机械手,夹持器

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 177286sin16195.1534

N F b a F N c ⨯⨯⨯===o

，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

226121(3216)2060100.724/min 4

qV 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＜30o 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=14.036o ,

'290φγ<

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-o 左右范围内，1γ则由手指需要的开闭范围来确定。由给定