工业机械手液压控制设计(五)

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链传动按照用途可以分为传动链、起重链和牵引链。
起重链和牵引链用于起重运输机械。在一般机械传动中常用的是传动链。
传动链的主要类型有滚子链和齿型链。滚子链结构简单，成本较低，应用广泛。因此，本设计才用滚子链。
4.1.3 驱动件
驱动件主要有四种：气动驱动、电气驱动、机械驱动和液压驱动。其中以液压、气动用的最多，占90%以上；电动、机械驱动用的较少。
气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用4-6个大气压，个别的达到8-10个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。
4.2 结构设计
4.2.1 选择臂部回转远动驱动力矩几电动机的选择（见图4.1）
首先要计算臂部驱动力矩的计算
臂部回转远动驱动力矩公式：
M驱=M惯+M摩
M惯=（G/g+J）W/△t
M驱----臂部驱动力矩
M惯----转动惯量
其中J=ml/3，把手臂视为均质等截面细直杆对通过杆端与杆垂直轴的转动惯量，M为手臂的自重，L为手臂垂心到轴的距离。G为工件垂量。为工件垂心到轴的距离
手臂自重G为200N, 为0.6, g为9.8，△t为18
M惯=（200/9.8+200×0.6/3m）×/18
=（20.4+2.45）×/18
=3.99N·M
考虑到驱动电机在驱动时还要克服摩擦阻力，故M惯系以安全系数K=1.2，M驱=1.2 M惯=1.2×3.99=4.788
初选左转/右转电动机为110BF004，其最大转距为4.9N·M
2）.选择上升/下降电动机
P=arctg P/D(其中P的数值即为L，D为公称直径)
=arctg 10/39=4.67
Fx=F×tg=400×tg4.67=32.68N
考虑手臂升降时主要克服摩擦阻力，惯性和远动部件重力。取安全系数K=3
Fx=3×32.68=98.04N
T=Fxd/2=98.04×20×10=1.96N·M
初用上升/下降电机为90BF001，其中最大静转距为3.92N·M
3）. 部件设计—立柱的设计

图4.1
AC=1200   CD=550
立柱主要实现手臂的上升与下降，选用滚珠丝杆的驱动机构，该结构的优点是转动平稳可靠，传动效率高，制造加工复杂，适合于形状规则的大型工件做升降远动的手臂结构
(1).立柱的计算：
如图（4-1）CD为丝杠（Z轴上下即手臂的上升/下降）最大行程550mm
AC为手臂伸缩（R轴伸缩），最大行程400mm,由于R轴伸缩由液压来控制，AC最小应为800mm，再夹紧缸，手爪等因素，设AC=1200mm
其中B点为AC中点，假设手臂自重G为200N，作用在B点。
AD=
          =
       =1320mm
BD=
   =
   =814mm
将作用在A、B两点的力如图分解，求R、R
550/1320=200/ R          解得R=480N
550/814=200/ R           解得R=296N
求R、R对D点的翻转变距
M= R×（0〈 X 〉1320）
      = R×1320
      =480×1320
      =633600N.mm
R与R对点总的翻转变距为
M=M+M=633600+240944=874544N.mm
设计立柱的直径：
     当手臂刚度很大，不发生变形时，可认为两立柱承受大小相等的翻转弯距。
立柱的材料选用45钢，其=190MPa（45钢属于常用材料应首先考虑）
M=1/2M=1/2×874544N.mm=437272N.mm
= M/Wz==286mm
考虑到手臂在运动中平稳，乘以安全系数K=2
d=2×28.6=57.2mm    取d=60mm
(二)丝杠的选择
    因为手臂的上升/下降（即Z轴上下）的最大运动速度为100mm/S
丝杠转速n=60V/S=60×100/10=600r/min
丝杠导程选P=100mm
等效负荷Fm=400×3=1200N   其中3为安全系数
手臂作垂直升降运动时，除要克服惯性之外，还要克服摩擦力和臂部运动部件的重力，故乘以安全系数3
初选丝杠：取Th=15000h
根据工作条件查得：ft=1,fa=1,fw=2.5, fh=1
Cao=Fmfw/f f f (60Lh.nm/100)
    =1200×2.5/1×1×1（60×15000×600）
    =24429.8N
选丝杠为4010-5
为了减少停机时产生的冲击，气压系统装有速度控制机构或缓冲机构。
气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑采用同一种形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。
机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，速度高，成本低；缺点是不易调整
液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。
4.2.2 控制系统
机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。
控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。

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