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索式提取器俯仰角均可能产生诱导运动从而形成了

发布时间:2016-12-19 10:22:00 点击:

在作手腕机构的运动设计时,要注意大•●、索式提取器小手臂的关节转角对末端操作器的 俯仰角均可能产生诱导运动。此外,手腕机构的设计还要注意减轻手臂的载荷, 应力求手腕部件的结构紧凑,减小其重量和体积,以利于手腕驱动传动装置的布 置和提高手腕动作的精确性。 !" 末端执行器的设计 机器人的末端执行器是直接执行作业任务的装置。通常末端执行器的结构 和尺寸都是根据不同作业任务要求专门设计的,从而形成了多种多样的结构型 式。根据其用途和结构的不同可分为机械式夹持器,吸附式执行器和专用工具 (如焊枪•●、喷嘴•●、电磨头等)三类。就工业机器人中应用的机械式夹持器形式而 言,多为双指手爪式,按其手爪的运动方式又可分为平移型(图 !"!#$)和回转型。 


回转型手爪又可分为单支点回转型(图 !"!#%)和双支点回转型(图 !"!#&);按其 夹持方式又可分为外夹式和内撑式(图 !"!#’)。此外,按驱动方式则有电动•●、液 压和气动三种。 图 !"!# 末端执行器 图 !"!( 机械式单支点回 转型夹持器因工件直径变动 引起工件轴心的偏移量! 设计末端执行器时,无论是夹持式或吸附式,都需要有足够的夹持(吸附)力 和所需要的夹持位置精度。用机械式单支点回转型夹持器来夹持工件时(图 !"!(),由于所夹持工件的直径有变动时,将引起工件轴心的偏移量!(称为夹持 误差),因其值相对较大,故其夹持位置精度较低。为了改善夹持精度,可采用双 支点回转型夹持器或采用平移型夹持器,其夹持位置精度几乎不受工件直径大 小的影响。 同样,在设计末端执行器时,应尽可能使其结构简单,紧凑•●、重量轻,以减轻 手臂的负荷。 !"! 平面四杆机构的设计 +*) 工业机器人操作机手臂机构和手腕机构的驱动传动系统设计也是操作机机 械设计的重要环节,传动系统的设计根据机器人完成作业任务的不同,和驱动方 式的不同而有很大区别,此处不再多作介绍,设计时可参阅有关著作。 小 结 平面四杆机构是由四个刚性构件用低副(回转副或移动副)连接而成的。所 有构件均在同一平面内或相互平行的平面内运动。由于低副是面接触,加工容 易,润滑条件较好,可承受较大的冲击载荷,因此平面四杆机构获得广泛的应用。 平面四杆机构中,以铰链四杆机构最具有代表性,而铰链四杆机构的最基本 形式是曲柄摇杆机构,其他类型的四杆机构都可视作在曲柄摇杆机构的基础上 演化出来的。例如在曲柄摇杆机构 !"#$ 中(图 !"#!),若取 !" 构件为机架,因 !" 构件与 "#•●、!$ 构件均可相对作一整圈转动,故 "#•●、!$ 构件均为曲柄,得双 曲柄机构。若取 #$ 构件作为机架,因 #$ 构件与 "#•●、!$ 构件均不能相对转一 整圈,则 "#•●、!$ 构件均为摇杆,得双摇杆机构。在曲柄摇杆机构的基础上,通 过其他演化途径(扩大回转副,回转副转化为移动副)可获得偏心轮机构•●、曲柄滑 块机构等等。 在铰链四杆机构中,当主动曲柄以等速绕回转副中心回转时,从动摇杆则作 来回的变速摆动,正反行程摆动的平均速度不同,回程的平均速度较高,故具有 急回作用,可提高工效。大部分的平面四杆机构都具有急回作用。 平面四杆机构可实现从动构件所需的运动规律或所需的运动轨迹。平面四 杆机构设计主要有图解法•●、实验法和解析法。其中图解法•●、实验法直观,主要利 用反转法等原理进行设计,但不精确和不连续。解析法精度高,可连续求解,并 可在计算机上编程操作是目前发展的方向。 习 题 !"# 在铰链四杆机构 !"#$ 中,若 !"•●、"#•●、#$ 三杆的长度分别为:% $ %#& ’’,& $ #(& ’’,’ $ )*& ’’,机架 !$ 的长度 ( 为变量。试求: (%)当此机构为曲柄摇杆机构时,( 的取值范围; (#)当此机构为双摇杆机构时,( 的取值范围; ())当此机构为双曲柄机构时,( 的取值范围。 !"$ 如题 !"# 图所示为转动翼板式油泵,由四个四杆机构组成,主动盘绕固定轴 ! 转动, 试画出其中一个四杆机构的运动简图(画图时按图上尺寸,并选取比例尺!) $ &"&&& + ’,’’,即 按图上尺寸放大一倍),并说明它们是哪一种四杆机构。 !"% 试画出题 !") 图所示两个机构的运动简图(画图要求与题 !"# 相同),并说明它们是 哪一种机构。 %%& 第!章 平面连杆机构及其设计 题 !"# 图 题 !"$ 图 !"! 题 !"! 图所示为一偏置曲柄滑块机构,试求杆 !" 为曲柄的条件。若偏距 # % &,则 杆 !" 为曲柄的条件又如何? 题 !"! 图 !"# 在题 !"’ 图所示的铰链四杆机构中,各杆的长度为 $( % #) **,$# % ’# **,$$ % ’& **,$! % +# **,试求: 习 题 ((( 题 !"# 图 ($)当取杆 ! 为机架时,该机构的极位夹角!•●、杆 % 的最大 摆角"•●、最小传动角#&’( 和行程速比系数 !; ())当取杆 $ 为机架时,将演化成何种类型的机构?为什 么?并说明这时 "•●、# 两个转动副是周转副还是摆转副; (%)当取杆 % 为机架时,又将演化成何种机构?这时 $•●、% 两个转动副是否仍为周转副? !"# 设曲柄摇杆机构 $%"# 中,杆 $%•●、%"•●、"#•●、$# 的长 



度分别为:& * +, &&,’ * $-, &&,( * )+, &&,) * )#, &&,$# 为机架。试求: ($)行程速度变化系数 !; ())检验最小传动角#&’( ,许用传动角[#]* !,.。 !"$ 偏置曲柄滑块机构中,设曲柄长度 & * $), &&,连杆长度 ’ * -,, &&,偏距 * * $), &&,曲柄为原动件,试求: ($)行程速度变化系数 ! 和滑块的行程 +; ())检验最小传动角#&’( ,[#]* !,.; (%)若 & 与 ’ 不变,* * , 时,求此机构的行程速度变化系数 !。 题 !"+ 图 !"% 插床中的主机构,如题 !"+ 图所示,它是由转 动导杆机构 $"% 和曲柄滑块机构 $#, 组合而成。已知 -$% * $,, &&,-$# * +, &&,试求: ($)当插刀 , 的行程速度变化系数 ! * $"! 时,曲柄 %" 的长度 -%" 及插刀的行程 +; ())若 ! * ) 时,则曲柄 %" 的长度应调整为多少? 此时插刀 , 的行程 + 是否变化? !"& 题 !"/ 图所示两种形式的抽水唧筒机构,图 0 以构件 $ 为主动手柄,图 1 以构件 ) 为主动手柄。设两 机构尺寸相同,力 . 垂直于主动手柄,且力 . 的作用线 距点 % 的距离相等,试从传力条件来比较这两种机构哪 一种合理。 !"’( 题 !"$, 图所示为脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。铰链中心 $•●、% 在铅垂线上,要求 踏板 #" 在水平位置上下各摆动 $,.,且 /#" * #,, &&,/$# * $ ,,, &&。试求曲柄 $% 和连杆 %" 的长度 /$% 和 /%" ,并画出机构的死点位置。 !"’’ 题 !"$$ 图所示为一实验用小电炉的炉门装置,在关闭时为位置 0$ ,开启时为位置 0) ,试设计一四杆机构来操作炉门的启闭(各有关尺寸见图)。在开启时炉门应向外开启,炉 门与炉体不得发生干涉。而在关闭时,炉门应有一个自动压向炉体的趋势(图中 1 为炉门质 心位置)。%•●、" 为两活动铰链所在位置。 $$) 第!章 平面连杆机构及其设计 题 !"# 图 题 !"$% 图 题 !"$$ 图 !"#$ 题 !"$& 图所示为一双联齿轮变速装置,用拨叉 !" 操纵双联齿轮移动,现拟设计 一个铰链四杆机构 #$%!;操纵拨叉 !" 摆动。已知:&#! ’ $%% ((,铰链中心 #•●、! 的位置如图 所示,拨叉行程为 )% ((,拨叉尺寸 &"! ’ &!% ’ !% ((,固定轴心 ! 在拨叉滑块行程的垂直平 分线上。又在此四杆机构 #$%! 中,构件 #$ 为手柄,当它在垂直向上位置 #$$ 时,拨叉处于 位置 "$ ,当手柄 #$ 逆时针


方向转过!’ #%*而处于水平位置 #$& 时,拨叉处于位置 "& 。试设 计此四杆机构。 !"#% 已知某操纵装置采用一铰链四杆机构,其中 &#$ ’ +% ((,&#! ’ ,& ((,原动件 #$ 与从动件 %! 上的一标线 !" 之间的对应角位置关系如图所示。试用图解法设计此四杆机 构。 !"#! 题 !"$! 图所示为一用于控制装置的摇杆滑块机构,若已知摇杆与滑块的对应位置 为:"$ ’ -%*•●、’$ ’ .% ((,"& ’ #%*•●、’& ’ -% ((,") ’ $&%*•●、’) ’ !% ((。偏距 ( ’ &% ((。试设计 该机构。 习 题 $$) 题 !"#$ 图 题 !"#% 图 题 !"#! 图 !"#$ 如题 !"#& 图所示的颚式碎矿机,设已知行程速度变化系数 ! ’ #"$&,颚板 "#(摇 杆)的长度 $"# ’ %(( )),颚板摆角!’ %(*,试确定: (#)当机架 %# 的长度 $%# ’ $+( )) 时,曲柄 %& 和连杆 &" 的长度 $%& 和 $&" ; ($)当曲柄 %& 的长度 $%& ’ &( )) 时,机架 %# 和连杆 &" 的长度 $%# 和 $&" 。并对此两种 设计结果,分别检验它们的最小传动角"),- ,["]’ !(*。 ##! 第!章 平面连杆机构及其设计 题 !"#$ 图 !"#$ 设计一曲柄滑块机构,已知滑块的行程速度变化系数 ! % #"$,滑块行程 " % $& ’’,偏距 # % (& ’’,如题 !"#) 图所示。试求曲柄长度 $%& 和连杆长度 $&’ 。 题 !"#) 图 题 !"#* 图 !"#% 在题 !"#* 图所示牛头刨床的主运动机构中,已知中心距 $%’ % +&& ’’,刨头的冲程 ( % !$& ’’,行程速度变化系数 ! % (,试求曲柄 %& 和导杆 ’) 的长度 $%& 和 $’) 。 习 题 ##$ !"#$ 试设计一铰链四杆结构,已知摇杆 !" 的行程速度变化系数 # ! "#$,其长度 $!" ! %$ &&,摇杆右边的一个极限位置与机架之间的夹角! ! ’$(,如题 ’#") 图所示。机架的长度 $%" ! "** &&。试求曲柄 %& 和连杆 &! 的长度 $%& 和 $&! 。 题 ’#") 图 !"#% 题 ’#"+ 图所示铰链四杆机构中,已知机架 %" 的长度 $%" ! "** &&,两连架杆三组 对应角为:"" ! ,*(,!" ! ,*(;"- ! "*$(,!- ! +*(;". ! "$*(,!. ! "-*(。试用解析法设计此四杆 机构。 题 ’#"+ 图 "", 第!章 平面连杆机构及其设计 第 ! 章 凸轮机构及其设计 本章主要介绍凸轮机构的工作原理•●、分类•●、从动件的基本运动规律•●、反转法 基本原理•●、平面凸轮轮廓曲线的设计方法以及凸轮机构的基本尺寸确定和凸轮 机构的动态静力分析。 !"# 凸轮机构的应用和分类 !"#"# 凸轮机构的应用 凸轮机构是由具有曲线轮廓的构件,通过高副接触带动从动件实现预期运 图 !"# 内燃机 配气机构 动规律的一种高副机构。它广泛地应用于各种机械,特别是 自动机械•●、自动控制装置和装配生产线中。在设计机械时, 当需要其从动件必须准确地实现某种预期的运动规律时,常 采用凸轮机构。 图 !"# 所示为内燃机的配气机构,用凸轮来控制进•●、排气 阀门的启闭。工作中对气阀的启闭时序及其速度和加速度都 有严格的要求,这些要求均由凸轮 # 的轮廓曲线来实现。 图 !"$ 所示为录音机卷带装置中的凸轮机构,凸轮 # 随放 音键上下移动。放音时,凸轮 # 处于图示最低位置,在弹簧 ! 的作用下,安装于带轮轴上的摩擦轮 % 紧靠卷带轮 &,从而将 磁带卷紧。停止放音时,凸轮 # 随按键上移,其轮廓压迫从动 件 $ 顺时针摆动,使摩擦轮与卷带轮分离,从而停止卷带。 图 !"% 所示为自动机床的进刀机构,利用凸轮机构来控制 进刀机构的自动进•●、退刀,其刀架的运动规律完全取决于凸轮 # 上曲线凹槽的形状。 从以上所举的例子可以看出,凸轮机构主要由凸轮•●、从动件和机架三个基本 构件组成。凸轮是一个具有曲线轮廓的构件,当它运动时,通过其上的曲线轮廓 与从动件的高副接触,使从动件获得预期的运动。凸轮机构在一般情况下,其凸 图 !"# 录音机卷带机构 图 !"$ 自动机床进刀机构 轮是原动件且作等速转动,从动件则按预定的运动作直线移动或摆动。凸轮机 构的最大优点是,只要适当设计凸轮的轮廓曲线,从动件便可以获得任意预定的 运动规律,而且结构简单紧凑,因此它在各种机械中得到了广泛的应用。凸轮机 构的缺点是凸轮和从动件之间为高副接触,压强较大•●、易于磨损,故这种机构一 般只用于传递动力不大的场合。 !"#"$ 凸轮机构的分类 工程实际中所使用的凸轮机构种类很多,常用的分类方法有以下几种: !" 按凸轮形状分 (%)盘形凸轮 如图 !"% 所示,其凸轮是绕固定轴转动且具有变化向径



的盘形构件,而且从 动件在垂直于凸轮轴线的平面内运动,这种凸轮机构应用最广,但从动件的行程 较大时,则凸轮径向尺寸变化较大,而当推程运动角较小时会使压力角增大。 (#)移动凸轮 如图 !"# 所示,其凸轮可看成是盘形凸轮的转动轴线在无穷远处,这时凸轮 作往复移动,从动件在同一平面内运动。盘形凸轮机构和移动凸轮机构是平面 !"# 凸轮机构的应用和分类 %%& 凸轮机构。 (!)圆柱凸轮 如图 "#! 所示,凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上,它可看成是将移动凸轮卷成 一圆柱体而得到的,从动件的运动平面与凸轮轴线平行,故凸轮与从动件之间的 相对运动是空间运动,称为空间凸轮机构。 !" 按从动件形状分 ($)尖顶从动件 如图 "#%&•●、’ 所示,这种从动件的结构最简单,能与任意形状的凸轮轮廓保 持接触,但因尖顶易于磨损,故只适宜于传力不大的低速凸轮机构中。 (()滚子从动件 如图 "#%)•●、* 所示,这种从动件与凸轮轮廓之间为滚动摩擦,耐磨损,可承受 较大的载荷,故应用最广。 (!)平底从动件 如图 "#%+•●、, 所示,这种从动件的优点是凸轮对从动件的作用力始终垂直于 从动件的底部(不计摩擦时),故受力比较平稳,而且凸轮轮廓与平底的接触面间 容易形成楔形油膜,润滑情况良好,故常用于高速凸轮机构中。 图 "#% 从动件种类 另外根据从动件相对于机架的运动形式的不同,有作往复直线移动和往复 摆动两种,分别称为直动从动件(图 "#%&•●、)•●、+)和摆动从动件(图 "#%’•●、*•●、,)。在 直动从动件中,如果从动件的轴线通过凸轮回转轴心,称为对心直动从动件,否 则称为偏置直动从动件,其偏置量称为偏距 !。 #" 按凸轮与从动件保持接触的方式分 凸轮机构在运转过程中,其凸轮与从动件必须始终保持高副接触,以使从动 件实现预定的运动规律。保持高副接触常有以下几种方式: ($)几何封闭 $$- 第!章 凸轮机构及其设计 几何封闭利用凸轮或从动件本身的特殊几何形状使从动件与凸轮保持接 触。例如在图 !"!# 所示的凸轮机构中,凸轮轮廓曲线做成凹槽,从动件的滚子 置于凹槽中,依靠凹槽两侧的轮廓曲线使从动件与凸轮在运动过程中始终保持 接触。在图 !"!$ 所示的等宽凸轮机构中,因与凸轮轮廓线相切的任意两平行线 间的距离始终相等,且等于从动件内框上•●、下壁间的距离,所以凸轮和从动件可 以始终保持接触。而在图 !"!% 所示的等径凸轮机构中,因在过凸轮轴心所作任 一径向线上与凸轮轮廓线相切的两滚子中心间的距离处处相等,故可以使凸轮 与从动件始终保持接触。又如图 !"!& 所示为共轭凸轮(又称主回凸轮)机构中, 用两个固结在一起的凸轮控制一个具有两滚子的从动件,从而形成几何形状封 闭,使凸轮与从动件始终保持接触。 图 !"! 几何封闭的凸轮机构

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