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手抓的力學(xué)分析
下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿 圖3.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。
(a) (b)
圖5.1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析
1——手指 2——銷軸 3——杠桿
在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點(diǎn)，交和的延長(zhǎng)線于A及B。
由=0 得
=0 得
由=0 得
（3.1）
式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（mm）.
——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。
由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。
夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(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)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。
手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算 （3.2）
式中 ——安全系數(shù)，通常1.2-2.0；
——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估其中a，重力方向的最大上升加速度；
——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度
——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.03-0.5s
——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇。
G——被抓取工件所受重力（N）。
表3-1 液壓缸的工作壓力
作用在活塞上外力F（N）
液壓缸工作壓力Mpa
作用在活塞上外力F（N）
液壓缸工作壓力Mpa
小于5000
50000以上
計(jì)算：設(shè)a=100mm,b=50mm,<<;機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和 驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。
(1) 設(shè)
==1.02
根據(jù)公式，將已知條件帶入：
（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：
（3）取
（4）確定液壓缸的直徑D
選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.8-1MPa,
根據(jù)表4.1（JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=10mm,但為了擴(kuò)大機(jī)械手的工作范圍，選取液壓缸內(nèi)徑D=16mm
則活塞桿內(nèi)徑為:
D=160.5=8mm，選取d=8mm
5.3.4 手爪夾持范圍計(jì)算
為了保證手抓張開角為，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為34mm。手抓夾持范圍，手指夾持有效長(zhǎng)度為100mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖3.2（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開時(shí)，如圖3.2（b）所示，最大夾持半徑計(jì)算如下：
機(jī)械手的夾持半徑從
（a） (b)
圖5.2 手抓張開示意圖
5.4 機(jī)械手手爪夾持精度的分析計(jì)算
機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。
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)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(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，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。
圖5.3 手抓夾持誤差分析示意圖
該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。
機(jī)械手的夾持范圍為。
一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：
工件的平均半徑：
手指長(zhǎng),取V型夾角
偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：
計(jì)算 =72.14
當(dāng)S時(shí)帶入有：
夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。
5.5 手指夾緊液壓缸的尺寸參數(shù)的確定
根據(jù)夾緊力和驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算，初步確定了液壓缸的內(nèi)徑為16mm，行程為34mm；下面要確定液壓缸的缸筒長(zhǎng)度L。缸筒長(zhǎng)度L由最大工作行程長(zhǎng)度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：
L=l+B+A+M+C
式中：l為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度，取(0.6-1.5)D;M為活塞桿密封長(zhǎng)度，由密封方式定；C為其他長(zhǎng)度，在此由于定位方式為定位塊式，需要保留一定的缸體冗余長(zhǎng)度作為緩沖，以免在運(yùn)動(dòng)過程中損傷到缸體，所以C取32.8mm。一般缸筒的長(zhǎng)度最好不超過內(nèi)徑的20倍。另外，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H。
所以：L=34+0.8D+D+0.9D+C=120mm
液壓缸缸底厚度計(jì)算，本液壓缸選用平行缸底，且缸底無油孔時(shí)，其中h為缸底厚度；為液壓缸內(nèi)徑；為實(shí)驗(yàn)壓力；為缸底材料的許用應(yīng)力，液壓缸選用缸體材料為45號(hào)鋼，。
，
所以選取厚度。
5.6 本章小結(jié)
通過本章的設(shè)計(jì)計(jì)算，先對(duì)滑槽杠桿式的手部結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，然后分別對(duì)滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)的夾緊力、夾緊用的彈簧、驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算，在滿足基本要求后，對(duì)手部的夾持精度進(jìn)行分析計(jì)算。不過由于手指的設(shè)計(jì)工作載荷只有5N，所以手指零部件的載荷導(dǎo)致的應(yīng)力都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故校核可以省略。
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