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通常末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu) 和尺寸都是根據(jù)不同作業(yè)任務(wù)要求專門設(shè)計(jì)的,干式恒溫儀從而形成了多種多樣的結(jié)構(gòu)型 式。根據(jù)其用途和結(jié)構(gòu)的不同可分為機(jī)械式夾持器,吸附式執(zhí)行器和專用工具 (如焊槍、噴嘴、電磨頭等)三類。就工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的機(jī)械式夾持器形式而 言,多為雙指手爪式,按其手爪的運(yùn)動(dòng)方式又可分為平移型(圖 !"!#$)和回轉(zhuǎn)型。 回轉(zhuǎn)型手爪又可分為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型(圖 !"!#%)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型(圖 !"!#&);按其 夾持方式又可分為外夾式和內(nèi)撐式(圖 !"!#’)。此外,按驅(qū)動(dòng)方式則有電動(dòng)、液 壓和氣動(dòng)三種。 圖 !"!# 末端執(zhí)行器 圖 !"!( 機(jī)械式單支點(diǎn)回 轉(zhuǎn)型夾持器因工件直徑變動(dòng) 引起工件軸心的偏移量! 設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器時(shí),無(wú)論是夾持式或吸附式,都需要有足夠的夾持(吸附)力 和所需要的夾持位置精度。用機(jī)械式單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型夾持器來(lái)夾持工件時(shí)(圖 !"!(),由于所夾持工件的直徑有變動(dòng)時(shí),將引起工件軸心的偏移量!(稱為夾持 誤差),因其值相對(duì)較大,故其夾持位置精度較低。為了改善夾持精度,可采用雙 支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型夾持器或采用平移型夾持器,其夾持位置精度幾乎不受工件直徑大 小的影響。 同樣,在設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器時(shí),應(yīng)盡可能使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,緊湊、重量輕,以減輕 手臂的負(fù)荷。 !"! 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) +*) 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)手臂機(jī)構(gòu)和手腕機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是操作機(jī)機(jī) 械設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)的不同,
和驅(qū)動(dòng)方 式的不同而有很大區(qū)別,此處不再多作介紹,設(shè)計(jì)時(shí)可參閱有關(guān)著作。 小 結(jié) 平面四桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)剛性構(gòu)件用低副(回轉(zhuǎn)副或移動(dòng)副)連接而成的。所 有構(gòu)件均在同一平面內(nèi)或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。由于低副是面接觸,加工容 易,潤(rùn)滑條件較好,可承受較大的沖擊載荷,因此平面四桿機(jī)構(gòu)獲得廣泛的應(yīng)用。 平面四桿機(jī)構(gòu)中,以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)最具有代表性,而鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的最基本 形式是曲柄搖桿機(jī)構(gòu),其他類型的四桿機(jī)構(gòu)都可視作在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上 演化出來(lái)的。例如在曲柄搖桿機(jī)構(gòu) !"#$ 中(圖 !"#!),若取 !" 構(gòu)件為機(jī)架,因 !" 構(gòu)件與 "#、!$ 構(gòu)件均可相對(duì)作一整圈轉(zhuǎn)動(dòng),故 "#、!$ 構(gòu)件均為曲柄,得雙 曲柄機(jī)構(gòu)。若取 #$ 構(gòu)件作為機(jī)架,因 #$ 構(gòu)件與 "#、!$ 構(gòu)件均不能相對(duì)轉(zhuǎn)一 整圈,則 "#、!$ 構(gòu)件均為搖桿,得雙搖桿機(jī)構(gòu)。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上,通 過(guò)其他演化途徑(擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副,回轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副)可獲得偏心輪機(jī)構(gòu)、曲柄滑 塊機(jī)構(gòu)等等。 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,當(dāng)主動(dòng)曲柄以等速繞回轉(zhuǎn)副中心回轉(zhuǎn)時(shí),從動(dòng)搖桿則作 來(lái)回的變速擺動(dòng),正反行程擺動(dòng)的平均速度不同,回程的平均速度較高,故具有 急回作用,可提高工效。大部分的平面四桿機(jī)構(gòu)都具有急回作用。 平面四桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)構(gòu)件所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或所需的運(yùn)動(dòng)軌跡。平面四 桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有圖解法、實(shí)驗(yàn)法和解析法。其中圖解法、實(shí)驗(yàn)法直觀,主要利 用反轉(zhuǎn)法等原理進(jìn)行設(shè)計(jì),但不精確和不連續(xù)。解析法精度高,可連續(xù)求解,并 可在計(jì)算機(jī)上編程操作是目前發(fā)展的方向。 習(xí) 題 !"# 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) !"#$ 中,若 !"、"#、#$ 三桿的長(zhǎng)度分別為:% $ %#& ’’,& $ #(& ’’,’ $ )*& ’’,機(jī)架 !$ 的長(zhǎng)度 ( 為變量。試求: (%)當(dāng)此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí),( 的取值范圍; (#)當(dāng)此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)時(shí),( 的取值范圍; ())當(dāng)此機(jī)構(gòu)為
雙曲柄機(jī)構(gòu)時(shí),( 的取值范圍。 !"$ 如題 !"# 圖所示為轉(zhuǎn)動(dòng)翼板式油泵,由四個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成,主動(dòng)盤繞固定軸 ! 轉(zhuǎn)動(dòng), 試畫出其中一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(畫圖時(shí)按圖上尺寸,并選取比例尺!) $ &"&&& + ’,’’,即 按圖上尺寸放大一倍),并說(shuō)明它們是哪一種四桿機(jī)構(gòu)。 !"% 試畫出題 !") 圖所示兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(畫圖要求與題 !"# 相同),并說(shuō)明它們是 哪一種機(jī)構(gòu)。 %%& 第!章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 題 !"# 圖 題 !"$ 圖 !"! 題 !"! 圖所示為一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),試求桿 !" 為曲柄的條件。若偏距 # % &,則 桿 !" 為曲柄的條件又如何? 題 !"! 圖 !"# 在題 !"’ 圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,各桿的長(zhǎng)度為 $( % #) **,$# % ’# **,$$ % ’& **,$! % +# **,試求: 習(xí) 題 ((( 題 !"# 圖 ($)當(dāng)取桿 ! 為機(jī)架時(shí),該機(jī)構(gòu)的極位夾角!、桿 % 的最大 擺角"、最小傳動(dòng)角#&’( 和行程速比系數(shù) !; ())當(dāng)取桿 $ 為機(jī)架時(shí),將演化成何種類型的機(jī)構(gòu)?為什 么?并說(shuō)明這時(shí) "、# 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副是周轉(zhuǎn)副還是擺轉(zhuǎn)副; (%)當(dāng)取桿 % 為機(jī)架時(shí),又將演化成何種機(jī)構(gòu)?這時(shí) $、% 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副是否仍為周轉(zhuǎn)副? !"# 設(shè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) $%"# 中,桿 $%、%"、"#、$# 的長(zhǎng) 度分別為:& * +, &&,’ * $-, &&,( * )+, &&,) * )#, &&,$# 為機(jī)架。試求: ($)行程速度變化系數(shù) !; ())檢驗(yàn)最小傳動(dòng)角#&’( ,許用傳動(dòng)角[#]* !,.。 !"$ 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中,設(shè)曲柄長(zhǎng)度 & * $), &&,連桿長(zhǎng)度 ’ * -,, &&,偏距 * * $), &&,曲柄為原動(dòng)件,試求: ($)行程速度變化系數(shù) ! 和滑塊的行程 +; ())檢驗(yàn)最小傳動(dòng)角#&’( ,[#]* !,.; (%)若 & 與 ’ 不變,* * , 時(shí),求此機(jī)構(gòu)的行程速度變化系數(shù) !。 題 !"+ 圖 !"% 插床中的主機(jī)構(gòu),如題 !"+ 圖所示,它是由轉(zhuǎn) 動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) $"% 和曲柄滑塊機(jī)構(gòu) $#, 組合而成。已知 -$% * $,, &&,-$# * +, &&,試求: ($)當(dāng)插刀 , 的行程速度變化系數(shù) ! * $"! 時(shí),曲柄 %" 的長(zhǎng)度 -%" 及插刀的行程 +; ())若 ! * ) 時(shí),則曲柄 %" 的長(zhǎng)度應(yīng)調(diào)整為多少? 此時(shí)插刀 , 的行程 + 是否變化? !"& 題 !"/ 圖所示兩種形式的抽水唧筒機(jī)構(gòu),圖 0 以構(gòu)件 $ 為主動(dòng)手柄,圖 1 以構(gòu)件 ) 為主動(dòng)手柄。設(shè)兩 機(jī)構(gòu)尺寸相同,力 . 垂直于主動(dòng)手柄,且力 . 的作用線 距點(diǎn) % 的距離相等,試從傳力條件來(lái)比較這兩種機(jī)構(gòu)哪 一種合理。 !"’( 題 !"$, 圖所示為腳踏軋棉機(jī)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈中心 $、% 在鉛垂線上,要求 踏板 #" 在水平位置上下各擺動(dòng) $,.,且 /#" * #,, &&,/$# * $ ,,, &&。試求曲柄 $% 和連桿 %" 的長(zhǎng)度 /$% 和 /%" ,并畫出機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。 !"’’ 題 !"$$ 圖所示為一實(shí)驗(yàn)用小電爐的爐門裝置,在關(guān)閉時(shí)為位置 0$ ,開啟時(shí)為位置 0) ,試設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)來(lái)操作爐門的啟閉(各有關(guān)尺寸見圖)。在開啟時(shí)爐門應(yīng)向外開啟,爐 門與爐體不得發(fā)生干涉。而在關(guān)閉時(shí),爐門應(yīng)有一個(gè)自動(dòng)壓向爐體的趨勢(shì)(圖中 1 為爐門質(zhì) 心位置)。%、" 為兩活動(dòng)鉸鏈所在位置。 $$) 第!章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)
計(jì) 題 !"# 圖 題 !"$% 圖 題 !"$$ 圖 !"#$ 題 !"$& 圖所示為一雙聯(lián)齒輪變速裝置,用撥叉 !" 操縱雙聯(lián)齒輪移動(dòng),現(xiàn)擬設(shè)計(jì) 一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) #$%!;操縱撥叉 !" 擺動(dòng)。已知:&#! ’ $%% ((,鉸鏈中心 #、! 的位置如圖 所示,撥叉行程為 )% ((,撥叉尺寸 &"! ’ &!% ’ !% ((,固定軸心 ! 在撥叉滑塊行程的垂直平 分線上。又在此四桿機(jī)構(gòu) #$%! 中,構(gòu)件 #$ 為手柄,當(dāng)它在垂直向上位置 #$$ 時(shí),撥叉處于 位置 "$ ,當(dāng)手柄 #$ 逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)!’ #%*而處于水平位置 #$& 時(shí),撥叉處于位置 "& 。試設(shè) 計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。 !"#% 已知某操縱裝置采用一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),其中 &#$ ’ +% ((,&#! ’ ,& ((,原動(dòng)件 #$ 與從動(dòng)件 %! 上的一標(biāo)線 !" 之間的對(duì)應(yīng)角位置關(guān)系如圖所示。試用圖解法設(shè)計(jì)此四桿機(jī) 構(gòu)。 !"#! 題 !"$! 圖所示為一用于控制裝置的搖桿滑塊機(jī)構(gòu),若已知搖桿與滑塊的對(duì)應(yīng)位置 為:"$ ’ -%*、’$ ’ .% ((,"& ’ #%*、’& ’ -% ((,") ’ $&%*、’) ’ !% ((。偏距 ( ’ &% ((。試設(shè)計(jì) 該機(jī)構(gòu)。 習(xí) 題 $$) 題 !"#$ 圖 題 !"#% 圖 題 !"#! 圖 !"#$ 如題 !"#& 圖所示的顎式碎礦機(jī),設(shè)已知行程速度變化系數(shù) ! ’ #"$&,顎板 "#(搖 桿)的長(zhǎng)度 $"# ’ %(( )),顎板擺角!’ %(*,試確定: (#)當(dāng)機(jī)架 %# 的長(zhǎng)度 $%# ’ $+( )) 時(shí),曲柄 %& 和連桿 &" 的長(zhǎng)度 $%& 和 $&" ; ($)當(dāng)曲柄 %& 的長(zhǎng)度 $%& ’ &( )) 時(shí),機(jī)架 %# 和連桿 &" 的長(zhǎng)度 $%# 和 $&" 。并對(duì)此兩種 設(shè)計(jì)結(jié)果,分別檢驗(yàn)它們的最小傳動(dòng)角"),- ,["]’ !(*。 ##! 第!章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 題 !"#$ 圖 !"#$ 設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu),已知滑塊的行程速度變化系數(shù) ! % #"$,滑塊行程 " % $& ’’,偏距 # % (& ’’,如題 !"#) 圖所示。試求曲柄長(zhǎng)度 $%& 和連桿長(zhǎng)度 $&’ 。 題 !"#) 圖 題 !"#* 圖 !"#% 在題 !"#* 圖所示牛頭刨床的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中,已知中心距 $%’ % +&& ’’,刨頭的沖程 ( % !$& ’’,行程速度變化系數(shù) ! % (,試求曲柄 %& 和導(dǎo)桿 ’) 的長(zhǎng)度 $%& 和 $’) 。 習(xí) 題 ##$ !"#$ 試設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿結(jié)構(gòu),已知搖桿 !" 的行程速度變化系數(shù) # ! "#$,其長(zhǎng)度 $!" ! %$ &&,搖桿右邊的一個(gè)極限位置與機(jī)架之間的夾角! ! ’$(,如題 ’#") 圖所示。機(jī)架的長(zhǎng)度 $%" ! "** &&。試求曲柄 %& 和連桿 &! 的長(zhǎng)
度 $%& 和 $&! 。 題 ’#") 圖 !"#% 題 ’#"+ 圖所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,已知機(jī)架 %" 的長(zhǎng)度 $%" ! "** &&,兩連架桿三組 對(duì)應(yīng)角為:"" ! ,*(,!" ! ,*(;"- ! "*$(,!- ! +*(;". ! "$*(,!. ! "-*(。試用解析法設(shè)計(jì)此四桿 機(jī)構(gòu)。 題 ’#"+ 圖 "", 第!章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 第 ! 章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 本章主要介紹凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理、分類、從動(dòng)件的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律、反轉(zhuǎn)法 基本原理、平面凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法以及凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸確定和凸輪 機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析。 !"# 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類 !"#"# 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 凸輪機(jī)構(gòu)是由具有曲線輪廓的構(gòu)件,通過(guò)高副接觸帶動(dòng)從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn) 圖 !"# 內(nèi)燃機(jī) 配氣機(jī)構(gòu) 動(dòng)規(guī)律的一種高副機(jī)構(gòu)。它廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械,特別是 自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)控制裝置和裝配生產(chǎn)線中。在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí), 當(dāng)需要其從動(dòng)件必須準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)某種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),常 采用凸輪機(jī)構(gòu)。 圖 !"# 所示為內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu),用凸輪來(lái)控制進(jìn)、排氣 閥門的啟閉。工作中對(duì)氣閥的啟閉時(shí)序及其速度和加速度都 有嚴(yán)格的要求,這些要求均由凸輪 # 的輪廓曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖 !"$ 所示為錄音機(jī)卷帶裝置中的凸輪機(jī)構(gòu),凸輪 # 隨放 音鍵上下移動(dòng)。放音時(shí),凸輪 # 處于圖示最低位置,在彈簧 ! 的作用下,安裝于帶輪軸上的摩擦輪 % 緊靠卷帶輪 &,從而將 磁帶卷緊。停止放音時(shí),凸輪 # 隨按鍵上移,其輪廓壓迫從動(dòng) 件 $ 順時(shí)針擺動(dòng),使摩擦輪與卷帶輪分離,從而停止卷帶。 圖 !"% 所示為自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu),利用凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)控制 進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的自動(dòng)進(jìn)、退刀,其刀架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪 # 上曲線凹槽的形狀。 從以上所舉的例子可以看出,凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本 構(gòu)件組成