【鉗工技師論文：曲軸鍵槽加工機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8000字（論文）】

第第頁鉗工技師論文：曲軸鍵槽加工機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u94691引言 419452曲軸鍵槽加工機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4323192.1臂力的確定 45892.2工作范圍的確定 5132642.3確定運(yùn)動(dòng)速度 5177162.4手臂的配置形式 6170032.5位置檢測(cè)裝置的選擇 633412.6驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇 689613手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 724393.1概述 7325093.2設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題 7319903.3驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 870883.4兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 1067864機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11241174.1概述 1179564.2腕部的結(jié)構(gòu)形式 1149324.3手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 12169625機(jī)械手臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15171015.2手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 15184446.2.1手臂伸縮運(yùn)動(dòng) 15218526.2.2導(dǎo)向裝置 153086.2.3手臂的升降運(yùn)動(dòng) 16167775.3手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 17141765.4手臂的橫向移動(dòng) 17271435.5臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 18111326.5.1臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 18227996.5.2臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 19163676.5.3臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 19113198結(jié)論 2230104參考文獻(xiàn) 231引言用于再現(xiàn)人手的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為機(jī)械手。機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，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曲軸鍵槽加工機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)曲軸鍵槽大?。呵S重量3kg，鍵槽寬度5mm，深度3.2mm。2.1臂力的確定目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大，國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手的臂力最小為0.15N，最大為8000N。本液壓機(jī)械手的臂力為N臂=1650（N），安全系數(shù)K一般可在1.5~3，本機(jī)械手取安全系數(shù)K=2。定位精度為±1mm。2.2工作范圍的確定機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。本機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下：手腕回轉(zhuǎn)角度±115°手臂伸長(zhǎng)量150mm手臂回轉(zhuǎn)角度±115°手臂升降行程170mm手臂水平運(yùn)動(dòng)行程100mm2.3確定運(yùn)動(dòng)速度機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。液壓上料機(jī)械手要完成整個(gè)上料過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長(zhǎng)的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)間應(yīng)考慮以下要求：=1\*GB3①給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時(shí)間；=2\*GB3②伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較低的運(yùn)動(dòng)速度。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)方式、緩沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。=3\*GB3③在工作拍節(jié)短、動(dòng)作多的情況下，常使幾個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。為此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，以保證動(dòng)作的同步。液壓上料機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)速度如下：手腕回轉(zhuǎn)速度V腕回=40°/s手臂伸縮速度V臂伸=50mm/s手臂回轉(zhuǎn)速度V臂回=40°/s手臂升降速度V臂升=50mm/s立柱水平運(yùn)動(dòng)速度V柱移=50mm/s手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度V夾=50mm/s2.4手臂的配置形式機(jī)械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。運(yùn)動(dòng)要求、操作環(huán)境、工作對(duì)象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。本機(jī)械手采用機(jī)座式。機(jī)座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機(jī)器人所采用，機(jī)座上可以裝上獨(dú)立的控制裝置，便于搬運(yùn)與安放，機(jī)座底部也可以安裝行走機(jī)構(gòu)，已擴(kuò)大其活動(dòng)范圍，它分為手臂配置在機(jī)座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式，本機(jī)械手采用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。手臂配置在機(jī)座立柱上的機(jī)械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作范圍較大。2.5位置檢測(cè)裝置的選擇機(jī)械手常用的位置檢測(cè)方式有三種：行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機(jī)械手采用行程開關(guān)式。利用行程開關(guān)檢測(cè)位置，精度低，故一般與機(jī)械檔塊聯(lián)合應(yīng)用。在機(jī)械手中，用行程開關(guān)與機(jī)械檔塊檢測(cè)定位既精度高又簡(jiǎn)單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。2.6驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式是根據(jù)它們的特點(diǎn)結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求來選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本低的方式?？刂葡到y(tǒng)也有不同的類型。除一些專用機(jī)械手外，大多數(shù)機(jī)械手均需進(jìn)行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)方式一般有四種：氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。參考《工業(yè)機(jī)器人》，按照設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手采用的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，控制方式為固定程序的PLC控制。3手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1概述手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械手手臂的前端。機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不像人手，它的手指形狀也不像人的手指，它沒有手掌，只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場(chǎng)合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。其傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等，這里采用滑槽杠桿式。3.2設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題=1\*GB3①應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力）在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。=2\*GB3②手指間應(yīng)有一定的開閉角兩個(gè)手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。=3\*GB3③應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)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(dòng)定心。=4\*GB3④應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕。=5\*GB3⑤應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。3.3驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。圖4.1滑槽杠桿式手部受力分析1.手指2.銷軸3.拉桿4.指座在拉桿3作用下銷軸2向上的拉力為P，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為P1、P2，其力的方向垂直于滑槽中心線OO1和OO2并指向O點(diǎn)，P1和P2的延長(zhǎng)線交O1O2于A及B，由于△O1OA和△O2OA均為直角三角形，故∠AOC=∠BOC=α。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即：∑Fx=0，P1=P2;∑Fy=0P=2P1cosαP1=P/2cosα銷軸對(duì)手指的作用力為p1′。手指握緊工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方向相反，以N表示。由手指的力矩平衡條件，即∑m01(F)=0得P1′h=Nb因h=a/cosα所以P=2b(cosα)N/a式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離（毫米）。α——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間的夾角。由上式可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力P一定時(shí)，α角增大則握力N也隨之增加，但α角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長(zhǎng)度增大，使之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取α=30°~40°。這里取角α=30度。這種手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有動(dòng)作靈活，手指開閉角大等特點(diǎn)。查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》可知，V形手指夾緊圓棒料時(shí)，握力的計(jì)算公式N=0.5G，綜合前面驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法，可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動(dòng)以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力P實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算，即：P實(shí)際=PK1K2/η式中η——手部的機(jī)械效率，一般取0.85~0.95；K1——安全系數(shù)，一般取1.2~2K2——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可近似按下式估計(jì)，K2=1+a/g，其中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度，g為重力加速度。本機(jī)械手的工件只做水平和垂直平移，當(dāng)它的移動(dòng)速度為500毫米/秒，移動(dòng)加速度為1000毫米/秒，工件重量G為98牛頓，V型鉗口的夾角為120°，α=30°時(shí)，拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力P和P實(shí)際計(jì)算如下：根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，由水平放置鉗爪夾持水平放置的工件的當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式N=0.5G把已知條件代入得當(dāng)量夾緊力為N=49（N）由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式P=2b(cosα)N/a得P=P計(jì)算=2*45/27(cos30°)*49=122.5(N)P實(shí)際=P計(jì)算K1K2/η取η=0.85，K1=1.5，K2=1+1000/9810≈1.1則P實(shí)際=122.5*1.5*1.1/0.85=238(N)3.4兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析圖4.2帶浮動(dòng)鉗口的鉗爪鉗口與鉗爪的連接點(diǎn)E為鉸鏈聯(lián)結(jié)，如圖示幾何關(guān)系，若設(shè)鉗爪對(duì)稱中心O到工件中心O′的距離為x，則x=當(dāng)工件直徑變化時(shí)，x的變化量即為定位誤差△，設(shè)工件半徑R由Rmax變化到Rmin時(shí)，其最大定位誤差為=∣-∣其中l(wèi)=45mm，b=5mm，a=27mm，2=120°，Rmin=15mm，Rmax=30mm代入公式計(jì)算得最大定位誤差△=∣44.2-44.7∣=0.5＜0.8故符合要求。4機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1概述腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。②轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。③注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個(gè)自由度的位置檢測(cè)、管線的布置以及潤(rùn)滑、維修、調(diào)整等問題④要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過，以便手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。4.2腕部的結(jié)構(gòu)形式本機(jī)械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為±115°。如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進(jìn)行連接和定位，動(dòng)片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也指座固連成一體。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動(dòng)，即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖5.1機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)4.3手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)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(dòng)的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：M驅(qū)=M慣+M偏+M摩（N.m）式中M驅(qū)——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩M慣——慣性力矩（N.m）M偏——參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動(dòng)片）對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩（N.m）M摩——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩（N.m）圖5.2腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖（1）摩擦阻力矩M摩M摩=（N1D1+N2D2）（N.m）式中f——軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取f=0.02，滑動(dòng)軸承取f=0.1；N1、N2——軸承支承反力（N）；D1、D2——軸承直徑（m）由設(shè)計(jì)知D1=0.035mD2=0.054mN1=800NN2=200NG1=98Ne=0.020時(shí)M摩=0.1*（200*0.035+800*0.054）/2得M摩=2.50（N.m）（2）工件重心偏置力矩引起的偏置力矩M偏M偏=G1e（N.m）式中G1——工件重量（N）e——偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當(dāng)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時(shí)，M偏為零當(dāng)e=0.020，G1=98N時(shí)M偏=1.96（N·m）（3）腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩M慣①當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時(shí)，可用下式計(jì)算M慣M慣=（J+J工件）（N·m）式中——手腕回轉(zhuǎn)角速度（1/s）T——手腕啟動(dòng)過程中所用時(shí)間（s），（假定啟動(dòng)過程中近為加速運(yùn)動(dòng)）J——手腕回轉(zhuǎn)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）J工件——工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）按已知計(jì)算得J=2.5，J工件=6.25，=0.3m/m，t=2故M慣=1.3（N·m）=2\*GB3②當(dāng)知道啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度時(shí)，也可以用下面的公式計(jì)算M慣：M慣=（J+J工件）（N·m）式中——啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）;——手腕回轉(zhuǎn)角速度（1/s）?？紤]到驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失等因素，一般將M取大一些，可取M=1.1∽1.2（M慣+M偏+M摩）（N.m）M=1.2*（2.5+1.96+1.3）=6.9（N.m）5機(jī)械手臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.2手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械手手臂的伸縮、升降及橫向移動(dòng)均屬于直線運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多，常用的有活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)以及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)。6.2.1手臂伸縮運(yùn)動(dòng)這里實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是采用液壓驅(qū)動(dòng)的活塞油缸。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較多。如下圖所示為雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)。手臂和手腕是通過連接板安裝在升降油缸的上端，當(dāng)雙作用油缸1的兩腔分別通入壓力油時(shí)，則推動(dòng)活塞桿2（即手臂）作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向桿3在導(dǎo)向套4內(nèi)移動(dòng)，以防止手臂伸縮時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)（并兼做手腕回轉(zhuǎn)缸6及手部7的夾緊油缸用的輸油管道）。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，故受力簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊?？捎糜谧ブ卮蟆⑿谐梯^長(zhǎng)的場(chǎng)合。圖6.1雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)6.2.2導(dǎo)向裝置液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿和其他的導(dǎo)向裝置，本機(jī)械手采用的是雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。雙導(dǎo)向桿配置在手臂伸縮油缸兩側(cè)，并兼做手部和手腕油路的管道。對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。如圖6.1所示，對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形，可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。在導(dǎo)向桿1的尾端用支承架4將兩個(gè)導(dǎo)向桿連接起來，支承架的兩側(cè)安裝兩個(gè)滾動(dòng)軸承2，當(dāng)導(dǎo)向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動(dòng)時(shí)，支承架上的滾動(dòng)軸承就在支承板3的支承面上滾動(dòng)。圖6.2雙導(dǎo)向桿手臂結(jié)構(gòu)6.2.3手臂的升降運(yùn)動(dòng)如圖6.2所示為手臂的升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)升降缸上下兩腔通壓力油時(shí)，活塞杠4做上下運(yùn)動(dòng)，活塞缸體2固定在旋轉(zhuǎn)軸上。由活塞桿帶動(dòng)套筒3做升降運(yùn)動(dòng)。其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵9實(shí)現(xiàn)。圖中6為位置檢測(cè)裝置。圖6.3手臂升降和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖5.3手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。本機(jī)械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖6.2所示，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿8驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過缸體上的平鍵9帶動(dòng)外套一起轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。5.4手臂的橫向移動(dòng)如圖6.3所示為手臂的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)。手臂的橫向移動(dòng)是由活塞缸5來驅(qū)動(dòng)的，回轉(zhuǎn)缸體與滑臺(tái)1用螺釘聯(lián)結(jié)，活塞桿4通過兩塊連接板3用螺釘固定在滑座2上。當(dāng)活塞缸5通壓力油時(shí)，其缸體就帶動(dòng)滑臺(tái)1，沿著燕尾形滑座2做橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖6.4手臂橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)5.5臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。6.5.1臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等，還要克服啟動(dòng)過程中的慣性力。其驅(qū)動(dòng)力Pq可按下式計(jì)算：Pq=Fm+Fg(N)式中Fm——各支承處的摩擦阻力；Fg——啟動(dòng)過程中的慣性力，其大小可按下式估算：Fg=a(N)式中W——手臂伸縮部件的總重量（N）；g——重力加速度（9.8m/s）;a——啟動(dòng)過程中的平均加速度（m/s），而a=(m/s)△v——速度變化量。如果手臂從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度V時(shí)，則這個(gè)過程的速度變化量就等于手臂的工作速度；△t——啟動(dòng)過程中所用的時(shí)間，一般為0.01∽0.5s。當(dāng)Fm=80N，W=1098（N），△V=500mm/s時(shí)，Pq=80+*=80+112=192(N)6.5.2臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手臂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦阻力Fm和慣性力Fg之外，還要克服臂部運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力Pq可按下式計(jì)算：Pq=Fm+Fg±W(N)式中Fm——各支承處的摩擦力（N）；Fg——啟動(dòng)時(shí)慣性力（N）可按臂伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況計(jì)算；W——臂部運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N）；±——上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。當(dāng)Fm=40N，F(xiàn)g=100N，W=1098N時(shí)Pq=40+100+1098=1238（N）6.5.3臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)根據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支承處的摩擦力矩來計(jì)算。由于啟動(dòng)過程一般不是等加速度運(yùn)動(dòng)，故最大驅(qū)動(dòng)力矩要比理論平均值大一些，一般取平均值的1.3倍。故驅(qū)動(dòng)力矩Mq可按下式計(jì)算：Mq=1.3(Mm+Mg)(N·m)式中Mm——各支承處的總摩擦力矩；Mg——啟動(dòng)時(shí)慣性力矩，一般按下式計(jì)算：Mg=J(N·m)式中J——手臂部件對(duì)其回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）;——回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度（rad/s）;△t——回轉(zhuǎn)臂啟動(dòng)時(shí)間（s）當(dāng)Mm=84(N·m)，Mg=8=32(N·m)Mq=1.3*116=150.8(N·m)對(duì)于活塞、導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都要做詳細(xì)計(jì)算，因?yàn)檫@些零件的重量較大或回轉(zhuǎn)半徑較大，對(duì)總的計(jì)算結(jié)果影響也較大，對(duì)于小零件則可作為質(zhì)點(diǎn)計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)其質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，可劃分為幾個(gè)簡(jiǎn)單的零件分別進(jìn)行計(jì)算，其中有的部分可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)計(jì)算?？梢詤⒖肌豆I(yè)機(jī)器人》。8