机械臂的手动升降与制动

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-：已知条件机械臂重力 30Kg，行程 L300mm，机械臂重心到其直线轴承中心距离为 260mm，两直线轴承间距为 Y：140mm，配重上两直线轴成间距 Y80mm。

二：设计要求手动零力拖动机械臂升降，任意位置均可停止，停止时可承受额外负载 3kg机械臂位置不变。

图 1三：系统组成和结构原理(-)系统组成 ：如图 1所示：机械臂基座为固定件，两个直线轴承固定于机械臂基座，两个轴线轴承通过其光轴与机械臂相连。机械臂上 固定- 吊环螺钉，钢丝绳-段与其相连；电磁失电制动其与定滑轮同轴相连，共同固定在机械臂基座上，电磁失电制动器同时连接-控制按钮实现机械臂升降与停止的切换 ，定滑轮上有夹块压紧钢丝绳，3个导向轮并列固定在机械臂基座上 ，实现钢丝绳 的导向；配重端同样由两根轴承相连，配重直线轴承的光轴两端分别固定在机械臂基座上。配重上也有-吊环螺钉(图中未表示)，钢丝绳的另-端与其相连。

(二)结构原理 ：当按下按钮式，电磁失电失电制动器摩擦转盘脱开，定滑轮可以自由转动，用手拖动机械臂即可实现机械臂的自由升降，当机械臂到达理想位置时，再次按动按钮，电磁失电制动器的摩擦转盘结合，定滑轮被锁死，不能继续转动 ，机械臂位置固定不可升降。由于配重质量与机械臂质量相同，所以可以实现机械臂的零力拖动，并且可以在任意位置锁紧。由于配重与机械臂产生的扭矩由直线轴承承受。

四：设计计算(-)配重质量计算为实现人手零力拖动，配重质量应设计成与机械臂质量相等，即mle 埘机械臂 3Okg(二)直线轴承的选择选择直线轴承关键步骤为直线轴承所承受扭矩的计算。

1.机械臂扭矩计算机械臂引起 x、Y两个方向的扭矩分别为 T1、T2。

n G机械臂 30x9.8x260/1000Nm76.44NmT2 G机械臂Y/2 30x9.8x140/2/1000Nm 20.58 Nm2.配重扭矩计算由于配重中心与其上的直线轴承在 x方向距离为零 ，所以只引起-个方向的扭矩，即 Y方向的扭矩T酡 G配Y配/230x9.8x80/2/1000Nm 11.7 。

综合国产、进口及台湾各家产品比较，HIWIN直线轴承性价比比较高，因此选用 HIWIN直线轴承，机械臂直线轴承选用型号为 UB-20A，配重直线轴承选用型号为 UB～12A。

(三)钢丝绳直径选择钢丝绳-端连接机械臂，-端连接配重，要求其牢固可靠，其承载力不因时间而有明显变化，同时由于其绕在定滑轮上 ，为使其完全贴附，要求比较柔软，股数较多；与此同时又要保证其经济性，价格不可过高，鉴于以上要求，选用国产钢丝绳，直径为 3mm，股数为 7x7。

图 2(四)定滑轮直径计算如图2所示：钢丝绳绕在定滑轮上的长度 L即为机械臂的最大行程 机械臂行程 L(2n.e)R其中0为绕在定滑轮处两切点间所夹锐角，R为定滑轮上绳槽半径。

为节约空间，结构应该尽量紧凑，按上图布置后得到：0-hi4则 RL/(27c-0)300/(2r.7t/4)300/(77t/4)54.6mm，留余量取整 R56mm，定滑轮直径为 2R52nma 1 12mm。

(四)电磁失 电制动 器选择为保证机械臂安全性，在断电时必须不可升降，因此选用失电制动器器；同时制动器又要与远端按钮相连，操纵方便，结构较小，价格低廉 ，性能可靠 ，通断电快速。

由额外负载引起的扭矩 T额F额R3x9.8x56/10001.65Nm(其中F额为额外负载力，R为定滑轮半径)鉴于以上要求，选用国产电磁失电制动器，厂家为浙江诸暨威能制动器 ，型号为 DHD-2，圆盘式，额定静扭矩为 2Nm，激励 电压为 24DC-V，功率为 10W，接通时间为 0.025s，断开时间为 0.15s。

五 ：结语经过实际论证 ：此设计方案可以实现零力拖动，并且能够在任意位置停止，切实可行。同时由于其操纵轻便快捷 ，安全可靠 ，噪音较小，结构简单，经济性、环保性好，对于机械臂的位姿调整具有重要意义。