机械手,夹持器
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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:
123N F K K K G
≥ 2-1
式中:
1K —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;
2K —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2K , 20.02/1
11 1.0029.8
a K g =+=+=,a 为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的绝对值(m/s );
3K —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,
30.5sin K f
θ
=
,f 为摩擦系数,θ为V 型手指半角,此处粗略计算34K ≈,如图2.1
图2.1
G —被抓取工件的重量
求得夹紧力
N
F ,
123 1.5 1.002439.8176.75N F K K K Mg N
==⨯⨯⨯⨯=,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:
2sin N Fc
F b a
=
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
可得2sin 177286sin16
195.1534
N F b a F N c ⨯⨯⨯==
=,得出F 为理论计
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η,一般取0.8~0.9,此处取0.88,则:
'195.15
221.7620.88
F
F N η
=
=
= ,取'500F N = 2.2.1.3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:
2=
4
F D p π
推
式中 D ——活塞直径 d ——活塞杆直径 p ——驱动压力,
'
F
F =推,已知液压缸驱动力'
F ,且'50010F N KN =< 由于'
10F KN <,故选工作压力P=1MPa
据公式计算可得液压缸内径:
25.231D mm
===
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 )
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
τ
π
S
d D Q ⨯
-⨯=
)(4
22
226
121(3216)2060100.72
4/m i n
4
q V A V L π
-==⨯-⨯⨯⨯=
夹紧时流量
226111322060100.965/min 4
4
S
qV AV D L π
π
τ
-==
⨯
=
⨯⨯⨯⨯=
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
图2.2 结构简图
图2.3 外形尺寸
2.2.3楔块等尺寸的确定
楔块进入杠杆手指时的力分析如下:
图 2.7
上图2.7中
θ—斜楔角,θ<30时有增力作用;
'2φ—滚子与斜楔面间当量摩擦角,'22tan ()tan d D φφ=,2φ为滚子与转轴间的摩擦角,d 为转轴直径,D 为滚子外径,22tan f φ=,2f 为滚子与转轴间摩擦系数;
γ—支点O 至斜面垂线与杠杆的夹角;
l —杠杆驱动端杆长;
'l —杠杆夹紧端杆长;
η—杠杆传动机械效率
2.2.
3.1斜楔的传动效率
斜楔的传动效率η可由下式表示:
'2sin =
sin()
θηθφ+ '22tan tan d
D
φφ=
杠杆传动机械效率η取0.834,2tan φ取0.1,d D 取0.5,则可得θ=14.036,
'290φγ<<,取整得θ=14。 2.2.3.3斜楔驱动行程与手指开闭范围
当斜楔从松开位置向下移动至夹紧位置时,沿两斜面对称中心线方向的驱动行程为L ,此时对应的杠杆手指由1γ位置转到2γ位置,其驱动行程可用下式表示:
1212cos cos (cos cos )sin sin l l l
L γγγγθθ
-=
=-
杠杆手指夹紧端沿夹紧力方向的位移为:
'12[cos()cos()]s l γθγθ∆=+-+
通常状态下,2γ在90θ-左右范围内,1γ则由手指需要的开闭范围来确定。由给定