機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械臂結(jié)構(gòu)

上海世博軸陽(yáng)光谷焊接施工

機(jī)器人焊接陽(yáng)光谷11060個(gè)節(jié)點(diǎn)

連接世博中國(guó)館、主題館、世博中心、演藝中心的世博軸今天上午完成了主體結(jié)構(gòu)施工。上海建工機(jī)施公司董事長(zhǎng)張立新透露，在6個(gè)形如喇叭、距地30米高空的陽(yáng)光谷的施工中，機(jī)施公司動(dòng)用了機(jī)器人，焊接了11060個(gè)節(jié)點(diǎn)。

作為世博軸的最大亮點(diǎn)，6個(gè)陽(yáng)光谷尺寸不一、間距不一、形狀也不完全一樣。陽(yáng)光谷的基本構(gòu)建為方形鋼管，幾根鋼管連接于同一點(diǎn)，稱(chēng)為“節(jié)點(diǎn)”。機(jī)施公司副總工程師陳曉明表示，陽(yáng)光谷施工中采用的機(jī)器人，外形根據(jù)施工環(huán)境而改變，“編制程序后，給機(jī)器人發(fā)指令，隨后機(jī)器人開(kāi)始做動(dòng)作?！蹦壳?，這一套機(jī)器人施工技術(shù)，已納入國(guó)家863計(jì)劃。

此前，世博軸頂部的索膜結(jié)構(gòu)也已完工。建設(shè)者總共安裝了69塊巨大的白色膜布，面積達(dá)68000平方米。如此巨大的膜布厚度僅為1毫米，但其設(shè)計(jì)張拉力每米達(dá)5噸，是當(dāng)今世界強(qiáng)度最高的膜材。

世博軸是一個(gè)由商業(yè)服務(wù)、餐飲、會(huì)展服務(wù)等多功能組成的大型商業(yè)、交通綜合體。長(zhǎng)度大約為1000米，寬約110米，跨越4條城市道路，聯(lián)系5個(gè)街區(qū)，連通3個(gè)軌道交通站。在世博軸設(shè)置6個(gè)陽(yáng)光谷，考慮的是把陽(yáng)光和空氣引入地下，“降低”建筑密度。此外，世博軸還引入黃浦江水作冷熱源，用全生態(tài)綠色節(jié)能技術(shù)營(yíng)造舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境。

世博期間，一旦面臨降雨，世博軸也能“輕松應(yīng)對(duì)”。機(jī)施公司透露，世博軸底部還設(shè)置了雨水溝渠，用來(lái)收集雨水。除了滿足特大暴雨時(shí)的蓄洪要求，雨水在經(jīng)過(guò)處理后，還能用于澆灌和世博軸內(nèi)“小氣候”的調(diào)節(jié)。一、臂部設(shè)計(jì)的基本要求

1．承載能力足：

手臂是支承手腕的部件，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮抓取物體的重量或攜帶工具的重量，還要考慮運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷及轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。2．剛度高：

為了防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。

工字型截面的彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實(shí)心軸大得多。

工字鋼（GB706-88）：1、工字鋼的型號(hào)與高度尺寸h有關(guān)，如：10號(hào)工字鋼即指其高度尺寸為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長(zhǎng)度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。3、工字鋼的長(zhǎng)度按長(zhǎng)度系列購(gòu)買(mǎi)。如：5~19m。槽鋼（GB707-88）1、槽鋼的型號(hào)與高度尺寸h有關(guān)，如：10號(hào)槽鋼即指其高度尺為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長(zhǎng)度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。3、導(dǎo)向性能好，定位精度高：

為防止手臂在直線運(yùn)動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向裝置。同時(shí)要采用一定形式的緩沖措施。4．重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小：

為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。5．合理設(shè)計(jì)與腕部和機(jī)身的連接部位：

臂部的安裝形式和位置不僅關(guān)系到機(jī)器人的強(qiáng)度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機(jī)器人的外觀。二、機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)形式

1．直角坐標(biāo)型：

臂部由三個(gè)相互正交的移動(dòng)副組成。帶動(dòng)腕部分別沿X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的方向作直線移動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)位置精度高。但所占空間較大，工作范圍相對(duì)較小。2．圓柱坐標(biāo)型：

臂部由一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)移動(dòng)副組成。相對(duì)來(lái)說(shuō)，所占空間較小，工作范圍較大，應(yīng)用較廣泛。3．關(guān)節(jié)型：

由動(dòng)力型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和前、下兩臂組成。關(guān)節(jié)型機(jī)器人以臂部各相鄰部件的相對(duì)角位移為運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。動(dòng)作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內(nèi)饒過(guò)各種障礙物。三、典型機(jī)械臂結(jié)構(gòu)

1．手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

常見(jiàn)方式：

行程小時(shí)：采用油缸或汽缸直接驅(qū)動(dòng)；當(dāng)行程較大時(shí)：可采用油缸或汽缸驅(qū)動(dòng)齒條傳動(dòng)的倍增機(jī)構(gòu)或采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)絲桿螺母來(lái)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。典型結(jié)構(gòu)：油缸驅(qū)動(dòng)的手臂伸縮運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲桿螺母直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)油缸—齒條機(jī)構(gòu)圖例：電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿螺母直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖例：2．手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

常見(jiàn)方式：

常見(jiàn)的有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，活塞及連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：假設(shè)滑塊是主動(dòng)件，當(dāng)滑塊沿一定的導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，可以推動(dòng)曲柄做擺動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)。典型機(jī)構(gòu)：

液壓缸—連桿回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：平面四桿機(jī)構(gòu)圖例：平面四桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)演變圖例：曲柄