y5663840028.pdf

第四章 手腕结构设计 考虑到机械手的通用性， 同时由 于被抓取工件是 水平放置， 因此手腕必须设 有回 转运动才可满足工作的要求。 因此， 手腕设计成回转结构， 实现手腕回转运 动的机构为回转气缸。 4 , 1手腕的自由度1= a 手腕是连接手部和手臂的部件， 它的作用是调整或改变工件的方位， 因而它 具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。 手腕自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、 工件放置方位和定位 精度等许多因素有关。 由 于本机械手抓取的工件 是水平 放置， 同时考虑到通用性， 因此给手腕设一绕x 轴转动回转运动才可满足工作的要求 目 前实现手腕回 转运动的机构， 应用最多的为回转油( 气) 缸， 因此我们选 用回转气缸。 它的结构紧凑， 但回转角度小于3 6 0 0 ，并且要求严格的密封。 4 . 2手腕的驱动力矩的计算U o l- p ilto l 4 . 2 . 1手腕转动时所愉的 驱动力 矩 手腕的回转、 上下和左右摆动均为回转运动， 驱动手腕回转时的驱动力矩必 须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩， 动片与缸径、 定片、 端盖等处密 封装置的 摩擦阻力矩以 及由 于转动件的中心与转 动轴线不重合所产生的 偏重力 矩.图4 - 1 所示为 手腕受力的示意图。 . 2 0. 1 . 工件2 . 手部3 . 手腕 困4 -1 手 碗回 转时 受力 状态 F i g . 4 - 1 B e a r F o r c e C o n d i t i o n o f W r i s t W h e n R o t a t i n g 手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计 算: M . 二 m il + M m + M , + M J4 K g “ c m ( 4 -1 ) 式 中 : M 姐 -M IK驱 动 手 腕 转 动 的 驱 动 力 矩( K g * c m ) ; M IN - 惯 性 力 矩( K g - c m ) ; M 偏 参 与 转 动 的 零 部 件 的 重 量( 包 括 工 件 、 手 部 、 手 腕 回 转 缸 的 动 片 ) 对转动轴线所产生的 偏重力矩 ( K g “ c m ) ., ” 尽 手 腕 转 动 轴 与 支 承 孔 处 的 摩 擦 阻 力 矩( K g - c m ) ; ” 封 手 腕 回 转 缸 的 动 片 与 定 片 、 缸 径、 端 盖 等处 密 封 装 置 的 摩 擦阻 力 矩 ( K g * c m ) ; 下面以图4 -1 所示的 手腕受力 情况， 分析各阻力矩的计算: 1 、 手 腕 加 速 运 动 时 所 产 生 的 惯 性 力 矩M 悦 若手腕起动过程按等加速运动， 手腕转动时的角速度为。 ， 起动过程所用的 时间为t ，则: M 惯 = ( J + J , ) 答 凸 r ( N “ c m )( 4 - 2 ) 若手腕转动时的角速度为m ， 起动过程所转过的角度为v ，则: M , = ( J + J , )竺 ( N “ c m ) ( 4 - 3 ) 2 (p 式中: J 参与手腕转动的部件对转动轴线的 转动惯量 ( N - c m - s 2 ) ; J , 工 件对手 腕转 动轴线的 转动惯 量 ( N - c m - s 2 ) 。 若工 件中 心与 转 动 轴 线 不 重 合， 其 转 动 惯 量J 。 为: J , = L + 且 e , ， 式中 : J , 工 件 对 过 重 心 轴 线 的 转 动 惯 量( N - c m - s 2 ) : G , 工 件的 重量 ( N ) ; e , 工 件的 重 心 到 转动 轴 线的 偏心 距( c m ) -, 。 手腕转动时的角速度 ( 弧度/ s ) ; At 一起动过程所需的时间 ( S ) ; Aop 起 动 过 程 所 转 过 的 角 度 ( 弧 度) 。 2 、 手 腕 转 动 件 和 工 件 的 偏 重 对 转 动 轴 线 所 产 生 的 偏 重 力 矩M 偏 M m 二G , e , + G , e , ( N “ c m ) 式中 : G , 手腕 转 动 件的 重 量( N ) ; e , 手 腕 转 动 件的 重 心 到 转 动 轴 线的 偏 心 距( C M ) . 当 工 件的 重 心与 手 腕 转 动 轴 线重 合时， 则G , e , = 0 . 3 、 手 腕 转 动 轴 在 轴 颈 处 的 摩 擦 阻 力 矩M s ( 4 -4 ) ( 4 - 5 ) ( R , d 2 + R , d , ) ( N 一 c m )( 4 -6 ) 式中 : d , , d 2 手 腕 转 动 轴的 轴 颈 直 径( c m ) ; f 一 轴承摩擦系数， 对于滚动轴承f = 0 . 0 1 ， 对于滑动轴承f = 0 . 1 ; R , 、 R B 轴 颈 处的 支 承反 力( N ) ， 可按 手 腕 转动 轴的 受 力 分 析 求 解， 根 据E m , ( F ) = 0 得: R , 1 + G , 1 , = G 2 1 , + G , 1 , R 召 = 旦 ,1 , + G 2 1 2 - G ,1 , ( N ) 同 理， 根 据E m , ( F ) = 0 得: R , = G , ( 1 + 1 , ) + 乓( 1 + 1 2 ) + G , ( 1 二 切 ( 4 -7 ) ( N ) ( 4 - 8 ) 式中 : G I 手 部的 重 量( N ) 1 , 1 , , 1 2 . 1 , 如图4 -1 所 示 的 长 度 尺 寸( c m ) . 4 回 转 缸 的 动 片 与 缸 径、 定 片、 端 盖 等 处 密 封 装 置 的 摩 擦 阻 力 矩M 封 ， 与 选 用 的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以 分析。 4 . 2 . 2回转气缸的 驱动力 矩计算 在机械手的手腕回转运动中 所采用的回转缸是单叶片回转气缸， 它的二 理如图4 -2 所示，定片1 与缸体2 固连，动片3 与回转轴5 固连。动片 封圈4 把气腔分隔成两个. 当压缩气体从孔a 进