机械手手爪的三维设计

机械手手爪的三维设计

1 手部设计基本要求

（1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。

（2） 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）??，以便于抓取工件。

（3） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 （4） 应保证手抓的夹持精度。 2 典型的手部结构

（1） 回转型 包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。 （2） 移动型 移动型即两手指相对支座作往复运动。 （3）平面平移型。 3 机械手手爪的设计计算 3.1选择手爪的类型及夹紧装置

本设计是设计抓取圆柱形物块的机械手。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板和圆柱类材料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差为零。通过综合考虑，本设计选择移动型手爪，采用丝杠螺母这种传动结构方式。

运行方式为电机带动直齿轮使丝杠转动继而带动手爪接触块移动，从而形成手爪的张合，当手爪抓到零件时，电机停止，手爪形成自锁，带动零件移动。

图1 二维手爪结构图

3.2 手爪夹持范围计算

加工毛坯尺寸：Φ20-Φ30 长度：100左右

毛坯质量（以钢材的密度计算）：约246g-555g（按最大600g计算） 装夹深度：约25mm 纵向定位精度：0.1mm 横向定位精度：1mm

手爪接触块为橡胶，橡胶具有弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特点。

图2 手爪橡胶

3.3 滑动丝杠设计 设计条件： 需自锁

丝杠长度 145mm 最大质量共计约1100g。

丝杠载荷：丝杠竖直时承受最大轴向力Famax?11.6N，G=mg (g取10N/kg)。 设计计算：（计算部分由小组成员张益完成本人参与讨论） （1）牙型、材料和许用应力 采用梯形单头螺纹

螺杆材料选45钢，调制处理，?s?360N/mm2，由机械手册查表可得 许用拉应力

?p??s3~5?120~72N/mm2 .............................（1）

手爪部分为轻载，螺母材料选耐磨铸铁。由机械手册查表可得 许用弯曲应力?bp?50~60N/mm2， 取?bp?50N/mm2 ； 许用剪应力?p?40N/mm2 由机械手册查表可得

许用压强Pp?6~8N/mm2，取Pp?6N/mm2 （2）按耐磨性计算螺杆中径 由表中公式，

d2?0.8F， .............................（2） ?PpF11.6?0.8?1.02mm ?Pp1.8?6采用整体螺母式，取??1.2，d2?0.8由GB/T 5796.3-1986，可选d?10，P?1.5，d2?D2?9，D4?10.5，d3?7.5，

D1?8的梯形螺纹、中等精度。螺杆左右两端分别采用不同的旋向，螺旋副标记分别为：

Tr10?2LH?7H/7e，Tr10?2?7H/7e。

螺母高度H??d2?1.2?9?10.8mm，取H?11mm 则螺纹圈数n?H/P?11/2?6圈 （3）自锁性验算

由于单头螺纹，导程S?P?1.5mm，故螺纹升角为

??arctanS1.5?arctan?3?4' ........................（3） ?d23.14?9由机械手册查表可得钢和耐磨铸铁的f?0.10~0.12，取f?0.11，可得

?'?arctanfcos?2?arctan0.11?6?50' ......................（4）

cos15????'，故自锁可靠。

（4）螺杆强度校核

由机械手册查表可得，螺纹摩擦力矩

Mt1?11 .......（5） d2Fatan(???')??9?11.6?tan(3?4'?6?50')?9.11N?mm，

22代入以下公式得

?ca?(Mt24F24?11.629.1122)?3()?()?3?()?0.322N/mm??p.323?d30.2d33.14?7.50.2?7.5..（6）

（5）螺母螺纹强度校核

因螺母材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹强度即可。 由机械手册查表可得

牙根宽度b?0.65P?0.65?1.5?0.975mm，基本牙高

H1?0.5P?0.5?1.5?0.75mm 代入以下中的公式得

??F11.6??0.060N/mm2??p ............（7） ?D4bn3.14?10.5?0.975?63FH13?11.6?0.75??0.139??bp ...............（8）

?D4b2n3.14?10.5?0.9752?6?b?（6）横向振动校核 对于钢制螺杆

nc?12.3?106?12d3lc24.7302?7.5?12.3?10??71415r/min ...........（9） 2170c6应满足转速n?0.8nc?57132r/min