機械手臂的結構設計

機械臂結構

上海世博軸陽光谷焊接施工

機器人焊接陽光谷11060個節(jié)點

連接世博中國館、主題館、世博中心、演藝中心的世博軸今天上午完成了主體結構施工。上海建工機施公司董事長張立新透露，在6個形如喇叭、距地30米高空的陽光谷的施工中，機施公司動用了機器人，焊接了11060個節(jié)點。

作為世博軸的最大亮點，6個陽光谷尺寸不一、間距不一、形狀也不完全一樣。陽光谷的基本構建為方形鋼管，幾根鋼管連接于同一點，稱為“節(jié)點”。機施公司副總工程師陳曉明表示，陽光谷施工中采用的機器人，外形根據(jù)施工環(huán)境而改變，“編制程序后，給機器人發(fā)指令，隨后機器人開始做動作?！蹦壳?，這一套機器人施工技術，已納入國家863計劃。

此前，世博軸頂部的索膜結構也已完工。建設者總共安裝了69塊巨大的白色膜布，面積達68000平方米。如此巨大的膜布厚度僅為1毫米，但其設計張拉力每米達5噸，是當今世界強度最高的膜材。

世博軸是一個由商業(yè)服務、餐飲、會展服務等多功能組成的大型商業(yè)、交通綜合體。長度大約為1000米，寬約110米，跨越4條城市道路，聯(lián)系5個街區(qū)，連通3個軌道交通站。在世博軸設置6個陽光谷，考慮的是把陽光和空氣引入地下，“降低”建筑密度。此外，世博軸還引入黃浦江水作冷熱源，用全生態(tài)綠色節(jié)能技術營造舒適宜人的室內環(huán)境。

世博期間，一旦面臨降雨，世博軸也能“輕松應對”。機施公司透露，世博軸底部還設置了雨水溝渠，用來收集雨水。除了滿足特大暴雨時的蓄洪要求，雨水在經過處理后，還能用于澆灌和世博軸內“小氣候”的調節(jié)。一、臂部設計的基本要求

1．承載能力足：

手臂是支承手腕的部件，設計時不僅要考慮抓取物體的重量或攜帶工具的重量，還要考慮運動時的動載荷及轉動慣性。2．剛度高：

為了防止臂部在運動過程中產生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。

工字型截面的彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉剛度都比實心軸大得多。

工字鋼（GB706-88）：1、工字鋼的型號與高度尺寸h有關，如：10號工字鋼即指其高度尺寸為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長度的理論質量、截面靜力矩等可查相應的設計手冊。3、工字鋼的長度按長度系列購買。如：5~19m。槽鋼（GB707-88）1、槽鋼的型號與高度尺寸h有關，如：10號槽鋼即指其高度尺為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長度的理論質量、截面靜力矩等可查相應的設計手冊。3、導向性能好，定位精度高：

為防止手臂在直線運動中，沿運動軸線發(fā)生相對轉動，應設置導向裝置。同時要采用一定形式的緩沖措施。4．重量輕、轉動慣量?。?/p>

為提高機器人的運動速度，要盡量減少臂部運動部分的重量，以減少整個手臂對回轉軸的轉動慣量。5．合理設計與腕部和機身的連接部位：

臂部的安裝形式和位置不僅關系到機器人的強度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機器人的外觀。二、機械臂的運動形式

1．直角坐標型：

臂部由三個相互正交的移動副組成。帶動腕部分別沿X、Y、Z三個坐標軸的方向作直線移動。結構簡單，運動位置精度高。但所占空間較大，工作范圍相對較小。2．圓柱坐標型：

臂部由一個轉動副和兩個移動副組成。相對來說，所占空間較小，工作范圍較大，應用較廣泛。3．關節(jié)型：

由動力型旋轉關節(jié)和前、下兩臂組成。關節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標。動作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內饒過各種障礙物。三、典型機械臂結構

1．手臂直線運動機構

常見方式：

行程小時：采用油缸或汽缸直接驅動；當行程較大時：可采用油缸或汽缸驅動齒條傳動的倍增機構或采用步進電機或伺服電機驅動，并通過絲桿螺母來轉換為直線運動。典型結構：油缸驅動的手臂伸縮運動結構電機驅動的絲桿螺母直線運動結構油缸—齒條機構圖例：電機驅動絲桿螺母直線運動結構圖例：2．手臂的回轉運動機構

常見方式：

常見的有齒輪傳動機構，鏈輪傳動機構，活塞及連桿傳動機構等。

曲柄滑塊機構：假設滑塊是主動件，當滑塊沿一定的導軌移動時，可以推動曲柄做擺動或圓周運動。典型機構：

液壓缸—連桿回轉機構：齒輪驅動回轉機構：平面四桿機構圖例：平面四桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構平面四桿機構演變圖例：曲柄