機器人的機械臂結構設計

林志強

（上海恩太設備技術員有限公司，上海 201800）

如今，越來越多的發達國家緊跟機械臂蓬勃發展的趨勢，并積極從事各種類型的機械臂的開發，其中一些國家取得了比較滿意的成果，開發了多種類型的工業機械臂。或使用具有高創新性和實用性的工業機器人[2]。因此，本主題將設計機器人的機械臂結構。

一、機械臂整體方案設計

1.機械臂的組成

機械臂的組成部分可分為抓取機構、機身機座、控制系統三個部分。

2.主要參數

搬運機器人的機械臂需要具備自動化程度高，搬運時間短，定位精度高，運行穩定，使用壽命長。設計包括夾爪在內的機械臂的基本參數如下[3]：

2.1 夾取重量小于5kg；2.2重復定位精度0.05mm；2.3下料節拍：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、機械臂的抓取結構設計

1.手部設計

1.1 手部設計要求。機械臂的手通常有鉗型，吸力型，特殊操縱器和轉換器，仿生多指靈巧手等。機械臂末端的機械臂爪是機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算。手指在工件上的夾持力是指針設計的基礎。需要分析和計算動作的大小，方向和要點。通常情況下，為了更好地保持可靠性，要對載荷進行一定程度的控制，尤其是工件重力引起的，靜載荷等。

當斷掉油料供給時，機械臂內部右腔油缸的彈簧力會縮緊，直到重新供油才會松開繼續工作。計算右腔推理公式如下：

Fp=（π/4）D2p

=（π/4）×0.42×25×103=3410N

按照機械臂的手部抓取的范圍，計算機械臂抓取力度的公式為：

F1=（2b/a）×（cosα'）2N'

=（2×150/50）×（cos30°）2391

=1765N

2.腕部設計

機械臂腕部的設計要求：結構緊湊、重量輕便；合理布置腕部、臂部和手部等結構的布局；必須考慮實際工作條件。

這次設計的機械支腳帶動另一端的旋轉部件通過同步皮帶旋轉。考慮到電動機傳動裝置的主要功能是高旋轉轉矩和低速的特性，有必要在機械支腿的電動機輸出部分安裝一個減速器以降低速度。

3.手臂設計

手臂是機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 液壓缸活塞驅動力。首先，必須考慮機械臂的負載，運動必須快速，但是機械必須能夠承受力。CNC汽車桁架的機械臂通常執行線性運動，因此在考慮臂設計時通常選擇液壓直接驅動臂。

3.2 手臂右腔流量。計算手臂右腔流量，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部件總重，根據當前的數據可大致可以計算出F=10+20=30kg、F摩=1000N，將數據帶入公式可以得到：

本次設計的機械臂手臂右腔工作壓力為0.26Mpa。

3.4 手臂液壓缸結構尺寸。在機械臂的液壓缸選用上，要使液壓缸的直徑大一些，這樣手臂的整體強度比較高，而對于液壓缸的校核可以通過以下公式進行核對：

式中：F--活塞桿上的作用力；[σ]--活塞桿材料的許用應力。

式中：D代表了缸筒內徑；Py代表了缸筒的試驗壓力。

機械腳的運動是機械腳的水平運動。到達指定位置后，機械支腳下降，機械手夾住工件，向上推動工件，然后反向移動。將零件放置在軌道上，然后松開夾具。機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，設備開始處理，機械臂完成動作，機械臂來回執行上述動作。

結語

在本文中，我們將設計機座的總體方案，確定機座的坐標形狀和自由度，并確定機座的技術參數。同時，設計了機械臂的夾緊手結構和機械臂的手腕結構。計算手腕旋轉所需的驅動扭矩和氣缸旋轉所需的驅動扭矩。設計了機械臂的臂結構，設計了機械支腿的氣動系統，繪制了機械支腿的氣動支腿的工作原理圖，極大地提高了拉拔效率和拉拔質量，并繪制了機械支腿的裝配圖。