发布时间 : 星期六 文章通用液压机械手设计--液压更新完毕开始阅读
17
腕部回转力矩计算图
1. 摩擦阻力矩M摩
M摩=（N1D1+N2D2）
式中： f——轴承的摩擦系数，滚动轴承取f=0.01～0.02，滑动轴承取f=0.1； N1 、N2 ——轴承支承反力 （N）； D1 、D2 ——轴承直径（m）
由设计知D1=0.035m
f2 D2=0.075m
N1=800N N2=200N G1=294N e=0.020时
M摩=0.1（800?0.035+200?0.075） 2 得 M摩 =2.15（N.m）
2.
工件重心引起的偏置力矩M偏
M偏?G1?e
18
式中 G1——工件重量（N）
e——偏心距（即工件重心到碗回转中心线的垂直距离），当工件重心与手腕回转中心线重合
时，M偏为零
当e=0.020，G1=294N时
M偏=5.88 （N·m）
3.
腕部启动时的惯性阻力矩M惯
① 当知道手腕回转角速度?时，可用下式计算M惯
M惯?(J?J工件)?t
式中 ?——手腕回转角速度 （1/s）
t——手腕启动过程中所用时间（s）（假定启动过程中近为加速运动），一般取0.05～
0.3s
J——手腕回转部件对回转轴线的转动惯量（kg·m）
2 J工件——工件对手腕回转轴线的转动惯量 （kg·m）
211J?mR2??60?0.052?0.075kg?m22211 按已知计算: J工件=m(l2+3R2)=?30(0.12+3?0.042)=0.037kg?m2
1212?=0.78（1/s），t=0.3s 故 M惯 = 0.29（N·m）
考虑到驱动缸密封摩擦损失等因素，一般将M取大一些，可取：
M驱=1.1~1.2(M惯+M偏+M摩)
因此，得M驱=1.2?(2.15+5.88+0.29)=10 N?m
19
4. 回转液压缸所产生的驱动力矩计算
回转液压缸所产生的驱动力矩必须大干总的阻力矩M总。
下图为机械手的手腕回转液压缸，定片1与缸体2固定连接，动片3与转轴5 固定连接，当a、b口分别进出油时，动片带动转轴回转，达到手腕回转目的。
回转缸简图
1-定片 2-缸体 3-动片 4-密封圈 5-转轴
pb(R2?r2)M=?M总2
式中：M总——手腕回转时的总的阻力矩 p——回转液压缸的工作压力 R——缸体内孔半径 r——输出轴半径 b——动片宽度
20
三、
臂部的结构
(一) 概述
臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支承手部和腕部，并将被抓取的工件传送到给定位置和方位上，因而一般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向移动。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影响机械手的工作性能，所以必须根据机械手的抓取重量、运动形式、自由度数、运动速度及其定位精度的要求来设计手臂的结构型式。同时，设计时必须考虑到手臂的受力情况、油缸及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。因此设计臂部时一般要注意下述要求：
① 刚度要大 为防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状的选择要合理。弓字形截面弯曲刚度一般比圆截面大；空心管的弯曲刚度和扭曲刚度都比实心轴大得多。所以常用钢管作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支承板。
② 导向性要好 为防止手臂在直线移动中，沿运动轴线发生相对运动，或设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。
③ 偏重力矩要小 所谓偏重力矩就是指臂部的重量对其支承回转轴所产生的静力矩。为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少偏重力矩和整个手臂对回转轴的转动惯量。
④ 运动要平稳、定位精度要高 由于臂部运动速度越高、重量越大，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动即不平稳，定位精度也不会高。故应尽量减少小臂部运动部分的重量，使结构紧凑、重量轻，同时要采取一定的缓冲措施。
(二) 手臂直线运动机构
机械手手臂的伸缩、升降均属于直线运动，而实现手臂往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油（气）缸、活塞缸和齿轮齿条机构、丝杆螺母机构以及活塞缸和连杆机构。 4.2.1手臂伸缩运动
这里实现直线往复运动是采用液压驱动的活塞油缸。由于活塞油缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂机构中应用比较多。如下图所示为双导向杆手臂的伸缩结构。手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端，当双作用油缸1的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆2（即手臂）作往复直线运动。导向杆3在导向套4内移动，以防止手臂伸缩时的转动（并兼做手腕回转缸6及手部7的夹紧油缸用的输油管道）。由于手臂的伸缩油缸安装在两导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。可用于抓重大、行程较长的场合。