机械手的设计资料(编辑修改稿)

机械手的设计资料(编辑修改稿)内容摘要：

=   365 101032/10665  = mm 取  = mm，则缸筒外径为 :D=65+ 2 =80 mm。 气流负压式吸盘 气流负压式吸盘是利用吸盘 (即用橡胶或软性塑料制成皮腕 )内形成负压将工件吸住。 它适用于搬运一些薄片形状的工件，如薄铁片、板材、纸张以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形壳体零件等，尤其是玻璃器皿及非金属薄片，吸附效果更 为明显。 气流负压式与钳爪式手部相比较，气流负压式手部具有结构简单，重量轻， 表面吸附力分布均匀，但要求所吸附表面平整光滑、无孔和无油。 按形成负压 (或真空 )的方法，气流负压式 手部可分为真空式、气流负压式和挤压排气式吸盘。 在本机械手中，拟采用喷射式气流负压吸盘。 19 图 3 3 喷 射 气 流 原 理 图 喷射式气流负压吸盘的工作原理如图 33 所示，根据流体力学，气体在稳定流动状态下，单位时间内气体经过喷嘴的每一个截面的气体质量均相等。 因此，在最简单的情况下，低流速 (高压强 )截面的喷嘴应当具有大面积，而高流速 (低压强 )截面的喷嘴应当具有小面积。 所以，压缩空气由喷嘴进口处 A 进入后，喷嘴开始一段由大到小逐渐收缩，而气流速度逐渐增大，当沿气流流动方向截面收缩到最小处 X时〔即临界面积 )，流速达到临界速度即音速，此时压力近似为喷嘴进口处的压力之半，即 = 8P,。 为了使喷嘴出口处的压力 低于 Pk，必须在喷嘴临界面以后再加一段渐扩段，这样可以在喷嘴出口处获得比音速还要大的流速即超音速，并在该处建立低压区域，使 C处的气体不断的被高速流体卷带走，如 C处形成密封空腔，就可使腔内压力下降而形成负压。 当在 C处连接橡胶皮腕吸盘，即可吸住工件。 图 3 4 所示为可调的喷射式负压吸盘结构图。 为了使喷嘴更有效地工作，喷嘴口与喷嘴套之间应当有适当的间隙，以便将被抽气体带走。 当间隙太小时，喷射气流 和被抽气体将由于与套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽气速率。 当间隙太大时，离喷射气体越远的气体被带着向前运动的速度就越低，同时间隙过大，从喷嘴套出口处反流回来的气体就越多，这就使抽气速率大大的降低。 因此，间隙要适宜，最好使喷嘴与喷嘴套之间的间隙可以调节， 以便喷嘴有效地工作。 在图 34 中， 20 喷嘴 5 与喷嘴套 6 的相对位置是可以调节的，以便改变间隙的大小。 1. 株胶吸盘 图 3 4 可 调喷 射 式 负 压 吸 盘 结构 下面计算吸盘的直径 . 吸盘吸力的计算公 式为 : P=32124 KKK Dn 式中 :P—— 吸盘吸力 (N)，本机械手的吸盘吸力为 50N，故 P=50N。 D—— 吸盘直径 (cm). N—— 分吸盘数量，本机械手吸盘数量为 1。 1K —— 吸盘吸附工件在起动时的安全系数，可取 K,月 22，在此取 1K = 2K —— 工作情况系数。 若板料间有油膜存在则要求吸附力大些。 若装有分 21 料器 ， 则 吸附力就可小些。 另外工件从模具取出时，也有摩擦力的作用， 同 时 还应考虑吸盘在运动过程中由于加速运动而产生的惯性力影 第四章手腕结构设计 手腕的自由度 手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。 手腕自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位 精度等许多因素有关。 由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性， 因此给手腕设一绕 x轴转动回转运动才可满足工作的要求。 手腕 的驱动力矩的计算 手腕转动时所愉的驱动力矩 手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运动，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，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件的中心与转 动轴线不重合所产生的偏重力矩 .图 41所示为手腕受力的示意图。 22 图 41 手碗回转时受力状态 手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算 : M驱 = M惯 + M偏 + M摩 +M封 cm (41) 式中 : M驱 —— 驱动手腕转动的驱动力矩 (Kg﹒ cm)。 M惯 —— 惯性力矩 (Kg﹒ cm)。 M偏 —— 参与转动的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回转缸的动片 )对转 动 轴 线 所 产生 的 偏 重 力 矩 (Kg﹒ cm),. M摩 —— 手 腕转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩 (Kg﹒ cm)。 M封 —— 手 腕回转缸的动片与定片、缸径、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 (Kg﹒ cm )。 下面以图 41所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算 : 手腕加速运动时所产生的惯性力矩 M惯 若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为  ，起动过程所用的 时间为△ t，则 : M惯 =  tJJ  1 () 若手腕转动时的角速度为  ，起动过程所转过的角度为△  ，则 : M惯 =  2 21JJ () 式中 : J—— 参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量 (N178。 cm178。 s2 )。 J1 —— 工件对手腕转动轴线的转动惯量 (N178。 cm178。 s2 )。 23 若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量 J1 ,为 : 2111 egGJJ g  Jg —— 工件对过重心 轴线的转动惯量 (N178。 cm178。 s2 )。 G1 —— 工件的重量 (N)。 1e —— 工件的重心到转动轴线的偏心距 (cm),  —— 手腕转动时的角速度 (弧度 /s)。 t —— 起动过程所需的时间 (S)。  —— 起动过程所转过的角度 (弧度 )。 手腕转动件和工件的偏 重对转动轴线所产生的偏重力矩 M偏 M偏 = 3311 eGeG  式中 : G3 —— 手腕转动件的重量 (N)。 e3 —— 手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距 (cm). 当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则 11eG =0 . 手 腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩 M摩 M摩 =  122 dRdRf BA  式中 : d1 、 d2 —— 手腕转动轴的轴颈直径 (cm)。 f—— 轴承摩擦系数，对于滚动轴承 f= ，对于滑动轴承 f=。 RA 、 RB —— 轴颈处的支承反力 (N)，可按手腕转动轴的受力分析求解，根据   0FmA 得 : 24 RB l+G3 l3 =G2 l2 + G1 l1 同理，根据   0FmB 得 : RA = l lGlGlG 332211  式中 : G2 —— 手部的重量 (N) 11 、 l2 、 l3 —— 如图 41所示的长度尺寸 (cm). 回转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩 M封 ，与选用 的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。 回转气缸的驱动力矩计算 在机械手的手腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转气缸，它的二理如图 42所示，定片 1 与缸体 2 固连，动片 3 与回转轴 5 固连。 动片封圈 4 把气腔分隔成两个 .当压缩气体从孔 a进入时，推动输出轴作逆时 4 回转，则低压腔的气从 b 孔排出。 反之，输出轴作顺时针方向回转。 单叶 J气缸的压力 p 和驱动力矩 M 的关系为 :  2 22 rRpbM  或：  222 rRb Mp  25 图 42 回转气缸简图 第五章手臂结构设计 按照抓取工件的要求，本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 (或俯仰 )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移。 手臂的各种运动由气缸来实现。 手臂伸缩与手腕回转部分 结构设计 手臂的伸缩是直线运动，实现直线往复运动采用的是气压驱动的活塞气缸。 由于活塞气缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂结构中应用比较多。 同时 ， 气 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作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。 它应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 26 重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。 在本机械手中，采用的是单导向杆作为导向装置，它可以增加手臂的刚性和导向性。 该机 械 手 的手臂结构如附图所示，现将其工作过程描述如下 : 手臂主要由双作用式气缸 导向杆 定位拉杆 3 和两个可调定位块 4 等组成。 双作用式气缸 1的缸体固定，当压缩空气分别从进出气孔 c, e 进入双作 用式气缸 1 的两腔时，空心活塞套杆 6 带动手腕回转缸 5和手部一同往复移动。 在空心活塞套杆 6 中通有三根伸缩气管，其中两根把压缩空气通往手腕回转气缸 5，一根把压缩空气通往手部的夹紧气缸。 在双作用式气缸 1缸体上方装置着导 向杆 2，用它防止活塞套杆 6在做伸缩运动时的转动，以保证手部的手指按正确 的方向运动。 为了保证手嘴伸缩的快速运动。 在双作用式气缸 1 的两个接气管口 c, e 出分别串联了快速排气阀 .手臂伸缩运动的行程大小，通 过调整两块可调定位块4的位置而达到。 手臂伸缩运动的缓冲采用液压缓冲器实现 . 手腕回转是由回转气缸 5实现，并采用气缸端部节流缓冲，其结构见 AA 剖面。 在附图中所示的接气管口 a、 b是接到手腕回转气缸的。 d是接到手部夹紧气 缸的。 直线气缸 1 内的三根气管采用了伸缩气管结构，其特点是机械手外观清晰、 整齐，并可避免气管的损伤，但加工工艺性较差。 另外活塞套杆 6做成筒状零件 可增大活塞套杆的刚性，并能减少充气容积，提高气缸活塞套杆的运动速度。 气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作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，必须采用适当的导向装置。 它应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。