某鍵合機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)器人手腕與手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u12696某鍵合機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)器人手腕與手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例 169701.1 機(jī)器人夾持式手部結(jié)構(gòu) 1176391.1.1 手指分類和形狀 182161.1.2 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 187121.2 機(jī)器人手部手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4197411.2.1 機(jī)器人手部手腕的自由度 4140521.2.2 計(jì)算機(jī)器人手部手腕的驅(qū)動(dòng)力矩 5326244 鍵合機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)計(jì)算及設(shè)計(jì) 9326014.1 機(jī)械手臂伸縮部分的校核與設(shè)計(jì) 9290314.2手臂升降部分校核與設(shè)計(jì) 1027054.3手臂回轉(zhuǎn)部分校核與設(shè)計(jì) 11253515 鍵合機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)器人的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12225175.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖 12326805.2 氣缸的選型計(jì)算 141.1 機(jī)器人夾持式手部結(jié)構(gòu) 對(duì)于機(jī)械人手部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其可以完成更換，可更換通用性更高的手臂，傳力機(jī)構(gòu)和手抓是夾持式手部結(jié)構(gòu)的主要部分，其中傳力機(jī)構(gòu)的種類較多，如彈簧杠桿式、斜楔杠桿式、滑槽杠桿式等。1.1.1 手指分類和形狀 普遍的一種夾持式是夾持式，其中常見的兩種是，雙手雙指夾持式和多指夾持式，根據(jù)夾持工件的手指部位可以區(qū)分為內(nèi)外夾持式兩種：模仿人類手指的運(yùn)動(dòng)，手指可分為兩支點(diǎn)向回、支點(diǎn)向變換的變換種類，其中兩支點(diǎn)向回的變換是基本模式。當(dāng)兩個(gè)支點(diǎn)到手指的距離變換時(shí)，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)保護(hù)下到無窮無盡的小時(shí)，變成了一個(gè)支點(diǎn)回到手指的變換；實(shí)用新型具有應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開閉角度小、制造容易的優(yōu)點(diǎn)。在生活當(dāng)中，較少的應(yīng)用移動(dòng)式，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度更高，當(dāng)其夾住部件時(shí)，直徑變化也不會(huì)影響軸的具體位置，因此，其可以更好的滿足不同直徑的工件，適應(yīng)性強(qiáng)。1.1.2 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 1、驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算圖1.1齒輪齒條式手部圖工件重量為，手指角度為，摩擦系數(shù)為(1)驅(qū)動(dòng)力為:（3-1）(2)可得握力計(jì)算公式:（3-2）可得實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力:根據(jù)公式計(jì)算可得夾持工件時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力為。2、氣缸直徑設(shè)計(jì)使用的是單向作用氣缸，根據(jù)力平衡原理，其活塞桿上的輸出力，是克服彈簧活塞桿工作和反作用力的總阻力，其公式為:（3-3）反作用力的計(jì)算為:（3-4）（3-5）Gf=（3-6）因?yàn)橐紤]到對(duì)負(fù)載率的影響，所以:（3-7）綜上所述我們可知，單向作用氣缸直徑為:（3-8）由上式，可計(jì)算得：所以:查詢資料，可將結(jié)果取整為因?yàn)?，，?jì)算得到活塞桿直徑:通過上述方式，我們可取活塞桿直徑為，并進(jìn)行校核，其公式為：（3-9）可得：已知所以:由上述結(jié)果可知，其滿足設(shè)計(jì)要求。3、缸筒壁厚設(shè)計(jì)一般的氣缸缸筒壁厚和內(nèi)徑之比小于或者等于1/10，我們可以按照薄壁筒公式計(jì)算:因?yàn)閜=1.5所以材料是ZL3[]=3mpa已知數(shù)據(jù)代入公式:（3-10）取，所以缸筒的外徑為:D=80mm1.2 機(jī)器人手部手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的通用性需要被考慮進(jìn)來，被抓取工件，其功能是水平放置，所以，回轉(zhuǎn)氣缸為我們要設(shè)計(jì)的手腕回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)。1.2.1 機(jī)器人手部手腕的自由度 因?yàn)闄C(jī)械手進(jìn)行抓取的工件，是水平放置的，為設(shè)計(jì)更多功能的機(jī)械手，需要使其手腕運(yùn)動(dòng)可以繞X軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以此為基礎(chǔ)才可以完成所需的工作要求。現(xiàn)階段，腕部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，最常用的為旋轉(zhuǎn)油缸，所以我們選擇了旋轉(zhuǎn)油缸。其結(jié)構(gòu)是非常緊湊，旋轉(zhuǎn)角度略小，需進(jìn)行嚴(yán)格、必需的密封，滿足相應(yīng)的要求。1.2.2 計(jì)算機(jī)器人手部手腕的驅(qū)動(dòng)力矩1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)力矩當(dāng)腕部進(jìn)行啟動(dòng)，其產(chǎn)生的慣性力必須要被矩驅(qū)動(dòng)腕部旋轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩克服，腕部的旋轉(zhuǎn)軸和支撐孔在摩擦阻力力矩、運(yùn)動(dòng)件和氣缸直徑、固定件、鎖緊螺母等處的密封裝備在因轉(zhuǎn)動(dòng)部分的中心,摩擦阻力力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)軸不重合從而引起的偏力矩。圖4-1顯示了腕力的示意圖。圖1.2手部回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)手部手腕進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算如下:（3-11）將按圖4-1，對(duì)各個(gè)阻力矩進(jìn)行分析計(jì)算:1、手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩假定手腕是按照等加速進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其角速度是，起動(dòng)過程所需時(shí)間為，所以:（3-12）如果轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與工件中心不重合，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是:（3-13）2、工件的偏重和手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏+()（3-14）當(dāng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與工件重心位置一致時(shí)，則。3、在手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸，其摩擦阻力矩()根據(jù),得:同理，根據(jù)(F),得:2回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算如圖4-2所示為單葉旋轉(zhuǎn)氣缸的原理。固定件1和缸體2進(jìn)行固定連接，移動(dòng)件3與轉(zhuǎn)軸5固定連接。活動(dòng)板密封圈4將空氣腔分成兩部分。壓縮氣體進(jìn)入孔，輸出軸被推動(dòng)，可進(jìn)行次反轉(zhuǎn)，低壓室氣體可從孔排出。反之，輸出軸可進(jìn)行順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)力矩與單葉片氣缸的壓力之間關(guān)系公式為：,或（3-15）圖1.2回轉(zhuǎn)氣缸示意圖3手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸和校核1.尺寸設(shè)計(jì)氣缸設(shè)計(jì)長(zhǎng)度是,氣缸內(nèi)徑尺寸,半徑,軸徑,半徑,氣缸運(yùn)行角速度=，加速度=0.1s,壓強(qiáng),力矩為：（3-16）2.尺寸校核1．手腕轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量，由分析可知，其在一個(gè)半徑的圓盤上進(jìn)行質(zhì)量密度等效分布。（3-17）（）其工件質(zhì)量是，其質(zhì)量分布在長(zhǎng)的棒料上如果不重合，對(duì)于長(zhǎng)的棒料來說，最大偏心距，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是:2、偏重力矩為，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與軸線重合，，夾持工件的一端，工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線,則+（3-18）3、轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩是，滾動(dòng)軸承，滑動(dòng)軸承，，是軸頸直徑，,,,為支承反力，粗略估計(jì),。（3-19）4．密封裝置與動(dòng)片的摩擦阻力矩，其值與密封裝置具有較大影響，需要根據(jù)情況來進(jìn)行選擇和分析，基于上述情況，預(yù)估。3（3-19）（3-20）綜上可知，尺寸設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)安全。4 鍵合機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)計(jì)算及設(shè)計(jì) 4.1 機(jī)械手臂伸縮部分的校核與設(shè)計(jì)（1）在對(duì)機(jī)械手臂伸縮氣缸進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其尺寸需要根據(jù)其生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)氣缸為參數(shù)，照看它的相關(guān)尺寸參數(shù)，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，采用型氣缸，尺寸內(nèi)徑為。（2）氣缸尺寸校核1.校核氣缸內(nèi)徑和半徑，氣缸內(nèi)徑,半徑，只要通過校核驗(yàn)證即可，壓強(qiáng)設(shè)計(jì)為。根據(jù)上述參數(shù)，可計(jì)算驅(qū)動(dòng)力為:（4-1）1.手腕質(zhì)量是，加速度，所以慣性力（4-2）2.摩擦系數(shù)。（4-3）總受力通過上述計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)CTA的尺寸滿足用驅(qū)動(dòng)力所需要求。4.2手臂升降部分校核與設(shè)計(jì) （1）尺寸設(shè)計(jì)將氣缸運(yùn)行長(zhǎng)度為,氣缸內(nèi)徑尺寸,半徑為,加速度時(shí)間，壓強(qiáng)，計(jì)算可得驅(qū)動(dòng)力為：（4-4）（2）尺寸校核1．手腕質(zhì)量為，計(jì)算可得重力為：（4-5）2.加速度為，計(jì)算慣性力可得：（4-6）1.摩擦力考慮進(jìn)來，摩擦系數(shù)為，（4-7）總受力通過上述計(jì)算可知，該設(shè)計(jì)尺寸滿足實(shí)際使用所需的要求。4.3手臂回轉(zhuǎn)部分校核與設(shè)計(jì) （1）尺寸設(shè)計(jì)氣缸長(zhǎng)度尺寸為,氣缸內(nèi)徑尺寸為,半徑,軸徑半徑,氣缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間0.5s,壓強(qiáng),計(jì)算得：（4-8）（2）尺寸校核1．手臂轉(zhuǎn)動(dòng)工件質(zhì)量，由分析可知，其在一個(gè)半徑的圓盤上進(jìn)行質(zhì)量密度等效分布。（4-9）（）（4-10）軸承與油封間的摩擦力考慮進(jìn)來，取摩擦系數(shù),總驅(qū)動(dòng)力矩（4-11）通過上述計(jì)算，該尺寸符合本設(shè)計(jì)尺寸的使用要求。5 鍵合機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)器人的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖 如下圖為機(jī)器人的氣動(dòng)傳動(dòng)的原理圖。它是由空氣壓縮機(jī)經(jīng)過快換接頭進(jìn)到儲(chǔ)氣罐，經(jīng)油霧器，水分過濾器，調(diào)壓閥，再進(jìn)入到各個(gè)并聯(lián)氣路上的電路來控制它的動(dòng)作。表5.1氣路元件表序號(hào)型號(hào)規(guī)格名稱數(shù)量1QF-44手動(dòng)截止閥12儲(chǔ)氣缸23QSL-26-S1分水濾氣器14QTY-20-S1減壓閥15QIU-20-S1油霧器16YJ-1壓力繼電器17Q24DH-10-S1二位五通電磁滑閥18Q24D2H-10-S1二位五通電磁滑閥49Q24D2H-15-S1二位五通電磁滑閥110單向節(jié)流閥211L1-25單向節(jié)流閥212快速排氣閥213氣液轉(zhuǎn)換器15.2 氣缸的選型計(jì)算氣缸的推力計(jì)算氣缸的拉力計(jì)算η的選取與氣缸的負(fù)載性能及氣缸的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)（見下表）表5.2η的選取與氣缸的負(fù)載性能理論拉力(N)為：（5-2）式中,d一活塞桿直徑（mm）時(shí),估算時(shí)可令d=0.3D。工作壓力為P=1MPa的單作用氣缸,其（2）關(guān)于氣缸的選型因?yàn)楸狙b置要采用單缸型氣缸，且