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机械手臂的设计要求


1、手臂应承载能力大、刚性好、自重轻
手臂的刚性直接影响到手臂抓取工件时动作的平稳性、运动的速度和定位精度。如刚性差则会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形,手臂就要产生振动,或动作时工件卡死无法工作。为此,手臂一般都采用刚性较好的导向杆来加大手臂的刚度,各支承、连接件的刚性也要有一定的要求,以保证能承受所需要的驱动力。
2、手臂的运动速度要适当,惯性要小
机械手的运动速度一般是根据产品的生产节拍要求来决定的,但不宜盲目追求高速度。
手臂由静止状态达到正常的运动速度为启动,由常速减到停止不动为制动,速度的变化过程为速度特性曲线。
手臂自重轻,其启动和停止的平稳性就好。
3、手臂动作要灵活
手臂的结构要紧凑小巧,才能做手臂运动轻快、灵活。在运动臂上加装滚动轴承或采用滚珠导轨也能使手臂运动轻快、平稳。此外,对了悬臂式的机械手,还要考虑零件在手臂上布置,就是要计算手臂移动零件时的重量对回转、升降、支撑中心的偏重力矩。偏重力矩对手臂运动很不利,偏重力矩过大,会引起手臂的振动,在升降时还会发生一种沉头现象,还会影响运动的灵活性,严重时手臂与立柱会卡死。所以在设计手臂时要尽量使手臂重心通过回转中心,或离回转中心要尽量接近,以减少偏力矩。对于双臂同时操作的机械手,则应使两臂的布置尽量对称于中心,以达到平衡。
4、位置精度高
机械手要获得较高的位置精度,除采用先进的控制方法外,在结构上还注意以下几个问题:
(1)机械手的刚度、偏重力矩、惯性力及缓冲效果都直接影响手臂的位置精度。
(2)加设定位装置和行程检测机构。
(3)合理选择机械手的坐标形式。直角坐标式机械手的位置精度较高,其结构和运动都比较简单、误差也小。而回转运动产生的误差是放大时的尺寸误差,当转角位置一定时,手臂伸出越长,其误差越大;关节式机械手因其结构复杂,手端的定位由各部关节相互转角来确定,其误差是积累误差,因而精度较差,其位置精度也更难保证。
5、通用性强,能适应多种作业;工艺性好,便于维修调整
以上这几项要求,有时往往相互矛盾,刚性好、载重大,结构往往粗大、导向杆也多,增加手臂自重;转动惯量增加,冲击力就大,位置精度就低。因此,在设计手臂时,须根据机械手抓取重量、自由度数、工作范围、运动速度及机械手的整体布局和工作条件等各种因素综合考虑,以达到动作准确、可靠、灵活、结构紧凑、刚度大、自重小,从而保证一定的位置精度和适应快速动作。此外,对于热加工的机械手,还要考虑热辐射,手臂要较长,以远离热源,并须装有冷却装置。对于粉尘作业的机械手还要添装防尘设施。
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