液压机械手手部设计计算

1、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）手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到 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

2、动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓张合角上=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。平移型手指的张开闭合靠 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

3、滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置 选择常开式夹紧装置。532手抓的力学分析F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aaF(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/T882-20002向上的拉力为F,并通过销轴中 心0点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为Fi和F2,其力的方向垂直于滑槽的 中心线°。1和°°2并指向o点，交F1和F2的延长线于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手指的回转支点到对称中心的距离(mrh .: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 定时，角增大，贝U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:=30°40° 0533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 _ K1K2K3G(3.2 )式中K

5、i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VmaxK2 =1 b其中a，重力方向的最大上升加速度; aVmax运载时工件最大上升速度t响一一系统达到最高速度的时间，一般选取K3 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)0表3-1液压缸的工作压力作用在活塞上外力F(N)液压缸工作压力 Mpa作用在活塞上外力F(N液压缸工作压力 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计算：设a=100mm,b=50mm0° v> <40°；机械手达到最高响应时间为 0.5s，求夹 紧力Fn和驱动力F和驱动液压缸的尺寸。(1)设心=1.5K2 =1 b = 105 =1.02a9.8K3 =0.5根据公式，将已知条件带入：(2)根据驱动力公式得:F计算=空_凹(cos30,3.825 = 2.87N 100(3)取巾85F实际2.870.85-3.38N(4) 确定液压缸的直径D实际D2-d2 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,=0.00854F 实际4 3.38.二p1-0

7、.52：二 0.8 105 0.75根据表4.1 ( JB826-66)，选取液压缸内径为：D=10mm(且为了扩大机械手的 工作范围，选取液压缸内径 D=16mm则活塞杆内径为：D=1&0.5=8mm 选取 d=8mm手爪夹持范围计算为了保证手抓张开角为600，活塞杆运动长度为34mm手抓夹持范围，手指 夹持有效长度为100mm当手抓没有张开角的时候，如图3.2( a)所示，根据机构 设计，它的最小夹持半径r=40，当张开600时，如图3.2 (b)所示，最大夹持 半径R2计算如下：R2 =100 tg30 40/cos30 ： 103.92 =104-机械手的夹持半径从40mm10

8、4mm(a)(b)图5.2手抓张开示意图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 L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范围内变化，一 定进行机械手的夹持误差。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范围为80mm 208mm。一般夹持误差不超过1mm分析如下：40 + 104工件的平均半径：尺卩二40 1

9、04二72mm p 2手指长I =100mm,取V型夹角2二=120°偏转角'按最佳偏转角确定：A=cos -IRepsin vcos'72100 sin 60二 33.75计算R3 = lsin rcos ： =100 sin60 cos33.75 =72.14ZD ¥RRm吧-2l Rmin cos 1sinsin当R0 - RMAX - RMIN S时带入有.l2广 RYR+ f RmaxI -2|dcos0 -G2sin日丿 sin日u=l2 门jAcos 2(2sin日丿sin日l2sin rRmi cos sin v= 0.678夹持误差满足设计

10、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内径为16mm行程为34mrp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内径的 20 倍。另外，液压缸的结构尺寸还有最小导向长度 Ho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=0.433Q, J，其中h为缸底厚度；D为液压缸内径；Py为实验压力; 缸底材料的许用应力，液压缸选用缸体材料为45号钢，:"OOMPa oh =0.433 D和"433 0.016 . 25 10： 1.1 10m,:L- I10