機(jī)器人機(jī)械手爪綜述.docx

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1、機(jī)器人機(jī)械手爪綜述目錄一、夾鉗式手部設(shè)計(jì)的基本要求2二、典型機(jī)械爪結(jié)構(gòu)31）回轉(zhuǎn)型32）移動(dòng)型5三、夾鉗式手部的計(jì)算與分析81）夾緊力的計(jì)算82）夾緊缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算113）計(jì)算步驟124）手爪的夾持誤差分析與計(jì)算12四、常用氣爪171）氣動(dòng)手指氣缸具有如下特點(diǎn)：172）氣動(dòng)手指氣缸主要類型與型號(hào)18工業(yè)機(jī)器人的手部(亦稱機(jī)械爪或抓取機(jī)構(gòu))是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而設(shè)計(jì)的。常用的手部

2、，按其握持工件的原理，大致可分成夾持和吸附兩大類。夾持類常見的主要有夾鉗式，此外還有鉤托式和彈簧式。夾持類手部按其手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式，可分為手指回轉(zhuǎn)型和手指平移型兩種，如圖1所示。吸附類中，有氣吸式和磁吸式。a)回轉(zhuǎn)型內(nèi)撐式b)回轉(zhuǎn)型外夾式c)平移型外夾式d)鉤托式e)彈簧式f)氣吸式g)磁吸式圖1機(jī)械爪類型夾鉗式手部是由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成的，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸、盤、套類零件。一般情況下，多采用兩個(gè)手指，少數(shù)采用三指或多指。驅(qū)動(dòng)裝置為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)源有液壓、

3、氣動(dòng)和電動(dòng)等幾種形式。常見的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)往往通過滑槽、斜楔、齒輪齒條、連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾緊或松開。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng)，適于夾持平板、方料。在夾持直徑不同的圓棒時(shí)，不會(huì)引起中心位置的偏移。但這種手指結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、體積大，要求加工精度高?；剞D(zhuǎn)型手指的張開閉合靠手指根部(以樞軸支點(diǎn)為中心)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來完成。樞軸支點(diǎn)為一個(gè)的，稱為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型；為兩個(gè)的，稱為雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型。這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形狀小巧，但夾持不同工件會(huì)產(chǎn)生夾持定位偏差。a)單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型b)雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型C）平移型(平直指)圖2回轉(zhuǎn)型和平移型手指一、夾鉗式手

4、部設(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。手指握力(夾緊力)大小要適宜，力量過大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至?xí)p壞工件;力量過小則夾持不住或產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。在確定握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件夾持安全可靠。而對(duì)手部的驅(qū)動(dòng)裝置來說，應(yīng)有足夠的驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)指出，由于機(jī)構(gòu)傳力比不同，在一定夾持力條件下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動(dòng)力的大小是不同的。2.手指應(yīng)具有一定的開閉范圍。手指應(yīng)具有足夠的開閉角度(手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度)或開閉距離(對(duì)平移型手指從張

5、開到閉合的直線移動(dòng)距離)，以便于摘取或退出工件。3.應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度。應(yīng)保證每個(gè)被夾持的工件，在手指內(nèi)都有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。這對(duì)一些有方位要求的場(chǎng)合更為重要，如曲拐、凸輪軸一類復(fù)雜的工件，在機(jī)床上安裝的位置要求嚴(yán)格，因此機(jī)械手的手部在夾持工件后應(yīng)保持相對(duì)的位置精度。4.要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。5.應(yīng)考慮通用性和特殊要求一般情況一下，手部多是專用的，為了擴(kuò)大它的使用范圍，提高它的通用化程度，以適應(yīng)夾持不同尺寸和形狀的工件需要，通常

6、采取手指可調(diào)整的辦法。如更換手指甚至更換整個(gè)手部。此外，還要考慮能適應(yīng)工作環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、能承受鍛錘沖擊力等。二、典型機(jī)械爪結(jié)構(gòu)1）回轉(zhuǎn)型1.滑槽杠桿式。圖3為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。在杠桿3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、F2，其力的方向垂直于滑槽的是中心線OO1和OO2并指向O點(diǎn)，F(xiàn)1和F2的延長(zhǎng)線交O1O2于A及B。1一手指2一銷軸3一杠桿圖3滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析由Fx=0得F1=F2由Fy=0得F1=F2cosα由MO1=0

7、得F1h=FNb最后可得：F=2bacos2αFN（2-1）式中a—手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離；b—工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間的夾角。由式（2-1）可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力F一定時(shí)，α角增大，則握力FN也隨之增加，但α角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿的行程過大，以及手指滑槽尺寸長(zhǎng)度增大，使結(jié)構(gòu)加大，因此建議α=30°~40°。2.連桿杠桿式。圖4為連桿杠桿式手部結(jié)構(gòu)，作用在拉桿3上的驅(qū)動(dòng)力為F，兩連桿2對(duì)拉桿的反作用力為F1、F2，其方向沿連桿兩鉸鏈中心的連線，指向O點(diǎn)并與水平方向成α角。1一調(diào)整墊片指2一連桿3一拉桿圖

8、4連桿杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析通過分析可得：F=2bctanα?FN(2-2)由式(2-2)可知，若結(jié)構(gòu)尺寸c、b和驅(qū)動(dòng)力F一定時(shí)，握力FN與α角正切成反比。顯然當(dāng)α角小時(shí)，可獲得較大的握力。當(dāng)α=0時(shí)，是使手指閉合到最小的位置，即為自鎖位置，這時(shí)如果撤去驅(qū)動(dòng)力，工件也不會(huì)自行脫落。若拉桿再向下移動(dòng)，則手指反而會(huì)松開，為了避免出現(xiàn)