机器人的机械臂结构设计

林志强

（上海恩太设备技术员有限公司，上海 201800）

如今，越来越多的发达国家紧跟机械臂蓬勃发展的趋势，并积极从事各种类型的机械臂的开发，其中一些国家取得了比较满意的成果，开发了多种类型的工业机械臂。或使用具有高创新性和实用性的工业机器人[2]。因此，本主题将设计机器人的机械臂结构。

一、机械臂整体方案设计

1.机械臂的组成

机械臂的组成部分可分为抓取机构、机身机座、控制系统三个部分。

2.主要参数

搬运机器人的机械臂需要具备自动化程度高，搬运时间短，定位精度高，运行稳定，使用寿命长。设计包括夹爪在内的机械臂的基本参数如下[3]：

2.1 夹取重量小于5kg；2.2重复定位精度0.05mm；2.3下料节拍：4s/件；2.4X轴最大行程2.5m，Y轴最大行程1.5m；2.5最大行程速度：X轴1.5m/s，Y轴1.2m/s。

二、机械臂的抓取结构设计

1.手部设计

1.1 手部设计要求。机械臂的手通常有钳型，吸力型，特殊操纵器和转换器，仿生多指灵巧手等。机械臂末端的机械臂爪是机械臂直接接触货物的部分它可以直接完成货物的拣配和夹紧。

1.2 抓紧装置的原理及计算。手指在工件上的夹持力是指针设计的基础。需要分析和计算动作的大小，方向和要点。通常情况下，为了更好地保持可靠性，要对载荷进行一定程度的控制，尤其是工件重力引起的，静载荷等。

当断掉油料供给时，机械臂内部右腔油缸的弹簧力会缩紧，直到重新供油才会松开继续工作。计算右腔推理公式如下：

Fp=（π/4）D2p

=（π/4）×0.42×25×103=3410N

按照机械臂的手部抓取的范围，计算机械臂抓取力度的公式为：

F1=（2b/a）×（cosα'）2N'

=（2×150/50）×（cos30°）2391

=1765N

2.腕部设计

机械臂腕部的设计要求：结构紧凑、重量轻便；合理布置腕部、臂部和手部等结构的布局；必须考虑实际工作条件。

这次设计的机械支脚带动另一端的旋转部件通过同步皮带旋转。考虑到电动机传动装置的主要功能是高旋转转矩和低速的特性，有必要在机械支腿的电动机输出部分安装一个减速器以降低速度。

3.手臂设计

手臂是机械臂组成中必不可少的部分，它的主要功能是支撑手，腕和所握住的物体。根据特定说明的要求，手臂将用手指抓住物体并将其移至指定位置。

3.1 液压缸活塞驱动力。首先，必须考虑机械臂的负载，运动必须快速，但是机械必须能够承受力。CNC汽车桁架的机械臂通常执行线性运动，因此在考虑臂设计时通常选择液压直接驱动臂。

3.2 手臂右腔流量。计算手臂右腔流量，公式如下：

得出手臂右腔流量Q=1000ml/s。

3.3 手臂右腔工作压力。计算手臂右腔工作压力，公式：P=F/S，式中：F代表了取工件重和手臂活动部件总重，根据当前的数据可大致可以计算出F=10+20=30kg、F摩=1000N，将数据带入公式可以得到：

本次设计的机械臂手臂右腔工作压力为0.26Mpa。

3.4 手臂液压缸结构尺寸。在机械臂的液压缸选用上，要使液压缸的直径大一些，这样手臂的整体强度比较高，而对于液压缸的校核可以通过以下公式进行核对：

式中：F--活塞杆上的作用力；[σ]--活塞杆材料的许用应力。

式中：D代表了缸筒内径；Py代表了缸筒的试验压力。

机械脚的运动是机械脚的水平运动。到达指定位置后，机械支脚下降，机械手夹住工件，向上推动工件，然后反向移动。将零件放置在轨道上，然后松开夹具。机械支脚完成此操作后，它将返回到要加工零件的位置，PLC停止脉冲输出，设备开始处理，机械臂完成动作，机械臂来回执行上述动作。

结语

在本文中，我们将设计机座的总体方案，确定机座的坐标形状和自由度，并确定机座的技术参数。同时，设计了机械臂的夹紧手结构和机械臂的手腕结构。计算手腕旋转所需的驱动扭矩和气缸旋转所需的驱动扭矩。设计了机械臂的臂结构，设计了机械支腿的气动系统，绘制了机械支腿的气动支腿的工作原理图，极大地提高了拉拔效率和拉拔质量，并绘制了机械支腿的装配图。