機械裝備設(shè)計手腕

1、機械制造裝備設(shè)計機械制造裝備設(shè)計 13.1 概述 13.3 手腕13.1 概述 13.1.1 機械手的組成 工業(yè)機械手是能夠模仿人手的部分動作，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。 實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度、改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。 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。機械手的組成及相互間關(guān)系 1.執(zhí)行機構(gòu) （1）手部 是機械手中直接與工件或工具直接接觸來完成握持工件或工具的部件。有些機械手直接將工具裝置于機械手的前端，而不設(shè)置手部。 （2）手腕 是機械手中連接手部與臂部主要

2、用來確定手部工作時位置并擴大臂部動作范圍的部件。一些簡易的機械手，不設(shè)手腕部件，將手部直接裝在手臂部件的前端。執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)工作位置檢測裝置 （3）手臂 是機械手中支承腕部和手部，用來實現(xiàn)較大范圍運動的部件。 （4）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)運動和升降運動均與立柱有密切的聯(lián)系。 （5）機座 是機械手的基礎(chǔ)部分。執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，起支撐和連接的作用。 2.驅(qū)動系統(tǒng) 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置，常用的有液壓、氣壓、電力和機械式驅(qū)動四種形式。 3.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機械手動作的指揮系統(tǒng)，用來控制動作的順序、位置和

3、時間、速度和加速度等。 控制系統(tǒng)的程序有固定和可變程序兩種。 固定程序的控制系統(tǒng)常采用：固定繼電器線路、步進選線器線路。 可變程序的控制系統(tǒng)常采用：插銷板、凸輪輪鼓、穿孔帶、穿紙卡、磁帶、磁鼓等。 4.位置檢測裝置 位置檢測裝置是控制執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，可隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與升的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置。 13.1.2 機械手的運動和分類 1.機械手的運動 機械手以及其手部夾持的工件在空間位置，由臂部、腕部等組成部件以及整機的各自獨立運動合成來確定。 （如圖） 機械手的每一個運動，必須要配有一個原動件，當(dāng)各原動件按一定的

4、規(guī)律運動時，機械手各部件隨之作確定的運動，從而使機械手具有運動和位置的確定性。 2.機械手的分類 按用途可分為：通用機械手和專用機械手； 按驅(qū)動方式分為：液壓驅(qū)動機械手、氣壓驅(qū)動機械手、電力驅(qū)動機械手、機械驅(qū)動機械手 按控制方式分為：點位控制機械手、連續(xù)軌跡控制機械手； 按運動坐標(biāo)形式分為：直角坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)式。 13.1.3 機械手的主要參數(shù) 1.抓取重量：機械手所能抓取或搬運物件的最大重量，對其他參數(shù)均有影響。 2.運動速度：反映了機械手的生產(chǎn)水平，影響機械手的運動周期和工作效率。 影響機械手動作的快慢：手臂的伸縮、回轉(zhuǎn)運動。 速度大小與機械手的驅(qū)動方式、定位方式、抓重

5、大小和行程距離有關(guān)。 3.行程范圍 機械手的手臂運動行程對使用性能有較大影響。 通用機械手的手臂回轉(zhuǎn)盡可能大，回轉(zhuǎn)行程范圍應(yīng)大于180。 手臂行程及工作半徑要適宜，太大會增加手臂懸伸量，相應(yīng)的偏重力矩和轉(zhuǎn)動慣量也增加，且剛性降低，對于定位精度也難以保證。 4.定位精度 定位精度是衡量機械手工作質(zhì)量的又一重要指標(biāo)，是指機械手的運動部件從某一起始位置運動到預(yù)期的另一位置時所到達的實際位置的精準(zhǔn)程度。 定位精度的高低取決于位置控制方式以及機械手運動部件本身的精度和剛度，并和抓取重量、運動速度等因素也有密切關(guān)系。 定位精度包括位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度，一般所說的定位精度為重復(fù)定位精度。13.3 手腕

6、 13.3.1 概述 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變手部的定位。 設(shè)計時注意以下問題： （1）可以由手臂完成的動作，盡量不設(shè)置手腕； （2）手腕結(jié)構(gòu)盡可能簡化，對不需要三自由度的手腕，可采用兩個或一個回轉(zhuǎn)運動； （3）手腕處的結(jié)構(gòu)要求緊湊，重量輕，手腕的驅(qū)動裝置多采用分離式。 13.3.2 結(jié)構(gòu) 手腕的動作就其運動形式來說為一個回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油缸，它結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于360，并要求嚴(yán)格密封。 若回轉(zhuǎn)角等于360時，可采用齒輪齒條傳動或鏈輪傳動、輪系機構(gòu)等。 （如圖） 13.3.3 手腕回轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩的計算 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為

7、回轉(zhuǎn)運動。 手腕轉(zhuǎn)動所需的驅(qū)動力矩可按下式計算： M驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩，Nm； 手腕轉(zhuǎn)動與其它裝置的總摩擦阻力，Nm 轉(zhuǎn)動零部件重量不通過手腕轉(zhuǎn)動軸線時所 產(chǎn)生的力矩稱為偏置力矩，Nm； 慣性力矩，Nm。)(2 . 11 . 1 (慣偏摩MMMM摩M偏M慣M （如圖） 1）手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩 手腕的轉(zhuǎn)動部件對其運動軸線的轉(zhuǎn)動慣 量，Nmss； 手部對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量，Nmss； 工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量， Nmss ； 手腕轉(zhuǎn)動是得角速度，rad/s； 手腕啟動過程所需要的時間，s； 慣Mt0175. 0）（工手腕慣JJJM腕J手J工Jt 2）手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏置對

8、轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏置力矩 工件的重量，N; 手腕轉(zhuǎn)動件的重量，N; 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距，m； 手腕轉(zhuǎn)動件的中心島轉(zhuǎn)動軸線的偏心 距，m； 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則 偏M3311eeGGM偏1G3G1e3e0e11G 3）摩擦阻力矩 摩擦阻力矩包括二項，即手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦力矩 和手腕回轉(zhuǎn)缸密封裝置的摩擦阻力距 。 (1) 的計算 、 手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑，m； f 軸承摩擦因數(shù)，滾動軸承取0.01，滑動軸承取0.1； 、 軸頸處的支承反力，N。摩M1摩M2摩M21摩摩摩MMM1摩M）（摩121ddf21RBRAFFM1d2dRAFRBF 按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解，根據(jù) 得 0)(FMA112233llllGGGFR