機械手夾持器

1、2.2.1.1夾緊力計算 手指加在工件上的夾緊力是設計手部的主要依據，必須對其大小、方向、作用點進行分析、計算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按下列公式計算： 2-1式中：安全系數，由機械手的工藝及設計要求確定,通常取1.22.0，取1.5；工件情況系數，主要考慮慣性力的影響， 計算最大加速度，得出工作情況系數, ，a為機器人搬運工件過程的加速度或減速度的絕對值（m/s）；方位系數，根據手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定，手指與工件位置：手指水平放置 工件垂直放置；手指與工件形狀：型指端夾持圓柱型工

2、件，為摩擦系數，為型手指半角，此處粗略計算,如圖2.1圖2.1被抓取工件的重量求得夾緊力 ，取整為177N。.2驅動力力計算根據驅動力和夾緊力之間的關系式：式中：c滾子至銷軸之間的距離；b爪至銷軸之間的距離；楔塊的傾斜角可得，得出為理論計算值，實際采取的液壓缸驅動力要大于理論計算值，考慮手爪的機械效率，一般取0.80.9，此處取0.88，則： ，取.3液壓缸驅動力計算設計方案中壓縮彈簧使爪牙張開，故為常開式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供推力：式中 活塞直徑 活塞桿直徑 驅動壓力，,已知液壓缸驅動力，且由于，故選工作壓力P=1MPa 據公式計算可得液壓缸內徑：根據液壓設計手冊,見表2.1，圓整

3、后取D=32mm。表2.1 液壓缸的內徑系列（JB826-66）（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250活塞桿直徑 d=0.5D=0.5×40mm=16mm活塞厚 B=(0.61.0)D 取B=0.8d=0.7×32mm=22.4mm,取23mm.缸筒長度 L(2030)D 取L為123mm活塞行程，當抓取80mm工件時，即手爪從張開120mm減小到80mm，楔快向前移動大約40mm。取液壓缸行程S=40mm。液壓缸流量計算：放松時流量夾緊時流量.4選用夾持器液壓缸溫州中冶液壓氣動有限公司所

4、生產的輕型拉桿液壓缸 型號為：MOB-B-32-83-FB，結構簡圖，外形尺寸及技術參數如下：表2.2夾持器液壓缸技術參數工作壓力使用溫度范圍允許最大速度效率傳動介質缸徑受壓面積()速度比無桿腔有桿腔1MPa+300 m/s90%常規(guī)礦物液壓油32mm12.58.61.45圖2.2 結構簡圖圖2.3 外形尺寸楔塊等尺寸的確定楔塊進入杠桿手指時的力分析如下：圖 2.7上圖2.7中斜楔角，時有增力作用；滾子與斜楔面間當量摩擦角，為滾子與轉軸間的摩擦角，為轉軸直徑，為滾子外徑，為滾子與轉軸間摩擦系數; 支點至斜面垂線與杠桿的夾角；杠桿驅動端桿長；杠桿夾緊端桿長；杠桿傳動機械效率.1斜楔的傳動效率 斜

5、楔的傳動效率可由下式表示：杠桿傳動機械效率取0.834，取0.1，取0.5，則可得=, ，取整得=。2.2.3.3斜楔驅動行程與手指開閉范圍當斜楔從松開位置向下移動至夾緊位置時，沿兩斜面對稱中心線方向的驅動行程為L，此時對應的杠桿手指由位置轉到位置，其驅動行程可用下式表示：杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為：通常狀態(tài)下，在左右范圍內，則由手指需要的開閉范圍來確定。由給定條件可知最大為55-60mm,最小設定為30mm.即。已知，可得，有圖關系：圖2.9可知：楔塊下邊為60mm，支點O距中心線30mm，且有，解得：.4與的確定斜楔傳動比可由下式表示：可知一定時，愈大，愈大，且杠桿手指的轉角在范圍

6、內增大時，傳動比減小，即斜楔等速前進，杠桿手指轉速逐漸減小，則由分配距離為：，。.5確定由前式得：，取。.6確定為沿斜面對稱中心線方向的驅動行程，有下圖中關系圖2.10，取，則楔塊上邊長為18.686，取19mm.材料及連接件選擇V型指與夾持器連接選用圓柱銷，d=8mm, 需使用2個杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷，d=8mm, 需使用2個滾子與手指連接選用圓柱銷，d=6mm, 需使用2個以上材料均為鋼，無淬火和表面處理楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱直徑12mm，螺距p=1，旋合長度為10mm。第三章 腕部3.1腕部設計的基本要求手腕部件設置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動

7、的基礎上進一步改變或調整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變得更靈巧，適應性更強。手腕部件具有獨立的自由度，此設計中要求有繞中軸的回轉運動。（1）力求結構緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔。顯然，腕部的結構、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結構、重量和運轉性能。因此，在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。（2）結構考慮，合理布局 腕部作為機械手的執(zhí)行機構，又承擔連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3）必須考慮工作條件對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中

8、搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。3.2具有一個自由度的回轉缸驅動的典型腕部結構如圖3.1所示，采用一個回轉液壓缸，實現腕部的旋轉運動。從AA剖視圖上可以看到，回轉葉片（簡稱動片）用螺釘，銷釘和轉軸10連接在一起，定片8則和缸體9連接。壓力油分別由油孔5.7進出油腔，實現手部12的旋轉。旋轉角的極限值由動，靜片之間允許回轉的角度來決定（一般小于），圖中缸可回轉。腕部旋轉位置控制問題，可采用機械擋塊定位。當要求任意點定位時，可采用位置檢測元件（如本例為電位器，其軸安裝在件1左端面的小孔）對所需位置進行檢測并加以反饋控制。圖3

9、.1圖示手部的開閉動作采用單作用液壓缸，只需一個油管。通向手部驅動液壓缸的油管是從回轉中心通過，腕部回轉時，油路認可保證暢通，這種布置可使油管既不外露，又不受扭轉。腕部用來和臂部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉液壓缸）由手臂內通過并經腕架分別進入回轉液壓缸和手部驅動液壓缸。本設計要求手腕回轉，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結構選擇具有一個自由度的回轉驅動腕部結構，采用液壓驅動，參考上圖典型結構。3.3腕部結構計算腕部回轉力矩的計算腕部回轉時，需要克服的阻力有：（1）腕部回轉支承處的摩擦力矩式中 ，軸承處支反力（N），可由靜力平衡方程求得; ,軸承的直徑（m）； 軸承的摩擦系數

10、，對于滾動軸承=0.01-0.02；對于滑動軸承=0.1。為簡化計算，取，如圖3.1所示，其中，為工件重量，為手部重量，為手腕轉動件重量。圖3.1（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩式中 e工件重心到手腕回轉軸線的垂直距離，已知e=10mm.則 （3）克服啟動慣性所需的力矩啟動過程近似等加速運動，根據手腕回轉的角速度及啟動過程轉過的角度按下式計算：式中 工件對手腕回轉軸線的轉動慣量； 手腕回轉部分對腕部回轉軸線的轉動慣量； 手腕回轉過程的角速度； 啟動過程所需的時間s,此處取0.1s.。手抓、手抓驅動液壓缸及回轉液壓缸轉動件等效為一個圓柱體，高為200mm，直徑90mm，其重力估算： ,取98

11、N.等效圓柱體的轉動慣量：工件的轉動慣量，已知圓柱體工件，要求工件在0.5s內旋轉90度, 取平均角速度，即=，代入得：解可得： =0.8083回轉液壓缸所驅動力矩計算回轉液壓缸所產生的驅動力矩必須大于總的阻力矩如圖3.3，定片1與缸體2固連，動片3與轉軸5固連，當a, b口分別進出油時，動片帶動轉軸回轉，達到手腕回轉的目的。圖3.3圖3.4圖3.4為回轉液壓缸的進油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅動力矩。 或 式中 手腕回轉時的總的阻力矩 回轉液壓缸的工作壓力（Pa） 缸體內孔半徑（m） 輸出軸半徑（m），設計時按選取 動片寬度（m）上述動力距與壓力的關系是設定為低壓腔背壓力等于零

12、?；剞D缸內徑D計算由 ，得：， 為減少動片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片寬度時，選用：綜合考慮，取值計算如下：r=16mm，R=40mm，b=50mm，取值為1Mpa，即如下圖：圖3.5液壓缸蓋螺釘的計算圖3.6缸蓋螺釘間距示意表3.3 螺釘間距t與壓力P之間的關系工作壓力P（Mpa）螺釘的間距t(mm)小于150小于120小于100小于80上圖中表示的連接中，每個螺釘在危險截面上承受的拉力為：，即工作拉力與殘余預緊力之和計算如下：液壓缸工作壓強為P=1Mpa,所以螺釘間距小于150mm,試選擇2個螺釘，所以選擇螺釘數目合適Z=2個 受力截面，此處連接要求有密封性，故k?。?.5-1.8），取K=1.6。 所以 螺釘材料選擇Q235，安全系數n取1.5（1.5-2.2）螺釘的直徑由下式得出 ，F為總拉力即 螺釘的直徑選擇d=8mm.材料及連接件，密封件選擇右端軸承端蓋與腕部回轉缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，,需用4個。右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓，全