气动通用上下料机械手的设计 - 机械结构设计

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以后再加一段渐扩段，这样可以在喷嘴出口处获得比音速还要大的流速即超音速，并在该处建立低压区域，使C处的气体不断的被高速流体卷带走，如C处形成密封空腔，就可使腔内压力下降而形成负压。当在C处连接橡胶皮腕吸盘，即可吸住工件[10]。

图3.4所示为可调的喷射式负压吸盘结构图。为了使喷嘴更有效地工作，喷嘴口与喷嘴套之间应当有适当的间隙，以便将被抽气体带走。当间隙太小时，喷射气流和被抽气体将由于与套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽气速率;当间隙太大时，离喷射气体越远的气体被带着向前运动的速度就越低，同时间隙过大，从喷嘴套出口处反流回来的气体就越多，这就使抽气速率大大的降低。因此，间隙要适宜，最好使喷嘴与喷嘴套之间的间隙可以调节，以便喷嘴有效地工作。在图3.4中，喷嘴5与喷嘴套6的相对位置是可以调节的，以便改变间隙的大小[11]。

6 43211.橡胶吸盘2.吸盘芯子3.通气螺钉4.吸盘体5.喷嘴6.喷嘴套

图3.4 可调喷射式负压吸盘结构

下面计算吸盘的直径[12]: 吸盘吸力的计算公式为:

n?D2p?4K1?K2?K3

式中:P—吸盘吸力(N)，本机械手的吸盘吸力为50N，故P=50N;

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D — 吸盘直径((cm).

n — 吸盘数量，本机械手吸盘数量为1;

K1—吸盘吸附工件在起动时的安全系数，可取K,月2-2，在此取K1=1.5; K2—工作情况系数。若板料间有油膜存在则要求吸附力大些;若装有分 料器，则吸附力就可小些。另外工件从模具取出时，也有摩擦力的作用，同时还应考虑吸盘在运动过程中由于加速运动而产生的惯性力影响。因此，应根据工作条件的不同，选取工作情况系数，一般可在(1-3的范围内选取。在此，取K2=2。

K3—方位系数.当吸盘垂直吸附时，则K3=1/f，f为摩擦系数，橡胶吸盘吸附金属材料时，取f=0.5~0.8;当吸盘水平吸附时，取K3=l。在此，取K3=0.5. 代入数据得: _

D??P?4?K1?K2?K3n?

50?4?1.5?2?1.51?3.14?16.92?cm?第 20 页 共 36 页

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4 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[13]。 4.1 手腕的自由度

手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整工件的方位，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3600，并且要求严格的密封[14]。 4.2 手腕的驱动力矩的计算 4.2.1 手腕转动时所需的驱动力矩

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。

LSGGLRLGSR dCs1.工件2.手部3.腕部 图4.1手碗回转时受力状态

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手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算[15]:

M驱= M惯+M偏+M摩+M封 ㎏·㎝ （4.1） 式中: M驱—驱动手腕转动的驱动力矩(㎏·cm); M惯—惯性力矩(Kg -cm);

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(㎏·㎝).,

M摩—手腕转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩(㎏·cm);

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 (㎏· cm);

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惯

若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为ω，起动过程所用的 时间为△t，则:

?M惯??J?J1? （4.2） ?t

若手腕转动时的角速度为ω，起动过程所转过的角度为△φ，则:

(4.3) ?2M惯??J?J1?2??

式中:J—参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量 (N·㎝·s2);

J1—工件对手腕转动轴线的转动惯量 (N·㎝·s2)。 若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量J1为:

J1?Jc?G12e1g（4.4）

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