机械手夹持器毕业设计论文及装配图(有装配图)

机械手夹持器毕业设计论文及装配图

第二章 夹持器

2.1夹持器设计的基本要求

（1）应具有适当的夹紧力和驱动力； （2）手指应具有一定的开闭范围； （3）应保证工件在手指内的夹持精度； （4）要求结构紧凑，重量轻，效率高； （5）应考虑通用性和特殊要求。 设计参数及要求

（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松；

（2）所要抓紧的工件直径为80mm 放松时的两抓的最大距离为110-120mm/s ， 1s抓紧,夹持速度20mm/s；

（3）工件的材质为5kg，材质为45#钢； （4）夹持器有足够的夹持力；

（5）夹持器靠法兰联接在手臂上。由液压缸提供动力。 2.2夹持器结构设计 2.2.1夹紧装置设计. 2.2.1.1夹紧力计算

手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。

手指对工件的夹紧力可按下列公式计算：

FN≥KK12KG3

式中：

2-1

K1—安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2——2.0，取1.5； K2—工件情况系数，主要考虑惯性力的影响， 计算最大加速度，得出工作情况

系数K2, K2=1+

a0.02/1

=1+=1.002，a为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的g9.8

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绝对值（m/s）；

K3—方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，

手指与工件位置：手指水平放置 工件垂直放置； 手指与工件形状：V型指端夹持圆柱型工件， K3=

0.5sinθ

，f为摩擦系数，θ为V型手指半角，此处粗略计算K3≈4,如图2.1 f

图2.1

G—被抓取工件的重量

求得夹紧力FN ，FN=K1K2K3Mg=1.5×1.002×4×3×9.8=176.75N，取整为177N。 2.2.1.2驱动力力计算

根据驱动力和夹紧力之间的关系式：

FN=

式中：

c—滚子至销轴之间的距离； b—爪至销轴之间的距离； a—楔块的倾斜角

Fc

2bsina

2FNbsina177×2×86×sin16o

==195.15N，可得F=得出F为理论计

c34

算值，实际采取的液压缸驱动力F要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率η，一般取0.8～0.9，此处取0.88，则：

F'=

'F195.15

==221.762N ，取F=

500N η0.88

'

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2.2.1.3液压缸驱动力计算

设计方案中压缩弹簧使爪牙张开，故为常开式夹紧装置，液压缸为单作用缸，提供推力：

F推=

式中 D——活塞直径 d——活塞杆直径 p——驱动压力，

π2Dp 4

''

F推=F',已知液压缸驱动力F，且F=500N<10KN

'

由于F<10KN，故选工作压力P=1MPa

据公式计算可得液压缸内径：

D=

==25.231mm

根据液压设计手册,见表2.1，圆整后取D=32mm。

表2.1 液压缸的内径系列（JB826-66）（mm）

20

70

110

活塞杆直径 d=0.5D=0.5×40mm=16mm

活塞厚 B=(0.6～1.0)D 取B=0.8d=0.7×32mm=22.4mm,取23mm. 缸筒长度 L≤(20～30)D 取L为123mm

活塞行程，当抓取80mm工件时，即手爪从张开120mm减小到80mm，楔快向前移动大约40mm。取液压缸行程S=40mm。

液压缸流量计算： 放松时流量

125

130

140

160

180

200

250

75

80

85

90

95

100

105

25

32

40

50

55

63

65

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Q=

qV1=A2V1=夹紧时流量

qV1=AV11=

πS

×(D2 d2)× 4τ

π

×(322 162)×20×60×10 6=0.724L/min 4

π2Sπ

D×=×322×20×60×10 6=0.965L/min 4τ4

2.2.1.4选用夹持器液压缸

温州中冶液压气动有限公司所生产的轻型拉杆液压缸

型号为：MOB-B-32-83-FB，结构简图，外形尺寸及技术参数如下：

表2.2夹持器液压缸技术参数

工

作使用温允许最效压力

度范围

大速度

传动介缸径

受压面积(cm) 无杆腔 12.5

有杆腔 8.6

1.45

2

速度比

率 质

常规矿32 物液压mm 油

1MPa 10°～300 m/s 90

% °

+80

图2.2 结构简图

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图2.3 外形尺寸

2.2.2手爪的夹持误差及分析

机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决与机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。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，避免产生手指夹持的定位误差，需要注意选用合理的手部结构参数，见图2-4，从而使夹持误差控制在较小的范围内。在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过±1mm，手部的最终误差取决与手部装置加工精度和控制系统补偿能力。

图 2.4

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R=40mm

工件直径为80mm，尺寸偏差±5mm，则Rmax=42.5mm，Rmin=37.5mm，ep。

本设计为楔块杠杆式回转型夹持器，属于两支点回转型手指夹持，如图2.5。

图2.5

若把工件轴心位置C到手爪两支点连线的垂直距离CD以X表示，根据几何关系有：

X=简化为：

X=

该方程为双曲线方程，如图2.6：

图2.6 工件半径与夹持误差 关系曲线

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由上图得，当工件半径为R0时，X取最小值Xmin，又从上式可以求出：

R0=lABsinθcosβ，通常取2θ=120o Xmin=lABsinβ

若工件的半径Rmax变化到Rmin时，X值的最大变化量，即为夹持误差，用 表示。 在设计中，希望按给定的Rmax和Rmin来确定手爪各部分尺寸，为了减少夹持误差，一方面可加长手指长度，但手指过长，使其结构增大；另一方面可选取合适的偏转角β，使夹持误差最小，这时的偏转角称为最佳偏转角。只有当工件的平均半径

Rep

取为R0时，

夹持误差最小。此时最佳偏转角的选择对于两支点回转型手爪（尤其当a值较大时），主要考虑这样极易出现在抓取半径较偏转角β的大小不易按夹持误差最小的条件确定，

小时，两手爪的BE和BE边平行，抓不着工件。为避免上述情况，通常按手爪抓取工件的平均半径

Rep

，以∠BCD=90为条件确定两支点回转型手爪的偏转角β，即下式：

o

''

β=cos[(

1

Repsinθ

a)

lAB

1

o

其中2a=90mm,lAB=86mm,V型钳的夹角2θ=120

代入得出：

β=cos 1[(

801

45)=56.57oo

sin6086

oo

R=lsinθcosβ=86 sin60 cos56.57=41.02mm 0AB则

则Rmin<R0<Rmax，此时定位误差为 1和 2中的最大值。

1=

2=分别代入 …… 此处隐藏：5126字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……