【正文】 工件的夾緊力可按公式計算： 1 2 3NF K K K G? （ ） 式中： —— 安全系數(shù)，通常 ～ ； —— 工作情況系數(shù)，主要考慮 慣性力的影響。 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 18 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 表 31 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 小于 5000 ～ 1 20210～ 30000 ～ 5000～ 10000 ～ 30000～ 50000 ～ 10000～ 20210 ～ 50000 ～ 表 32 液 壓 缸 的 內(nèi) 徑 系 列 （ JB82666 ） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 計算： （ 1）取 a=35mm,b=50mm,，機械手達到最高響 應(yīng)時間為 ，求夾緊力 FN 和驅(qū)動力 F 和驅(qū)動液壓缸的尺寸。 本章小結(jié) 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 19 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 本章主要針對手部結(jié)構(gòu)展開討論，根據(jù)手部夾持器的結(jié)構(gòu)形式（夾持式和吸附式）及手部設(shè)計的基本要求選擇手爪類型為雙支點連桿杠桿手部。 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 20 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 4 章 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 腕部設(shè)計的基本要求 （ 1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 （ 3）必須考慮工作條件 對于本次設(shè)計，搬運機器人的工作條件是在工作場合中搬運質(zhì)量為 20Kg 的物 體，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對搬運機器人的腕部沒有太多不利因素?；剞D(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于 270176。 (2)齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)在要求回轉(zhuǎn)角大于 270176。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 (4)機 液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 腕部設(shè)計考慮的參數(shù)：夾取工件重量 20Kg；回轉(zhuǎn)。按照任務(wù)書要求實現(xiàn)腕 部回轉(zhuǎn) 180176。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力： ? ? ? ?2 2 2 22 2 6 1 . 1 1 7 . 3 50 . 0 6 6 0 . 0 5 5 0 . 0 2 2 5MP M p ab R r ?? ? ?? ? ?，選擇 8Mpa 圖 42 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意圖 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 23 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 43 缸蓋螺釘間距示意圖 表 43 螺釘間距 t與壓力 P之間的關(guān)系 [20] 缸蓋螺釘?shù)挠嬎悖鐖D 43 所示， t 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強有關(guān)，見表43， 在這種聯(lián)接中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 : 0 39。 危險截面的面積： ? () 所以 : 螺釘材料選擇 Q235， (n=～ ） 工作壓力 P（ Mpa） 螺釘?shù)拈g距 t(mm) ～ 小于 150 ～ 小于 120 ～ 小于 100 ～ 小于 80 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 24 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 螺釘?shù)闹睆剑? （ ） = 螺釘?shù)闹睆竭x 用 M10。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 螺釘?shù)膹姸葪l件 為 ： () 或 () 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)得 ： 螺釘材料選擇 Q235，則 （ n=～ ） 螺釘?shù)闹睆?： = 螺釘?shù)闹睆竭x 用 M10。首先，根據(jù)腕部設(shè)計的基本要求選擇與本次設(shè)計相符合的腕部結(jié)構(gòu)；然后，按照給定的技術(shù)參數(shù)進行設(shè)計計算；最后，確定了腕部回轉(zhuǎn)所需的回轉(zhuǎn)力矩、選用回轉(zhuǎn)缸以及選取各關(guān)鍵部位螺栓的計算。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。本章敘述手臂的伸縮運動， 手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動設(shè)置在機身處，將在下一章祥述。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。 臂部設(shè)計的基本要求 臂部設(shè)計首先要實現(xiàn)所要求的運動，為此，需要滿足下列各項基本要求： 一、 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 對于機械手臂部或機身的承載能力，通常取決于其剛度。顯然伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度愈差。對機械手的運動性能、位置精度和負荷能力影響很大。 （ 1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸； （ 2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離； （ 3）合理布 置作用力的位置和方向； （ 4）注意簡化結(jié)構(gòu)； （ 5）提高配合精度。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在內(nèi)，大部分平均移動速度為，平均回轉(zhuǎn)角速度在。減少慣量具體有 4 個途徑 [8]： （ 1）減 少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料； （ 2）減少臂部運動件的輪廓尺寸； （ 3） 減少回轉(zhuǎn)半徑 ρ，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮）， 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 27 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 盡可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作； (4）在驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)緩沖裝置。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導(dǎo)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(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。 四、 位置精度要求高 一般來說，直角和圓柱坐標(biāo)式機械手位置精度要求較高；關(guān)節(jié)式機械手的位置精度最難控制，故精度差；在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測結(jié)構(gòu)，能較好地控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動、嚙合件間的間隙。 以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問 題，只有這樣，才能設(shè)計出完美的、性能良好的機械手。 手臂運動機構(gòu)的選擇 通過以上，綜合考慮，本次設(shè)計選擇液壓缸伸縮機構(gòu)，使用液壓驅(qū)動 ,水平伸縮液壓缸選用伸縮式液 壓缸；豎直伸縮液壓缸選用雙作用活塞缸。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。 液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算公式可表示為： () 手臂摩擦力的分析與計算 摩擦力的計算不同的配置和不同的導(dǎo)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。39。 2 LaFG a? ????? ????總摩 () 式中 參 與運動的零部件所受的總重力（含工件）（ N）； L手臂與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（ m） ,參考上一節(jié)的計算； a導(dǎo)向支撐的長度（ m）； 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān) ； 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 29 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 對于圓柱面： μ摩擦系數(shù)，對于 靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 μ=～ 鋼對鑄鐵：取 μ=～ 選取： ， G=500N， L==, 導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計為 。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸： 液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖 52 所示 胡業(yè)明 07 食工 5 機器人概論課程說明書 30 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 52 雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)油進入無桿腔： （ ） 當(dāng)油進入有桿腔中 ： () 其中：為機械效率。 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 6114 6 2 1 01 . 1 3 1 . 1 3 0 . 0 6 4 6 00 . 9 5 2 1 0FFDmpp???? ? ? ??? 根據(jù)表 41（ JB82666），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D=65mm。 活塞桿的計算校核 一、 活塞桿強度校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強