机械手夹持器设计(含装配图CAD图) 第4页
第三章 腕部
3.1腕部设计的基本要求
手腕部件设置在手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。手腕部件具有独立的自由度，此设计中要求有绕中轴的回转运动。
（1）力求结构紧凑、重量轻
腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。
（2）结构考虑，合理布局
腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。
（3）必须考虑工作条件
对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。
3.2具有一个自由度的回转缸驱动的典型腕部结构
如图3.1所示，采用一个回转液压缸，实现腕部的旋转运动。从A—A剖视图上可以看到，回转叶片（简称动片）用螺钉，销钉和转轴10连接在一起，定片8则和缸体9连接。压力油分别由油孔5.7进出油腔，实现手部12的旋转。旋转角的极限值由动，静片之间允许回转的角度来决定（一般小于 ），图中缸可回转 。腕部旋转位置控制问题，可采用机械挡块定位。当要求任意点定位时，可采用位置检测元件（如本例为电位器，其轴安装在件1左端面的小孔）对所需位置进行检测并加以反馈控制。
图3.1
图示手部的开闭动作采用单作用液压缸，只需一个油管。通向手部驱动液压缸的油管是从回转中心通过，腕部回转时，油路认可保证畅通，这种布置可使油管既不外露，又不受扭转。腕部用来和臂部连接，三根油管（一根供手部油管，两根供腕部回转液压缸）由手臂内通过并经腕架分别进入回转液压缸和手部驱动液压缸。本设计要求手腕回转 ，综合以上的分析考虑到各种因素，腕部结构选择具有一个自由度的回转驱动腕部结构，采用液压驱动，参考上图典型结构。
3.3腕部结构计算
3.3.1腕部回转力矩的计算
腕部回转时，需要克服的阻力有：
（1）腕部回转支承处的摩擦力矩
式中 ， —轴承处支反力（N），可由静力平衡方程求得;
, —轴承的直径（m）；
—轴承的摩擦系数，对于滚动轴承 =0.01-0.02；对于滑动轴承 =0.1。
为简化计算，取 ，如图3.1所示，其中， 为工件重量， 为手部重量， 为手腕转动件重量。
图3.1
（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩
式中 e—工件重心到手腕回转轴线的垂直距离 ，已知e=10mm.则
（3）克服启动惯性所需的力矩
启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角速度 及启动过程转过的角度 按下式计算：
式中 —工件对手腕回转轴线的转动惯量 ；
—手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量 ；
—手腕回转过程的角速度 ；
—启动过程所需的时间 ，一般取0.05-0.3s,此处取0.1s.。
手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高为200mm，直径90mm，其重力估算：
,取98N.
等效圆柱体的转动惯量：
工件的转动惯量，已知圆柱体工件 ，
要求工件在0.5s内旋转90度, 取平均角速度，即 = ，
代入得：
解可得： =0.8083
3.3.2回转液压缸所驱动力矩计算
回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩
如图3.3，定片1与缸体2固连，动片3与转轴5固连，当a, b口分别进出油时，动片带动转轴回转，达到手腕回转的目的。
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