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1、
夾持器
2.1夾持器設計的基本要求
（1）應具有適當的夾緊力和驅動力；
（2）手指應具有一定的開閉范圍；
（3）應保證工件在手指內的夾持精度；
（4）要求結構緊湊，重量輕，效率高；
（5）應考慮通用性和特殊要求。
設計參數及要求
（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊—放松；
（2）所要抓緊的工件直徑為80mm 放松時的兩抓的最大距離為110-120mm/s ， 1s抓緊,夾持速度20mm/s；
（3）工件的材質為5kg，材質為45#鋼；
（4）夾持器有足夠的夾持力；
（5）夾持器靠法蘭聯接在手臂上。由液壓缸提供動力。
2.2夾持器結構設計
2.2.1夾緊裝
2、置設計.
2.2.1.1夾緊力計算
手指加在工件上的夾緊力是設計手部的主要依據，必須對其大小、方向、作用點進行分析、計算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。
手指對工件的夾緊力可按下列公式計算：
2-1
式中：
—安全系數，由機械手的工藝及設計要求確定,通常取1.2——2.0，取1.5；
—工件情況系數，主要考慮慣性力的影響， 計算最大加速度，得出工作情況系數, ，a為機器人搬運工件過程的加速度或減速度的絕對值（m/s）；
—方位系數，根據手指與工件形狀以及手指與
3、工件位置不同進行選定，
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，為型手指半角，此處粗略計算,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驅動力力計算
根據驅動力和夾緊力之間的關系式：
式中：
c—滾子至銷軸之間的距離；
b—爪至銷軸之間的距離；
—楔塊的傾斜角
可得，得出為理論計算值，實際采取的液壓缸驅動力要大于理論計算值，考慮手爪的機械效率，一般取0.8～0.9，此處取0.88，則
4、：
，取
2.2.1.3液壓缸驅動力計算
設計方案中壓縮彈簧使爪牙張開，故為常開式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供推力：
式中 ——活塞直徑
——活塞桿直徑
——驅動壓力，
,已知液壓缸驅動力，且
由于，故選工作壓力P=1MPa
據公式計算可得液壓缸內徑：
根據液壓設計手冊,見表2.1，圓整后取D=32mm。
表2.1 液壓缸的內徑系列（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.
缸筒長度 L≤(20～30)D 取L為123mm
活塞行程，當抓取80mm工件時，即手爪從張開120mm減小到80mm，楔快向前移動大約40mm。取液壓缸行程S=40mm。
液壓缸流量計算：
放松時流量
夾緊時流量
2.2.1.4選用夾持器液壓缸
溫州中冶液壓氣動有限公司所生產的輕型拉桿液壓缸
型號為：MOB-B-32-83-
6、FB，結構簡圖，外形尺寸及技術參數如下：
表2.2夾持器液壓缸技術參數
工作壓力
使用溫度范圍
允許最大速度
效率
傳動介質
缸徑
受壓面積()
速度比
無桿腔
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 結構簡圖
圖2.3 外形尺寸
2.2.2手爪的夾持誤差及分析
機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機械手定位精度（由臂部和腕部等運動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、小批量生產中，為了適應工件尺寸在一定范圍內變化，避免產
7、生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結構參數，見圖2-4，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內。在機械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過，手部的最終誤差取決與手部裝置加工精度和控制系統(tǒng)補償能力。
圖 2.4
工件直徑為80mm，尺寸偏差，則，，。
本設計為楔塊杠桿式回轉型夾持器，屬于兩支點回轉型手指夾持，如圖2.5。
圖2.5
若把工件軸心位置C到手爪兩支點連線的垂直距離CD以X表示，根據幾何關系有：
簡化為：
該方程為雙曲線方程，如圖2.6：
8、
圖2.6 工件半徑與夾持誤差關系曲線
由上圖得，當工件半徑為時，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，X值的最大變化量，即為夾持誤差，用表示。
在設計中，希望按給定的和來確定手爪各部分尺寸，為了減少夾持誤差，一方面可加長手指長度，但手指過長，使其結構增大；另一方面可選取合適的偏轉角，使夾持誤差最小，這時的偏轉角稱為最佳偏轉角。只有當工件的平均半徑取為時，夾持誤差最小。此時最佳偏轉角的選擇對于兩支點回轉型手爪（尤其當a值較大時），偏轉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在抓取半徑較小時，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回轉型手爪的偏轉角，即下式：
其中,,型鉗的夾角
代入得出：
則
則，此時定位誤差為和中的最大值。
分別代入得：
，
所以，，夾持誤差滿足設計要求。
由以上各值可得：
取值為。
2.2.3楔塊等尺寸的確定
楔塊進入杠桿手指時的力分析如下：
圖 2.7
上圖2.7中
—斜楔角，＜時有增力作用；
—滾子與斜楔面間當量摩擦角，，為滾子與轉軸間的摩擦角，為轉軸直徑，為滾子外徑，，為滾子與轉軸間摩擦系數;
—支點至斜面垂線與杠
10、桿的夾角；
—杠桿驅動端桿長；
—杠桿夾緊端桿長；
—杠桿傳動機械效率
2.2.3.1斜楔的傳動效率
斜楔的傳動效率可由下式表示：
杠桿傳動機械效率取0.834，取0.1，取0.5，則可得=, ，取整得=。
2.2.3.2動作范圍分析
陰影部分杠桿手指的動作范圍，即，見圖 2.8
圖 2.8
如果，則楔面對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，當時，杠桿與斜面平行，呈直線接觸，且與回轉支點在結構上干涉，即為手指動作的理論極限位置。
2.2.3.3斜楔驅動行程與手指開閉范圍
當
11、斜楔從松開位置向下移動至夾緊位置時，沿兩斜面對稱中心線方向的驅動行程為L，此時對應的杠桿手指由位置轉到位置，其驅動行程可用下式表示：
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，則由手指需要的開閉范圍來確定。由給定條件可知最大為55-60mm,最小設定為30mm.即。已知，可得，有圖關系：
圖2.9
可知：楔塊下邊為60mm，支點O距中心線30mm，且有，解得：
2.2.3.4與的確定
斜楔傳動比可由下式表示：
可知一定時，愈大，愈大，且杠桿手指的轉角在范圍內增大時，傳動
12、比減小，即斜楔等速前進，杠桿手指轉速逐漸減小，則由分配距離為：，。
2.2.3.5確定
由前式得：
，，取。
2.2.3.6確定
為沿斜面對稱中心線方向的驅動行程，有下圖中關系
圖2.10
，取，則楔塊上邊長為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，d=8mm, 需使用2個
杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷，d=8mm, 需使用2個
滾子與手指連接選用圓柱銷，d=6mm, 需使用2個
以上材料均為鋼，無淬火和表面處理
楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱直徑12mm，螺距p=1，旋合長度為10mm。
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