【正文】 21 可知， V形手指夾緊圓棒料時，握力的計算公式 N=，綜合前面驅動力的計算方法，可求出驅動力的大小。 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 300 牛頓， V型鉗口的夾角為 120176。時，拉緊油缸的驅動力 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==150（ N） 選取 b=50 c=30 由 連桿 杠桿式結構的驅動力計算公式 P=2btgα N/c 得 P=P 計算 =2179。 tg（ 30176。 150／ 30≈ （ N） P 實際 =P 計算 K1K2/η 取 η=, K1=, K2=1+1000/9810≈ 18 則 P 實際 =179。 ≈ (N) 夾緊裝置是使手指夾緊工件的動力裝置，此外，選用液壓驅動，為單向作用缸，回程用彈簧驅動，手指夾緊工件時，缸的驅動力為 P 推 =D2Pπ／ 4 其中 D—— 活塞直徑，選取 直徑 28mm 的液壓缸 P—— 驅動流體壓力 ，選取 P=1MPa 計算可得： P 推 =282179。π／ 4=（ N） P 推 ＞ P 實際 故夾緊缸的選擇滿足題目要求 兩支點回轉式鉗爪的定位誤差的分析 圖 2 帶浮動鉗口的鉗爪 19 鉗口與鉗爪的連接點 E 為鉸鏈聯(lián)結 ,如圖示幾何關系 ,若設鉗爪對稱中心 O 到工件中心 O′的距離為 x,則 x= 22 )s in/( abRl ??? ? 當工件直徑變化時 ,x 的變化量即為定位誤差 △,設工件半徑 R 由 Rmax變化到 Rmin時 ,其最大定位誤差為 △=∣ 22 )s inm a x /( abRl ??? ? 22 )s inm in /( abRl ??? ?∣ 其中 l=50mm ,b=10mm ,a=45mm ,2? =120176。設計腕部時要注意以下幾點： ① 結構緊湊，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 要適應工作環(huán)境的需要。 腕部的結構形式 本機械手采用回轉油缸驅動實現(xiàn)腕部回轉運動，結構緊湊、體積小，但密封性差，回轉角度為 180176。夾緊缸體也指座固連成一體。 驅動力矩 的計算 驅動手腕回轉時的驅動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉動的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。 m） 式中 M 驅 ——驅動手腕轉動的驅動力矩 M 慣 ——慣性力矩 （ N178。 m） M 摩 ——手腕轉動軸與支承孔處的摩擦力矩 （ N178。 m） 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩 M偏 M 偏 =G1 e （ ） 21 式中 G1——工件重量（ N） e——偏心距（即工件重心到碗回轉中心線的垂直距離），當工件重心與手腕回轉中心線重合時， M 偏為零 當 e=， G1=300N時 M 偏 =6（ Nm） 式中 ? ——手腕回轉角速度 （ 1/s） T——手腕啟動過程中所用時間（ s），（假定啟動過程中近為加速運動） J——手腕回轉部件對回轉軸線的轉動慣量（ kgm2 ） 按已知計算得 J=， J 工件 =， ? =,t=2 故 M 慣 = （ Nm） 式中 ? ——啟動過程所轉過的角度（ rad） 。 考慮到驅動缸密封摩擦損失等因素，一般將 M 取大一些，可取 M =∽ （ M 慣 +M 偏 +M 摩 ） （ ） M = *（ ++） = （ ） 第四章 臂部的結構 手臂 部件是機械手的主要握持部件。手臂運動應該包括 3個運動：伸縮、回轉和升降。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。因此，一般來說臂部應該具備 3個自由度才能滿足基 22 本要求，既手臂伸縮、左右回轉、和升降運動。因此，它的結構、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。 （ 2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。 （ 4） 注意簡化結構。 二、 臂部運動速度要高，慣性要小 機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平。在速度和回轉角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。 （ 2） 減少臂部運動件的輪廓尺寸。 （ 4） 驅動系統(tǒng)中設有緩沖裝置。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降 支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構卡死（自鎖現(xiàn)象）。 23 手臂的典型機構以及結構的選擇 手臂的典型運動機構 常見的手臂伸縮機構有以下幾種： （ 1） 雙導桿手臂伸縮機構。 （ 3） 雙活塞桿液壓崗結構。 手臂運動機構的選擇 通過以上，綜合考慮，本設計選擇雙導桿伸縮機構，使用液壓驅動 ,液壓缸選取雙作用液壓缸。如此反復，繪出最終的結構。液壓缸活塞的驅動力的計算。臂部運動時，運動件表面間的摩擦力，如導向裝置、活塞和缸壁等處的阻力。 P回 油缸回油腔低壓油造成的阻力 (N)，一般背壓阻力較小，可取 P回 =。 手臂摩擦力的分析與計算 分析： 24 摩擦力的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。 圖 機械手臂部受力示意 計算如下： 不同的配置和不同的導向截面形狀， P摩是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算，本案為圓柱面雙導向桿導向，導向桿對稱配置在油缸兩側的水平伸縮缸，起動時，導向裝置處的摩擦阻力較大，由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。39。 2 LaPG a? ????? ????總摩 式中 G總 — — 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（ N）； 25 L—— 手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（ m） a—— 導向支撐的長度（ m） 。? —— 當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面有關。 4 ?? ? ????? ? ????? ? —— 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 ?? 鋼對鑄鐵：取 ? ? 計算： 導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵 39。 2 2 825 0 10 12 . 8LP G Na? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?總摩 手臂慣性力的計算 本設計要求手臂平動是 V=,在計算慣性力的時候 ,設置啟動時間 ?? ，啟動速度 ? V=V=, GvP gt?? ?總慣 GvP gt?? ?總慣 25 0 / 15 . m s NN K g S???? 密封裝置的摩擦阻力 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用 O型密封，當液壓缸工作壓力小于 10Mpa，活塞桿直徑為油缸直徑的一半，活塞與活塞桿處都采用 O 形圈密封時，液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： ?封(因手部軸線與臂部伸縮軸線垂直，手部油管不會經(jīng)過臂部，故油管密封不考慮 )。 將有關數(shù)據(jù)代入： 19 1 1 1 7 . 23 4 0 . 82 2 1 0 . 9 6PD m mp? ? ?? ? ? ??? 根據(jù)表 32油缸內(nèi)徑系列（ GB/T234893），選擇標準液壓缸內(nèi)徑， D=50mm. 活塞桿直徑 d=50/3=，圓整為 d=18mm。按中等壁厚進行計算 (16D/δ )： ? ?( 2 .3 )PD CP? ?????計 計 式中 ? 強度系數(shù) (當為無縫鋼管時取值為 1，本案為鑄造式，取值 ) C計入管壁公差及侵蝕的附加厚度 ??? 油缸材料的許用應力 (MPa)； ? ? bn?? ? ，其中 b? 為油缸材料的抗拉強度， n為安全系數(shù)，一般 n=3～ 5 一般常用缸體材料的許用應力 ??? 為： 鍛鋼 ??? =110～ 120MPa 鑄鋼 ??? =60MPa 無縫管 ??? =100～ 110MPa 代入數(shù)據(jù)： ? ? 1 . 3 1 5 0 2 2 . 7( 2 . 3 ) ( 2 . 3 6 0 1 . 3 1 ) 0 . 7PD C m mP? ?? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ?計 計 圓整為 3mm，即缸體外徑 56mm。對于桿長 L大于直徑 d的 15倍以上，按拉、壓強度計算： ? ?24Pd????? 28 設計中活塞桿取材料為碳剛，故 ??? 100 120 Mpa? ，活塞直徑 d=18mm,L=1000mm,現(xiàn)在進行校核。 ②穩(wěn)定性校核 本案 L15d，應進行穩(wěn)定性校核。 kkPP n? 式中 kP 臨界力 (N) kn 安全系數(shù)，一般取 2～ 4 本案中，10 .5 1 0 0 0 1 1 1 .1 1 1 1 0 5184li????? ? ? ? ?，故按大柔度桿計算 22 2210000 9 4 2 7 2 01 1 1 . 1 1 1k EP F N?? ?? ?? ? ? ? 式中 ? 活塞桿計算柔度 l 活塞桿長度 (mm)，本案取值 1000mm i 活塞桿橫截面的慣性半徑，取值為 d/4 F活塞桿截面積 E彈性模量 (MPa) E=210000 ? 長度折算系數(shù)，本案取值 1? 特定柔度值，本案取 105 將 kP 值代入： 42720 10 68 0 10 76 .44kkP N P Nn ? ? ? 故穩(wěn)定性符合要求。一般實現(xiàn)手臂的回轉和升降運動，這些運動的傳動機構都安在機身上，或者直接構 成機身的軀干與底座相連。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。為了設計出合理的運動機構，就要綜合考慮，分析。常用的機身結構有以下幾種： （ 1） 回轉缸置于升降之下的結構。其缺點是回轉運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉精度的影響較大。這種結構采用單缸活塞桿，內(nèi)部導向，結構緊湊。 （ 3） 活塞缸和齒條齒輪機構。 分析： 經(jīng)過綜合考慮，本設計選用回轉缸置于升降缸之上的結構。如圖 所示，回轉機構置于升降缸之上的機身結構?；剞D缸的轉軸與升降缸的活塞桿是一體的。花鍵軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這種結構是導向桿在內(nèi)部，結構緊湊。 驅動機構是液壓驅動，回轉缸通過兩個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉葉片的兩側來實現(xiàn)葉片回轉。 30 圖 回轉缸置于升降缸之上的機身結構示 意圖 機身回轉機構的設計計算 （ 1） 回轉缸驅動力矩的計算 手臂回轉缸的回轉驅動力矩 M驅 ，應該與手臂運動時所產(chǎn)生的慣性力矩 M慣及各密封裝置處的摩擦阻力矩 M封相平衡。 31 0J —— 手臂回轉部件（ 包括工件）對回轉軸線的轉動慣量（ 2kgm? ）。 本案中手臂回轉零件的重心與回轉軸不重合，其零件對轉動軸的轉動慣量為 20 c GJJg ??? 式中 cJ —— 回轉零件對過重心軸線的轉動慣量，由于回轉零件的不同， cJ 計算公式不同，針對本案，回轉部件可以等效為一個長 l=，半徑 R= 的圓柱體，重量為 40kg 的圓柱體。針對本案，估計 ? = G 回轉件的重量，針對本案，估計 G=80kg