查昭

（浙江萬得凱流體設(shè)備科技股份有限公司，浙江 臺州 317609）

1 設(shè)計(jì)注意問題點(diǎn)

1.1 夾緊力是否符合要求

首先考慮包裝的產(chǎn)品重量，防止夾緊力小于工件的重量，同時考慮操作過程中的振動和慣性力，以保證工件不會出現(xiàn)滑脫落。

1.2 各手指之間啟閉角度是否符合要求

兩手指在開啟與關(guān)閉的角度應(yīng)重點(diǎn)考慮，保證工件能夠夾得住，能夠進(jìn)入包裝袋中，還要能在松開時有足夠的空間移動，所以設(shè)計(jì)時要考慮按照1寸規(guī)格的最大工件外徑進(jìn)行計(jì)算。

1.3 確保工件的定位尺寸

手指進(jìn)行抓取動作時，工件的外型定位尺寸要盡可能的一致，在生產(chǎn)時，要確保都在合理的公差范圍內(nèi)，這樣手指的V型面自動定心，夾持穩(wěn)定性將得到保證。

1.4 手指強(qiáng)度和剛度考量

工件的自身重量、設(shè)備運(yùn)行中振動、行走過程中的一系列的慣性沖擊力，都會對手指造成影響，因此，我們在機(jī)器設(shè)計(jì)壽命上要做好充分的考量，強(qiáng)度和剛度就要做充分的計(jì)算，盡可能讓手指具有結(jié)構(gòu)簡單、自重輕和扭轉(zhuǎn)力矩小的特點(diǎn)。

2 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 手部采用夾持式結(jié)構(gòu)

手部結(jié)構(gòu)多種多樣，本文采用夾持式手部結(jié)構(gòu)，主要由手指和傳力機(jī)構(gòu)所組成。雖然手指的形式和傳力形式靈活多變，但對于F1807系列的較輕的產(chǎn)品都是可以滿足設(shè)計(jì)要求的。因此我們采用氣動機(jī)械手結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2.2 針對驅(qū)動力的計(jì)算

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，1寸規(guī)格的產(chǎn)品最大的重量不超過3公斤，所以我們按照G=5公斤進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

圖1 手部形狀示意圖

最后手指夾緊力計(jì)算式為：

2.3 針對夾緊氣缸驅(qū)動力的計(jì)算

本課題中傳力機(jī)械中由齒輪齒條傳動，因此取η=0．94，并取K1=1.5。我們在設(shè)計(jì)時考慮最大的抓取工件加速度取a=3g時，則:

我們就可以計(jì)算出夾緊氣缸需要的驅(qū)動力為1536N。

2.4 單向作用氣缸的直徑計(jì)算

本氣缸采用單向作用氣缸。因此要考慮到活塞桿推力中彈簧的反作用力的總阻力，查手冊公式為：

式中：F1為活塞桿上的推力，N；Ft為彈簧反作用力，N；Fz為氣缸工作時的總阻力，N；P為氣缸工作壓力，Pa。

彈簧反作用按下式計(jì)算：

式中：

Gf為彈簧剛度，N/m；1為彈簧預(yù)壓縮量，m；s 為活塞行程，m；d1為彈簧鋼絲直徑，m；D1為彈簧平均直徑，m；n 為彈簧有效圈數(shù)；G為彈簧材料剪切模量，一般取

代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得：

滿足了實(shí)際設(shè)計(jì)要求。

3 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 手腕的靈活自由

手部與手臂連接時最重要的部件就是手腕，它可以使工作進(jìn)行自由的調(diào)整方向與位置，使原有的呆板的機(jī)械手實(shí)現(xiàn)可以運(yùn)行復(fù)雜的動作，對于1/2-1寸各類規(guī)格的，且形狀各異的零部件來說，機(jī)械手的通用性問題就能很好的解決。所以本設(shè)計(jì)中將夾抓的工件始終保持水平，給手腕增加回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，且選用密封性良好的回轉(zhuǎn)氣缸。如圖2所示。

3.2 手腕的驅(qū)動力的計(jì)算

手腕進(jìn)行上下、左右、前后的擺動，驅(qū)動力矩必須克服手腕慣性力矩、摩擦阻力矩、轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩等這些因素，所以需查手冊進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。

手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計(jì)算：

手腕慣性力矩可按下式計(jì)算：

夾持產(chǎn)品與手臂造成的偏重按下式計(jì)算：

摩擦阻力矩的可按下式計(jì)算：

我們根據(jù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最大尺寸進(jìn)行驗(yàn)核，最后將氣缸長度設(shè)計(jì)為100mm，內(nèi)徑為96mm，軸為26mm，氣缸運(yùn)行角度為90°/s，加速 0．1s，壓強(qiáng) 0．4MPa，進(jìn)行計(jì)算后為32．6N·m。

圖2 手碗回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài)

按照實(shí)際測量的工件重量、手臂、手腕自重、以及偏重、慣性力矩等相加后計(jì)算出M驅(qū)=29N·m。

設(shè)計(jì)尺寸符合特定產(chǎn)品的使用要求，安全。

4 結(jié)語

經(jīng)對手部與手腕的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對各夾緊、驅(qū)動、回轉(zhuǎn)等進(jìn)行計(jì)算，針對F1807 1/2-1寸無鉛管件全自動裝袋機(jī)使用了氣動機(jī)械手，手部與手腕需要完成伸縮、升降、回轉(zhuǎn)、橫移等功能，就應(yīng)分別對這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，對包裝的重量進(jìn)行考慮，防止制造的設(shè)備無法滿足實(shí)際包裝產(chǎn)品多種狀態(tài)下的需求。