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#22823;中心高:1248mm6,手臂运动参数
伸缩行程:1200mm
伸缩速度:83mm/s
升降行程:300mm
升降速度:67mm/s
回转范围:
7,手腕运动参数
回转范围:
2.5本章小结
本章对机械手的整体部分进行了总体设计,选择了机械手的基本形式以及自由度,确定了本设计采用液压驱动,给出了设计中机械手的一些技术参数.下面的设计计算将以次进行.
3机械手手部的设计计算
3.1手部设计基本要求
(1)应具有适当的夹紧力和驱动力.应当考虑到在一定的夹紧力下,不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的.
(2)手指应具有一定的张开范围,手指应该具有足够的开闭角度(手指从张开到闭合绕支点所转过的角度),以便于抓取工件.
(3)要求结构紧凑,重量轻,效率高,在保证本身刚度,强度的前提下,尽可能使结构紧凑,重量轻,以利于减轻手臂的负载.
(4)应保证手抓的夹持精度.
3.2典型的手部结构
(1)回转型包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种.
(2)移动型移动型即两手指相对支座作往复运动.
(3)平面平移型.
3.3机械手手抓的设计计算
3.3.1选择手抓的类型及夹紧装置
本设计是设计平动搬运机械手的设计,考虑到所要达到的原始参数:手抓张合角等于,夹取重量为60Kg.常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类.吸附式常用于抓取工件表面平整,面积较大的板状物体,不适合用于本方案.本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移
型.平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单,适于夹持平板方料,且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置,其理论夹持误差零.若采用典型的平移型手指,驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大.显然是不合适的,因此不选择这种类型.
通过综合考虑,本设计选择二指回转型手抓,采用滑槽杠杆这种结构方式.夹紧装置选择常开式夹紧装置,它在弹簧的作用下机械手手抓闭和,在压力油作用下,弹簧被压缩,从而机械手手指张开.
3.3.2手抓的力学分析
下面对其基本结构进行力学分析:滑槽杠杆图3.1(a)为常见的滑槽杠杆式手部结构.
(a)(b)
图3.1滑槽杠杆式手部结构,受力分析
1——手指2——销轴3——杠杆
在杠杆3的作用下,销轴2向上的拉力为F,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F1和F2,其力的方向垂直于滑槽的中心线和并指向点,交和的延长线于A及B.
由等于0得
等于0得
由等于0得h
F等于(3.1)
式中a——手指的回转支点到对称中心的距离(mm).
——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角.
由分析可知,当驱动力一定时,角增大,则握力也随之增大,但角过大会导致拉杆行程过大,以及手部结构增大,因此最好等于.
3.3.3夹紧力及驱动力的计算
手指加在工件上的夹紧力,是设计手部的主要依据.必须对大小,方向和作用点进行分析计算.一般来说,需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷,以便工件保持可靠的夹紧状态.
手指对工件的夹紧力可按公式计算:(3.2)
式中——安全系数,通常1.22.0,
——工作情况系数,主要考虑惯性力的影响.可近似按下式估其中a,重力方向的最大上升加速度,
——运载时工件最大上升速度
——系统达到最高速度的时间,一般选取0.030.5s
——方位系数,根据手指与工件位置不同进行选择.
G——被抓取工件所受重力(N).
表3-1液压缸的工作压力
作用在活塞上外力F(N)液压缸工作压力Mpa作用在活塞上外力F(N)液压缸工作压力Mpa小于500050000以上
计算:设a等于100mm,b等于50mm,<,<,,机械手达到最高响应时间为0.5s,求夹紧力和驱动力和驱动液压缸的尺寸.
设
等于等于1.02
根据公式,将已知条件带入:
等于1.5
(2)根据驱动力公式得:
等于1378N
(3)取
(4)确定液压缸的直径D
选取活塞杆直径d等于0.5D,选择液压缸压力油工作压力P等于0.81MPa,
根据表4.1(JB826-66),选取液压缸内径为:D等于63mm
则活塞杆内径为:
D等于630.5等于31.5mm,选取d等于32mm
3.3.4手抓夹持范围计算
为了保证手抓张开角为,活塞杆运动长度为34mm.
手抓夹持范围,手指长100mm,当手抓没有张开角的时候,如图3.2(a),当张开时,如图3.2(b)计算如下:
机械手的夹持半径从
(a)(b)
图3.2手抓张开示意图
3.4机械手手抓夹持精度的分析计算
机械手的精度设计要求工件定位准确,抓取精度高,重复定位精度和运动稳定性好,并有足够的抓取能.
机械手能否准确夹持工件,把工件送到指定位置,不仅取决于机械手的定位精度(由臂部和腕部等运动部件来决定),而且也于机械手夹持误差大小有关.特别是在多品种的中,
小批量生产中,为了适应工件尺寸在一定范围内变化,一定进行机械手的夹持误差.
图3.3手抓夹持误差分析示意图
该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度.
机械手的夹持范围为80mm180mm.
一般夹持误差不超过1mm,分析如下:
工件的平均半径:
手指长,取V型夹角
偏转角按最佳偏转角确定:
计算
当S时带入有:
夹持误差满足设计要求.
3.5弹簧的设计计算
选择弹簧是压缩条件,选择圆柱压缩弹簧.如图3.4所示,计算如下.
图3.4圆柱螺旋弹簧的几何参数
(1).选择硅锰弹簧钢,查取许用切应力
(2).选择旋绕比C等于8,则
(3.3)
(3).根据安装空间选择弹簧中径D等于42mm,估算弹簧丝直径
(4).试算弹簧丝直径(3.4)
(5).根据变形情况确定弹簧圈的有效圈数:
(3.5)
选择标准为,弹簧的总圈数圈
(6).最后确定,,,
(7).对于压缩弹簧稳定性的验算
对于压缩弹簧如果长度较大时,则受力后容易失去稳定性,这在工作中是不允许的.为了避免这种现象压缩弹簧的长细比,本设计弹簧是2端自由,根据下列选取:
当两端固定时,,当一端固定,一端自由时,,当两端自由转动时,.
结论本设计弹簧,因此弹簧稳定性合适.
(8).疲劳强度和应力强度的验算.
对于循环次数多,在变应力下工作的弹簧,还应该进一步对弹簧的疲劳强度和静应力强度进行验算(如果变载荷的作用次数,或者载荷变化幅度不大时,可只进行静应力强度验算).
现在由于本设计是在恒定载荷情况下,所以只进行静应力强度验算.计算公式:(3.6)
选取1.31.7(力学性精确能高)(3.7)
结论:经过校核,弹簧适应.
3.6本章小结
通过本章的设计计算,先对滑槽杠杆式的手部结构进行力学分析,然后分别对滑槽杠杆式手部结构的夹紧力,夹紧用的弹簧,驱动力进行计算,在满足基本要求后,对手部的夹持精度进行分析计算.
4腕部的设计计算
4.1腕部设计的基本要求
(1)力求结构紧凑,重量轻
腕部处于手臂的最前端,它连同手部的静,动载荷均由臂部承担.显然,腕部的结构,重量和动力载荷,直接影响着臂部的结构,重量和运转性能.因此,在腕部设计时,必须力求结构紧凑,重量轻.
(2)结构考虑,合理布局
腕部作为机械手的执行机构,又承担连接和支撑作用,除保证力和运动的要求外,要有足够的强度,刚度外,还应综合考虑,合理布局,解决好腕部与臂部和手部的连接.
(3)必须考虑工作条件
对于本设计,机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料,因此不太受环境影响,没有处在高温和腐蚀性的工作介质中,所以对机械手的腕部没有太多不利因素.
4.2腕部的结构以及选择
4.2.1典型的腕部结构
(1)具有一个自由度的回转驱动的腕部结构.它具有结构紧凑,灵活等优点而被广腕部回转,总力矩M,需要克服以下几种阻力:克服启动惯性所用.回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定(一般小于).
(2)齿条活塞驱动的腕部结构.在要求回转角大于的情况下,可采用齿条活塞驱动的腕部结构.这种结构外形尺寸较大,一般适用于悬挂式臂部.
(3)具有两个自由度的回转驱动的腕部结构.它使腕部具有水平和垂直转动的两个自由度.
(4)机-液结合
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4.2.2腕部结构和驱动机构的选择
本设计要求手腕回转,综合以上的分析್
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