自動上下料機械手臂與夾持部件的三維設(shè)計以及主要零部件設(shè)計

程序讓它執(zhí)行。智能擬人機械手的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在幾個方面[1]:一是不僅能夠是由美國麻省理工學院和猶他大學在20世紀80年代共同研究生產(chǎn)出的；還有例如擁有TetsuyaMouri,HaruhisaKawasa-ki,KeisukeYoshikawa等專家工作組研制的GifuHandIⅢ,SungmooRyew和HyoukryeolChoi共同研制的SKK關(guān)研究比較少，在20世紀80年代，國家大力支持工業(yè)機器人的科技攻關(guān)，經(jīng)現(xiàn)在機器人研發(fā)企業(yè)眾多，總數(shù)超過200家，很多企業(yè)單位都具有自己的研發(fā)各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1-1所示?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)位置檢測裝置被抓取工件執(zhí)行機構(gòu)圖1-1機械手的組成方框圖手腕是連接手和臂的一部分，可用于調(diào)整捕獲對象的方向。工業(yè)機器人的臂通常手臂可能實現(xiàn)的運動如下圖1.2:圖1.2手臂可能實現(xiàn)的運動2.1機械手各部分設(shè)計方案 2.2機械手的座標型式與自由度以及參數(shù)機座事臂2.2.2機械手的主要參數(shù)求機械手的速度，設(shè)計速度低限制了其應用范圍。機械手最大運動速度設(shè)計為1.2m/s,最大轉(zhuǎn)速設(shè)計為1200°/s。平均移動速度LM/s,平均轉(zhuǎn)彎速度900°臂伸縮行程設(shè)置在600mm,最大工作半徑約1500mm,安裝前后臂可調(diào)整200mm。臂的旋轉(zhuǎn)范圍設(shè)置為2400(應大于180,否則需要安裝多個臂)。由于臂的安裝用于100噸以上沖床上下料。夾持式手部抓重10公斤，氣流負壓式吸盤5公斤。自由活動度數(shù)有4個。手腕運動參數(shù)；回轉(zhuǎn)范圍(0°~180°)回轉(zhuǎn)速度(180°/s)。采用液壓緩沖器的緩沖方式，利用氣壓傳動帶動機械部件運作。圖2-2機械手的工作范圍2.3機械手抓結(jié)構(gòu)設(shè)計件的位置，它可以分為兩種類型的內(nèi)夾緊(或包括覆蓋)和外夾緊。本實用新型手指的角度2θ=120°,b=120mm,R=24mm,摩擦系數(shù)為f=0.10。圖2.4齒輪齒條式手部所以：因為傳力機構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取η=0.94,并取K?=1.5.所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為1563N。2.氣缸的直徑該氣缸是單向動作圓筒。根據(jù)力平衡原理，單向汽缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的背部和活塞桿的總電阻，其公式為：F,——彈簧反作用力，NF?——氣缸工作時的總阻力，NP——氣缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計算：D,=D?-d?L——彈簧預壓縮量，md?——彈簧鋼絲直徑，mD,——彈簧平均直徑，mG——彈簧材料剪切模量，一般取G=79.4X1護Pa在設(shè)計中，必須考慮負載率幾的影響，則：由以上分析得單向作用氣缸的直徑：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得：所以：查有關(guān)手冊圓整，得D=65mm由d/D=0.2～0.3,可得活塞桿直徑：d=(0.2～0.3)D=13～19.5mm圓整后，取活塞桿直徑d=18mm校核，按公(2-10)滿足設(shè)計要求。3、缸筒壁厚的設(shè)計汽缸直接承受壓縮空氣壓力，并且必須具有厚度。一般汽缸缸壁厚和內(nèi)徑的比率小于或等于1/10,并且可以根據(jù)薄壁圓筒的公式計算壁厚：式中：6——缸筒壁厚mmD——氣缸內(nèi)徑，65代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為：取δ=7.5mm,則缸筒外徑為：D=65+7.5×2=80mm。2.3.3電機選型計算條件：空行程最長為l=60mm,夾緊時間不應超過1.2s。設(shè)計計算：(電機選型部分根據(jù)計算需要而定)螺母移動平均速度為絲杠的平均轉(zhuǎn)速為n=33.3r/s摩擦轉(zhuǎn)矩有電機軸驅(qū)動轉(zhuǎn)矩：電機軸輸出功率：電機選用40ZY-02型號直流電動機。從而使其能夠精確地捕獲部件和放置部件。2.4.1手腕的自由度考慮到機器人的多功能性，手腕必須配備旋轉(zhuǎn)運動，以滿足由于機器人的常見性的工作要求。因此，手腕設(shè)計為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，手腕旋轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)是旋轉(zhuǎn)圓筒。手腕自由的選擇與機器人的多功能性，加工過程要求，工件的位置和定位精度。由于機器人捕獲的工件被水平放置并考慮多功能，因此可以通過將圍繞X軸圍繞旋轉(zhuǎn)運動來滿足。目前，手腕旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)是最廣泛使用的旋轉(zhuǎn)油(氣體)圓筒，因此我們選擇旋轉(zhuǎn)圓筒。結(jié)構(gòu)緊湊，但旋轉(zhuǎn)角度小于3600,密封要求嚴格。圖2.5手腕部分出圖及主要零部件出圖2.4.2腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇該設(shè)計需要腕部旋轉(zhuǎn)角度為90度或180°,然后手腕結(jié)構(gòu)選擇自由度旋轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)。步進電動機是使用電磁轉(zhuǎn)換電磁鐵的電動機進入直線位移或角位移電動機。數(shù)據(jù)輸入到計算機，并且根據(jù)給定的數(shù)據(jù)和要求計算計算機。計算機發(fā)射的每個脈沖，步進電機旋轉(zhuǎn)一定的角度，并且步進電機通過手腕的傳動旋轉(zhuǎn)。逐步拍攝脈沖，并且步驟電動機逐步旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動手腕旋轉(zhuǎn)到所需的角度。因此，手腕結(jié)構(gòu)是步進電動機驅(qū)動的蝸桿運動結(jié)構(gòu)：其主要功能是控制爪的旋轉(zhuǎn)，使其可以準確地抓住并放置部分。操作方法是旋轉(zhuǎn)步進電機，然后將手腕旋轉(zhuǎn)控制到一定的角度(90°或180°)當電機停止旋轉(zhuǎn)時，爪子產(chǎn)生自鎖，完成手腕旋轉(zhuǎn)功能。2.4.3手腕轉(zhuǎn)動時所愉的驅(qū)動力矩手腕的旋轉(zhuǎn)，左上和左擺動是旋轉(zhuǎn)運動。手腕的驅(qū)動扭矩必須克服手腕開始時產(chǎn)生的慣性矩、腕部轉(zhuǎn)軸與支撐孔之間的摩擦阻力力矩、活動板和氣缸直徑，固定板承受端蓋處密封裝置的摩擦阻力矩和轉(zhuǎn)動部分中心與轉(zhuǎn)動軸不重合引起的偏轉(zhuǎn)力矩。圖2.6顯示了腕力的示意圖。圖2.6手碗回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算：的密襯裝置的類型有關(guān)，應根據(jù)具體情況加以分析。2.4.4步進電機選型蝸輪軸轉(zhuǎn)速為n蝸輪軸轉(zhuǎn)速為n=15r/min手腕轉(zhuǎn)動90°時的時間約為t=1s,期間做功為W=mgh?+m?gh=11.9.J渦輪軸轉(zhuǎn)矩電機軸輸出轉(zhuǎn)矩為電機軸輸出功率為靜力矩為Tmax=(2～3)T?=(2～3)×0.201=(0.402~0.603)N·m選用型號為57BYG450C的永磁感應子式步進電機。2.5手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算2.5.1手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計伸縮臂為直線運動，往復運動由氣壓驅(qū)動的活塞缸實現(xiàn)。該機械臂采用單導桿作為導向裝置，提高了機械臂的剛度和導向性。同時，為了防止臂繞軸旋轉(zhuǎn)，確保手指方向是正確的，使得活塞桿不受較大彎矩的影響，從而增加了臂的剛性，并且必須采用適當?shù)闹笇?。吊桿結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時，在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布置中，我們應該最小化移動部件的重量和臂上的臂的慣性矩。2.5.2手臂伸縮驅(qū)動力的計算手臂作水平伸縮時所需的驅(qū)動力：圖2.7手嘴伸出時的受力狀態(tài)圖2.7所示為活塞缸向前驅(qū)動臂的示意圖。在單桿活塞缸中，由于缸內(nèi)兩腔的有效工作面積不相等，驅(qū)動力之間的關(guān)系與左右壓力不同。當壓力油(或壓縮空氣)輸入工作室時，驅(qū)動臂突出(或縮回)的驅(qū)動力應克服臂開始延伸(或縮回)時產(chǎn)生的慣性力，并且臂可移動構(gòu)件密封手臂。耐摩耐力，供油壓力引起的阻力(即背壓),因此，驅(qū)動力計算公式為：2.5.3手臂升降和回轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計圖2.8直臂結(jié)構(gòu)三維圖圖2.9直臂部分傳動機構(gòu)三維圖2.5.4電機選型所以電機輸出軸的負載轉(zhuǎn)矩為：電機輸出軸功率為所以選用型號為YS5012的三相異步電動機。[2]周鴻杰.高速工業(yè)機械手定位控制研究[D].[11]徐國華，譚民.移動機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢[J].機器人技術(shù)與應[16]Wan-JunWang,MargaretLamb,andIleneJ.BuschVishniac.AnAutLoadingandUnloadingSystemforaMagle[17]LiuBinger,XianYun,YangYemen,etal.A[18]MasafumiTsuji,RotiSheraton,HiroshiForeshow,eNavigationSystems(