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1、机械手夹夹持器设设计2.1夹夹持器设设计的基基本要求求（1）应应具有适适当的夹夹紧力和和驱动力力；（2）手手指应具具有一定定的开闭闭范围；（3）应应保证工工件在手手指内的的夹持精精度；（4）要要求结构构紧凑，重重量轻，效效率高；（5）应应考虑通通用性和和特殊要要求。设计参数数及要求求（1）采采用手指指式夹持持器，执执行动作作为抓紧紧放松；（2）所所要抓紧紧的工件件直径为为80mmm 放放松时的的两抓的的最大距距离为1110-1200mm/s ， 1s抓抓紧,夹夹持速度度20mmm/ss；（3）工工件的材材质为55kg，材材质为445#钢钢；（4）夹夹持器有有足够的的夹持力力；（5）夹夹持器靠靠
2、法兰联联接在手手臂上。由由液压缸缸提供动动力。2.2夹夹持器结结构设计计2.2.1夹紧紧装置设设计.2.2.1.11夹紧力力计算 手指加在在工件上上的夹紧紧力是设设计手部部的主要要依据，必必须对其其大小、方方向、作作用点进进行分析析、计算算。一般般来说，加加紧力必必须克服服工件的的重力所所产生的的静载荷荷（惯性性力或惯惯性力矩矩）以使使工件保保持可靠靠的加紧紧状态。手指对工工件的夹夹紧力可可按下列列公式计计算： 2-1式中：安全系系数，由由机械手手的工艺艺及设计计要求确确定,通通常取11.22.0，取取1.55；工件情情况系数数，主要要考虑惯惯性力的的影响， 计算最最大加速速度，得得出工作作情
3、况系系数,，a为机器器人搬运运工件过过程的加加速度或或减速度度的绝对对值（mm/s）；方位系系数，根根据手指指与工件件形状以以及手指指与工件件位置不不同进行行选定，手指与工工件位置置：手指指水平放放置 工工件垂直直放置；手指与工工件形状状：型指指端夹持持圆柱型型工件，为摩擦擦系数，为型手指半角，此处粗略计算,如图2.1图2.11被抓取取工件的的重量求得夹紧紧力 ，取取整为1177NN。2.2.1.22驱动力力力计算算根据驱动动力和夹夹紧力之之间的关关系式：式中：c滚子子至销轴轴之间的的距离；b爪至至销轴之之间的距距离；楔块的的倾斜角角可得，得得出为理理论计算算值，实实际采取取的液压压缸驱动动力
4、要大大于理论论计算值值，考虑虑手爪的的机械效效率，一一般取00.80.99，此处处取0.88，则则： ，取2.2.1.33液压缸缸驱动力力计算设计方案案中压缩缩弹簧使使爪牙张张开，故故为常开开式夹紧紧装置，液液压缸为为单作用用缸，提提供推力力：式中 活塞塞直径活塞塞杆直径径驱动动压力，,已知液液压缸驱驱动力，且且由于，故故选工作作压力PP=1MMPa 据公式计计算可得得液压缸缸内径：根据液压压设计手手册,见见表2.1，圆圆整后取取D=332mmm。表2.11 液压压缸的内内径系列列（JBB8266-666）（mmm）202532405055636570758085909510010511012
5、5130140160180200250活塞杆直直径 dd=0.5D=0.5540mmm=116mmm活塞厚 B=(0.661.00)D 取B=00.8dd=0.732mmm=222.44mm,取23mmm.缸筒长度度 L(20030)D 取取L为1233mm活塞行程程，当抓抓取800mm工工件时，即即手爪从从张开1120mmm减小小到800mm，楔楔快向前前移动大大约400mm。取取液压缸缸行程SS=400mm。液压缸流流量计算算：放松时流流量夹紧时流流量2.2.1.44选用夹夹持器液液压缸温州中冶冶液压气气动有限限公司所所生产的的轻型拉拉杆液压压缸 型号为：MOBB-B-32-83-FB，结
6、结构简图图，外形形尺寸及及技术参参数如下下：表2.22夹持器器液压缸缸技术参参数工作压力力使用温度度范围允许最大大速度效率传动介质质缸径受压面积积()速度比无杆腔有杆腔1MPaa+300 m/ss90%常规矿物物液压油油32mm12.558.61.455图2.22 结构构简图图2.33 外形形尺寸2.2.2手爪爪的夹持持误差及及分析 机机械手能能否准确确夹持工工件，把把工件送送到指定定位置，不不仅取决决与机械械手定位位精度（由由臂部和和腕部等等运动部部件确定定），而而且也与与手指的的夹持误误差大小小有关。特特别是在在多品种种的中、小小批量生生产中，为为了适应应工件尺尺寸在一一定范围围内变化化，
7、避免免产生手手指夹持持的定位位误差，需需要注意意选用合合理的手手部结构构参数，见见图2-4，从从而使夹夹持误差差控制在在较小的的范围内内。在机机械加工工中，通通常情况况使手爪爪的夹持持误差不不超过，手手部的最最终误差差取决与与手部装装置加工工精度和和控制系系统补偿偿能力。图 2.4工件直径径为800mm，尺尺寸偏差差，则，。本设计为为楔块杠杠杆式回回转型夹夹持器，属属于两支支点回转转型手指指夹持，如如图2.5。图2.55若把工件件轴心位位置C到到手爪两两支点连连线的垂垂直距离离CD以以X表示示，根据据几何关关系有：简化为： 该方程为为双曲线线方程，如如图2.6：图2.66 工件件半径与与夹持误
8、误差关系系曲线由上图得得，当工工件半径径为时，X取最小小值，又又从上式式可以求求出：，通常取取若工件的的半径变变化到时时，X值值的最大大变化量量，即为为夹持误误差，用用表示。在设计中中，希望望按给定定的和来确定定手爪各各部分尺尺寸，为为了减少少夹持误误差，一一方面可可加长手手指长度度，但手手指过长长，使其其结构增增大；另另一方面面可选取取合适的的偏转角角，使夹夹持误差差最小，这这时的偏偏转角称称为最佳佳偏转角角。只有有当工件件的平均均半径取取为时，夹夹持误差差最小。此此时最佳佳偏转角角的选择择对于两两支点回回转型手手爪（尤尤其当aa值较大大时），偏偏转角的的大小不不易按夹夹持误差差最小的的条件
9、确确定，主主要考虑虑这样极极易出现现在抓取取半径较较小时，两两手爪的的和边平行行，抓不不着工件件。为避避免上述述情况，通通常按手手爪抓取取工件的的平均半半径，以以为条件件确定两两支点回回转型手手爪的偏偏转角，即即下式：其中,型钳的的夹角代入得出出：则则，此时时定位误误差为和和中的最最大值。分别代入入得：，所以，夹夹持误差差满足设设计要求求。由以上各各值可得得：取值为。2.2.3楔块块等尺寸寸的确定定楔块进入入杠杆手手指时的的力分析析如下：图 2.7上图2.7中斜楔角角，时有增增力作用用；滚子与与斜楔面面间当量量摩擦角角，为滚子子与转轴轴间的摩摩擦角，为转轴直径，为滚子外径，为滚子与转轴间摩擦系
10、数; 支点至至斜面垂垂线与杠杠杆的夹夹角；杠杆驱驱动端杆杆长；杠杆夹夹紧端杆杆长；杠杆传传动机械械效率2.2.3.11斜楔的的传动效效率 斜楔的的传动效效率可由由下式表表示：杠杆传动动机械效效率取00.8334，取取0.11，取00.5，则则可得=, ，取取整得=。2.2.3.22动作范范围分析析阴影部分分杠杆手手指的动动作范围围，即，见见图 22.8图 2.8如果，则则楔面对对杠杆作作用力沿沿杆身方方向，夹夹紧力为为零，且且为不稳稳定状态态，所以以必须大大于。此此外，当当时，杠杠杆与斜斜面平行行，呈直直线接触触，且与与回转支支点在结结构上干干涉，即即为手指指动作的的理论极极限位置置。2.2.
11、3.33斜楔驱驱动行程程与手指指开闭范范围当斜楔从从松开位位置向下下移动至至夹紧位位置时，沿沿两斜面面对称中中心线方方向的驱驱动行程程为L，此时时对应的的杠杆手手指由位位置转到到位置，其其驱动行行程可用用下式表表示：杠杆手指指夹紧端端沿夹紧紧力方向向的位移移为：通常状态态下，在在左右范范围内，则由手指需要的开闭范围来确定。由给定条件可知最大为55-60mm,最小设定为30mm.即。已知，可得，有图关系：图2.99可知：楔楔块下边边为600mm，支支点O距距中心线线30mmm，且且有，解解得：2.2.3.44与的确定定斜楔传动动比可由由下式表表示：可知一定定时，愈愈大，愈愈大，且且杠杆手手指的转
12、转角在范围内内增大时时，传动动比减小小，即斜斜楔等速速前进，杠杠杆手指指转速逐逐渐减小小，则由由分配距距离为：，。2.2.3.55确定由前式得得：，取。2.2.3.66确定为沿斜面面对称中中心线方方向的驱驱动行程程，有下下图中关关系图2.110，取，则则楔块上上边长为为18.6866，取119mmm.2.2.4材料料及连接接件选择择V型指与与夹持器器连接选选用圆柱柱销，d=88mm, 需使使用2个个杠杆手指指中间与与外壳连连接选用用圆柱销销，d=88mm, 需使使用2个个滚子与手手指连接接选用圆圆柱销，d=6mm, 需使使用2个个以上材料料均为钢钢，无淬淬火和表表面处理理楔块与活活塞杆采采用螺
13、纹纹连接，基基本尺寸寸为公称称直径112mmm，螺距距p=11，旋合合长度为为10mmm。第三章 腕部3.1腕腕部设计计的基本本要求手腕部件件设置在在手部和和臂部之之间，它它的作用用主要是是在臂部部运动的的基础上上进一步步改变或或调整手手部在空空间的方方位，以以扩大机机械手的的动作范范围，并并使机械械手变得得更灵巧巧，适应应性更强强。手腕腕部件具具有独立立的自由由度，此此设计中中要求有有绕中轴轴的回转转运动。（1）力力求结构构紧凑、重重量轻腕部处于于手臂的的最前端端，它连连同手部部的静、动动载荷均均由臂部部承担。显显然，腕腕部的结结构、重重量和动动力载荷荷，直接接影响着着臂部的的结构、重重量和
14、运运转性能能。因此此，在腕腕部设计计时，必必须力求求结构紧紧凑，重重量轻。（2）结结构考虑虑，合理理布局 腕部作作为机械械手的执执行机构构，又承承担连接接和支撑撑作用，除除保证力力和运动动的要求求外，要要有足够够的强度度、刚度度外，还还应综合合考虑，合合理布局局，解决决好腕部部与臂部部和手部部的连接接。（3）必必须考虑虑工作条条件对于本设设计，机机械手的的工作条条件是在在工作场场合中搬搬运加工工的棒料料，因此此不太受受环境影影响，没没有处在在高温和和腐蚀性性的工作作介质中中，所以以对机械械手的腕腕部没有有太多不不利因素素。3.2具具有一个个自由度度的回转转缸驱动动的典型型腕部结结构如图3.1所示示，采用用一个回回转液压压缸，实实现腕部部的旋转转运动。从从AA剖视视图上可可以看到到，回转转叶片（简简称动片片）用螺螺钉，销销钉和转转轴100连接在在一起，定定片8则则和缸体体9连接接。压力力油
