《采摘机械手手爪的设计案例》2300字

采摘机械手手爪的设计案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u16348采摘机械手手爪的设计案例综述 1153481.1采摘手爪类型及夹紧装置 11651.1.1采摘手爪要求 145001.1.2采摘手爪的类型及夹紧装置 1255841.2采摘手爪结构的设计计算 2140371.2.1采摘手爪的力学分析 250981.2.2夹紧力及驱动力的计算 382711.2.3手爪夹持范围计算 4249361.3腕部的设计计算 5142581.3.1采摘手腕结构设计 5170881.3.2腕部的驱动力矩计算 7采摘手爪类型及夹紧装置采摘手爪要求脐橙是一个具有一定质量的较规则球体，在采摘脐橙的过程中应满足以下要求：（1）应具有适当的夹紧力和驱动力（2）手指应该具有足够的开闭角度Δγ，以便于抓取脐橙（3）要求结构简单、重量轻便，在保证本身强度、刚度的前提下，尽可能减轻手臂的负载（4）应保证机械手爪的夹持脐橙的精准度。采摘手爪的类型及夹紧装置本设计中机械手主要用来完成对脐橙的采摘。根据原始参数，其中机械手的手掌张合角Δr=60∘，采摘机器人的采摘对象是脐橙，脐橙质量不大，因此可以将脐橙采摘机器人的手爪的夹取重量设定为采摘手爪结构的设计计算采摘手爪的力学分析图3.1为常见的手爪结构和力学分析。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s11手爪结构、受力分析由上图3.1可知，球状物体在1手爪的抓取下运动，手爪受到销轴的作用力，对球状物体体的夹取点处施加两个作用力。由力学公式可知：Fy=0FF由F=0得F1∵ F=2bacos2式中：a——α由公式3.1可知，当脐橙采摘机器人的驱动力大小固定时，当增加球状物体与手指之间的夹角时，机械手爪所产生的的夹紧力也随着增大，即机械手爪所产生的夹紧力与手指夹取脐橙的夹角成正比，但是，当夹角过大时会导致手爪整体结构过大，从而增加脐橙采摘机器人末端结构质量，因此，最佳的手指与球体之间的夹角范围为30°至40°。夹紧力及驱动力的计算脐橙采摘机器人在完成采摘脐橙的运动时，机械手爪应具有足够的夹持力，不然，脐橙采摘机器人就没办法成功采摘脐橙。因此，对机械手爪在采摘脐橙时，对机械手爪的受力情况进行分析，其夹紧力为： FN≥K1式中：K1——安全系数，1.2−2.0K2——K3——G——工件重量计算：设a=100mm，b=50mm，100<α<400（1）夹紧力F设K1 K2=1+ba=K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=（3）取η=0.85 F实际（4）确定液压缸的直径D：∵选取活塞杆直径d=0.5D，选择液压缸压力油工作压力P=0.81MPa， ∴4F根据表4.1，选取液压缸内径为：D=10mm，但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=8mm手爪夹持范围计算脐橙采摘机器人的手爪应具有足够的张开角度，以防止由于脐橙体积过大而无法夹持的情况。此次设计中手爪的张开角度为60°。根据机械手爪的结构尺寸可得，当机械手爪全部张开时，手指的夹持长度为0.1m，当张开角为0°时，机械手爪的最小夹持半径为40mm。当其夹持角度最大时，其夹持半径为：R所以机械手的夹持半径从40mm~104mm。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s12手爪张开示意图根据以上计算结果及参考其他机械手爪设计参数，所设计的机械手爪具体结构参数如下图所示。在三维软件中进行了抓取手爪的建模，如图3-4所示图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s13手爪结构参数图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s14抓取手爪腕部的设计计算采摘手腕结构设计脐橙采摘机器人机械手的主要作用是通过末端结构对果树上的脐橙进行抓取运动，此次设计的末端结构为了能让其与不同类型的机械手相配合安装，以满足脐橙采摘机器人在不同情况下的生产实际生产要求所设计的机械手末端结构如下图所示。机械手的末端结构可以配合其他类型的机械手进行运动，为了使机械手能运动起来，在其中间安置一对锥齿轮。通过小臂中心线部位的轴进行转动。在小臂后端安装的电机与传动轴相配合。当启动电机后。动力通过齿轮带动传动轴进行旋转，传动轴带动锥齿轮进行旋转与安装在末端的大锥齿轮进行配合，从而使脐橙采摘机器人的执行末端完成旋转运动。整个机械手的末端结构是通过螺栓进行连接的。其内部所安装的传动齿轮是通过轴承和轴与末端机构相连接。为了使所设计的脐橙采摘机器人的整体结构美观，因此，我们在设计过程中需要对其外壳进行一定的包装。脐橙采摘机器人的末端机构应与手爪相连接，与此处安装的手爪轴应与手爪通过过盈配合，使其固定在末端机构上，详细设计如下图所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s15手爪前端设计图图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s16前端部分示意图脐橙采摘机器人通过使用齿轮传动，不仅可以有效的将力矩进行传递，且制造成本低，制造工艺简单，使用寿命长，更加适合在脐橙采摘机器人上使用。其前端结构的传动部分如下图所示。注：1.电机2.齿轮3.轴4.锥齿轮5.前端部分图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s17前端部分传动根据此次设计的机器人的采摘对象外部特征，采用手爪式机械手，手爪式机械手可以有效完成对球状物体的抓取，比吸附式等方式更适合此次设计。由于脐橙较小，因此设计中采用两爪进行抓取，可以有效完成脐橙采摘机器人对脐橙的摘取运动。手爪的与采摘机器人之间均设有连接孔，可以用过简单的螺栓螺母进行连接，此种设计的另一个目的是可以针对不同的抓取物体，更换手爪。所设计的手爪结构如图3.7所示。腕部的驱动力矩计算腕部的驱动力矩需要的力矩M惯夹取脐橙，重量0.4kg，当手