機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算

機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算1.1手部設(shè)計(jì)基本要求應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度(手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度)，以便于抓取工件。要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。應(yīng)保證手抓的夾持精度。1.2典型的手部結(jié)構(gòu)(1)回轉(zhuǎn)型包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。(2)移動(dòng)型移動(dòng)型即兩手指相對支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。(3)平面平移型。1.3機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算1.1.1選擇手抓的類型及夾緊裝置本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角=6，夾取重量為60Kg。常用的工業(yè)機(jī)械手手部，按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡單，適于夾持平板方料，且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置，其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指，驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上，這樣會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮,從而機(jī)械手手指張開。1.1.2手抓的力學(xué)分析下面對其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿圖1.1(a)為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。(a)(b)圖1?1滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1手指2銷軸3杠桿在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F,并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為七和％其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向。點(diǎn)，交F和121F的延長線于A及B。2由F0x得FF1F0得yF—12cosFF'11由M01F0得h(1.1)F'Fh1Na—cosF2bcos2Fan式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心的距離（mm）。工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力F—定時(shí)，角增大，則握力F也隨N之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=3...4。1.1.3夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按公式計(jì)：FKKKGN123(1.2)式中K安全系數(shù)，通常L2...2.0;1K——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？?近似按下式估K21a其中a,重力方向的最大上升加速度；oVa—maxt響V運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度max1響1響 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間,一般選取0.03.0.5sk3方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。G——被抓取工件所受重力(N)。表3-1液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F(N)液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F(N)液壓缸工作壓力Mpa小于500.8?12?32.0?4.050?11.5?2.03?54.0?5.01?22.5?3.05以上5.0?8.0計(jì)算：設(shè)a=1mm,b=2mm,10o40。；機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，求夾緊力Fn和驅(qū)動(dòng)力f和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。(1)設(shè)K1.51K19=1+1=2K0.53根據(jù)公式，將已知條件帶入：F=1.52x0.5x2=3NN根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：F23cos3239N計(jì)算150取0.85FI計(jì)算坐1060NTOC\o"1-5"\h\z實(shí)際0.85確定液壓缸的直徑Dn,?.?F—D2d2p實(shí)際4選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa,,J4106.474\0.81050.75根據(jù)表4.1(JB826-66),選取液壓缸內(nèi)徑為：D=50mm則活塞桿內(nèi)徑為:D=500.5=25mm,選取d=25mm1.1.4手抓夾持范圍計(jì)算為了保證手抓張開角為6,活塞桿運(yùn)動(dòng)長度為34mm。手抓夾持范圍，手指長3mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖1.2(a)所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持范圍是22mm，當(dāng)張開60。時(shí)，如圖1.2(b)所示，最大夾持范圍是43mm。(a)(b)圖1.2手抓張開示意圖1.4彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖1.4所示,計(jì)算過程如下。圖1?3圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)(1).選擇硅錳彈簧鋼查取許用切應(yīng)力8MPa⑵.選擇旋繞比C=8,KJ4C40.6156(1.3)KJ4C40.6156半1.183(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=43mm,估算彈簧絲直徑43_—5.38nm8⑷?試算彈簧絲直徑d'1.6FKC-^AX(1.4)d，1.6HI/*"387帥8106(5).根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù):Gdn8FC3maxMAX(1.5)Gd81060.7n——2.868FC3max8162183MAX選擇標(biāo)準(zhǔn)為n3,彈簧的總?cè)?shù)nn1.531.54.5圈1.最后確定。43mm，d7mm，DDd43736mm，DDd43750mm2.對于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算對于壓縮彈簧如果長度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細(xì)比bH0/D74/121.76，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下列選?。寒?dāng)兩端固定時(shí)，b5.3,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，b3.7；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，b2.6。結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧b1.762.6,因此彈簧穩(wěn)定性合適。(8).疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。對于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算(如果變載荷的作用次數(shù)N103,或者載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算)?，F(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式：KCS―SSScamax(1.6)d3Ss選取1.3提.7(d3max^F Vi1^F Vi1"216215987564798106P