发布时间 : 星期二 文章机械手的总体方案设计更新完毕开始阅读
G—被抓取工件所受重力(N)
这里 K1=1.8
K2=1+a/g=1+200×10(-3)/9.8×0.1=1.2 K3=1 G=3×9.8N
∴ FN=1.8×1.2×1×3×9.8N=63.5N
驱动力为F,由FN=R×F/2b,其中R为扇形齿轮的半径, 这里
R=18㎜,b=100㎜
则 F=2bFN/R=2×100×63.5/18 N=705.6 N
2.应具有足够的张开角
钳爪为了抓取和松开工件,必须具有足够大的张开角度来适应较大的直径范围,而且夹持工件的中心位置变化要小(即定位误差要小),对于移动式钳爪要有足够大的移动范围。
3.应能保证工件的可靠定位
为了使钳爪和被夹持的工件保持准确的相对位置,必须根据被抓取的工件的形状,选用相应的钳爪形状来定位。
4.应具有足够的强度和刚度
钳爪除受到被夹持工件的反作用外,还受到机器人手部在运动过程中产生的惯性力和振动的影响,若没有足够的强度和刚度则会发生折断或弯曲变形,因此对于受力较大的钳爪应进行必要的强度和刚度计算。
5.应适应被抓取对象的要求
适应工作的形状:工件的形状为圆柱形,可采用带“V”型钳口的手爪:工件为圆柱状,可选用圆弧形二指或三指爪,对于特殊形状的工件应设计与工件相适应的手爪。
适应工件被抓取部位的尺寸:工件被抓取部位的尺寸可能是不变的,若加工尺寸略有变化,那么钳爪应能适应尺寸变化的要求。工件表面质量要求高的,对钳爪应采取相应的措施,如加软垫等。
要适应工作位置的状况:如工作位置较窄小可用薄片形钳爪。
6.尽可能具有一定的通用性
钳爪一般专用性较强,在可能的情况下,应考虑到产品零件的更换,为适应不同形状和尺寸的要求。可将钳爪制成组合式结构,迅速更换不同的钳爪部件及附件来扩大手部机构的使用范围。
由此,根据所夹持的凸轮轴的外形,可初选齿轮传动的回转型手指。其最大特点是结构简单。
因工件较长,故选用双手双指式来夹持工件的两端,其工作原理为:当机械手向下运动时,手指内侧的斜面碰触工件表面而使手指张开,工件进入手指上的圆弧面处,靠电磁阀控制手指的张开和闭和。
手指和工件相接触的部分,我们将之设计为圆弧状,这是由于该机械夹紧手部所要夹持的工件为圆柱形,可使工件与手指接触更为紧密,减小运送过程中的振动,提高可靠性。为了保证凸轮轴的可靠定位,在手部支撑板的中间装有一个定位手部。
2.3 机械手的手臂设计
由于所设计的送料机械手的手部没有回转、俯仰和摆动等运动,所以没有手腕的设计。
1.手臂的组成和作用
臂部是工业机械手的重要组成部分,其作用是支撑手部和腕部,改变手部在空间的位置,臂部一般与控制系统和驱动系统一起安装在机身上,机身可以是固定式的,也可以是行走式的,即可沿地面或导轨运动。
手臂的组成部分如管路、冷却装置、行程定位装置、油缸、反馈装置等直接影响机械手的工作性能。因此在设计过程中要注意以下几点:
⑴ 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻 ① 手臂的的截面形状要选择合理 ② 合理布置作用力的位置和方向
在结构设计时应该结合具体受力情况,使个作用力引起的变形相互抵消。 ③ 注意简化结构
元件越多,间隙越大,刚性就越低,因此应尽量使结构简单。 ④ 提高配合精度
⑵ 臂部速度要高,惯性要小
应尽量减少手臂的重量,减少手臂运动的轮廓尺寸,减少回转半径。 ⑶ 手臂动作应灵活
为减少手臂运动件之间的云工阻力,尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦,其传动件、导向件和定位件布置应合理,使手臂运动过程尽可能平衡,以减少对升降支承轴线的偏心力矩,以防卡死。
2.手臂的设计计算
⑴升降油缸的驱动力计算 其受力分析如图三:
图三 升降油缸受力图
驱动力
上升时
Pq= F摩+F惯 +F回+ GPq= F摩+F惯 +F回- G 下降时
式中 G— 臂部运动部件的重量(N) 升降油缸手臂重量计算:
工件:3㎏;手部:4㎏;导向杆:1㎏;
活塞杆:1/4×π×D2×h×ρ=1/4×π×202×428×7.8×10-6 =1.1㎏ 缸体:壁厚取δ=8㎜,
2×π×R×h×δ×ρ=2×π×20×360×8×7.8×10-6 =2.8㎏ 油:π×D2×h×ρ=π×402×350×0.8×10-6=1.4㎏
活塞:1/4×π×D2×h×ρ=1/4×π×402×10×7.8×10-6=0.1㎏ 总重量:3+4+1.1+1.4+0.1=9.6㎏
考虑到安全系数,取总重量M为20㎏,则G=20×9.8=196N
F惯—
起动的惯性力(N);可按如下近似计算:
F惯=G??vg??t式中, ΔV—速度变化量(m/s),又ΔV最大为200㎜/s,
Δt—启动过程的时间(s),一般为0.01~0.15;
Δt对于轻载低速部件取小值,对于重载高速部件取大值,由于该机械手臂运动时速度不高,且工作载荷不大,取Δt=0.08s.
?F惯=1969.80.08?0.2N?50NF回—油缸回腔低压油液所造成的阻力,一般背压力较小,可按
F回=0.05G计算,
? F回=0.05?196N=9.8NF摩— 各支承处的摩擦力(N);
当量摩擦系数μ′=(1.27~1.57)μ
对于静摩擦且无润滑时,铜对青铜:μ=0.1~0.25 钢对铸铁:μ=0.18~0.3,取μ=0.2 则 μ′=(1.27~1.57)×0.2=0.25~0.31 升降导向立柱不自锁,必须 G>F1+F2=2 F1=2 FR1f
由平衡条件:FR1 =FR2 ,G×R= FR2×h 解得:h>0.32R
摩擦力为:取h=10㎜,满足不自锁条件,则