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

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

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