【正文】 進行比較，才能確定。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較底的運動速度。 ③ 在工作拍節(jié)短、動作多的情況下，常使幾個動作同時進行。 液壓上料機械手的各運動速度如下： 手腕回轉(zhuǎn)速度 V腕回 = 45176。/s 手臂升降速度 V臂升 = 250 mm/s 手指夾緊油缸的運動速度 V夾 = 50 mm/s4. 手臂的配置形式 機械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。本機械手采用機座式。手臂配置在機座立柱上的機械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運動，工作范圍較大。本機械手采用行程開關(guān)式。在機械手中，用行程開關(guān)與機械擋塊檢測定位既精度高又簡單實用可靠，故應(yīng)用也是最多的。 控制系統(tǒng)也有不同的類型。 驅(qū)動方式一般有四種：氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。一、 手部結(jié)構(gòu)(一) 概述手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機構(gòu)組成。(二) 設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題1. 應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時，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，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。手指的開閉角保證工件能順利進入或脫開。3. 應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。4. 應(yīng)具有足夠的強度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。(三) 驅(qū)動力的計算 圖1 滑槽杠桿式手部受力分析如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 ∑Fx=0 得 。手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以表示。 α——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點連線間的夾角。~40176。 。綜合前面驅(qū)動力的計算方法，可求出驅(qū)動力的大小。α=30176。 ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力計算公式(2) 得 (3) 取手指傳力效率 η=, 則 (四) 夾緊缸的設(shè)計計算1. 夾緊缸主要尺寸的計算由前知，夾緊缸為單作用彈簧復(fù)位液壓缸，設(shè)夾緊工件時的行程為25mm，則所需夾緊力為：工作壓力取1MP，考慮到為使液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸簡單緊湊。4. 缸筒兩端部的計算① 缸筒底部厚度的計算此夾緊缸采用了平行缸底，且底部設(shè)有油孔，則底部厚度為考慮結(jié)構(gòu)要求，取h=10mm式中： D——缸筒內(nèi)徑 ——液壓缸最大工作壓力，取 ——缸底材料的許用應(yīng)力，材料為45號鋼，n為安全系數(shù)，取n=5。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)接圖螺紋處的拉應(yīng)力： 螺紋處的剪應(yīng)力：則合成應(yīng)力：則知螺紋連接處安全可靠。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 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(yīng)工作環(huán)境的需要。(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。. 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。當(dāng)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。手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩可按下式計算： 式中：——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 ——慣性力矩 ——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 ——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 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= 得 M摩 =（）2. 工件重心引起的偏置力矩 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(dāng)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時，為零 當(dāng)e=，G1=294N時 = （Nm） ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （kgm） 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?。阂虼?，得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。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：——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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。立柱的橫向移動即為手臂的橫向移動。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影響機械手的工作性能，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。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。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 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。 ④ 運動要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運動速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運動即不平穩(wěn)，定位精度也不會高。(二) 手臂直線運動機構(gòu) 機械手手臂的伸縮、升降均屬于直線運動，而實現(xiàn)手臂往復(fù)直線運動的機構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)、絲桿螺母機構(gòu)以及活塞缸和連桿機構(gòu)。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂機構(gòu)中應(yīng)用比較多。手臂和手腕是通過連接板安裝在升降油缸的上端，當(dāng)雙作用油缸1的兩腔分別通入壓力油時，則推動活塞桿2（即手臂）作往復(fù)直線運動。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，故受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。 圖5 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向裝置 液壓驅(qū)動的機械手手臂在進行伸縮（或升降）運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手臂的結(jié)構(gòu)時，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿和其他的導(dǎo)向裝置，本機械手采用的是雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向機構(gòu)。對于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。如下圖所示，在導(dǎo)向桿1的尾端用支承架4將兩個導(dǎo)向桿連接起來，支承架的兩側(cè)安裝兩個滾動軸承2，當(dāng)導(dǎo)向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動時，支承架上的滾動軸承就在支承板3的支承面上滾動。當(dāng)升降缸上下兩腔通壓力油時，活塞杠4做上下運動，活塞缸體2固定在旋轉(zhuǎn)軸上。其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵9實現(xiàn)。 圖6 手臂升降和回轉(zhuǎn)機構(gòu)圖(三) 手臂回轉(zhuǎn)運動 實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動機構(gòu)、鏈輪傳動機構(gòu)、連桿機構(gòu)等。(四) 手臂的設(shè)計計算 為便于進行液壓機械手的設(shè)計計算，我們分別敘述伸縮液壓缸、升降液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計計算，解決臂部運動驅(qū)動力的計算問題，結(jié)合前面有關(guān)臂部和機身的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最終定出臂部和機身的結(jié)構(gòu)。機械手工作時，臂部所受的負荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。其理論驅(qū)動力可按下式計算： 估計參與手臂伸縮運動部件總重量,且重心位置距導(dǎo)向套前端面距離為200mm。由 知，又 則 其中： L——重心距導(dǎo)向套前端距離, a ——導(dǎo)向套長度，300mm 181。=② 的計算：當(dāng)液壓缸的工作壓力小于 ，活塞桿直徑為液壓缸直徑的一半，則活塞和活塞桿都采用O型密封圈，此時液壓缸的密封阻力為：③ 計算： 一般背壓阻力較小，④ 的計算：式中：Δv——由靜止加速到常速的變化量Δt——起動過程時間，～，取Δt=則：得：= 實際驅(qū)動力式中： k——安全系數(shù)，k=2；η——傳力機構(gòu)機械效率，η=.(2) 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖，當(dāng)進入無桿腔 當(dāng)油進入有桿腔液壓缸的有效面積：因此，取D=63mm式中：F——驅(qū)動力 ——液壓缸的工作壓力 d——活塞桿直徑 D——液壓缸內(nèi)徑 η——液壓缸機械效率， 。2. 升降缸的設(shè)計計算① 臂垂直升降運動驅(qū)動力的計算 手臂作垂直運動時，除克服摩擦阻力和慣性力之外，還要克服臂部運動部件的重力，故其驅(qū)動力可按下式計算： 其中： ——各支承處的摩擦力（N），f=； ——同上， ——同上， —— G——臂部運動部件及工件的總重量（N），490N； 177。則：得出，F(xiàn)=727N② 結(jié)構(gòu)尺寸的確定缸內(nèi)徑計算：，取D=160mm根據(jù)強度要求，計算活塞桿直徑d: ，結(jié)構(gòu)上，活塞桿內(nèi)部裝有花鍵及花鍵套，能實現(xiàn)導(dǎo)向作用，同時可使活塞桿在升降運動中傳動平穩(wěn)，且獲得較大剛度。3. 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計計算① 臂部回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩的計算臂部回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩應(yīng)根據(jù)啟動時產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支承處的摩擦力矩來計算。直接計入回轉(zhuǎn)缸效率中，則 ， 式中： ——角速度變化量（rad/s） ——啟動過程時間，～,取 ——手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量。對于形狀復(fù)雜的零件，可劃分為幾個簡單的零件分別進行計算，其中有的部分可當(dāng)作質(zhì)點計算。四、 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(一) 液壓系統(tǒng)簡介 機械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進入油缸，推動活塞桿運動，從而使手臂作伸縮、升降等運動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機械能。手臂做各種運動的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。 （二）液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成： ① 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)工作。手臂做直線運動，液動機就是手臂伸縮油缸。的液動機，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動油缸）。 (三)機械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。1 壓力控制回路 ① 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。此機械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 ④ 平衡與鎖緊回路 在機械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機構(gòu)的自重給以平衡。本機械手采用單向順序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。其作用有二：第一是保護油泵。當(dāng)一旦電機停止轉(zhuǎn)動，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。 2 速度控制回路 液壓機械手各種運動速度的控制，主要是改變進入油缸的流量Q。本機械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點是：簡單可靠、調(diào)速范圍較大、價格便宜。 采用節(jié)流閥進行節(jié)流調(diào)速時，負荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負荷變化會引起節(jié)流閥進出油口的壓差變化，因而