手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部(包括工件或工具),并帶動它們作空間運動。手臂運動應該包括3個運動:伸縮、回轉和升降。本章敘述手臂的伸縮運動,手臂的回轉和升降運動設置在機身處。
臂部運動的目的:把手部送到空間運動范圍內任意一點。如果改變手部的姿態(方位),則用腕部的自由度加以實現。因此,一般來說臂部應該具備3個自由度才能滿足基本要求,既手臂伸縮、左右回轉、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅動機構和各種傳動機構來實現,從臂部的受力情況分析,它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷,而且自身運動較多。因此,它的結構、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。
臂部設計的基本要求
一、 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕
(1) 根據受力情況,合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。
(2) 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。
(3) 合理布置作用力的位置和方向。
(4) 注意簡化結構。
(5) 提高配合精度。
二、 臂部運動速度要高,慣性要小
機械手手部的運動速度是機械手的主要參數之一,它反映機械手的生產水平。對于高速度運動的機械手,其最大移動速度設計在 ,最大回轉角速度設計在 內,大部分平均移動速度為 ,平均回轉角速度在 。在速度和回轉角速度一定的情況下,減小自身重量是減小慣性的最有效,最直接的辦法,因此,機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個途徑:
(1) 減少手臂運動件的重量,采用鋁合金材料。
(2) 減少臂部運動件的輪廓尺寸。
(3) 減少回轉半徑 ,再安排機械手動作順序時,先縮后回轉(或先回轉后伸縮),盡可能在較小的前伸位置下進行回轉動作。
(4) 驅動系統中設有緩沖裝置。
三、手臂動作應該靈活
為減少手臂運動之間的摩擦阻力,盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手,其傳動件、導向件和定位件布置合理,使手臂運動盡可能平衡,以減少對升降支撐軸線的偏心力矩,特別要防止發生機構卡死(自鎖現象)。為此,必須計算使之滿足不自鎖的條件。
總結:以上要求是相互制約的,應該綜合考慮這些問題,只有這樣,才能設計出完美的、性能良好的機械手。