傳動機械手：是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。根據(jù)給出的工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù)，還需確定 其余各部件的設(shè)計。 3． 本工業(yè)機械手是四自由度機械手。 2．本工業(yè)機械手是圓柱坐標的坐標型式，其手臂的運動系由兩個直線運動和兩個回轉(zhuǎn)運動所組成，即沿 X 軸的伸縮，沿 Z 軸的升降和繞 Z 軸的回轉(zhuǎn)。通用機械手工作的范圍大，定位精度高，通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)。 為了提高機械手的運動速度和控制精度，在保證機械手有足夠強度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)與材料上設(shè)法減輕機械手的重量，力求選高強度，輕質(zhì)材料，通常用高強度鋁合金制造。 6 6 2 總體設(shè)計 2． 1 總體設(shè)計 2． 1． 1 總體設(shè)計 工業(yè)機械手是一種模仿人手動作，并按設(shè)定的程序，軌跡和要求代替人手抓搬 運或操作工具或進行操作自動化裝置。 5． 進行對機械手結(jié)構(gòu)分析。 3．根據(jù)工作情況分析，判定機械手的失效形式，從而確定其計算準則。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)，遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人，智能裝配機器人，機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。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，我國的智能機器人和特種機器人在“ 863”計劃的支持下，也取得了不少成果。但總的看來，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)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(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)與國外比有差距；在應(yīng)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。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(yīng)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(yīng)用的最著名實例。 5．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真，預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中 的感覺來操縱機器人。 3．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基 于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度高，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。 2．機械結(jié)構(gòu)向模塊化，可重構(gòu)化發(fā)展。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或機械擋位）系統(tǒng)組成。通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。 ⑷ 行走機構(gòu) 當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作時，可在機座輪，軌道等行走機構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。其作用是將被抓住工件傳送到規(guī)定 位置上，它具有手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)三個自由度。也有的工業(yè)機械手沒有手腕。 ⑵ 手腕 手腕是連接手部和手臂的部件，用來改變或調(diào)整工作的方位（即姿勢）?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛；平移型結(jié)構(gòu)比較復雜，應(yīng)用較少。手指是直接與物件接觸的構(gòu)件。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等型式。 ⑴ 手部 它具有人手某種單一動作的功能。從結(jié)構(gòu)型式分析，主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。 （ 4）關(guān)節(jié)式 手臂運動是由三個回轉(zhuǎn)運動組成 。 （ 2） 圓柱坐標式 手臂的運動是由兩個直線運動和一個回轉(zhuǎn)運動組成。目前國內(nèi)外現(xiàn)有的工業(yè)機械手的自由度數(shù)目為２～５個。但同時 也使控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)越復雜，定位精度難以保 4 4 證，整機的造價高，自重大。 工業(yè)機械手自由度數(shù)的多少，決定著工業(yè)機械手動作多樣化的程度。有幾個獨立運動就有幾個自由度。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。 連續(xù)控制 —— 工業(yè)機械手按給定的速度沿給定的路線（軌跡）實現(xiàn)平穩(wěn)準確的運動。 點位控制 —— 只能控制工業(yè)機械手運動的幾個點的位置，運動軌 跡不受控制。但動作固定不可變。 電動機械手 —— 直接用直線電機，功率步進電機和具有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機等來驅(qū)動，動力源簡單，不需要能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)，維護使用方便。 氣壓機械手 —— 氣源方便，輸出力小，氣壓傳動速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。如采用電液伺服機構(gòu)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。 按驅(qū)動方式可分為：液壓機械手、氣壓機械手、電動機械手和機械式機械手。 通用機械手 —— 獨立工作的自動化機械裝置。 ⒉ 分類 工業(yè)機械手的種類很多 按使用范圍可分為：專用機械手、通用機械手。 因此，機械設(shè)計課程是講授一般工作條件和常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用設(shè)計的課程。 機械設(shè)計是從使用要求等出發(fā)，對機械的工作原 理，結(jié)構(gòu)，運動形式，力和能量的傳遞方式，以至各個零件的材料和形狀尺寸，以及使用維修等問題進行構(gòu)思，分析和決策的工作過程，這種過程的結(jié)構(gòu)一般要表達成設(shè)計圖紙，說明書以及各種技術(shù)文件。而本人也通過《畢業(yè)設(shè)計指導書》、《機械設(shè)計手冊》、《可編程序控制器》以及參考其它有關(guān)機械手設(shè)