液壓機(jī)械手手部設(shè)計計算

1、第5章機(jī)械手手部的設(shè)計計算5.1手部設(shè)計基本要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動 機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。（2）手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到 閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。（3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能 使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。（4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。5.2典型的手部結(jié)構(gòu)（1）回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。（2）移動型移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運(yùn)動。（3）平面平移型。5.3機(jī)械手手抓的設(shè)計計算選擇手抓的類型及夾緊裝置本設(shè)計平

2、動搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角上=600， 夾取重量為0.5Kg。常用的工業(yè)機(jī)械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸 附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計機(jī)械手采 用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠 手指的平行移動,這種手指結(jié)構(gòu)簡單，適于夾持平板方料，且工件徑向尺寸的變化不影響 其軸心的位置，其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指，驅(qū)動力需加在手指移動方 向上,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。通過綜合考慮，本設(shè)計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用

3、滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置 選擇常開式夾緊裝置。532手抓的力學(xué)分析F面對其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿圖3.1 (a)為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)aaF(a)(b)圖5.1滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1手指 2銷軸 3杠桿在杠桿3的作用下，銷軸GB/T882-20002向上的拉力為F,并通過銷軸中 心0點(diǎn)，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為Fi和F2,其力的方向垂直于滑槽的 中心線°。1和°°2并指向o點(diǎn)，交F1和F2的延長線于A及Bo由' Fx =0 得 F F2' Fy =0 得2COS°已=-F；由送of )=0 得 Fh =

4、FN bcos：2bcos2 ： Fn(3.1 )式中a手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心的距離(mrh .:工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力F 定時，角增大，貝U握力Fn也隨之增大，但角 過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好:=30°40° 0533夾緊力及驅(qū)動力的計算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和 作用點(diǎn)進(jìn)行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn) 動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按公式計算 FN _ K1K2K3G(3.2 )式中K

5、i安全系數(shù)，通常1.2-2.0 ;k2 工作情況 系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估VmaxK2 =1 b其中a，重力方向的最大上升加速度; aVmax運(yùn)載時工件最大上升速度t響一一系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時間，一般選取K3 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。G被抓取工件所受重力(N)0表3-1液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F(N)液壓缸工作壓力 Mpa作用在活塞上外力F(N液壓缸工作壓力 Mpa小于50000.8L120000L 300002.0L 4.05000 L100001.5L 2.030000L 500004.0L 5.010000L 200002.5L 3.05000

6、0以上5.0L 8.0計算：設(shè)a=100mm,b=50mm0° v> <40°；機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時間為 0.5s，求夾 緊力Fn和驅(qū)動力F和驅(qū)動液壓缸的尺寸。(1)設(shè)心=1.5K2 =1 b = 105 =1.02a9.8K3 =0.5根據(jù)公式，將已知條件帶入：(2)根據(jù)驅(qū)動力公式得:F計算=空_凹(cos30,3.825 = 2.87N 100(3)取巾85F實(shí)際2.870.85-3.38N(4) 確定液壓缸的直徑D實(shí)際D2-d2 p4選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P=0.8-1MPa,=0.00854F 實(shí)際4 3.38.二p1-0

7、.52：二 0.8 105 0.75根據(jù)表4.1 ( JB826-66)，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=10mm(且為了擴(kuò)大機(jī)械手的 工作范圍，選取液壓缸內(nèi)徑 D=16mm則活塞桿內(nèi)徑為：D=1&0.5=8mm 選取 d=8mm手爪夾持范圍計算為了保證手抓張開角為600，活塞桿運(yùn)動長度為34mm手抓夾持范圍，手指 夾持有效長度為100mm當(dāng)手抓沒有張開角的時候，如圖3.2( a)所示，根據(jù)機(jī)構(gòu) 設(shè)計，它的最小夾持半徑r=40，當(dāng)張開600時，如圖3.2 (b)所示，最大夾持 半徑R2計算如下：R2 =100 tg30 40/cos30 ： 103.92 =104-機(jī)械手的夾持半徑從40mm10

8、4mm(a)(b)圖5.2手抓張開示意圖5.4機(jī)械手手爪夾持精度的分析計算機(jī)械手的精度設(shè)計要求工件定位準(zhǔn)確，抓取精度高，重復(fù)定位精度和運(yùn)動穩(wěn)定 性好,并有足夠的抓取能力12 L機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位 精度(由臂部和腕部等運(yùn)動部件來決定)，而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。 特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一 定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。圖5.3手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度機(jī)械手的夾持范圍為80mm 208mm。一般夾持誤差不超過1mm分析如下：40 + 104工件的平均半徑：尺卩二40 1

9、04二72mm p 2手指長I =100mm,取V型夾角2二=120°偏轉(zhuǎn)角'按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：A=cos -IRepsin vcos'72100 sin 60二 33.75計算R3 = lsin rcos ： =100 sin60 cos33.75 =72.14ZD ¥RRm吧-2l Rmin cos 1sinsin當(dāng)R0 - RMAX - RMIN S時帶入有.l2廣 RYR+ f RmaxI -2|dcos0 -G2sin日丿 sin日u=l2 門jAcos 2(2sin日丿sin日l2sin rRmi cos sin v= 0.678夾持誤差滿足設(shè)計

10、要求。5.5手指夾緊液壓缸的尺寸參數(shù)的確定根據(jù)夾緊力和驅(qū)動力的計算，初步確定了液壓缸的內(nèi)徑為16mm行程為34mrp下面要確定液壓缸的缸筒長度 L。缸筒長度L由最大工作行程長度加上各 種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：L=l+B+A+M+C式中：l為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導(dǎo) 向長度，取(0.6-1.5)D;M 為活塞桿密封長度，由密封方式定；C為其他長度，在 此由于定位方式為定位塊式，需要保留一定的缸體冗余長度作為緩沖， 以免在運(yùn) 動過程中損傷到缸體，所以 C取32.8mm 一般缸筒的長度最好不超過內(nèi)徑的 20 倍。另外，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長度 Ho所以：L=34+0.8D+D+0.9D+C=120mm液壓缸缸底厚度計算，本液壓缸選用平行缸底，且缸底無油孔時h=0.433Q, J，其中h為缸底厚度；D為液壓缸內(nèi)徑；Py為實(shí)驗壓力; 缸底材料的許用應(yīng)力，液壓缸選用缸體材料為45號鋼，:"OOMPa oh =0.433 D和"433 0.016 . 25 10： 1.1 10m,:L- I10