林志強(qiáng)

（上海恩太設(shè)備技術(shù)員有限公司，上海 201800）

如今，越來越多的發(fā)達(dá)國家緊跟機(jī)械臂蓬勃發(fā)展的趨勢，并積極從事各種類型的機(jī)械臂的開發(fā)，其中一些國家取得了比較滿意的成果，開發(fā)了多種類型的工業(yè)機(jī)械臂?；蚴褂镁哂懈邉?chuàng)新性和實(shí)用性的工業(yè)機(jī)器人[2]。因此，本主題將設(shè)計(jì)機(jī)器人的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)。

一、機(jī)械臂整體方案設(shè)計(jì)

1.機(jī)械臂的組成

機(jī)械臂的組成部分可分為抓取機(jī)構(gòu)、機(jī)身機(jī)座、控制系統(tǒng)三個(gè)部分。

2.主要參數(shù)

搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)械臂需要具備自動(dòng)化程度高，搬運(yùn)時(shí)間短，定位精度高，運(yùn)行穩(wěn)定，使用壽命長。設(shè)計(jì)包括夾爪在內(nèi)的機(jī)械臂的基本參數(shù)如下[3]：

2.1 夾取重量小于5kg；2.2重復(fù)定位精度0.05mm；2.3下料節(jié)拍：4s/件；2.4X軸最大行程2.5m，Y軸最大行程1.5m；2.5最大行程速度：X軸1.5m/s，Y軸1.2m/s。

二、機(jī)械臂的抓取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.手部設(shè)計(jì)

1.1 手部設(shè)計(jì)要求。機(jī)械臂的手通常有鉗型，吸力型，特殊操縱器和轉(zhuǎn)換器，仿生多指靈巧手等。機(jī)械臂末端的機(jī)械臂爪是機(jī)械臂直接接觸貨物的部分它可以直接完成貨物的揀配和夾緊。

1.2 抓緊裝置的原理及計(jì)算。手指在工件上的夾持力是指針設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。需要分析和計(jì)算動(dòng)作的大小，方向和要點(diǎn)。通常情況下，為了更好地保持可靠性，要對載荷進(jìn)行一定程度的控制，尤其是工件重力引起的，靜載荷等。

當(dāng)斷掉油料供給時(shí)，機(jī)械臂內(nèi)部右腔油缸的彈簧力會(huì)縮緊，直到重新供油才會(huì)松開繼續(xù)工作。計(jì)算右腔推理公式如下：

Fp=（π/4）D2p

=（π/4）×0.42×25×103=3410N

按照機(jī)械臂的手部抓取的范圍，計(jì)算機(jī)械臂抓取力度的公式為：

F1=（2b/a）×（cosα'）2N'

=（2×150/50）×（cos30°）2391

=1765N

2.腕部設(shè)計(jì)

機(jī)械臂腕部的設(shè)計(jì)要求：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕便；合理布置腕部、臂部和手部等結(jié)構(gòu)的布局；必須考慮實(shí)際工作條件。

這次設(shè)計(jì)的機(jī)械支腳帶動(dòng)另一端的旋轉(zhuǎn)部件通過同步皮帶旋轉(zhuǎn)?？紤]到電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置的主要功能是高旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和低速的特性，有必要在機(jī)械支腿的電動(dòng)機(jī)輸出部分安裝一個(gè)減速器以降低速度。

3.手臂設(shè)計(jì)

手臂是機(jī)械臂組成中必不可少的部分，它的主要功能是支撐手，腕和所握住的物體。根據(jù)特定說明的要求，手臂將用手指抓住物體并將其移至指定位置。

3.1 液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)力。首先，必須考慮機(jī)械臂的負(fù)載，運(yùn)動(dòng)必須快速，但是機(jī)械必須能夠承受力。CNC汽車桁架的機(jī)械臂通常執(zhí)行線性運(yùn)動(dòng)，因此在考慮臂設(shè)計(jì)時(shí)通常選擇液壓直接驅(qū)動(dòng)臂。

3.2 手臂右腔流量。計(jì)算手臂右腔流量，公式如下：

得出手臂右腔流量Q=1000ml/s。

3.3 手臂右腔工作壓力。計(jì)算手臂右腔工作壓力，公式：P=F/S，式中：F代表了取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，根據(jù)當(dāng)前的數(shù)據(jù)可大致可以計(jì)算出F=10+20=30kg、F摩=1000N，將數(shù)據(jù)帶入公式可以得到：

本次設(shè)計(jì)的機(jī)械臂手臂右腔工作壓力為0.26Mpa。

3.4 手臂液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸。在機(jī)械臂的液壓缸選用上，要使液壓缸的直徑大一些，這樣手臂的整體強(qiáng)度比較高，而對于液壓缸的校核可以通過以下公式進(jìn)行核對：

式中：F--活塞桿上的作用力；[σ]--活塞桿材料的許用應(yīng)力。

式中：D代表了缸筒內(nèi)徑；Py代表了缸筒的試驗(yàn)壓力。

機(jī)械腳的運(yùn)動(dòng)是機(jī)械腳的水平運(yùn)動(dòng)。到達(dá)指定位置后，機(jī)械支腳下降，機(jī)械手夾住工件，向上推動(dòng)工件，然后反向移動(dòng)。將零件放置在軌道上，然后松開夾具。機(jī)械支腳完成此操作后，它將返回到要加工零件的位置，PLC停止脈沖輸出，設(shè)備開始處理，機(jī)械臂完成動(dòng)作，機(jī)械臂來回執(zhí)行上述動(dòng)作。

結(jié)語

在本文中，我們將設(shè)計(jì)機(jī)座的總體方案，確定機(jī)座的坐標(biāo)形狀和自由度，并確定機(jī)座的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了機(jī)械臂的夾緊手結(jié)構(gòu)和機(jī)械臂的手腕結(jié)構(gòu)。計(jì)算手腕旋轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)扭矩和氣缸旋轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)扭矩。設(shè)計(jì)了機(jī)械臂的臂結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了機(jī)械支腿的氣動(dòng)系統(tǒng)，繪制了機(jī)械支腿的氣動(dòng)支腿的工作原理圖，極大地提高了拉拔效率和拉拔質(zhì)量，并繪制了機(jī)械支腿的裝配圖。