液压机械手手部设计计算.docx

第 5 章 机械手手部的设计计算5.1 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） 手指应具有一定的开围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从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5.2 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5.3 机械手手抓的设计计算选择手抓的类型及夹紧装置本设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓合角 =600 ，夹取重量为 0.5Kg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 , 适于夹持平板方料 , 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置 , 其理论夹持误差零。

若采用典型的平移型手指 , 驱动力需加在手指移动方向上 ,这样会使结构变得复杂且体积庞大显然是不合适的，因此不选择这种类型通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式夹紧装置选择常开式夹紧装置 手抓的力学分析下面对其基本结构进行力学分析：滑槽杠杆 图 3.1 （a）为常见的滑槽杠杆式手部结构α ααααα(a) (b)图 5.1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析1——手指 2 ——销轴 3 ——杠杆在杠杆 3 的作用下，销轴 [GB/T882-2000]2 向上的拉力为 F，并通过销轴中心 O点，两手指 1 的滑槽对销轴的反作用力为 F1 和 F2， 其力的方向垂直于滑槽的中心线 oo1 和 oo2 并指向 o 点，交 F1 和 F2 的延长线于 A 及 B由Fx =0得 F1F2Fy =0得F1F2cosF1F1'由o1F =0得 F1' h FN bQhacosF2b cos2FNa（ 3.1 ）..式中 a ——手指的回转支点到对称中心的距离（mm）.——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角由分析可知，当驱动力 F 一定时， 角增大，则握力 FN 也随之增大， 但角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好=300 : 400。

夹紧力及驱动力的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大小、方向和作用点进行分析计算 一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态手指对工件的夹紧力可按公式计算 FN K1K 2 K 3G（3.2 ）式中K1 ——安全系数，通常 1.2-2.0 ；k2——工作情况 系数，主要考虑惯性力的影响可近似按下式估K21b 其中 a，重力方向的最大上升加速度；avmaxat响vmax ——运载时工件最大上升速度t响 ——系统达到最高速度的时间，一般选取0.03-0.5sK3 ——方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择G ——被抓取工件所受重力（ N）表 3-1 液压缸的工作压力作用在活塞上外力 F 液压缸工作压力 Mpa 作用在活塞上外力 F 液压缸工作压力 Mpa（N） （ N）小于 50000.8: 120000 :300002.0 :4.05000 : 100001.5 : 2.030000 :500004.0 : 5.010000 : 200002.5 :3.050000 以上5.0 :8.0100<4000.5s ，求夹计算：设 a=100mm,b=50mm, <; 机械手达到最高响应时间为紧力 FN 和驱动力 F 和 驱动液压缸的尺寸。

1) 设 K1 1.5b = 10.1K 2 10.5 =1.02a9.8K 30.5根据公式，将已知条件带入：..FN 1.5 1.02 0.5 5 3.825N（2）根据驱动力公式得：F计算2 50 cos3023.825 2.87N100（ 3）取 0.85F计算2.87NF实际3.380.85（4）确定液压缸的直径 DQ F实际D 2d 2 p4选取活塞杆直径 d=0.5D, 选择液压缸压力油工作压力 P=0.8-1MPa,4F实际43.380.0085p 10.520.810 50.75根据表 4.1 （JB826-66），选取液压缸径为： D=10mm,但为了扩大机械手的工作围，选取液压缸径 D=16mm则活塞杆径为 :D=16 0.5=8mm，选取 d=8mm 手爪夹持围计算为了保证手抓开角为 600 ，活塞杆运动长度为 34mm手抓夹持围，手指夹持有效长度为 100mm,当手抓没有开角的时候，如图3.2 （a）所示，根据机构设计，它的最小夹持半径 R140 ，当开 600时，如图 3.2（b）所示，最大夹持半径 R2 计算如下：R2 100 tg 3040 / cos30103.92 104机械手的夹持半径从 40mm ~ 104mm..（ a） (b)图 5.2 手抓开示意图5.4 机械手手爪夹持精度的分析计算机械手的精度设计要求工件定位准确 , 抓取精度高 , 重复定位精度和运动稳定性好 , 并有足够的抓取能 力 12 。

机械手能否准确夹持工件， 把工件送到指定位置， 不仅取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定） ，而且也于机械手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围变化， 一定进行机械手的夹持误差θβ..图 5.3 手抓夹持误差分析示意图该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度机械手的夹持围为 80mm ~ 208mm一般夹持误差不超过 1mm,分析如下：工件的平均半径：4010472mmRcp2手指长 l100mm, 取 V 型夹角 21200偏转角 按最佳偏转角确定：cos1Rcpcos172lsin33.75100 sin 60计算R0l sin cos100sin 60cos33.75 =72.14当 R0RMAXRMIN S 时带入有：Rmax2RmaxRmax2Rminl22lcos2l22lcos2sinsinsinsinRmax2RMAXRMAX2RminVl22lcos2l22lcos0.6782sinsinsinsin夹持误差满足设计要求5.5 手指夹紧液压缸的尺寸参数的确定根据夹紧力和驱动力的计算， 初步确定了液压缸的径为 16mm，行程为 34mm；下面要确定液压缸的缸筒长度 L。

缸筒长度 L 由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即：L=l+B+A+M+C式中： l 为活塞的最大工作行程； B 为活塞宽度，一般为 (0.6-1)D;A 为活塞杆导向长度，取 (0.6-1.5)D;M 为活塞杆密封长度，由密封方式定； C为其他长度，在此由于定位方式为定位块式， 需要保留一定的缸体冗余长度作为缓冲， 以免在运动过程中损伤到缸体， 所以 C 取 32.8mm一般缸筒的长度最好不超过径的 20 倍另外，液压缸的结构尺寸还有最小导向长度 H所以： L=34+0.8D+D+0.9D+C=120mm..液压缸缸底厚度计算，本液压缸选用平行缸底，且缸底无油孔时h 0.433 Dpy ， 其中 h 为缸底厚度； D 为液压缸径；p y 为实验压力；为缸底材料的许用应力，液压缸选用缸体材料为45 号钢，100MPa py6h0.433 D2.5101.1 10 3 m ，0.433 0.016。