机械手夹持器设计

2.1夹持器设计的基本要求

机械手夹持器设计

（1）应具有适当的夹紧力和驱动力； （2）手指应具有一定的开闭范围； （3）应保证工件在手指内的夹持精度； （4）要求结构紧凑，重量轻，效率高； （5）应考虑通用性和特殊要求。 设计参数及要求

（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松；

（2）所要抓紧的工件直径为80mm 放松时的两抓的最大距离为110-120mm/s ， 1s抓紧,夹持速度20mm/s；

（3）工件的材质为5kg，材质为45#钢； （4）夹持器有足够的夹持力；

（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。由液压缸提供动力。 2.2夹持器结构设计 2.2.1夹紧装置设计. 2.2.1.1夹紧力计算

手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。

手指对工件的夹紧力可按下列公式计算：

FN?K1K2K3G式中：

2-1

K1—安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2——2.0，取1.5； K2—工件情况系数，主要考虑惯性力的影响， 计算最大加速度，得出工作情况

系数K2, K2?1?绝对值（m/s）；

a0.02/1?1??1.002，a为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的g9.8

K3—方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，

手指与工件位置：手指水平放置 工件垂直放置； 手指与工件形状：V型指端夹持圆柱型工件，

K3?0.5sin?，f为摩擦系数，?为V型手指半角，此处粗略计算K3?4,如图2.1 f

图2.1

G—被抓取工件的重量

求得夹紧力

FN ，

FN?K1K2K3Mg?1.5?1.002?4?3?9.8?176.75N，取整为177N。

2.2.1.2驱动力力计算

根据驱动力和夹紧力之间的关系式：

FcFN?

2bsina式中：

c—滚子至销轴之间的距离； b—爪至销轴之间的距离；

a—楔块的倾斜角

2FNbsina177?2?86?sin16o??195.15N，可得F?得出F为理论计

c34算值，实际采取的液压缸驱动力F要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率?，一般取0.8～0.9，此处取0.88，则：

F'?F'??'195.15?221.762N ，取F?500N 0.882.2.1.3液压缸驱动力计算

设计方案中压缩弹簧使爪牙张开，故为常开式夹紧装置，液压缸为单作用缸，提供推力：

F推=式中 D——活塞直径 d——活塞杆直径 p——驱动压力，

?4D2p

''F推?F',已知液压缸驱动力F，且F?500N?10KN

'F由于?10KN，故选工作压力P=1MPa

据公式计算可得液压缸内径：

4F'4?500D??mm?25.231mm?p3.14?1

根据液压设计手册,见表2.1，圆整后取D=32mm。

表2.1 液压缸的内径系列（JB826-66）（mm）

20 70 110 25 75 125 32 80 130 40 85 140 50 90 160 55 95 180 63 100 200 65 105 250 活塞杆直径 d=0.5D=0.5×40mm=16mm

活塞厚 B=(0.6～1.0)D 取B=0.8d=0.7×32mm=22.4mm,取23mm. 缸筒长度 L≤(20～30)D 取L为123mm

活塞行程，当抓取80mm工件时，即手爪从张开120mm减小到80mm，楔快向前移动大约40mm。取液压缸行程S=40mm。

液压缸流量计算： 放松时流量

Q??4?(D2?d2)?S?

qV1?A2V1?夹紧时流量

qV1?AV11?

?4?(322?162)?20?60?10?6?0.724L/min

?4D2?S???4?322?20?60?10?6?0.965L/min

2.2.1.4选用夹持器液压缸

温州中冶液压气动有限公司所生产的轻型拉杆液压缸

型号为：MOB-B-32-83-FB，结构简图，外形尺寸及技术参数如下：

表2.2夹持器液压缸技术参数

工作使用温允许最效压力 度范围 大速度 率 传动介缸径 质 常规矿32 物液压mm 油 受压面积(cm) 无杆腔 12.5 有杆腔 8.6 1.45 2速度比 1MPa ?10?～300 m/s 90% ?+80 图2.2 结构简图

图2.3 外形尺寸

2.2.2手爪的夹持误差及分析

机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决与机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，避免产生手指夹持的定位误差，需要注意选用合理的手部结构参数，见图2-4，从而使夹持误差控制在较小的范围内。在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过?1mm，手部的最终误差取决与手部装置加工精度和控制系统补偿能力。

图 2.4