机械手的总体方案设计

机械手的总体方案设计工件，各臂均悬挂在生产线上方的横梁上，臂间距离和工位距离相等，手臂可同步地沿横梁平移一个工位间距，把工件从一个工位移动到下一个工位，可以削减随行夹具和其他装置，提高自动化程度。悬挂式机械手占地面积小，能有效的利用空间。悬挂式机械手构造简洁，本钱底。该凸轮轴加工自动线上的送料机械手承受液压驱动，

PLC掌握，其中实行液压驱动有以下优点：压力高，可实现较大的驱动力，且机构可以做的轻小，紧凑。可实现无级变速，定位精度高，系统固有频率小，压力、容量调整容易。滞后小。主要技术参数确实定机械手的主要技术参数包括抓重、自由度、定位精度、重复定主要参数如下：抓重：自由度：3kg3个工作范围：前后移动：1800mm主要参数如下：抓重：自由度：3kg3个工作范围：前后移动：1800mm上下升降：350mm横移：50mm缓冲方式： 节流回路机械手的配置和工作原理纟 场图一上下料机械手简图f丁i该加工自动线上有五只送料机械手，它们的构造完全一样，均能作前后移动、上下升降和横移运动。〔上下料机械手简图如图一〕前后移动、升降和横移f丁i该送料机械手的动作挨次为：原位一一下降〔抓料〕一一向左横移一一上升向后横移——下降——向右横移〔放料〕——上升——向后横移——原位2章上下料机械手的机械构造设计上下料机械手的总体构造上下料机械手由几个主要组成局部：〔1〕前后行走机构〔带滚轮的三角形支架〕；〔2〕横移油缸及其滚轮机构；〔3〕升降油缸；〔4〕手部支撑板；〔5〕机械手手部〔两个夹持式手部〕来。6〔〕1800mm。.上下料机械手的手部设计〔或吸附〕件，它具有仿照人手动作的功能，并安装于机械手前端。依据所要夹持的工件，选用钳爪式手部，其选用时应考虑：应具有足够的的夹紧力机械手的手部机构靠钳爪夹紧工件后便把工件从一个位置移动到另一个位置，由于工件本身的重量以及移动过程中产生的惯性和振动等，钳爪必需N为工件重量的2-3倍。手部夹紧力的计算：F手指对工件的夹紧力可按公式计算： >KK GFN 1 2&式中 Ki—安全系数，通常取1.2 2.0;K2—工作状况系数，主要考虑惯性力的影响。K2可近似按下式估算：K2=1+a/g,a=Vmax/t响K3—方位系数，依据手指与工件外形以及手指与工件位置不同进展选定。按表选取G-被抓取工件所受重力〔N这里K1=1.8&=1+a/g=1+200X10〔-3〕/9.8X0.仁1.2K3=1G=3X9.8NF=1.8X1.2X1X3X9.8N=63.5NNmm驱动力为F,由FN=FXF/2b，其中R为扇形齿轮的半径，这里 R=18mm，b=100mm则F=2bF/R=2X100X63.5/18N=705.6N则N应具有足够的张开角且夹持工件的中心位置变化要小〔即定位误差要小〕动范围。须依据被抓取的工件的外形，选用相应的钳爪外形来定位。应具有足够的强度和刚度的钳爪应进展必要的强度和刚度计算。应适应被抓取对象的要求V”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。尽可能具有肯定的通用性手部机构的使用范围。是构造简洁。靠电磁阀掌握手指的张开和闭和。机械手的手臂设计设计。手臂的组成和作用可以是行走式的，即可沿地面或导轨运动。手臂的组成局部如管路、冷却装置、行程定位装置、油缸、反响装置等直接影响机械手的工作性能。因此在设计过程中要留意以下几点：①手臂的的截面外形要选择合理②合理布置作用力的位置和方向在构造设计时应当结合具体受力状况，使个作用力引起的变形相互抵消元件越多，间隙越大，刚性就越低，因此应尽量使构造简洁⑵臂部速度要高，惯性要小应尽量削减手臂的重量，削减手臂运动的轮廓尺寸，削减回转半径⑶手臂动作应敏捷为削减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，以削减对升降支承轴线的偏心力矩，以防卡死手臂的设计计算其受力分析如图三：F1F1If111FIF-[1-.r1|ill1f1[—s1卞J下降时

Pq=F +F +F +G摩 惯 回Pq=F +F +F -G摩 惯 回图三升降油缸受力图式中G—臂部运动部件的重量〔N〕升降油缸手臂重量计算：工件：3kg；手部：4kg；导向杆：1kg；活塞杆：1/4XnX?XXp=1/4XnX22X42X7.8X10-6=1.1kg缸体：壁厚取S=8伽，2XnXRXhXSXp=2XnX20X360X8X7.8X10-6=2.8kg油：nXDfxhXp=nX402X350X0.8X10-6=1.4kg活塞：1/4XnX[D XhXp=1/4XnX402X10X7.8X10-6=0.1kg总重量：3+4+1.1+1.4+0.1=9.6kg考虑到安全系数，取总重量M20kg,贝UG=20X9.8=196NF 一起动的惯性力(N);可按如下近似计算：惯式中，△V—速度变化量(m/s),又厶V200伽/s.△t—启动过程的时间(s),一般为0.01 0.15;t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，取厶t=0.08s.196F =—惯 9.8

0.2N=50F 一油缸回腔低压油液所造成 N的阻力回

一般背压力较小，可按

0.08F =0.05G计算,回F =0.05196N=9.8N回F —各支承处的摩擦力(N);摩当量摩擦系数卩‘=(1.27 1.57)卩对于静摩擦且无润滑时，铜对青铜：卩=0.1 0.25钢对铸铁：卩=0.18 0.3，取卩=0.2则卩‘=(1.27 1.57)X0.2=0.25 0.31升降导向立柱不自锁，必需G>F+F=2F=2F f1 2 1 R<R R 由平衡条件：F1=F2，GXR=F2XR R 解得：h>0.32R摩擦力为：取h=10伽，满足不自锁条件，则R1=2F 「津 2196 200.16 N=125.44NR110油缸上升时的驱动力：Pq=F +F +F +G=125.44+50+9.8+196=380.24N摩 惯 回油缸下降时的驱动力：Pq=F +F +F -G=125.44+50+9.8-196=-10.76N摩 惯 回⑵横移油缸的驱动力计算：受力分析如图五。= A_= A_°T1.\---n-------’.--J* 1-is——1」h［「jpil/其驱动力

图五横移油缸受力分析摩 封 惯 Pq=摩 封 惯 式中 F 一各支承处的摩擦阻力；摩横移油缸手臂重量计算，由前面计算可得总重量为：总重量：3+4+1.1+1.4+0.1+5=14.6kg考虑到安全系数，G30kg,又N=G=3(X9.8=294NF =fN=0.2294N=58.8N摩+FF 一密封处的摩擦力〔N〕，这里F +F封 封i 2式中F ,F 分别为活塞杆和缸盖处，活塞与缸壁处密封装置的摩擦阻力,i 2封 封值随密封构造的不同而异。缸工作压力小于i0Mpa寸，液压缸密封处的总的摩擦力为：F +F1

2=0.03Pq封F 一油缸回腔低压油液所造成的阻力，一般背压力较小，可按回F =0.05G计算，回F回=0.05 294N=14.7NF 一启动过程中的惯性力;惯gt9.8 4—化

N=75N0.08Pq=F +F +F +F =F +0.03Pq+F +F摩 封 惯 回 摩 惯 回Pq=

10.97

58.8+75+14.7〔F摩+F惯+F回〕= .97

N=149N⑶前后移动油缸的驱动力计算此前后移动油缸是要布置在悬挂支架的横梁上，其活塞杆的端部与一个拉杆固定连接，又由于四只送料机械手都固定在拉杆上，因此由油缸活塞杆带动四只送料机械手进展前后的同步移动， 由于要实现的行程较长〔l=1800mn〕,故将油缸设计为双节伸缩缸。受力分析如图五。摩 封 惯 驱动力Pq=F 摩 封 惯 式中F 一各支承处的摩擦阻力;摩横移油缸手臂重量计算，由前面计算可得总重量为:总重量：3+4+1.1+1.4+0.1+5+5=19.6kg考虑到安全系数，G40kg，又N=G=4Q<9.8=392NF 二 fN=0.2392N=78.4N摩0.03PF封=F封1 ■F封2二 qF = N=100N惯G「鲤gt9.80.08F 0.05G=0.05392N=19.5N回二Pq=F +F +F +F =F +0.03Pq+F +F摩 封 惯 回 摩 惯 回1 78.4+100+19.6Pq=---------〔F +F0.97 摩

+F惯

=---------------------------N=204.1N0.97由于带动四个机械手同时运动，则总驱动力为 Pq=204.1X 4=816.4N手臂的配置形机械手的手臂配置形式根本上反映了它的总体布局，运动要求、操作系统、工作对类和优点分别为：⑴机座式：多为工业机器人所承受，机器上可以装上独立的驱动与掌握系统，便于搬运和安放，机座底部也可以安装行走机构，以扩大其活动范围。⑵立柱式：立柱式机械手的机身为固定立柱，其臂部一