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XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 I 頁 共 Ⅱ 頁 目錄 1 緒論 ..............................................................................................................................1 1.1 機械手概述 ................................................................................................................1 1.2 機械手的組成和分類 ................................................................................................2 1.2.1 機械手的組成 ........................................................................................................2 1.2.2 機械手的分類 ........................................................................................................4 1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況 ........................................................................................................6 1.4 課題的提出及主要任務 ............................................................................................8 1.4.1 課題的提出 ............................................................................................................8 1.4.2 課題的主要任務 ....................................................................................................9 2 機械手的設計方案 ....................................................................................................10 2.1 機械手的座標型式與自由度 ..................................................................................10 2.2 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設計 ..................................................................................10 2.3 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設計 ..................................................................................10 2.4 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設計 ..................................................................................10 2.5 機械手的驅(qū)動方案設計 ..........................................................................................11 2.6 機械手的控制方案設計 ..........................................................................................11 2.7 機械手的主要參數(shù) ..................................................................................................11 2.8 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 ..........................................................................................11 3 手部結(jié)構(gòu)設計 ............................................................................................................14 3.1 夾持式手部結(jié)構(gòu) ......................................................................................................14 3.1.1 手指的形狀和分類 ..............................................................................................14 3.1.2 設計時考慮的幾個問題 ......................................................................................14 3.1.3 手部夾緊氣缸的設計 ..........................................................................................15 3.2 氣流負壓式吸盤 ......................................................................................................18 4 手腕結(jié)構(gòu)設計 ............................................................................................................21 4.1 手腕的自由度 ..........................................................................................................21 4.2 手腕的驅(qū)動力矩的計算 ..........................................................................................21 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 II 頁 共 Ⅱ 頁 4.2.1 手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩 ..............................................................................21 5 手臂結(jié)構(gòu)設計 ............................................................................................................25 5.1 手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分 .....................................................................................25 5.1.1 結(jié)構(gòu)設計 ..............................................................................................................25 5.1.2 導向裝置 ..............................................................................................................26 5.1.3 手臂伸縮驅(qū)動力的計 ..........................................................................................26 5.2 手臂升降和回轉(zhuǎn)部分 .............................................................................................27 5.2.1 結(jié)構(gòu)設計 ..............................................................................................................27 5.3 手臂伸縮氣缸的設計 .............................................................................................28 5.4 手臂伸縮、升降用液壓緩沖器 .............................................................................31 5.5 手臂回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器 .........................................................................................32 6 結(jié)論 ............................................................................................................................33 參考文獻 ..........................................................................................................................34 致謝 ..................................................................................................................................36 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 共 36 頁 1 緒論 1.1 機械手概述 工業(yè)機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu) 成,是一種仿人操作,自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機 電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、 提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重 要的作用。 機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學、信息和傳感技術(shù)、人工智能、 仿生學等多學科而形成的高新技術(shù),是當代研究十分活躍,應用日益廣泛的領域。 機器人應用情況,是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動,而是綜合了人的特長和機器特 長的一種擬人的電子機械裝置,既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力, 又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力,從某種意義上說它 也是機器的進化過程產(chǎn)物,它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設各,也 是先進制造技術(shù)領域不可缺少的自動化設備。 機械手是模仿著人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、 搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。 生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強度、 保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、 有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中,它代替人進行正常的工作,意義更為重大。 因此,在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工 業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用 [1]。 機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單,專用性較強,僅為某臺機床的上下料裝置, 是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,制成了能夠獨立的按程序 控制實現(xiàn)重復操作,適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”,簡稱通用機械 手。由于通用機械手能很快的改變工作程序,適應性較強,所以它在不斷變換生 產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用 [2]。 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 2 頁 共 36 頁 1.2 機械手的組成和分類 1.2.1 機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。 各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 1.1 所示。 控制系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 被抓取工件執(zhí)行機構(gòu) 位置檢測裝置 圖 1.1 機械手的組成方框圖 (一)執(zhí)行機構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件,有的還增設行走機構(gòu)。 1、手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同,可分為夾持式和吸附式 手部。夾持式手部由手指(或手爪) 和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的 構(gòu)件,常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?;剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單,制造容易 構(gòu)件,故應用較廣泛平移型應用較少,其原因是結(jié)構(gòu)比較復雜,但平移型手指夾 持圓形零件時,工件直徑變化不影響其軸心的位置,因此適宜夾持直徑變化范圍 大的工件。 手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件 的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V 形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指 數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構(gòu)型式較 常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母多,式 彈簧式和重力式等。 附式手部主要由吸盤等構(gòu)成,它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負壓或產(chǎn)生電吸磁 力)吸附物件,相應的吸附式手部有負壓吸盤和電磁盤兩類。 對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等,通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 3 頁 共 36 頁 式有氣流負壓式和真空泵式。 對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件,以及有網(wǎng)孔狀的板料等,通常用電磁 吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。 用負壓吸盤和電磁吸盤吸料,其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小,根據(jù)被吸 附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。 此外,根據(jù)特殊需要,手部還有勺式(如澆鑄機械手的澆包部分)、托式(如冷 齒輪機床上下料機械手的手部)等型式。 2、手腕 是連接手部和手臂的部件,并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)。 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓 取物件,并按預定要求將其搬運到指定的位置。工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手 臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等)與 驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合,以實現(xiàn)手臂的各種運動。 手臂可能實現(xiàn)的運動如下: 手臂運動 基本運動 復合運動 直線運動與回轉(zhuǎn)運動的組合(即螺旋運動) 兩直線運動的組合(即平面運動 ) 回轉(zhuǎn)運動:如水平回轉(zhuǎn)、左右擺動運動 直線運動:如伸縮、升降、橫移運動 兩回轉(zhuǎn)運動的組合(即空間曲面運動 )。 手臂在進行伸縮或升降運動時,為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動,都需要有導向裝 置,以保證手指按正確方向運動。此外,導向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩 和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩,使運動部件 受力狀態(tài)簡單。 導向裝置結(jié)構(gòu)形式,常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和 V 形槽、燕尾槽等 導向型式。 4、立柱 立柱是支承手臂的部件,立柱也可以是手臂的一部分,手臂的回轉(zhuǎn)運動和升 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 4 頁 共 36 頁 降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立往通常為固定不動的,但因 工作需要,有時也可作橫向移動,即稱為可移式立柱。 5、行走機構(gòu) 當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作,或擴大使用范圍時,可在機座上安 裝滾輪、軌道等行走機構(gòu),以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾輪式行走機構(gòu)可分 為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。 6、機座 機座是機械手的基礎部分,機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機 座上,故起支撐和連接的作用。 (二)驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置,通常由動力源、控制 調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和 機械傳動等四中形式。 (三)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。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(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng) 有電氣控制和射流控制兩種,它支配著機械手按規(guī)定的程序運動,并記憶人們給 予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間),同時按其控制 系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令,必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視,當動作有 錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 (四)位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置,并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制 系統(tǒng),并與設定的位置進行比較,然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整,從而使執(zhí)行機構(gòu) 以一定的精度達到設定位置 [3]。 1.2.2 機械手的分類 工業(yè)機械手的種類很多,關(guān)于分類的問題,目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準, 在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。 (一)按用途分 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種: XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 5 頁 共 36 頁 1、專用機械手 它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械 手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點,適用于大 附屬,如自動機床、自動線的上、下料機械手和‘加工中心”批量的自動化生產(chǎn) 的自動換刀機械手。 2、通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。通過 調(diào)整可在不同場合使用,驅(qū)動系統(tǒng)和格性能范圍內(nèi),其動作程序是可變的,控制 系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、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的生產(chǎn)。 通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以 “開一關(guān)”式控制定位,只能是點位控制:伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng), 可以點位控制,也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制,一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類 型。 (二)按驅(qū)動方式分 1、液壓傳動機械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百 公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格,不然油的 泄漏對機械手的工作性能有很大的影響,且不宜在高溫、低溫下工作。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,但是電 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。其主 要特點是:介質(zhì)來源極為方便,輸出力小,氣動動作迅速,結(jié)構(gòu)簡單,成本低。但 是,由于空氣具有可壓縮的特性,工作速度的穩(wěn)定性較差,沖擊大,而且氣源壓 力較低,抓重一般在 30 公斤以下,在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大, 所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 3、機械傳動機械手 即由機械傳動機構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)動的機械手。 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。它主要特 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 6 頁 共 36 頁 點是運動準確可靠,動作頻率大,但結(jié)構(gòu)較大,動作程序不可變。它常被用于工 作主機的上、下料。 4、電力傳動機械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運 動的機械手,因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu),故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械 手的運動速度快和行程長,維護和使用方便。此類機械手目前還不多,但有發(fā)展 前途。 (三)按控制方式分 1、點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動,只能控制運動過程中幾個點的位置,不 能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多,則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復雜性。目 前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線,其特點是設定點為無限的,整個移動 過程處于控制之下,可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動,并且使用范圍廣,但電氣控制 系統(tǒng)復雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制 [4]。 1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況 國外機器人領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢: (1)工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修), 而單機價格不斷下降,平均單機價格從 91 年的 10.3 萬美元降至 97 年的 65 萬美 元。 (2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、 檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機;國外已 有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 (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)絡化;器件集成度提高,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。 (4)機器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 7 頁 共 36 頁 感器外,裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機器人則采用 視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳 感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。 (5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預演發(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。 (6)當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者 與機器人的人機交互控制,即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng), 使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器 人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。 (7)機器人化機械開始興起。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用的領域。我國的 工業(yè)機器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下通過“七五”、 “八五”科技攻關(guān),目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術(shù)、控制系統(tǒng) 硬件和軟件設計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件, 開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有 130 多臺套噴漆機器人在 二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應用,弧焊機器人己應用 在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看,我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的 水平和國外比還有一定的距離,如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機器人應用工程起步較 晚,應用領域窄,生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距;在應用規(guī)模上,我國己安裝的 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。以上原因主要是沒 有形成機器人產(chǎn)業(yè),當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求,“一客戶,一次 重新設計”,品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也 不低,而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。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、模塊化設計,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。其 中最為突出的是水下機器人,6000m 水下無纜機器人的成果居世界領先水平,還 開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種: 在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術(shù)的開發(fā)應用上開展了不少工作,有 了一定的發(fā)展基礎。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 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 8 頁 共 36 頁 控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步,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 [5]。 1.4 課題的提出及主要任務 1.4.1 課題的提出 隨著工業(yè)自動化程度的提高,工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞 動場合必將由機器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動強度,另一方面可以 大大提高勞動生產(chǎn)率。例如,目前在我國的許多中小型汽車生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn) 中,往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料,既費時費力,又影響效率。為此, 我們把上下料機械手作為我們研究的課題。 現(xiàn)在的機械手大多采用液壓傳動,液壓傳動存在以下幾個缺點: (1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等):液 壓傳動易泄漏,不僅污染工作場地,限制其應用范圍,可能引起失火事故,而且 影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。 (2)工作時受溫度變化影響較大。油溫變化時,液體粘度變化,引起運動特性 變化。 (3)因液壓脈動和液體中混入空氣,易產(chǎn)生噪聲。 (4)為了減少泄漏,液壓元件的制造工藝水平要求較高,故價格較高;且使用 維護需要較高技術(shù)水平。 鑒于以上這些缺陷,本機械手擬采用氣壓傳動,氣動技術(shù)有以下優(yōu)點: (1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低,工作介質(zhì)提取容易,而后 排入大氣,處理方便,一般不需設置回收管道和容器:介質(zhì)清潔,管道不易堵塞 不存在介質(zhì)變質(zhì)及補充的問題。 (2)阻力損失和泄漏較小,在壓縮空氣的輸送過程中,阻力損失較小(一般僅 為油路的千分之一),空氣便于集中供應和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那 樣,造成壓力明顯降低和嚴重污染。 (3)動作迅速,反應靈敏。氣動系統(tǒng)一般只需要 0.02s-0.3s 即可建立起所需 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 9 頁 共 36 頁 的壓力和速度。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護,便于自動控制。 (4)能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中,因此,發(fā)生突然斷電等情況時, 機器及其工藝流程不致突然中斷。 (5)工作環(huán)境適應性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣 環(huán)境中,氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越,而且不會因溫度變 化影響傳動及控制性能。 (6)成本低廉。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低,因此降低了氣動元、輔件的材質(zhì) 和加工精度要求,制造容易,成本較低。 傳統(tǒng)觀點認為:由于氣體具有可壓縮性,因此,在氣動伺服系統(tǒng)中要實現(xiàn)高精 度定位比較困難(尤其在高速情況下,似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低, 抓舉力較小。雖然氣動技術(shù)作為機器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受, 而且對于不太復雜的機械手,用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受,但由于氣動 機器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進展過去介紹得不夠,因此在工業(yè)自動化 領域里,對氣動機械手、氣動機器人的實用性和前景存在不少疑慮 [6]。 1.4.2 課題的主要任務 本課題將要完成的主要任務如下: (1)機械手為通用機械手,因此相對于專用機械手來說,它的適用面必須更廣。 (2)選取機械手的座標型式和自由度。 (3)設計出機械手的各執(zhí)行機構(gòu),包括:手部、手腕、手臂等部件的設計。為 了使通用性更強,手部設計成可更換結(jié)構(gòu),既可以用夾持式手指來抓取棒料工件, 又可以用氣流負壓式吸盤來吸取板料工件。 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 36 頁 2 機械手的設計方案 對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾放和搬運物件,這就要求它們 具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在 任意位置都能自動定位等特性。設計氣動機械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工 件)的作業(yè)技術(shù)要求,擬定最合理的作業(yè)工序和工藝,并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境 條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性,定位精度要求,抓取、搬運時的受力特性、 尺寸和質(zhì)量參數(shù)等,從而進一步確定對機械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求;盡量選用 定型的標準組件,簡化設計制造過程,兼顧通用性和專用性,并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換 和編程控制。 本次設計的機械手是通用氣動上下料機械手,是一種適合于成批或中、小批 生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設備,它可用于操作環(huán)境惡劣,勞 動強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。 2.1 機械手的座標型式與自由度 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況,其座標型式可分為直角座標式、 圓柱座標式、球座標式和關(guān)節(jié)式。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮 及回轉(zhuǎn)運動,因此,采用圓柱座標型式。相應的機械手具有三個自由度,為了彌 補升降運動行程較小的缺點,增加手臂擺動機構(gòu),從而增加一個手臂上下擺動的 自由度。 2.2 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設計 為了使機械手的通用性更強,把機械手的手部結(jié)構(gòu)設計成可更換結(jié)構(gòu),當工 件是棒料時,使用夾持式手部;當工件是板料時,使用氣流負壓式吸盤。 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 11 頁 共 36 頁 2.3 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設計 考慮到機械手的通用性,同時由于被抓取工件是水平放置,因此手腕必須設 有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此,手腕設計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運 動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 2.4 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設計 按照抓取工件的要求,本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(或俯仰)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的,立柱的 橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。 2.5 機械手的驅(qū)動方案設計 由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速,反應靈敏,阻力損失和泄漏較小,成本低廉 因此本機械手采用氣壓傳動方式。 2.6 機械手的控制方案設計 考慮到機械手的通用性,同時使用點位控制,因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時,只需改變 PLC 程序即可實 現(xiàn),非常方便快捷 [7]。 2.7 機械手的主要參數(shù) 1、主參數(shù)機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù),目前機械手最大抓重以 10 公斤左右的為數(shù)最多。故該機械手主參數(shù)定為 10 公斤,高速動作時抓重減半。使 用吸盤式手部時可吸附 5 公斤的重物。 2、基本參數(shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出 了要求,設計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素 是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。 該機械手最大移動速度設計為 1. 2m/s,最大回轉(zhuǎn)速度設計為 120o/s。平均 移動速度為 lm/s,平均回轉(zhuǎn)速度為 900/s。 機械手動作時有啟動、停止過程的加、減速度存在,用速度一行程曲線來說 明速度特性較為全面,因為平均速度與行程有關(guān),故用平均速度表示速度的快慢 更為符合速度特性。 除了運動速度以外,手臂設計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分 機械手設計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 12 頁 共 36 頁 工作半徑,必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝 置為好。根據(jù)統(tǒng)計和比較,該機械手手臂的伸縮行程定為 600mm,最大工作半徑約 為 1500mm,手臂安裝前后可調(diào) 200mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為 2400(應大于 1800,否則需安裝多只手臂),又由于該機械手設計成手臂安裝范圍可調(diào),從而擴 大了它的使用范圍。手臂升降行程定為 150mm。定位精度也是基本參數(shù)之一。該 機械手的定位精度為土 0. 5—±1 mm。 2.8 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途: 用于 100 噸以上沖床上下料。 二、設計技術(shù)參數(shù): 1、抓重 10 公斤(夾持式手部) 5 公斤(氣流負壓式吸盤) 2、自由度數(shù) 4 個自由度 3、座標型式 圓柱座標 4、最大工作半徑 1500mm 5、手臂最大中心高 1380mm 6、手臂運動參數(shù) 伸縮行程 600mm 伸縮速度 500mn/s 升降行程 200mm 升降速度 300mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 00 -2400 回轉(zhuǎn)速度 900/s 7、手腕運動參數(shù) XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 13 頁 共 36 頁 回轉(zhuǎn)范圍 0 0--1800 回轉(zhuǎn)速度 1800/s 8、手指夾持范圍 棒料:Ф80—Ф150mm 片料:面積不大于 0. 5㎡ 9、定位精度 士 0. 5mm 10、緩沖方式 液壓緩沖器 11、傳動方式 氣壓傳動 12、控制方式 點位程序控制(采用 PLC) XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 36 頁 3 手部結(jié)構(gòu)設計 為了使機械手的通用性更強,把機械手的手部結(jié)構(gòu)設計成可更換結(jié)構(gòu),當工 件是棒料時,使用夾持式手部:當工件是板料時,使用氣流負壓式吸盤。 3.1 夾持式手部結(jié)構(gòu) 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多, 如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。 3.1.1 手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種,其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指 夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作, 手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型,二支點回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進型),其中以二支點 回轉(zhuǎn)型為基本型式。當二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時, 就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指;同理,當二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時, 就成為移動型?;剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小,結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,應用廣泛。移動 型應用較少,其結(jié)構(gòu)比較復雜龐大,當移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響 其軸心的位置,能適應不同直徑的工件。 3.1.2 設計時考慮的幾個問題 (一)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。 (二)手指間應具有一定的開閉角 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 15 頁 共 36 頁 P兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應保證工件能順利進入或脫開,若夾持不同直徑的工件,應按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。 (三)保證工件準確定位為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置,必須根據(jù)被抓取工件的形狀,選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指,以便自動定心。(四)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,要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形,當應盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊,自重輕,并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上,以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳 [8]。(五)考慮被抓取對象的要求根據(jù)機械手的工作需要,通過比較,我們采用的機械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點兩指回轉(zhuǎn)型,由于工件多為圓柱形,故手指形狀設計成 V 型,其結(jié)構(gòu)如附圖所示。3.1.3 手部夾緊氣缸的設計1、手部驅(qū)動力計算 [9]本課題氣動機械手的手部結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所示,其工件重量 G=10㎏,“V”形手指的角度 2θ =120 0,b=120mm,R=24mm,摩擦系數(shù)為 f=0. 1。 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 16 頁 共 36 頁 2bpNR??00.5()0.51(6542')(NGtgtgN???????29bpNR??12KP??實 際 2ag????1.549063pN?? 實 際 214tzDPFF?????1 tfFcS??4318fGdCDn2? 圖 3.1 齒輪齒條式手部 (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖,其驅(qū)動力為: (2)根據(jù)手指夾持工件的方位,可得握力計算公式: 所以: (3)實際驅(qū)動力: 因為傳力機構(gòu)為齒輪齒條傳動,故取 η=0. 94,并取 K1=1. 5 。若被抓取工 件的最大加速度取 a= g 時,則: 所以: 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為 1563N。 2、氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理,單向作用氣缸活塞桿上的輸出 推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力,其公式為: 式中:F 1—活塞桿上的推力,N Ft—彈簧反作用力,N Fz—氣缸工作時的總阻力,N P—氣缸工作壓力,Pa 彈簧反作用按下式計算: 式中:C f—彈簧剛度,N/m 1—彈簧預壓縮量,m XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 17 頁 共 36 頁 214tDpF??????1tp???????413879.0.534/801356/fGdCDnNm?????????? 3137.4026tfFS?????1tDp????????1/42Fd??? 1? S—活塞行程,m d1—彈簧鋼絲直徑,m D1—彈簧平均直徑,. D2—彈簧外徑,m n—彈簧有效圈數(shù) G—彈簧材料剪切模量,一般取 G=79. 4 X 109Pa 在設計中,必須考慮負載率 η 的影響,則: 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: 代入有關(guān)數(shù)據(jù),可得 所以: =[4×(490+220.6)/( π×0.5×106×0.4)) ? =65.23 (mm) 查有關(guān)手冊圓整,得 D=65 mm 由 d/D=0.2—0.3,可得活塞桿直徑:d= (0. 2-0. 3) D=13-19. 5 mm 圓整后, 取活塞桿直徑 d=18 mm 校核,按公式 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 18 頁 共 36 頁 ??? ??/2DP??????/2DP ???? BP2K10 =20MPa, F1=750N 則:d≥ (4 × 490/π × 120) ?=2.28≤18 滿足設計要求。 3、缸筒壁厚的設計 缸筒直接承受壓縮空氣壓力,必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑比 小或等于 1/10,其壁厚可按薄壁筒公式計算: 式中:δ—缸筒壁厚, D—氣缸內(nèi)徑, Pρ —實驗壓力,取 Pρ =1.5P, Pa 材料為:ZL3,[ σ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù),則壁厚為: =65×6×105/(2×3×10 6)×10 -3 =6.5㎜ 取 δ=7. 5㎜,則缸筒外徑為:D=65+7. 5 ×2=80 mm。 3.2 氣流負壓式吸盤 氣流負壓式吸盤是利用吸盤(即用橡膠或軟性塑料制成皮腕)內(nèi)形成負壓將工 件吸住。它適用于搬運一些薄片形狀的工件,如薄鐵片、板材、紙張以及薄壁易 碎的玻璃器皿、弧形殼體零件等,尤其是玻璃器皿及非金屬薄片,吸附效果更為 明顯。 氣流負壓式與鉗爪式手部相比較,氣流負壓式手部具有結(jié)構(gòu)簡單,重量輕, 表面吸附力分布均勻,但要求所吸附表面平整光滑、無孔和無油。按形成負壓(或 真空)的方法,氣流負壓式手部可分為真空式、氣流負壓式和擠壓排氣式吸盤。在 本機械手中,擬采用噴射式氣流負壓吸盤。 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 19 頁 共 36 頁 23416圖 3.3 噴射氣流原理圖噴射式氣流負壓吸盤的工作原理如圖 3.3 所示,根據(jù)流體力學,氣體在穩(wěn)定流動狀態(tài)下,單位時間內(nèi)氣體經(jīng)過噴嘴的每一個截面的氣體質(zhì)量均相等。因此,在最簡單的情況下,低流速(高壓強)截面的噴嘴應當具有大面積,而高流速(低壓強)截面的噴嘴應當具有小面積。所以,壓縮空氣由噴嘴進口處 A 進入后,噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮,而氣流速度逐漸增大,當沿氣流流動方向截面收縮到最小處 K 時〔即臨界面積),流速達到臨界速度即音速,此時壓力近似為噴嘴進口處的壓力之半,即 PK =0. 528P1。為了使噴嘴出口處的壓力 P2低于 PK 必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴段,這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速,并在該處建立低壓區(qū)域,使 C 處的氣體不斷的被高速流體卷帶走,如C 處形成密封空腔,就可使腔內(nèi)壓力下降而形成負壓。當在 C 處連接橡膠皮腕吸盤,即可吸住工件 [10]。圖 3.4 所示為可調(diào)的噴射式負壓吸盤結(jié)構(gòu)圖。為了使噴嘴更有效地工作,噴嘴口與噴嘴套之間應當有適當?shù)拈g隙,以便將被抽氣體帶走。當間隙太小時,噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低,因而降低了抽氣速率;當間隙太大時,離噴射氣體越遠的氣體被帶著向前運動的速度就越低,同時間隙過大,從噴嘴套出口處反流回來的氣體就越多,這就使抽氣速率大大的降低。因此,間隙要適宜,最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調(diào)節(jié),以便噴嘴有效地工作。在圖 3.4 中,噴嘴 5 與噴嘴套 6 的相對位置是可以調(diào)節(jié)的,以便改變間隙的大小 [11]。 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 20 頁 共 36 頁 2134nDpK??? ??123450..516.92PKDncm??? 1.橡膠吸盤 2.吸盤芯子 3.通氣螺釘 4.吸盤體 5.噴嘴 6.噴嘴套 圖 3.4 可調(diào)噴射式負壓吸盤結(jié)構(gòu) 下面計算吸盤的直徑 [12]: 吸盤吸力的計算公式為: 式中:P—吸盤吸力(N),本機械手的吸盤吸力為 50N,故 P=50N; D — 吸盤直徑((cm). n — 吸盤數(shù)量,本機械手吸盤數(shù)量為 1; K1—吸盤吸附工件在起動時的安全系數(shù),可取 K,月 2-2,在此取 K1=1.5; K2—工作情況系數(shù)。若板料間有油膜存在則要求吸附力大些;若裝有分 料器,則吸附力就可小些。另外工件從模具取出時,也有摩擦力的作用, 同時還應考慮吸盤在運動過程中由于加速運動而產(chǎn)生的慣性力影響。因 此,應根據(jù)工作條件的不同,選取工作情況系數(shù),一般可在(1-3 的范 圍內(nèi)選取。在此,取 K2=2。 K3—方位系數(shù).當吸盤垂直吸附時,則 K3=1/f,f 為摩擦系數(shù),橡膠吸盤 吸附金屬材料時,取 f=0.5~0.8;當吸盤水平吸附時,取 K3=l。在此, 取 K3=0.5. 代入數(shù)據(jù)得: _ XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 21 頁 共 36 頁SGSGRLLCddsCR 4 手腕結(jié)構(gòu)設計 考慮到機械手的通用性,同時由于被抓取工件是水平放置,因此手腕必須設 有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此,手腕設計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運 動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸 [13]。 4.1 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件,它的作用是調(diào)整工件的方位,因而它具有獨 立的自由度,以使機械手適應復雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通 用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。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),應用最多的為回轉(zhuǎn)氣缸, 因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊,但回轉(zhuǎn)角度小于 3600,并且要求嚴格的 密封 [14]。 4.2 手腕的驅(qū)動力矩的計算 4.2.1 手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運動,驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必 須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩,手腕的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動件的中心與轉(zhuǎn) XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 22 頁 共 36 頁 動軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩.圖 4.1 所示為手腕受力的示意圖。 1.工件 2.手部 3.腕部 圖 4.1 手碗回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài) 手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算 [15]: M 驅(qū) = M 慣 +M 偏 +M 摩 +M 封 ㎏·㎝ (4.1) 式中: M 驅(qū) —驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩(㎏·cm); M 慣 —慣性力矩(Kg -cm); 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阻力矩(㎏·cm); M 封 —手腕回轉(zhuǎn)缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力 矩 (㎏· cm); 下面以圖 4.1 所示的手腕受力情況,分析各阻力矩的計算: 1、手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩 M 慣 若手腕起動過程按等加速運動,手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為 ω,起動過程所用的 時間為△t,則: XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 23 頁 共 36 頁 ??1MJt????慣 ??21MJ?????慣 211cGJeg?? (4.2) 若手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為 ω,起動過程所轉(zhuǎn)過的角度為△φ,則: (4.3) 式中:J—參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 (N·㎝·s 2); J1—工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 (N·㎝·s 2)。 若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合,其轉(zhuǎn)動慣量 J1為: (4.4 ) 式中:J c—工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量(N·㎝·s 2): G1—工件的重量((N); e1—工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm), ω—手腕轉(zhuǎn)動時的角速度(弧度/s); △t 一起動過程所需的時間(S); △φ—起動過程所轉(zhuǎn)過的角度(弧度)。 2、手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 M 偏 (N·㎝) (4.5) 式中:G 3—手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N); e3—手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(㎝). 當工件的重心與手腕轉(zhuǎn) 動軸線重合時,則 G1 e1=0. 13MGe??偏偏 XX 大學 200X 屆畢業(yè)設計說明書 第 24 頁 共 36 頁 ???21ABfMRdNcm???摩 321BRGL????3N??????? 213AGLLGR?????? 2pbRrM?? 3 3、手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 M 摩 (4.6) 式中:d 1d2—手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm); f 一軸承摩擦系數(shù),對于滾動軸承 f=0. 01,對于滑動軸承 f=0.1; RARB—軸頸處的支承反力((N),可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解, 根據(jù)∑M A(F)=0 得: (4.7) 同理,根據(jù)∑M B (F)=0 得: (N) (4.8) 式中:G 2—手部的重量(N) L,L 1,L 2,L 3—如圖 4-1 所示的長度尺寸(cm). 4.回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M 封 ,與選 用的密襯裝置的類型有關(guān),應根據(jù)具體情況加以分析 [16]。 在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸,它的原理如 圖 4.2 所示,定片 1 與缸體 2 固連,動片 3 與回轉(zhuǎn)軸 5