机械装备设计手腕

1、机械制造装备设计机械制造装备设计 13.1 概述 13.3 手腕13.1 概述 13.1.1 机械手的组成 工业机械手是能够模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。 实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。机械手的组成及相互间关系 1.执行机构 （1）手部 是机械手中直接与工件或工具直接接触来完成握持工件或工具的部件。有些机械手直接将工具装置于机械手的前端，而不设置手部。 （2）手腕 是机械手中连接手部与臂部主要

2、用来确定手部工作时位置并扩大臂部动作范围的部件。一些简易的机械手，不设手腕部件，将手部直接装在手臂部件的前端。执行机构控制系统驱动系统工作位置检测装置 （3）手臂 是机械手中支承腕部和手部，用来实现较大范围运动的部件。 （4）立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。 （5）机座 是机械手的基础部分。执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，起支撑和连接的作用。 2.驱动系统 机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的动力装置，常用的有液压、气压、电力和机械式驱动四种形式。 3.控制系统 控制系统是机械手动作的指挥系统，用来控制动作的顺序、位置和

3、时间、速度和加速度等。 控制系统的程序有固定和可变程序两种。 固定程序的控制系统常采用：固定继电器线路、步进选线器线路。 可变程序的控制系统常采用：插销板、凸轮轮鼓、穿孔带、穿纸卡、磁带、磁鼓等。 4.位置检测装置 位置检测装置是控制执行机构的运动位置，可随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与升的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，使执行机构以一定的精度达到设定位置。 13.1.2 机械手的运动和分类 1.机械手的运动 机械手以及其手部夹持的工件在空间位置，由臂部、腕部等组成部件以及整机的各自独立运动合成来确定。 （如图） 机械手的每一个运动，必须要配有一个原动件，当各原动件按一定的

4、规律运动时，机械手各部件随之作确定的运动，从而使机械手具有运动和位置的确定性。 2.机械手的分类 按用途可分为：通用机械手和专用机械手； 按驱动方式分为：液压驱动机械手、气压驱动机械手、电力驱动机械手、机械驱动机械手 按控制方式分为：点位控制机械手、连续轨迹控制机械手； 按运动坐标形式分为：直角坐标系、圆柱坐标式、球坐标式、关节式。 13.1.3 机械手的主要参数 1.抓取重量：机械手所能抓取或搬运物件的最大重量，对其他参数均有影响。 2.运动速度：反映了机械手的生产水平，影响机械手的运动周期和工作效率。 影响机械手动作的快慢：手臂的伸缩、回转运动。 速度大小与机械手的驱动方式、定位方式、抓重

5、大小和行程距离有关。 3.行程范围 机械手的手臂运动行程对使用性能有较大影响。 通用机械手的手臂回转尽可能大，回转行程范围应大于180。 手臂行程及工作半径要适宜，太大会增加手臂悬伸量，相应的偏重力矩和转动惯量也增加，且刚性降低，对于定位精度也难以保证。 4.定位精度 定位精度是衡量机械手工作质量的又一重要指标，是指机械手的运动部件从某一起始位置运动到预期的另一位置时所到达的实际位置的精准程度。 定位精度的高低取决于位置控制方式以及机械手运动部件本身的精度和刚度，并和抓取重量、运动速度等因素也有密切关系。 定位精度包括位置设定精度和重复定位精度，一般所说的定位精度为重复定位精度。13.3 手腕

6、 13.3.1 概述 手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变手部的定位。 设计时注意以下问题： （1）可以由手臂完成的动作，尽量不设置手腕； （2）手腕结构尽可能简化，对不需要三自由度的手腕，可采用两个或一个回转运动； （3）手腕处的结构要求紧凑，重量轻，手腕的驱动装置多采用分离式。 13.3.2 结构 手腕的动作就其运动形式来说为一个回转运动，实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油缸，它结构紧凑，但回转角度小于360，并要求严格密封。 若回转角等于360时，可采用齿轮齿条传动或链轮传动、轮系机构等。 （如图） 13.3.3 手腕回转驱动力矩的计算 手腕的回转、上下和左右摆动均为

7、回转运动。 手腕转动所需的驱动力矩可按下式计算： M驱动手腕转动的驱动力矩，Nm； 手腕转动与其它装置的总摩擦阻力，Nm 转动零部件重量不通过手腕转动轴线时所 产生的力矩称为偏置力矩，Nm； 惯性力矩，Nm。)(2 . 11 . 1 (惯偏摩MMMM摩M偏M惯M （如图） 1）手腕加速运动时所产生的惯性力矩 手腕的转动部件对其运动轴线的转动惯 量，Nmss； 手部对手腕转动轴线的转动惯量，Nmss； 工件对手腕转动轴线的转动惯量， Nmss ； 手腕转动是得角速度，rad/s； 手腕启动过程所需要的时间，s； 惯Mt0175. 0）（工手腕惯JJJM腕J手J工Jt 2）手腕转动件和工件的偏置对

8、转动轴线所产生的偏置力矩 工件的重量，N; 手腕转动件的重量，N; 工件的重心到转动轴线的偏心距，m； 手腕转动件的中心岛转动轴线的偏心 距，m； 当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则 偏M3311eeGGM偏1G3G1e3e0e11G 3）摩擦阻力矩 摩擦阻力矩包括二项，即手腕转动轴在轴颈处的摩擦力矩 和手腕回转缸密封装置的摩擦阻力距 。 (1) 的计算 、 手腕转动轴的轴颈直径，m； f 轴承摩擦因数，滚动轴承取0.01，滑动轴承取0.1； 、 轴颈处的支承反力，N。摩M1摩M2摩M21摩摩摩MMM1摩M）（摩121ddf21RBRAFFM1d2dRAFRBF 按手腕转动轴的受力分析求解，根据 得 0)(FMA112233llllGGGFR