機械手的設計資料(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 = ? ? 365 101032/10665 ?????? = mm 取 ? = mm，則缸筒外徑為 :D=65+? 2 =80 mm。 氣流負壓式吸盤 氣流負壓式吸盤是利用吸盤 (即用橡膠或軟性塑料制成皮腕 )內形成負壓將工件吸住。它適用于搬運一些薄片形狀的工件，如薄鐵片、板材、紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形殼體零件等，尤其是玻璃器皿及非金屬薄片，吸附效果更 為明顯。 氣流負壓式與鉗爪式手部相比較，氣流負壓式手部具有結構簡單，重量輕， 表面吸附力分布均勻，但要求所吸附表面平整光滑、無孔和無油。 按形成負壓 (或真空 )的方法，氣流負壓式 手部可分為真空式、氣流負壓式和擠壓排氣式吸盤。在本機械手中，擬采用噴射式氣流負壓吸盤。 19 圖 3 3 噴 射 氣 流 原 理 圖 噴射式氣流負壓吸盤的工作原理如圖 33 所示，根據流體力學，氣體在穩定流動狀態下，單位時間內氣體經過噴嘴的每一個截面的氣體質量均相等。因此，在最簡單的情況下，低流速 (高壓強 )截面的噴嘴應當具有大面積，而高流速 (低壓強 )截面的噴嘴應當具有小面積。所以，壓縮空氣由噴嘴進口處 A 進入后，噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮，而氣流速度逐漸增大，當沿氣流流動方向截面收縮到最小處 X時〔即臨界面積 )，流速達到臨界速度即音速，此時壓力近似為噴嘴進口處的壓力之半，即 = 8P,。為了使噴嘴出口處的壓力 低于 Pk，必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴段，這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速，并在該處建立低壓區域，使 C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走，如 C處形成密封空腔，就可使腔內壓力下降而形成負壓。當在 C處連接橡膠皮腕吸盤，即可吸住工件。 圖 3 4 所示為可調的噴射式負壓吸盤結構圖。為了使噴嘴更有效地工作，噴嘴口與噴嘴套之間應當有適當的間隙，以便將被抽氣體帶走。當間隙太小時，噴射氣流 和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽氣速率 。當間隙太大時，離噴射氣體越遠的氣體被帶著向前運動的速度就越低，同時間隙過大，從噴嘴套出口處反流回來的氣體就越多，這就使抽氣速率大大的降低。因此，間隙要適宜，最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調節， 以便噴嘴有效地工作。在圖 34 中， 20 噴嘴 5 與噴嘴套 6 的相對位置是可以調節的，以便改變間隙的大小。 1. 株膠吸盤 圖 3 4 可 調噴 射 式 負 壓 吸 盤 結構 下面計算吸盤的直徑 . 吸盤吸力的計算公 式為 : P=32124 KKK Dn? 式中 :P—— 吸盤吸力 (N)，本機械手的吸盤吸力為 50N，故 P=50N。 D—— 吸盤直徑 (cm). N—— 分吸盤數量，本機械手吸盤數量為 1。 1K —— 吸盤吸附工件在起動時的安全系數，可取 K,月 22，在此取 1K = 2K —— 工作情況系數。若板料間有油膜存在則要求吸附力大些 。若裝有分 21 料器 ， 則 吸附力就可小些。另外工件從模具取出時，也有摩擦力的作用， 同 時 還應考慮吸盤在運動過程中由于加速運動而產生的慣性力影 第四章手腕結構設計 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應復雜的動作要求。 手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位 精度等許多因素有關。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性， 因此給手腕設一繞 x軸轉動回轉運動才可滿足工作的要求。 手腕 的驅動力矩的計算 手腕轉動時所愉的驅動力矩 手腕的回轉、上下和左右擺動均為回轉運動，驅動手腕回轉時的驅動力矩必 須克服手腕起動時所產生的慣性力矩，手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩， 動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉動件的中心與轉 動軸線不重合所產生的偏重力矩 .圖 41所示為手腕受力的示意圖。 22 圖 41 手碗回轉時受力狀態 手腕轉動時所需的驅動力矩可按下式計算 : M驅 = M慣 + M偏 + M摩 +M封 cm (41) 式中 : M驅 —— 驅動手腕轉動的驅動力矩 (Kg﹒ cm)。 M慣 —— 慣性力矩 (Kg﹒ cm)。 M偏 —— 參與轉動的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回轉缸的動片 )對轉 動 軸 線 所 產生 的 偏 重 力 矩 (Kg﹒ cm),. M摩 —— 手 腕轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩 (Kg﹒ cm)。 M封 —— 手 腕回轉缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 (Kg﹒ cm )。 下面以圖 41所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算 : 手腕加速運動時所產生的慣性力矩 M慣 若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉動時的角速度為 ? ，起動過程所用的 時間為△ t，則 : M慣 =? ? tJJ ?? ?1 () 若手腕轉動時的角速度為 ? ，起動過程所轉過的角度為△ ? ，則 : M慣 =? ????? 2 21JJ () 式中 : J—— 參與手腕轉動的部件對轉動軸線的轉動慣量 (N178。 cm178。 s2 )。 J1 —— 工件對手腕轉動軸線的轉動慣量 (N178。 cm178。 s2 )。 23 若工件中心與轉動軸線不重合，其轉動慣量 J1 ,為 : 2111 egGJJ g ?? Jg —— 工件對過重心 軸線的轉動慣量 (N178。 cm178。 s2 )。 G1 —— 工件的重量 (N)。 1e —— 工件的重心到轉動軸線的偏心距 (cm), ? —— 手腕轉動時的角速度 (弧度 /s)。 t? —— 起動過程所需的時間 (S)。 ?? —— 起動過程所轉過的角度 (弧度 )。 手腕轉動件和工件的偏 重對轉動軸線所產生的偏重力矩 M偏 M偏 = 3311 eGeG ? 式中 : G3 —— 手腕轉動件的重量 (N)。 e3 —— 手腕轉動件的重心到轉動軸線的偏心距 (cm). 當工件的重心與手腕轉動軸線重合時，則 11eG =0 . 手 腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 M摩 M摩 = ? ?122 dRdRf BA ? 式中 : d1 、 d2 —— 手腕轉動軸的軸頸直徑 (cm)。 f—— 軸承摩擦系數，對于滾動軸承 f= ，對于滑動軸承 f=。 RA 、 RB —— 軸頸處的支承反力 (N)，可按手腕轉動軸的受力分析求解，根據 ? ?? ?0FmA 得 : 24 RB l+G3 l3 =G2 l2 + G1 l1 同理，根據 ? ?? ?0FmB 得 : RA = l lGlGlG 332211 ?? 式中 : G2 —— 手部的重量 (N) 11 、 l2 、 l3 —— 如圖 41所示的長度尺寸 (cm). 回轉缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M封 ，與選用 的密襯裝置的類型有關，應根據具體情況加以分析。 回轉氣缸的驅動力矩計算 在機械手的手腕回轉運動中所采用的回轉缸是單葉片回轉氣缸，它的二理如圖 42所示，定片 1 與缸體 2 固連，動片 3 與回轉軸 5 固連。動片封圈 4 把氣腔分隔成兩個 .當壓縮氣體從孔 a進入時，推動輸出軸作逆時 4 回轉，則低壓腔的氣從 b 孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉。單葉 J氣缸的壓力 p 和驅動力矩 M 的關系為 : ? ?2 22 rRpbM ?? 或： ? ?222 rRb Mp ?? 25 圖 42 回轉氣缸簡圖 第五章手臂結構設計 按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉和升降 (或俯仰 )運動。手臂的回轉和升降運動是通過立柱來實現的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現。 手臂伸縮與手腕回轉部分 結構設計 手臂的伸縮是直線運動，實現直線往復運動采用的是氣壓驅動的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂結構中應用比較多。同時 ， 氣 壓驅動的機械手手臂在進行伸縮 (或升降 )運動時，為了防止手臂繞軸線發生轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設計手臂結構時，必須采用適當的導向裝置。它應根據手臂的安裝形式，具體的結構和抓取重量等因素加以確定，同時在結構設計和布局上應盡量減少運動部件的 26 重量和減少手臂對回轉中心的轉動慣量。在本機械手中，采用的是單導向桿作為導向裝置，它可以增加手臂的剛性和導向性。 該機 械 手 的手臂結構如附圖所示，現將其工作過程描述如下 : 手臂主要由雙作用式氣缸 導向桿 定位拉桿 3 和兩個可調定位塊 4 等組成。雙作用式氣缸 1的缸體固定，當壓縮空氣分別從進出氣孔 c, e 進入雙作 用式氣缸 1 的兩腔時，空心活塞套桿 6 帶動手腕回轉缸 5和手部一同往復移動。 在空心活塞套桿 6 中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉氣缸 5，一根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。在雙作用式氣缸 1缸體上方裝置著導 向桿 2，用它防止活塞套桿 6在做伸縮運動時的轉動，以保證手部的手指按正確 的方向運動。為了保證手嘴伸縮的快速運動。在雙作用式氣缸 1 的兩個接氣管口 c, e 出分別串聯了快速排氣閥 .手臂伸縮運動的行程大小，通 過調整兩塊可調定位塊4的位置而達到。手臂伸縮運動的緩沖采用液壓緩沖器實現 . 手腕回轉是由回轉氣缸 5實現，并采用氣缸端部節流緩沖，其結構見 AA 剖面 。在附圖中所示的接氣管口 a、 b是接到手腕回轉氣缸的 。d是接到手部夾緊氣 缸的。直線氣缸 1 內的三根氣管采用了伸縮氣管結構，其特點是機械手外觀清晰、 整齊，并可避免氣管的損傷，但加工工藝性較差。另外活塞套桿 6做成筒狀零件 可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運動速度。 氣壓驅動的機械手手臂在進行伸縮 (或升降 )運動時，為了防止手臂繞 軸線發生轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設計手臂結構時，必須采用適當的導向裝置。它應根據手臂的安裝形式，具體的結構和抓取重量等因素加以確定，同時在結構