中央电大毕业论文
第三章 机械手手爪的三维设计
3.1 手部设计基本要求
（1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。
（2） 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）??，以便于抓取工件。
（3） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 （4） 应保证手抓的夹持精度。
3.2 典型的手部结构
（1） 回转型 包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。 （2） 移动型 移动型即两手指相对支座作往复运动。 （3）平面平移型。
3.3 机械手手爪的设计计算
3.3.1选择手爪的类型及夹紧装置
本设计是设计抓取圆柱形物块的机械手。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板和圆柱类材料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差为零。通过综合考虑，本设计选择移动型手爪，采用丝杠螺母这种传动结构方式。
运行方式为电机带动直齿轮使丝杠转动继而带动手爪接触块移动，从而形成手爪的张合，当手爪抓到零件时，电机停止，手爪形成自锁，带动零件移动。
11
中央电大毕业论文
图3.1 二维手爪结构图
3.3.2 手爪夹持范围计算
加工毛坯尺寸：Φ20-Φ30 长度：100左右
毛坯质量（以钢材的密度计算）：约246g-555g（按最大600g计算） 装夹深度：约25mm 纵向定位精度：0.1mm 横向定位精度：1mm
手爪接触块为橡胶，橡胶具有弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特点。
12
中央电大毕业论文
图3.2 手爪橡胶
3.3.3 滑动丝杠设计 设计条件： 需自锁
丝杠长度 145mm 最大质量共计约1100g。
丝杠载荷：丝杠竖直时承受最大轴向力Famax?11.6N，G=mg (g取10N/kg)。 设计计算：（计算部分由小组成员张益完成本人参与讨论） （1）牙型、材料和许用应力 采用梯形单头螺纹
螺杆材料选45钢，调制处理，?s?360N/mm2，由机械手册查表可得 许
用
拉
应
力
?p??s3~5?120~72N/mm2 ...............................................
..................（3.1）
手爪部分为轻载，螺母材料选耐磨铸铁。由机械手册查表可得
13
中央电大毕业论文
许用弯曲应力?bp?50~60N/mm2， 取?bp?50N/mm2 ； 许用剪应力?p?40N/mm2 由机械手册查表可得
许用压强Pp?6~8N/mm2，取Pp?6N/mm2 （2）按耐磨性计算螺杆中径 由
表
中
公
式
，
d2?0.8F， .........................................................?Pp...........................（3.2） 采用整体螺母式，取??1.2，d2?0.8F11.6?0.8?1.02mm ?Pp1.8?6由GB/T 5796.3-1986，可选d?10，P?1.5，d2?D2?9，D4?10.5，d3?7.5，D1?8的梯形螺纹、中等精度。螺杆左右两端分别采用不同的旋向，螺旋副标记分别为：
Tr10?2LH?7H/7e，Tr10?2?7H/7e。
螺母高度H??d2?1.2?9?10.8mm，取H?11mm 则螺纹圈数n?H/P?11/2?6圈 （3）自锁性验算
由于单头螺纹，导程S?P?1.5mm，故螺纹升角为
S1.5??arctan?arctan?3?4' ........................................
?d23.14?9................................（3.3）
由机械手册查表可得钢和耐磨铸铁的f?0.10~0.12，取f?0.11，可得
?'?arctan0.11?arctan?6?50' ......................................?cos15?cos2f.............................（3.4）
???'，故自锁可靠。
（4）螺杆强度校核
14
中央电大毕业论文
由机械手册查表可得，螺纹摩擦力矩
Mt1?11d2Fatan(???')??9?11.6?tan(3?4'?6?50')?9.11N?mm， ..............22.....（3.5） 代入以下公式得
?ca?(Mt24F24?11.629.112)?3()?()?3?()?0.322N/mm2??p323?d30.2d33.14?7.50.2?7.5...
（3.6）
（5）螺母螺纹强度校核
因螺母材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹强度即可。 由机械手册查表可得
牙根宽度b?0.65P?0.65?1.5?0.975mm，基本牙高H1?0.5P?0.5?1.5?0.75mm 代入以下中的公式得
F11.6??0.060N/mm2??p ..........................?D4bn3.14?10.5?0.975?63FH13?11.6?0.75??0.139??bp .............................
?D4b2n3.14?10.5?0.9752?6??.................（3.7）
?b?...................（3.8） （6）横向振动校核 对于钢制螺杆nc?12.3?10（3.9）
6?12d3lc24.7302?7.5?12.3?10??71415r/min ...........2170c6r/min 应满足转速n?0.8nc?57132（7）效率
由回转运动转化为直线运动时
tan?tan(3?4')?(0.95~0.99)?0.292~0.304 .........
tan(???')tan(3?4'?6?50')??(0.95~0.99)（3.10）
效率取为??0.297
15