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1、
夾持器
2.1夾持器設(shè)計(jì)的基本要求
（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力；
（2）手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍；
（3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；
（4）要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；
（5）應(yīng)考慮通用性和特殊要求。
設(shè)計(jì)參數(shù)及要求
（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動(dòng)作為抓緊—放松；
（2）所要抓緊的工件直徑為80mm 放松時(shí)的兩抓的最大距離為110-120mm/s ， 1s抓緊,夾持速度20mm/s；
（3）工件的材質(zhì)為5kg，材質(zhì)為45#鋼；
（4）夾持器有足夠的夾持力；
（5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動(dòng)力。
2.2夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1夾緊裝
2、置設(shè)計(jì).
2.2.1.1夾緊力計(jì)算
手指加在工件上的夾緊力是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，必須對(duì)其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。
手指對(duì)工件的夾緊力可按下列公式計(jì)算：
2-1
式中：
—安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定,通常取1.2——2.0，取1.5；
—工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， 計(jì)算最大加速度，得出工作情況系數(shù), ，a為機(jī)器人搬運(yùn)工件過(guò)程的加速度或減速度的絕對(duì)值（m/s）；
—方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與
3、工件位置不同進(jìn)行選定，
手指與工件位置：手指水平放置 工件垂直放置；
手指與工件形狀：型指端夾持圓柱型工件，
，為摩擦系數(shù)，為型手指半角，此處粗略計(jì)算,如圖2.1
圖2.1
—被抓取工件的重量
求得夾緊力 ，，取整為177N。
2.2.1.2驅(qū)動(dòng)力力計(jì)算
根據(jù)驅(qū)動(dòng)力和夾緊力之間的關(guān)系式：
式中：
c—滾子至銷(xiāo)軸之間的距離；
b—爪至銷(xiāo)軸之間的距離；
—楔塊的傾斜角
可得，得出為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力要大于理論計(jì)算值，考慮手爪的機(jī)械效率，一般取0.8～0.9，此處取0.88，則
4、：
，取
2.2.1.3液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算
設(shè)計(jì)方案中壓縮彈簧使爪牙張開(kāi)，故為常開(kāi)式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供推力：
式中 ——活塞直徑
——活塞桿直徑
——驅(qū)動(dòng)壓力，
,已知液壓缸驅(qū)動(dòng)力，且
由于，故選工作壓力P=1MPa
據(jù)公式計(jì)算可得液壓缸內(nèi)徑：
根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè),見(jiàn)表2.1，圓整后取D=32mm。
表2.1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66）（mm）
20
25
32
40
50
55
63
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
5、
125
130
140
160
180
200
250
活塞桿直徑 d=0.5D=0.540mm=16mm
活塞厚 B=(0.6～1.0)D 取B=0.8d=0.732mm=22.4mm,取23mm.
缸筒長(zhǎng)度 L≤(20～30)D 取L為123mm
活塞行程，當(dāng)抓取80mm工件時(shí)，即手爪從張開(kāi)120mm減小到80mm，楔快向前移動(dòng)大約40mm。取液壓缸行程S=40mm。
液壓缸流量計(jì)算：
放松時(shí)流量
夾緊時(shí)流量
2.2.1.4選用夾持器液壓缸
溫州中冶液壓氣動(dòng)有限公司所生產(chǎn)的輕型拉桿液壓缸
型號(hào)為：MOB-B-32-83-
6、FB，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，外形尺寸及技術(shù)參數(shù)如下：
表2.2夾持器液壓缸技術(shù)參數(shù)
工作壓力
使用溫度范圍
允許最大速度
效率
傳動(dòng)介質(zhì)
缸徑
受壓面積()
速度比
無(wú)桿腔
有桿腔
1MPa
～+
300 m/s
90%
常規(guī)礦物液壓油
32
mm
12.5
8.6
1.45
圖2.2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖2.3 外形尺寸
2.2.2手爪的夾持誤差及分析
機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機(jī)械手定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關(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，避免產(chǎn)
7、生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見(jiàn)圖2-4，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過(guò)，手部的最終誤差取決與手部裝置加工精度和控制系統(tǒng)補(bǔ)償能力。
圖 2.4
工件直徑為80mm，尺寸偏差，則，，。
本設(shè)計(jì)為楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，屬于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指夾持，如圖2.5。
圖2.5
若把工件軸心位置C到手爪兩支點(diǎn)連線(xiàn)的垂直距離CD以X表示，根據(jù)幾何關(guān)系有：
簡(jiǎn)化為：
該方程為雙曲線(xiàn)方程，如圖2.6：
8、
圖2.6 工件半徑與夾持誤差關(guān)系曲線(xiàn)
由上圖得，當(dāng)工件半徑為時(shí)，X取最小值，又從上式可以求出：
，通常取
若工件的半徑變化到時(shí)，X值的最大變化量，即為夾持誤差，用表示。
在設(shè)計(jì)中，希望按給定的和來(lái)確定手爪各部分尺寸，為了減少夾持誤差，一方面可加長(zhǎng)手指長(zhǎng)度，但手指過(guò)長(zhǎng)，使其結(jié)構(gòu)增大；另一方面可選取合適的偏轉(zhuǎn)角，使夾持誤差最小，這時(shí)的偏轉(zhuǎn)角稱(chēng)為最佳偏轉(zhuǎn)角。只有當(dāng)工件的平均半徑取為時(shí)，夾持誤差最小。此時(shí)最佳偏轉(zhuǎn)角的選擇對(duì)于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當(dāng)a值較大時(shí)），偏轉(zhuǎn)角的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時(shí)，兩手爪的和邊平行，抓不著
9、工件。為避免上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑，以為條件確定兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角，即下式：
其中,,型鉗的夾角
代入得出：
則
則，此時(shí)定位誤差為和中的最大值。
分別代入得：
，
所以，，夾持誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
由以上各值可得：
取值為。
2.2.3楔塊等尺寸的確定
楔塊進(jìn)入杠桿手指時(shí)的力分析如下：
圖 2.7
上圖2.7中
—斜楔角，＜時(shí)有增力作用；
—滾子與斜楔面間當(dāng)量摩擦角，，為滾子與轉(zhuǎn)軸間的摩擦角，為轉(zhuǎn)軸直徑，為滾子外徑，，為滾子與轉(zhuǎn)軸間摩擦系數(shù);
—支點(diǎn)至斜面垂線(xiàn)與杠
10、桿的夾角；
—杠桿驅(qū)動(dòng)端桿長(zhǎng)；
—杠桿夾緊端桿長(zhǎng)；
—杠桿傳動(dòng)機(jī)械效率
2.2.3.1斜楔的傳動(dòng)效率
斜楔的傳動(dòng)效率可由下式表示：
杠桿傳動(dòng)機(jī)械效率取0.834，取0.1，取0.5，則可得=, ，取整得=。
2.2.3.2動(dòng)作范圍分析
陰影部分杠桿手指的動(dòng)作范圍，即，見(jiàn)圖 2.8
圖 2.8
如果，則楔面對(duì)杠桿作用力沿桿身方向，夾緊力為零，且為不穩(wěn)定狀態(tài)，所以必須大于。此外，當(dāng)時(shí)，杠桿與斜面平行，呈直線(xiàn)接觸，且與回轉(zhuǎn)支點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上干涉，即為手指動(dòng)作的理論極限位置。
2.2.3.3斜楔驅(qū)動(dòng)行程與手指開(kāi)閉范圍
當(dāng)
11、斜楔從松開(kāi)位置向下移動(dòng)至夾緊位置時(shí)，沿兩斜面對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)方向的驅(qū)動(dòng)行程為L(zhǎng)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的杠桿手指由位置轉(zhuǎn)到位置，其驅(qū)動(dòng)行程可用下式表示：
杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為：
通常狀態(tài)下，在左右范圍內(nèi)，則由手指需要的開(kāi)閉范圍來(lái)確定。由給定條件可知最大為55-60mm,最小設(shè)定為30mm.即。已知，可得，有圖關(guān)系：
圖2.9
可知：楔塊下邊為60mm，支點(diǎn)O距中心線(xiàn)30mm，且有，解得：
2.2.3.4與的確定
斜楔傳動(dòng)比可由下式表示：
可知一定時(shí)，愈大，愈大，且杠桿手指的轉(zhuǎn)角在范圍內(nèi)增大時(shí)，傳動(dòng)
12、比減小，即斜楔等速前進(jìn)，杠桿手指轉(zhuǎn)速逐漸減小，則由分配距離為：，。
2.2.3.5確定
由前式得：
，，取。
2.2.3.6確定
為沿斜面對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)方向的驅(qū)動(dòng)行程，有下圖中關(guān)系
圖2.10
，取，則楔塊上邊長(zhǎng)為18.686，取19mm.
2.2.4材料及連接件選擇
V型指與夾持器連接選用圓柱銷(xiāo)，d=8mm, 需使用2個(gè)
杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷(xiāo)，d=8mm, 需使用2個(gè)
滾子與手指連接選用圓柱銷(xiāo)，d=6mm, 需使用2個(gè)
以上材料均為鋼，無(wú)淬火和表面處理
楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱(chēng)直徑12mm，螺距p=1，旋合長(zhǎng)度為10mm。
12
互聯(lián)網(wǎng)2
夾持器含夾持器設(shè)計(jì)的基本要求等互聯(lián)網(wǎng)
