【正文】 基礎(chǔ)》中表 21 可知， V 形手指夾緊圓棒料時，握力的計算公式 N=，綜合前面驅(qū)動力的計算方法，可求出驅(qū)動力的大小。 本機械手的工件只做水平和垂直平移，當它的移動速度為 500毫米 /秒，移動加速度為 1000 毫米 /秒 2 ，工件重量 G為 490 牛頓， V 型鉗口的夾角為 120176。 時，拉緊油缸的驅(qū)動力 P 和 P 實際計算如下： 根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當量夾緊力計算公式 N= 把已知條件代入得當量夾緊力為 N=245（ N） 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力計算公式 [11] P=2b(cosα) 2 N/a 得 P=P 計算 =2179。) 2 179。 179。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 ② 轉(zhuǎn)動靈 活，密封性要好 ③ 注意解決好腕部 和 手部、臂部的連接 ④ 各個自由度的位置檢測、管線的布置 ⑤ 腕部的 潤滑、維修、調(diào)整 ⑥ 要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。 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。 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞 x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油 (氣 )缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)液壓缸。 手腕是操作機的小臂 (上臂 )和末端執(zhí)行器 (手爪 )之間的連接部件。故手腕也稱作機器人的姿態(tài)機構(gòu)。 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： M 驅(qū) =M 慣 +M 偏 +M 摩 （ ） （ 4） 式中 M 驅(qū) —— 驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 12 圖 2 機械手的腕部結(jié)構(gòu) Fig 2 Structure of robot wrist M 慣 —— 慣性力矩 （ ） M 偏 —— 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 （ ） M 摩 — — 手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦力矩 （ ） ⑴ 摩擦阻力矩 M 摩 M 摩 = f（ N1D1+N2D2） /2 （ ） （ 5） 式中 f—— 軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承取 f=，滑動軸承取 f=[13]； 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=98N e= 時 M 摩 =179。 +800179。m ） ⑶ 腕部啟動時的慣性阻力矩 M 慣 ① 當知道手腕回轉(zhuǎn)角速度 ? 時，可用下式計算 M 慣 M 慣 =（ J+J 工件 ） t? （ N178。m 2 ） J 工件 —— 工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （ kg178。m ） ② 當知道啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度 ? 時，也可以用下面的公式計算 M 慣 ： M 慣 =（ J+J 工件 ）??22 （ N178。 ? —— 手腕回轉(zhuǎn)角速度 （ rad /s）。 （ ++） = （ ） 臂 部的結(jié)構(gòu) 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，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。同時，設(shè)計時必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實心軸大得多。 ② 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動中，沿運動軸線發(fā)生相對運動，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計方形、花鍵等形式的臂桿。為提高機器 人的運動速度，要盡量減少臂部運動部分的重量，以減少偏重力矩和整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。故應(yīng)盡量減少小臂部運動部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時要采取一定的緩沖措施。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。 平衡裝置 15 在本設(shè)計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮液壓缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和液壓缸的運行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使 兩端盡量接近平衡。由于啟動過程一般不是等加速度運動，故最大驅(qū)動力矩要比理論平均值大一些，一般取平均值的 倍。m) （ 9） 式中 Mm—— 各支承處的總摩擦力矩 ，可以忽略不計 ； Mg—— 啟動時慣性力矩，一般按下式計算： Mg = J t?? (N178。m 2 ） [14]。 △t —— 回轉(zhuǎn)臂啟動時間（ s） J = J 水平臂部 + J 垂平臂部 + J 旋轉(zhuǎn)缸 查表，由公式（ 9）、（ 10）得： J = J 水平臂部 + J 垂平臂部 + J 旋轉(zhuǎn)缸 = ? ? ? ?2222 212 mdJrRmlMzc ????? = ? ? ? ?22222 ??????? = qM = ? ? ? ?mNmN ????? ? 查第四卷表 17598 選取 YMD500擺動液壓缸 旋轉(zhuǎn)腰座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計時要有足夠的 剛度和穩(wěn)定性，運動要靈活，結(jié)構(gòu)布置要合理，便于裝卸。由擺動液壓馬達輸出低速的回轉(zhuǎn)運動帶動與之相關(guān)聯(lián)的腰座回轉(zhuǎn)殼體實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動。 17 驅(qū)動力矩的計算 查表，由公式（ 9）、（ 10）得： J = J 水平臂部 + J 垂平臂部 + J 旋轉(zhuǎn)缸 = ? ? ? ?2222 212 mdJrRmlMzc ????? = ? ? ? ?22222 ???????= qM = ? ? ? ?mNmN ????? ? 查手冊 第四卷表 17598 選取 YMD1000擺動液壓馬達 6 軸承的設(shè)計 軸承的選擇 軸承所受的載荷以軸向載荷為主，并且由于整體結(jié)構(gòu)的原因，可能會引起軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差，因此考慮用推力調(diào)心滾子軸承，它允許軸圈對座圈軸線偏斜量 ?? — ? 推力調(diào)心滾子軸承（ 290000型） 軸承的計算 已知載荷 ???? 7 3 3 3GP ? 轉(zhuǎn)速為 s?10 ，翻轉(zhuǎn) ?90 m in5604 360120 rn ?? ?? （ 11） 取預(yù)期計算壽命 ，則基本額定動載荷連續(xù)工作 )24(5000 0 hhL h ?? ? 61060 ???? hnLPC （ N） （ 12） 對于滾子軸承， 310?? ， 則 由公式（ 12）得 310 6 ?????C （ N） 取溫度系數(shù) 1?tf （軸承工作溫度 C??100 ） ，則 NCC t ?? 載荷性質(zhì)為無沖擊或輕微沖擊，則可取載荷系數(shù) ?pf 故實際的當量動載荷 P=P? pf =? = N 18 軸承的校核 軸承的壽命計算公式如下： hPCnLh ???????? 6010 6 （ 13） 式中： hL — 軸承的額定壽命（ h） P— 當量動負荷， P= ε — 壽命指數(shù)，對滾子軸承， ε =10/3 C— 額定動負荷（ N） [16] 其中 TnFh ff ffC ??? P （ N） （ 14） hf —— 壽命系數(shù)，查表 232，得 hf =4 （滾子軸承， hL =50000h。 Tf —— 溫度系數(shù)，查表 234，得 Tf =1 （工作溫度 C??100 ） Ff —— 負載系數(shù)，查表 235，得 Ff = （無沖擊或輕微沖擊） 則由公式 （ 14） NC ????? 所以由公式 （ 13） ??????????? hh LhL 2 0 9 7 5 2 8 8 9 2 8560103106 故所選軸承滿 足壽命要求。 回轉(zhuǎn)軸的載荷計算 首先根據(jù)軸的機構(gòu)圖作出軸的計算簡圖，確定軸承的支點位置，根據(jù)軸的計算簡圖 作出軸的彎矩圖和扭矩圖。 19 表 1 軸的受力分析 Table 1 Force analysis of shaft 載荷 水平面 垂直面 支反力 F NFNH ? NFNV ? 彎矩 M mmNM H ?? 8 0 8 1 4 mmNM V ?? 85125 總彎矩 mmNM ???? 5 3 9 0 0 01 8 5 1 2 8 0 8 1 4 22 扭矩 T T=166845 mmN? 進行校核時，通常只校核軸上最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 C）的強度，根據(jù)以上數(shù)值，并取α =，軸的計算應(yīng)力