【文章內(nèi)容簡介】 爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。 手部作為與工件直接接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型和平移型 （多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單） ,手爪多為兩指（也有多指），根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種，也可用吸盤式。 手部設(shè)計(jì)的要求 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形， 但 應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 2..具有足夠的握力 (即夾緊力 ) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的 要求。 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。 應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求 (1)抓取形狀 手指形狀應(yīng)根據(jù)工件形狀而設(shè)計(jì)。如工件為 圓柱形．則采用“ V” 形 手指； 圓球狀工件用圓弧形三指手指，方料用平面形手指，細(xì)絲工件用尖指勾形或細(xì)齒鉗爪手指。總之應(yīng)根據(jù)工件形狀來選定手指形狀。 (2)抓取部位 抓取 部 位的尺寸盡可能是不變的．若加工后尺寸有變化，手指應(yīng)能適 應(yīng)尺寸 變化的要求，否則不允許定為抓取部位。對(duì)于工件 表面質(zhì)量要求高的，抓取時(shí)盡量避開高質(zhì)量表面或在手指上加軟質(zhì)墊片 (如橡皮．抱沫塑料．石 10 棉襯墊等 )，以防夾持時(shí)損壞工件。 (3)抓取數(shù)量 若用一對(duì)手指抓取多個(gè)工件，為了不發(fā)生個(gè)別工件的松動(dòng)或脫落現(xiàn)象，在手指上可增加彈性襯墊，如橡皮 、 泡沫 、 塑料等 ， 對(duì)于較長工件可采用雙指或多指抓取 。 手部的選取和設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)本課題機(jī)械手的設(shè)計(jì)需要，手部的夾緊裝置采取夾持式手部結(jié)構(gòu)， 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指 (或手爪 )和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠 桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式 :按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和外夾式兩種 :按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型 (或稱直進(jìn)型 )，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指 。同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾 持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本課題 液壓 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖 所示： 1夾持器 2齒條活塞桿 3小齒輪 4銷 5套筒 6銷軸 7壓力彈簧 8法蘭 圖 23 齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu) 圖 11 1． 根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計(jì)算公式 [9]: sin2GN f ?? 式中 ： N 為夾持工件的握力， N G 為工件重量， N， 抓取重量為 ?100 ? 為手指夾角的 1/2,角度 ,V形手指的角度 2 =120? f — 為摩擦系數(shù) 取 ? 代入式中 ??? ?? 4 3 60s in1 0 0N 2． 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的 示意圖 31，其驅(qū)動(dòng)力為 : 2bNP R?理 式中： P理 — 為理論驅(qū)動(dòng)力， N b— 為夾持物體中心到銷軸的 中心距 ， =60mmb R— 銷軸到小齒輪的中心距 =17mmR 代入式中 3 0 5 617 4 3 3602 ????理P 3． 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 : 12kkPP?? 理實(shí) 際 式中 P實(shí) 際 — 為實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 , N ? — 為工作效率 因?yàn)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取 ?? 1k — 為安全系數(shù) 通常取 ~2 這里取 1k ? 2k — 為工作情況系數(shù) 若被抓取工件的最大加速度取 ? 時(shí)，則 : 2 1 g? ? ? ? ? 12 所以 7 6 4 0 5 6 ????實(shí)際P 夾持工件時(shí)所需夾緊液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為 7640N。 ，彈簧變形所產(chǎn)生的彈簧力 （選擇彈簧型號(hào)為 GB123989） 38GdP CZ??彈 式中 P彈 — 為彈簧變形所 產(chǎn)生的彈力 ?— 為手指夾緊工件時(shí)彈簧的變形量 ， mm ， 25mm?? G— 彈簧材料的切變模量 10 28 10 N/mG ?? d— 為使手指松開的復(fù)位彈簧絲直徑 =3mmd C — 為彈簧的旋繞比（又稱為彈簧指數(shù) ） 2D D d 3 0 3C= 9d d 3??? ? ? Z — 為彈簧的有效圈數(shù) 12Z? ； 3 10 3325 10 8 10 3 10P 86 N8 9 12??? ? ? ? ?????彈 作用在夾緊缸活塞上的機(jī)械載荷 P 為： P P P P? ? ?彈 封實(shí) 式中 P — 為夾緊活塞上的機(jī)械載荷 ,N P實(shí) — 為實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 ,N P彈 — 為彈簧變形所產(chǎn)生的彈簧力 ,N P封 — 為密封處的工作壓力 由于密封裝置的摩擦阻力較工作阻力（ P P P??彈實(shí) ） 小， 故按照經(jīng)驗(yàn)取 1PP?封 （ ～ ） ， 取 ?封 計(jì)算得 1 . 0 6 1 . 0 6 6 8 8 3 8 6 7 3 8 7 NP P P? ? ? ? ? ?（ ） （ ）彈實(shí) 因作用在活塞上的合成液壓力即驅(qū)動(dòng)力與機(jī)械載荷 p 相平衡，故夾緊缸的工作壓力 p為： 24PpD?? 式中 D— 為夾緊缸直徑，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得知 40mmD? ，所以 13 522 324 73 87 58 .8 10 N / m3. 14 40 104Pp D???? ? ? ???（ ） 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)械手定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件決定），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)生手指夾持的定位誤差，必須注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而控制夾持誤差在最小范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，通常使手爪的夾持誤差不超過 177。 1mm 即可。這就可以再滿足定位精度的條件下，采用簡單地回轉(zhuǎn)型手爪，而避免單純追求自動(dòng)定心而使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)過分復(fù)雜。 14 第三章 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 概述 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上 ， 本課題所研究的機(jī)械手 的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng) 。 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此，它不 僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能，所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度及其定位精度的要求來設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素 。 臂部的設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求： 為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。弓字形截面彎曲剛度一 般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 為防止手臂在直線移動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 、定位精度要高 由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn) 動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)