1、精品文檔2.2.1.1夾緊力計算手指加在工件上的夾緊力是設計手部的主要依據，必須對其大小、方向、作用點進 行分析、計算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產生的靜載荷(慣性力或慣性 力矩)以使工件保持可靠的加緊狀態。手指對工件的夾緊力可按下列公式計算：Fn KiK2K3G212-1式中：K 1 安全系數，由機械手的工藝及設計要求確定,通常取1.2 2.0，取1.5 ;K 2 一工件情況系數，主要考慮慣性力的影響，計算最大加速度，得出工作情況系數K2, K2 1 a 1 0也 1.002, a為機器人搬運工件過程的加速度或減速度的 g 9.8絕對值(m/s);K 3 一方位系數，根據手指與工件

2、形狀以及手指與工件位置不同進行選定，手指與工件位置：手指水平放置 工件垂直放置；手指與工件形狀：V型指端夾持圓柱型工件，K3 0.5sin , f為摩擦系數，為V型手指半角，此處粗略計算K3 4,如圖2.1I圖2.1G 一被抓取工件的重量求得火緊力 FnFnKiK2K3Mg 1.5 1.002 4 3 9.8 176.75N 取整為 177K2.2.1.2驅動力力計算根據驅動力和夾緊力之間的關系式:FnFc2b sin a式中:c一滾子至銷軸之間的距離;b一爪至銷軸之間的距離； a一楔塊的傾斜角可得F2FNbsin ac177 2 86 sin1634195.15N，得出F為理論計 .一 一&

3、#39; ，一 . 算值，實際米取的液壓缸驅動力 F要大于理論計算值，考慮手爪的機械效率股取0.80.9,此處取0.88,則：F' F 嗤5 221.762N ,取 F' 500N2.2.1.3液壓缸驅動力計算設計方案中壓縮彈簧使爪牙張開，故為常開式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供 推力：F推=4 D2 P式中D活塞直徑d 活塞桿直徑p 驅動壓力，'F推F ,已知液壓缸驅動力F ,且F 500N 10KNL '由于F 10KN ,故選工作壓力P=1MPa據公式計算可得液壓缸內徑：c 4F4-500一D . mm 25.231mm.p . 3.14 1根據液壓設計

4、手冊，見表2.1 ,圓整后取D=32mm表2.1液壓缸的內徑系列（JB826-66） （ mmi2253240505563650707580859095100105110125130140160180200250活塞桿直徑 d=0.5D=0.5 X40mm=16mm活塞厚 B=(0.6 1.0)D 取 B=0.8d=0.7 乂 32mm=22.4mr< 23mm.缸筒長度L < (2030)D取L為123mm活塞行程，當抓取80mmT件時，即手爪從張開120mnM小到80mm楔快向前移動大約40mm取液壓缸行程 S=40mm液壓缸流量計算：放松時流量_22 SQ (D d )4qV

5、1 A2Vl (322 162) 20 60 10 6 0.724L/min4夾緊時流量_ 2 S2_6qV1 AV1 - D3220 60 100.965L/min442.2.1.4選用夾持器液壓缸溫州中冶液壓氣動有限公司所生產的輕型拉桿液壓缸型號為：MOB-B-32-83-FB,結構簡圖，外形尺寸及技術參數如下：表2.2夾持器液壓缸技術參數工作 壓力使用溫 度范圍允許最 大速度效率傳動介 質缸徑2受壓囿枳(cm )速度比無桿腔有桿腔1MPa10 +80300 m/s90%常規礦 物液壓 油32mm12.58.61.453t迎下載精品文檔 MOB系列B型標淮油優怎 承而 白$3心NO零伸名材

6、料1活塞桿S4SC2轅用K壞MBR3他用西御NBR4omIMBR5蛛般活塞用e悻菁軍汪345c7S20CNO材料t前龕FO2S2虹看STKJW-133r固定精于 32cle4門隼環NBR5酒惠本慘FC 256居位1(0257t迎下載圖2.2結構簡圖圖2.3外形尺寸2.2.3楔塊等尺寸的確定楔塊進入杠桿手指時的力分析如下:圖2.7上圖2.7中斜楔角，< 30o時有增力作用；2一探子與斜楔面向當年摩擦角，tan 2 (d/D)tan 2,2為探子與轉軸間的摩擦角,d為轉軸直徑,D為滾子外徑,tan 2f2 , f2為滾子與轉軸間摩擦系數一支點O至斜面垂線與杠桿的夾角;l一杠桿驅動端桿長；1一

7、杠桿夾緊端桿長；一杠桿傳動機械效率2.2.3.1 斜楔的傳動效率斜楔的傳動效率可由下式表示:tan 2dtan 2 Dsinsin( 2)杠桿傳動機械效率取0.834 , tan0.1d/D 取 0.5,則可得 =14.036°,290°,取整得=14°。2.2.3.3斜楔驅動行程與手指開閉范圍當斜楔從松開位置向下移動至夾緊位置時，沿兩斜面對稱中心線方向的驅動行程為L,此時對應的杠桿手指由i位置轉到2位置，其驅動行程可用下式表示：,1 c°s 1 1 c°s 21/、L (cos 1 cos 2)sinsin杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為：

8、.'. s 1 c°s( 1) c°s( 2)通常狀態下，2在90°左右范圍內,1則由手指需要的開閉范圍來確定。 由給定條件可知最大 s為55-60mm最小設定為30mm即302 90°76°,有圖關系：s (50 60)。已知 14°,可得圖2.9可知：楔塊下邊為60mm支點。距中心線30mm且有 tg，解彳導：l l' 120 (l l )2.2.3.4 l與l'的確定斜楔傳動比i可由下式表示：l l sin i L l sin可知 一定時，l'/l愈大，i愈大，且杠桿手指的轉角在90°范

9、圍內增大時，傳動比減小，即斜楔等速前進，杠桿手指轉速逐漸減小，則由l l' 120分配距離為：l 50, ( l 70。2.2.3.5 1 確定由前式得：s (60 30) 30s 30 70c°s( 1 14°) c°s(76° 14°), 1 50.623°,取 1 50°。2.2.3.6 L 確定L為沿斜面對稱中心線方向的驅動行程，有下圖中關系圖 2.1050L 0T(cos50o cos76o) 82.850 ,取 L 83 ,則楔塊上邊長為 18.686 ,取 19mm. sin142.2.4材料及連接件選

10、擇V型指與夾持器連接選用圓柱銷GB/T119.1, d=8mm,需使用2個杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷GB/T119.1, d=8mm,需使用2個滾子與手指連接選用圓柱銷GB/T119.1, d=6mm,需使用2個以上材料均為鋼，無淬火和表面處理楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱直徑12mm螺距P=1,旋合長度為10mm精品文檔第三章 腕部3.1 腕部設計的基本要求手腕部件設置在手部和臂部之間， 它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變得更靈巧，適應性更強。手腕部件具有獨立的自由度，此設計中要求有繞中軸的回轉運動。（ 1）

11、力求結構緊湊、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。顯然，腕部的結構、 重量和動力載荷， 直接影響著臂部的結構、 重量和運轉性能。 因此， 在腕部設計時， 必須力求結構緊湊，重量輕。（ 2）結構考慮，合理布局腕部作為機械手的執行機構，又承擔連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、 剛度外， 還應綜合考慮， 合理布局， 解決好腕部與臂部和手部的連接。（ 3）必須考慮工作條件對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。3.2 具有一個自由度的回轉缸驅動的

12、典型腕部結構如圖 3.1 所示，采用一個回轉液壓缸，實現腕部的旋轉運動。從AA 剖視圖上可以看到，回轉葉片（簡稱動片）用螺釘，銷釘和轉軸 10 連接在一起，定片 8 則和缸體 9連接。壓力油分別由油孔 5.7 進出油腔，實現手部12 的旋轉。旋轉角的極限值由動，靜片之間允許回轉的角度來決定（一般小于 270o ） ，圖中缸可回轉90o 。腕部旋轉位置控制問題，可采用機械擋塊定位。當要求任意點定位時，可采用位置檢測元件（如本例為電位器，其軸安裝在件1 左端面的小孔）對所需位置進行檢測并加以反饋控制。用一個回轉液田虹實現整部能薄的結構1T 里解曲液室M 土 一向轉濃天打3一胃再珊的油管4 一限果5

13、-左迸曲引&一通向濕動戴油電 ，一右進杷劉 K一園定葉片 9Si31。一回好輸11一內特葉片E21手的圖示手部的開閉動作采用單作用液壓缸，只需一個油管。通向手部驅動液壓缸的油 管是從回轉中心通過，腕部回轉時，油路認可保證暢通，這種布置可使油管既不外露， 又不受扭轉。腕部用來和臂部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉液壓 缸）由手臂內通過并經腕架分別進入回轉液壓缸和手部驅動液壓缸。本設計要求手腕回 轉1800,綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結構選擇具有一個自由度的回轉驅動腕部結構，采用液壓驅動，參考上圖典型結構。3.3 腕部結構計算3.3.1 腕部回轉力矩的計算腕部回轉時，

14、需要克服的阻力有:（1）腕部回轉支承處的摩擦力矩 MM摩 二 f(FRD1 FR2D2)式中fR ,%一軸承處支反力（N）,可由靜力平衡方程求得；9t迎下載精品文檔D1, D2一軸承的直徑（mj）;f一軸承的摩擦系數，對于滾動軸承f =0.01-0.02 ;對于滑動軸承f =0.1 o為簡化計算，取M摩0.1M總阻力矩，如圖3.1所示，其中，Gi為工件重量，G2為手 部重量，G3為手腕轉動件重量。圖3.1（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩 M偏M 偏=G1e式中e 工件重心到手腕回轉軸線的垂直距離 （m）,已知e=10mm.則 M偏=G1e 3 9.8 0.01N m 0.294N m（3）

15、克服啟動慣性所需的力矩M慣啟動過程近似等加速運動，根據手腕回轉的角速度及啟動過程轉過的角度 啟按下M慣=（J+JH件）t啟J2、式中J工件一工件對手腕回轉軸線的轉動慣量（N m S ）；2J 一手腕回轉部分對腕部回轉軸線的轉動慣量 （N m S ）；一手腕回轉過程的角速度（化）；t啟一啟動過程所需的時間(s), 一般取0.05-0.3S,此處取0.1s.。手抓、手抓驅動液壓缸及回轉液壓缸轉動件等效為一個圓柱體，高為 200mm直徑 90mm其重力估算：G0.0452 0.2 7800Kg/m3 9.8N/Kg 97.26 N 取 98N等效圓柱體的轉動慣量：1 21 G 21 982J MR2

16、 一一R20.0452 0.01012 2 g 2 9.8工件的轉動慣量，已知圓柱體工件 R 40mm, l 100mm m _2 2122J工件二 (3R2 l2) 3 (3 0.042 0.12) 0.0037 1212要求工件在0.5s內旋轉90度，取平均角速度，即 =,代入得：M 慣=(J+J 工件)一 (0.0101 0.0037)-N m 0.4335N m t0.1M總阻力矩M摩M偏M慣=0.1M總阻力矩0.294 0.4335N m解可得：M總阻力矩=0.8083 N m3.3.2 回轉液壓缸所驅動力矩計算回轉液壓缸所產生的驅動力矩必須大于總的阻力矩M總如圖3.3,定片1與缸體

17、2周連，動片3與轉軸5周連，當a, b 口分別進出油時， 動片帶動轉軸回轉，達到手腕回轉的目的。1飲迎下載精品文檔翻轉定館醫.一定片 351體3一甫算密封園5圖3.3回轉液壓缸計算圖14t迎下載圖3.4圖3.4為回轉液壓缸的進油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅動力矩M 。RM pb dr_22pb(R r )2M單心、 或2M總b(R2 r2)式中 M總手腕回轉時的總的阻力矩（N m）p 回轉液壓缸的工作壓力（Pa）R 缸體內孔半徑（n）1.5 2.5r 輸出軸半徑（mj）,設計時按d選取b動片寬度（m上述動力距與壓力的關系是設定為低壓腔背壓力等于零。3.3.3 回轉缸內徑D計算由M

18、 M總阻力矩得.MUpb(R2 r2)r2M22V Pb為減少動片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片寬度時, 選用：綜合考慮，取值計算如下:r=16mm R=40mm b=50mmi P 取值為 1Mpa 即如下圖:圖3.53.3.4 液壓缸蓋螺釘的計算圖3.6缸蓋螺釘間距示意表3.3螺釘間距t與壓力P之間的關系工作壓力p (Mpa螺釘的間距t(mm)0.5： 1.5小于1501.5： 2.5小于1202.5： 5.0小于1005.0： 10.0小于80上圖中表示的連接中，每個螺釘在危險截面上承受的拉力為:F總F F預，即工作拉力與殘余預緊力之和計算如下：液壓缸工 作壓強為P=1Mpa所以螺 釘間距t小于150mm試選if¥ 2個螺釘,0.08 0.1256m 125.6mm 150mm2,所以選擇螺釘數目合適Z=2個2222 80mm 32mm2S R r0.003436116 m受力截面4所以，FPS 106 0.003436116Z22267.84N精品文檔F預 KF ,此處連接要求有密