机械手结构设计
焦 作 大 学
毕 题目系别专业班级姓名学
号指导教师日
期
业 设 计
液压传动机械手的结构设计 机电工程学院 机械制造与自动化专业 1001086班 刘笑笑 100108643
刘敬平 2012年11月
机电工程学院毕业设计
设计任务书
设计题目:
液压传动机械手的结构设计
设计要求:
1. 总装配图以及部分结构图至少五个图(折合为两张A1图纸) 2. 结构设计论文(5000字以上)
设计进度要求:
第一周:选择毕业设计课题
第二周 第三周:查阅相关资料,了解机械手结构原理及其相关数据 第四周 第五周:书写设计论文 第六周:检查各项数据及论文 第七周 第八周:画装配图
指导教师(签名):
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摘 要
本次设计的液压传动机械手根据规定的动作顺序,综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识,完成对机械手的设计,并绘制必要的装配图,机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成,采用液压驱动。主要结构为:手部结构、腕部结构、臂部结构。
本设计只是液压机械手的结构部分,拟开发的上料机械手可在空间抓放物体,动作灵活多样,可代替人工在高温和危险的作业区进行作业,可抓取重量较大的工件。
关键词: 机械手,臂部结构,腕部结构,手部结构
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目 录
1机械手参数确定--------------------------------------------------------------------------------------- (1) 1.1 臂力的确定--------------------------------------------------------------------------------------- (1) 1.2工作范围的确定---------------------------------------------------------------------------------- (1) 1.3 确定运动速度-------------------------------------------------------- (1) 1.4 手臂的配置形式------------------------------------------------------ (2) 1.5 位置检测装置的选择-------------------------------------------------- (2) 1.6 驱动与控制方式的选择------------------------------------------------ (3) 2 手部结构------------------------------------------------------------------------------------------(4) 2.1概述-------------------------------------------------------------------------------------------------------(4) 2.2 设计时应考虑的几个问题----------------------------------------------------------------------------(4) 2.3 驱动力的计算 -----------------------------------------------------------------------------------------(5) 2.4 两支点回转式钳爪的定位误差的分析------------------------------------------------------------(8) 3 腕部的结构---------------------------------------------------------------------------------------(10) 3.1 概述------------------------------------------------------------------------------------------------------(10) 3.2 腕部的结构形式--------------------------------------------------------------------------------------(10) 3.3手腕驱动力矩的计算-----------------------------------------------------(11) 4 臂部的结构-------------------------------------------------------------------------------------(14) 4.1 概述----------------------------------------------------------------------------------------------------(14) 4.2手臂直线运动机构-----------------------------------------------------------------------------------(14) 4.2.1手臂伸缩运动------------------------------------------------------------------------------------(15) 4.2.2 导向装置---------------------------------------------------------------------------------------(15) 4.2.3 手臂的升降运动-------------------------------------------------------------------------------(16) 4.3 手臂回转运动----------------------------------------------------------------------------------------(17) 4.4 手臂的横向移动-------------------------------------------------------------------------------------(17) 4.5 臂部运动驱动力计算------------------------------------------------------------------------------(18) 4.5.1 臂水平伸缩运动驱动力的计算------------------------------------------------------------(18) 4.5.2 臂垂直升降运动驱动力的计算------------------------------------------------------------(19) 4.5.3 臂部回转运动驱动力矩的计算---------------------------------------(19) 5 致谢 -----------------------------------------------------------------------------------------------------(21) 6参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------(22
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1. 机械手参数确定
1.1 臂力的确定
目前使用的机械手的臂力范围较大,国内现有的机械手的臂力最小为0.15N ,最大为
8000N 。本液压机械手的臂力为N 臂 =1650(N ),安全系数K 一般可在1.5~3,本机械手取安全系数K=2。定位精度为±1mm 。
1.2 工作范围的确定
机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。一个操作运动的轨迹是几
个动作的合成,在确定的工作范围时,可将轨迹分解成单个的动作,由单个动作的行程确定机械手的最大行程。本机械手的动作范围确定如下: 手腕回转角度±115°
手臂伸长量150mm 手臂回转角度±115° 手臂升降行程170mm 手臂水平运动行程100mm
1.3 确定运动速度
机械手各动作的最大行程确定之后,可根据生产需要的工作拍节分配每个动作的时
间,进而确定各动作的运动速度。液压上料机械手要完成整个上料过程,需完成夹紧工件、手臂升降、伸缩、回转,平移等一系列的动作,这些动作都应该在工作拍节规定的时间内完成,具体时间的分配取决于很多因素,根据各种因素反复考虑,对分配的方案进行比较,才能确定。
机械手的总动作时间应小于或等于工作拍节,如果两个动作同时进行,要按时间长的计算,分配各动作时间应考虑以下要求:
① 给定的运动时间应大于电气、液压元件的执行时间;
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② 伸缩运动的速度要大于回转运动的速度,因为回转运动的惯性一般大于伸缩运动的惯性。在满足工作拍节要求的条件下,应尽量选取较底的运动速度。机械手的运动速度与臂力、行程、驱动方式、缓冲方式、定位方式都有很大关系,应根据具体情况加以确定。
③ 在工作拍节短、动作多的情况下,常使几个动作同时进行。为此驱动系统要采取相应的措施,以保证动作的同步。 液压上料机械手的各运动速度如下: 手腕回转速度 V 腕回 = 40°/s 手臂伸缩速度 V 臂伸 = 50 mm/s 手臂回转速度 V 臂回 = 40°/s 手臂升降速度 V 臂升 = 50 mm/s 立柱水平运动速度 V 柱移 = 50 mm/s 手指夹紧油缸的运动速度 V 夹 = 50 mm/s
1.4 手臂的配置形式
机械手的手臂配置形式基本上反映了它的总体布局。运动要求、操作环境、工作对象
的不同,手臂的配置形式也不尽相同。本机械手采用机座式。机座式结构多为工业机器人所采用,机座上可以装上独立的控制装置,便于搬运与安放,机座底部也可以安装行走机构,已扩大其活动范围,它分为手臂配置在机座顶部与手臂配置在机座立柱上两种形式,本机械手采用手臂配置在机座立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的机械手多为圆柱坐标型,它有升降、伸缩与回转运动,工作范围较大。
1.5 位置检测装置的选择
机械手常用的位置检测方式有三种:行程开关式、模拟式和数字式。本机械手采用行
程开关式。利用行程开关检测位置,精度低,故一般与机械挡块联合应用。在机械手中,用行程开关与机械挡块检测定位既精度高又简单实用可靠,故应用也是最多的。
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1.6 驱动与控制方式的选择
机械手的驱动与控制方式是根据它们的特点结合生产工艺的要求来选择的,要尽量选
择控制性能好、体积小、维修方便、成本底的方式。
控制系统也有不同的类型。除一些专用机械手外,大多数机械手均需进行专门的控制系统的设计。
驱动方式一般有四种:气压驱动、液压驱动、电气驱动和机械驱动。
参考《工业机器人》表9-6和表9-7,按照设计要求,本机械手采用的驱动方式为液压驱动,控制方式为固定程序的PLC 控制。
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2 手部结构
2.1概述
手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件,它具有模仿人手的功能,并安装于机械手手臂的前端。机械手结构型式不象人手,它的手指形状也不象人的手指、,它没有手掌,只有自身的运动将物体包住,因此,手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状,尺寸,重量,材质以及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构,它一般可分为钳爪式,气吸式,电磁式和其他型式。钳爪式手部结构由手指和传力机构组成。其传力机构形式比较多,如滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式……等,这里采用滑槽杠杆式。
2.2 设计时应考虑的几个问题
①应具有足够的握力(即夹紧力)
在确定手指的握力时,除考虑工件重量外,还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动,以保证工件不致产生松动或脱落。 ②手指间应有一定的开闭角
两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同直径的工件,应按最大直径的工件考虑。 ③应保证工件的准确定位
为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置,必须根据被抓取工件的形状,选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带‘V’形面的手指,以便自动定心。 ④应具有足够的强度和刚度
手指除受到被夹持工件的反作用力外,还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响,要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形,但应尽量使结构简单紧凑,自重轻。
⑤应考虑被抓取对象的要求
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应根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同,来设计和确定手指的形状。
2.3 驱动力的计算
手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件,它具有模仿人手的功能,并安装于机械手手臂的前端。机械手结构型式不象人手,它的手指形状也不象人的手指、,它没有手掌,只有自身的运动将物体包住,因此,手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状,尺寸,重量,材质以及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构,它一般可分为钳爪式,气吸式,电磁式和其他型式。钳爪式手部结构由手指和传力机构组成。其传力机构形式比较多,如滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式……等,这里采用滑槽杠杆式。 ①应具有足够的握力(即夹紧力)
在确定手指的握力时,除考虑工件重量外,还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动,以保证工件不致产生松动或脱落。 ②手指间应有一定的开闭角
两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同直径的工件,应按最大直径的工件考虑。 ③应保证工件的准确定位
为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置,必须根据被
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1. 手指 2. 销轴 3. 拉杆 4. 指座
图1 滑槽杠杆式手部受力分析
如图所示为滑槽式手部结构。在拉杆3作用下销轴2向上的拉力为P ,并通过销轴中心O 点,两手指1的滑槽对销轴的反作用力为P1、P2,其力的方向垂直于滑槽中心线OO1和OO2并指向O 点,P1和P2的延长线交O1O2于A 及B ,由于△O1OA 和△O2OA 均为直角三角形,故∠AOC=∠BOC=α。根据销轴的力平衡条件,即
∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0 P=2P1cosα P1=P/2cosα
销轴对手指的作用力为p1′。手指握紧工件时所需的力称为握力(即夹紧力),假想握力作用在过手指与工件接触面的对称平面内,并设两力的大小相等,方向相反,以N 表示。由手指的力矩平衡条件,即∑m01(F)=0得
P1′h=Nb
因 h=a/cosα
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所以 P=2b(cosα)2N/a
式中 a ——手指的回转支点到对称中心线的距离(毫米)。
α——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。
由上式可知,当驱动力P 一定时,α角增大则握力N 也随之增加,但α角过大会导致拉杆(即活塞)的行程过大,以及手指滑槽尺寸长度增大,使之结构加大,因此,一般取α=30°~40°。这里取角α=30度。
这种手部结构简单,具有动作灵活,手指开闭角大等特点。查《工业机械手设计基础》中表2-1可知,V 形手指夹紧圆棒料时,握力的计算公式N=0.5G,综合前面驱动力的计算方法,可求出驱动力的大小。为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及传力机构效率的影响,其实际的驱动力P 实际应按以下公式计算,即:
P 实际=PK1K 2/η
式中 η——手部的机械效率,一般取0.85~0.95; K 1——安全系数,一般取1.2~2
K 2——工作情况系数,主要考虑惯性力的影响,K 2可近似按下式估计,K 2=1+a/g,其中a 为被抓取工件运动时的最大加速度,g 为重力加速度。
本机械手的工件只做水平和垂直平移,当它的移动速度为500毫米/秒,移动加速度
为1000毫米/秒2,工件重量G 为98牛顿,V 型钳口的夹角为120°, α=30°时,拉紧油缸的驱动力P 和P 实际计算如下:
根据钳爪夹持工件的方位,由水平放置钳爪夹持水平放置的工件的当量夹紧力计算公
式
N=0.5G
把已知条件代入得当量夹紧力为
N=49(N )
由滑槽杠杆式结构的驱动力计算公式
P=2b(cosα)N/a 得
P=P计算=2*45/27(cos30°) *49=122.5(N)
2
2
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P 实际=P计算K1K2/η
取η=0.85, K 1=1.5, K 2=1+1000/9810≈1.1 则 P 实际=122.5*1.5*1.1/0.85=238(N)
2.4 两支点回转式钳爪的定位误差的分析
图2 带浮动钳口的钳爪
钳口与钳爪的连接点E 为铰链联结, 如图示几何关系, 若设钳爪对称中心O 到工件中心
O′的距离为x, 则
x=l 2-(R /sin α+b -a ) 2
当工件直径变化时,x 的变化量即为定位误差△, 设工件半径R 由R max 变化到R min 时, 其最大定位误差为
△ =l 2-(R max/sin α+b -a ) 2-l 2-(R min/sin α+b -a ) 2∣
其中l=45mm ,b=5mm ,a=27mm ,2α=120° ,R min =15mm ,Rmax =30mm
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代入公式计算得
最大定位误差△=∣44.2-44.7∣=0.5<0.8 故符合要求.
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3 腕部的结构
3.1 概述
腕部是连接手部与臂部的部件,起支承手部的作用。设计腕部时要注意以下几点: ① 结构紧凑,重量尽量轻。 ② 转动灵活,密封性要好。
③ 注意解决好腕部也手部、臂部的连接,以及各个自由度的位置检测、管线的布置以及润滑、维修、调整等问题 ④ 要适应工作环境的需要。
另外,通往手腕油缸的管道尽量从手臂内部通过,以便手腕转动时管路不扭转和不外露,使外形整齐。
3.2 腕部的结构形式
本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动,结构紧凑、体积小,但密封性差,
回转角度为±115°.
如下图所示为腕部的结构,定片与后盖,回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接和定位,动片与手部的夹紧油缸缸体用键连接。夹紧缸体也指座固连成一体。当回转油缸的两腔分别通入压力油时,驱动动片连同夹紧油缸缸体和指座一同转动,即为手腕的回转运动。
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图3 机械手的腕部结构 3.3手腕驱动力矩的计算
驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩必须克服手腕起
动时所产生的惯性力矩,手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩,动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动的重心与轴线不重合所产生的偏重力矩。手腕转动时所需要的驱动力矩可按下式计算: M 驱=M惯+M偏+M摩 (N.m ) 式中 M 驱——驱动手腕转动的驱动力矩 M 惯——惯性力矩 (N.m )
M 偏——参与转动的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回转缸体的动
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片)对转动轴线所产生的偏重力矩 (N.m )
M 摩——手腕转动轴与支承孔处的摩擦力矩 (N.m )
图4 腕部回转力矩计算图 ⑴ 摩擦阻力矩M 摩
M 摩 =(N 1D 1+N2D 2) (N.m )
式中 f ——轴承的摩擦系数,滚动轴承取f=0.02,滑动轴承取f=0.1; N1 、N2 ——轴承支承反力 (N );
D1 、D2 ——轴承直径(m )
由设计知D1=0.035m D2=0.054m N1=800N N2=200N G1=98N e=0.020时
f
2
M 摩 =0.1*(200*0.035+800*0.054)/2
得 M 摩 =2.50(N.m ) ⑵ 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩M 偏 M 偏 =G1 e (N.m ) 式中 G1——工件重量(N )
e ——偏心距(即工件重心到碗回转中心线的垂直距离),当工件重心与手腕回转中
心线重合时,M 偏为零
当e=0.020,G1=98N时
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M 偏 =1.96 (N·m ) ⑶ 腕部启动时的惯性阻力矩M 惯
① 当知道手腕回转角速度ϖ时,可用下式计算M 惯 M 惯 =(J+J工件)
ϖ
(N·m ) t
式中 ϖ——手腕回转角速度 (1/s)
T ——手腕启动过程中所用时间(s ),(假定启动过程中近为加速运
动)
J ——手腕回转部件对回转轴线的转动惯量(kg·m 2) J 工件——工件对手腕回转轴线的转动惯量 (kg·m 2) 按已知计算得J=2.5,J 工件 =6.25,ϖ=0.3m/ m2,t=2 故 M 惯 = 1.3(N·m )
② 当知道启动过程所转过的角度ϕ时,也可以用下面的公式计算M 惯:
ϖ2 M 惯=(J+J工件) (N·m )
2ϕ
式中 ϕ——启动过程所转过的角度(rad ); ϖ——手腕回转角速度 (1/s)。
考虑到驱动缸密封摩擦损失等因素,一般将M 取大一些,可取 M =1.1∽1.2 (M 惯+M偏+M摩 ) (N.m ) M = 1.2*(2.5+1.96+1.3) =6.9 (N.m )
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4 臂部的结构
4.1 概述
臂部是机械手的主要执行部件,其作用是支承手部和腕部,并将被抓取的工件传送到
给定位置和方位上,因而一般机械手的手臂有三个自由度,即手臂的伸缩、左右回转和升降运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的。;立柱的横向移动即为手臂的横向移动。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现,因此,它不仅仅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。手臂的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小(即臂力)和定位精度等都直接影响机械手的工作性能,所以必须根据机械手的抓取重量、运动形式、自由度数、运动速度及其定位精度的要求来设计手臂的结构型式。同时,设计时必须考虑到手臂的受力情况、油缸及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。因此设计臂部时一般要注意下述要求:
① 刚度要大 为防止臂部在运动过程中产生过大的变形,手臂的截面形状的选择要合理。弓字形截面弯曲刚度一般比圆截面大;空心管的弯曲刚度和扭曲刚度都比实心轴大得多。所以常用钢管作臂杆及导向杆,用工字钢和槽钢作支承板。
② 导向性要好 为防止手臂在直线移动中,沿运动轴线发生相对运动,或设置导向装置,或设计方形、花键等形式的臂杆。
③ 偏重力矩要小 所谓偏重力矩就是指臂部的重量对其支承回转轴所产生的静力矩。为提高机器人的运动速度,要尽量减少臂部运动部分的重量,以减少偏重力矩和整个手臂对回转轴的转动惯量。
④ 运动要平稳、定位精度要高 由于臂部运动速度越高、重量越大,惯性力引起的定位前的冲击也就越大,运动即不平稳,定位精度也不会高。故应尽量减少小臂部运动部分的重量,使结构紧凑、重量轻,同时要采取一定的缓冲措施。
4.2手臂直线运动机构
机械手手臂的伸缩、升降及横向移动均属于直线运动,而实现手臂往复直线运动的
机构形式比较多,常用的有活塞油(气)缸、活塞缸和齿轮齿条机构、丝杆螺母机构以
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及活塞缸和连杆机构。 4.2.1手臂伸缩运动
这里实现直线往复运动是采用液压驱动的活塞油缸。由于活塞油缸的体积小、重量轻,
因而在机械手的手臂机构中应用比较多。如下图所示为双导向杆手臂的伸缩结构。手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端,当双作用油缸1的两腔分别通入压力油时,则推动活塞杆2(即手臂)作往复直线运动。导向杆3在导向套4内移动,以防止手臂伸缩时的转动(并兼做手腕回转缸6及手部7的夹紧油缸用的输油管道)。由于手臂的伸缩油缸安装在两导向杆之间,由导向杆承受弯曲作用,活塞杆只受拉压作用,故受力简单,传动平稳,外形整齐美观,结构紧凑。可用于抓重大、行程较长的场合。
图5 双导向杆手臂的伸缩结构
4.2.2 导向装置
液压驱动的机械手手臂在进行伸缩(或升降)运动时,为了防止手臂绕轴线发生转动,
以保证手指的正确方向,并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用,以增加手臂的刚性,在设计手臂的结构时,必须采用适当的导向装置。它根据手臂的安装形式,具体的结构和抓取重量等因素加以确定,同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。目前采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆
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和其他的导向装置,本机械手采用的是双导向杆导向机构。
双导向杆配置在手臂伸缩油缸两侧,并兼做手部和手腕油路的管道。对于伸缩行程大的手臂,为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形,可在导向杆尾部增设辅助支承架,以提高导向杆的刚性。
如图5所示,对于伸缩行程大的手臂,为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形,可在导向杆尾部增设辅助支承架,以提高导向杆的刚性。如图4.3.2所示,在导向杆1的尾端用支承架4将两个导向杆连接起来,支承架的两侧安装两个滚动轴承2,当导向杆随同伸缩缸的活塞杆一起移动时,支承架上的滚动轴承就在支承板3的支承面上滚动。
图6 双导向杆手臂结构
4.2.3 手臂的升降运动
如图6所示为手臂的升降运动机构。当升降缸上下两腔通压力油时,活塞杠4做上下
运动,活塞缸体2固定在旋转轴上。由活塞杆带动套筒3做升降运动。其导向作用靠立柱的平键9实现。图中6为位置检测装置。
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图7 手臂升降和回转机构图
4.3 手臂回转运动
实现手臂回转运动的机构形式是多种多样的,常用的有回转缸、齿轮传动机构、链轮
传动机构、连杆机构等。本机械手采用齿条缸式臂回转机构,如图6所示,回转运动由齿条活塞杆8驱动齿轮,带动配油轴和缸体一起转动,再通过缸体上的平键9带动外套一起转动实现手臂的回转。
4.4 手臂的横向移动
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如图7所示为手臂的横向移动机构。手臂的横向移动是由活塞缸5来驱动的,回转缸
体与滑台1用螺钉联结,活塞杆4通过两块连接板3用螺钉固定在滑座2上。当活塞缸5通压力油时,其缸体就带动滑台1,沿着燕尾形滑座2做横向往复运动。
图8 手臂横向移动机构
4.5 臂部运动驱动力计算
计算臂部运动驱动力(包括力矩)时,要把臂部所受的全部负荷考虑进去。机械手工
作时,臂部所受的负荷主要有惯性力、摩擦力和重力等。 4.5.1 臂水平伸缩运动驱动力的计算
手臂做水平伸缩运动时,首先要克服摩擦阻力,包括油缸与活塞之间的摩擦阻力及导
向杆与支承滑套之间的摩擦阻力等,还要克服启动过程中的惯性力。其驱动力Pq 可按下
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式计算:
Pq = Fm + Fg (N)
式中 Fm ——各支承处的摩擦阻力;
Fg ——启动过程中的惯性力,其大小可按下式估算:
Fg =
W
a (N) g
式中 W ——手臂伸缩部件的总重量 (N );
g ——重力加速度(9.8m/s
);
),
a ——启动过程中的平均加速度(m/s 而 a =
∆v
(m/s∆t
)
△v ——速度变化量。如果手臂从静止状态加速到工作速度V 时,则这
个过程的速度变化量就等于手臂的工作速度;
△t ——启动过程中所用的时间,一般为0.01∽0.5s 。
当Fm=80N,W=1098(N ),△V = 500mm/s 时,
10980. 5
* =80+112=192 (N) 9. 80. 5
4.5.2 臂垂直升降运动驱动力的计算
Pq = 80+
手臂作垂直运动时,除克服摩擦阻力Fm 和惯性力Fg 之外,还要克服臂部运动部件
的重力,故其驱动力Pq 可按下式计算: Pq = Fm + Fg ± W (N) 式中 Fm ——各支承处的摩擦力(N );
Fg ——启动时惯性力(N )可按臂伸缩运动时的情况计算; W ——臂部运动部件的总重量(N ); ±——上升时为正,下降时为负。 当Fm=40N,Fg=100N,W =1098N时
Pq=40+100+1098=1238(N ) 4.5.3 臂部回转运动驱动力矩的计算
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臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩
来计算。由于启动过程一般不是等加速度运动,故最大驱动力矩要比理论平均值大一些,一般取平均值的1.3倍。故驱动力矩Mq 可按下式计算: Mq = 1.3(Mm + Mg ) (N·m) 式中 Mm ——各支承处的总摩擦力矩;
Mg ——启动时惯性力矩,一般按下式计算:
Mg = J
ϖ
(N·m) ∆t
2
式中 J ——手臂部件对其回转轴线的转动惯量(kg·m ); ϖ——回转手臂的工作角速度(rad/s); △t ——回转臂启动时间(s ) 当Mm=84(N·m) ,Mg=8
0. 8
=32(N·m) 0. 2
Mq = 1.3*116=150.8(N·m)
对于活塞、导向套筒和油缸等的转动惯量都要做详细计算,因为这些零件的重量
较大或回转半径较大,对总的计算结果影响也较大,对于小零件则可作为质点计算其转动惯量,对其质心转动惯量忽略不计。对于形状复杂的零件,可划分为几个简单的零件分别进行计算,其中有的部分可当作质点计算。可以参考《工业机器人》表4-1。
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5 致 谢
在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和论文审校整个过程中,得到了老师的亲切关怀和精心指导,使得本设计得以顺利完成,其中无不饱含着老师的汗水和心血。老师敏锐的学术思想、严谨踏实的治学态度、渊博的学识、精益求精的工作作风、诲人不倦的育人精神,将永远铭记在学生心中,使学生终生受益。他对本设计的构思、框架和理论运用给予了许多深入的指导,使得设计得以顺利完成。在此谨向尊敬的老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。
通过这次毕业设计,大大的提高了我们的自主学习和认真思考的能力,对学术态度的严谨性也有了很高的认识。我相信在以后的学习和工作过程中,一定可以好好的解决问题,提高自己的能力,较快地适应工作和社会激烈的竞争。
再次感谢所有支持和帮助过我的领导、老师、同学们。
机电工程学院毕业设计
6 参考文献
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