机械创新设计说明书.doc

目录
前言--------------------------------------------------------------（2）
夹持器设计的基本要求--------------------------------------（2）
夹持器方案选择--------------------------------（3）
夹持器装置设计--------------------------------（7）
小结------------------------------------------（12）
夹持器三维造型截图----------------------------（13）
参考文献--------------------------------------（14）

机械手夹持器设计
摘要：机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。本文着重描述了夹持型机械手的设计，包括总体要求的分析、结构的设计、驱动方式的选择，通过三种设计方案的比对，最终确定一种符合要求的方案，写出详细的设计、计算过程。
关键词：机械手抓持结构设计驱动方式夹持器
前言
随着社会的进步与发展，工业机器人正逐步在人类社会中大显身手。它主要由类似人的手和臂组成以代替人的繁重劳动，从而实现生产的机械化和自动化。而机械手手部是用来抓持工件（或工具）的部件，有多种结构形式，比如如夹持型、托持型和吸附型等。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。本人经历了第八届机械设计大赛，其中运用到机械手夹持，因此此次创新设计就是针对物块夹持器进行研究设计。现根据物块（工件）的大小、形状及重量等具体要求，提出三种设计方案。通过对比分析，选择一种合适的类型，进行详细的计算和设计，并完成效果图和机构的装配图以及零件图。
夹持器设计的基本要求
功能方面：
（1）应具有适当的夹紧力和驱动力；
（2）手指应具有一定的开闭范围；
（3）应保证工件在手指内的夹持精度；
（4）应考虑通用性和特殊要求。
2、结构方面：
（1）结构新颖；
（2）结构简单、紧凑，重量轻，效率高。
3、材料方面：
（1）材料耐磨性好；
（2）价格便宜。
4、设计参数及要求：
（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松；
（2）所要抓紧的工件最大直径为80mm，质量3kg。
三、夹持器方案选择
1、夹持器原理方案设想：
（1）单（多）铰链杆（2）连杆机构（3）杠杆机构

螺杆机构（6）齿轮齿条机构

夹持器动力源形式：
液压；（2）气压；（3）电力机械（螺杆传动、齿轮传动）。
各动力源优点如下：
a.液压传动的优点：结构紧凑，重量轻，调速度性能好，运转平稳、可靠，功率密度大，能自行润滑，易实现复杂控制。
b.气压传动的优点：结构简单，维护使用方便，成本低，工作寿命长，工作介质（压缩空气）的传输简单，且易获得。
C.电力机械的优点：使用和控制方便；工作效率高，无烟尘、气味，噪声小；运行可靠，价格低廉，结构牢固。
3、筛选出三种方案
根据工件要求，被夹持物体体积较小，重量较轻，选择电机驱动足够提供夹持力。而液压和气动虽然可提供较大动力源，但是没有电机驱动简单、方便。而且电机拆装方便，价格低廉。因此，综上所述，动力源选择电机驱动。
然后根据不同的夹持动作原理，选出三种方案，如下所述：

方案1：

如上图所示，该夹持设计采用连杆机构，前后两滑块通过丝杆连接，有电机驱动。当电机轴旋转时带动丝杆旋转，使左边的滑块能够向前（或向后）运动，使得夹持手收缩（或张开）。
方案2

如上图所示，该夹持器采用锲块的前后运动，带动夹持手指的上下张合。同样锲块的运动也是由电机传动控制。

方案3

如上图所示，该夹持器采用齿轮啮合原理，通过电机驱动齿轮轴使两啮合齿轮转动，从而带动夹持手指作张合运动。
以上三种方案，由于齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等优点，又最能符合功能、结构和设计上的要求，最终选择方案三作为设计方案。

夹持器装置设计
夹紧力计算
手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。
手指对工件的夹紧力可按下列公式计算：

式中：
—安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2-2.0，
取1.5。
—工件情况系数，主要考虑惯性力的影响，计算最大加速度，得出工作情况系数,，a为机器人搬运工件过程的加速度