機(jī)械裝備設(shè)計(jì)手腕

1、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 13.1 概述 13.3 手腕 13.1 概述 13.1.1 機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是能夠模仿人手的部分動(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。 實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁 重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞 動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平 。 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制 系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。 機(jī)械手的組成及相互間關(guān)系 1.執(zhí)行機(jī)構(gòu) （1）手部 是機(jī)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(jī)械手直接將工具裝置于機(jī)械手的前端，而 不設(shè)置手部。 （2）手腕 是機(jī)械

2、手中連接手部與臂部 主要用來確定手部工作時(shí)位置并擴(kuò)大臂部動(dòng)作 范圍的部件。一些簡(jiǎn)易的機(jī)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(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作 位置檢測(cè)裝置 （3）手臂 是機(jī)械手中支承腕部和手部 ，用來實(shí)現(xiàn)較大范圍運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)和升降 運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。 （5）機(jī)座 是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，起 支撐和連接的作用。 2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的 動(dòng)力裝置，常用的有液壓、氣壓、電力和機(jī)械 式驅(qū)動(dòng)四種形式。 3.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機(jī)

3、械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng)，用來 控制動(dòng)作的順序、位置和時(shí)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(jìn)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(cè)裝置 位置檢測(cè)裝置是控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置 ，可隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系 統(tǒng)，并與升的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系 統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè) 定位置。 13.1.2 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)和分類 1.機(jī)械手的運(yùn)動(dòng) 機(jī)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(jī)的各自獨(dú) 立運(yùn)動(dòng)合成來確定。 （如

4、圖） 機(jī)械手的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)，必須要配有一個(gè)原 動(dòng)件，當(dāng)各原動(dòng)件按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械 手各部件隨之作確定的運(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)械手具 有運(yùn)動(dòng)和位置的確定性。 2.機(jī)械手的分類 按用途可分為：通用機(jī)械手和專用機(jī)械手 ； 按驅(qū)動(dòng)方式分為：液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手、氣壓 驅(qū)動(dòng)機(jī)械手、電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手、機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械 手 按控制方式分為：點(diǎn)位控制機(jī)械手、連續(xù) 軌跡控制機(jī)械手； 按運(yùn)動(dòng)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(jī)械手的主要參數(shù) 1.抓取重量：機(jī)械手所能抓取或搬運(yùn)物件 的最大重量，對(duì)其他參數(shù)均有影響。 2.運(yùn)動(dòng)速度：反映了機(jī)械手的生產(chǎn)水平， 影響機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)周期和工作效率。 影

5、響機(jī)械手動(dòng)作的快慢：手臂的伸縮、回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 速度大小與機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式、定位方式 、抓重大小和行程距離有關(guān)。 3.行程范圍 機(jī)械手的手臂運(yùn)動(dòng)行程對(duì)使用性能有較大 影響。 通用機(jī)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(huì)增加 手臂懸伸量，相應(yīng)的偏重力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也增 加，且剛性降低，對(duì)于定位精度也難以保證。 4.定位精度 定位精度是衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的又一重 要指標(biāo)，是指機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)部件從某一起始位 置運(yùn)動(dòng)到預(yù)期的另一位置時(shí)所到達(dá)的實(shí)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(jī)械手運(yùn)動(dòng)部件本身的精度和剛度，并和抓取 重量、運(yùn)動(dòng)速度等

6、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 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(jì)時(shí)注意以下問題： （1）可以由手臂完成的動(dòng)作，盡量不設(shè)置 手腕； （2）手腕結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)化，對(duì)不需要三自 由度的手腕，可采用兩個(gè)或一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； （3）手腕處的結(jié)構(gòu)要求緊湊，重量輕，手 腕的驅(qū)動(dòng)裝置多采用分離式。 13.3.2 結(jié)構(gòu) 手腕的動(dòng)作就其運(yùn)動(dòng)形式來說為一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)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

7、時(shí)，可采用齒輪齒條傳 動(dòng)或鏈輪傳動(dòng)、輪系機(jī)構(gòu)等。 （如圖） 13.3.3 手腕回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 。 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： M驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩，Nm； 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)與其它裝置的總摩擦阻力， Nm 轉(zhuǎn)動(dòng)零部件重量不通過手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線時(shí) 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(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)部件對(duì)其運(yùn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣 量，Nmss； 手部對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， Nmss； 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， Nmss

8、 ； 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)是得角速度，rad/s； 手腕啟動(dòng)過程所需要的時(shí)間，s； 慣 M t 0175. 0 ）（ 工手腕慣 JJJM 腕 J 手 J 工 J t 2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏置對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn) 生的偏置力矩 工件的重量，N; 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量，N; 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距，m； 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心島轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心 距 ，m； 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則 偏 M 3311 eeGGM 偏 1 G 3 G 1 e 3 e 0e1 1 G 3）摩擦阻力矩 摩擦阻力矩包括二項(xiàng)，即手腕轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)算 、 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑，m； f 軸承摩擦因數(shù)，滾動(dòng)軸承取0.01， 滑動(dòng)軸承取0.1； 、 軸頸處的支承反力，N。 摩 M 1摩 M 2摩 M 21摩摩摩 MMM 1摩 M ）（ 摩121 ddf 2 1 RBRA FFM 1 d 2 d RA F RB F 按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，根據(jù) 得 0)(FM A 112233 llllGGGFRB l lll 331122 G