【某气动式软体机械手的整体方案设计案例2800字】

某气动式软体机械手的整体方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u22867某气动式软体机械手的整体方案设计案例 177241.1引言 1326731.2软体机械手整体结构设计思路 138901.3软体机械手的设计 2145611.3.1软体机械手的设计要求 256621.3.2软体机械手的设计实施 313371.3.3软体机械手的结构设计 41.1引言制造软体机械抓手的材料有很多种，其中硅胶材料是最常用的一种，这主要是因为硅胶材料的延展性好，容易变形从而弯曲运动方便，硅胶材料的另一个优点是材料特质柔软，很好的贴合被抓取物体表面并不损伤被抓取物。这种特殊材料制造的软体机械抓手由于其优点明显，因此得到现在科学界的青睐，各国的科学家们都积极研究这种材质的软体机械抓手。本次设计的软体机械抓手，我们将重点考虑影响机械抓手的几个参数，其中包括抓手手指的安装角度，安装距离α和抓手手指长度l。另外对于机械抓手手指关节，我们在做方案的时候必须将手指关节内部腔室、关节的尺寸和手指材料的厚度等因素综合考虑进去，这些都是影响手指灵活性的关节因素。1.2软体机械手整体结构设计思路机械抓手一般都有两个以上的手指关节，这主要是为了能稳固可靠的抓取物体，大多数的机械抓手的设计都会在手指关节上设置有力传感器和红外线传感器，这是为了抓手在抓握的时候能够一次性成功，并且根据根据被抓取物体的形状进行调节，保证抓手的工作效率。以往的机械抓手的结构繁琐，并且控制系统尤为复杂，无论产品设计工程师还是生产制造工作都面临着巨大的挑战。我们在优化现有软体机械抓手的基础上，采用创新型的材料对积极性抓手进行重新设计。简化机械抓手的整体结构的同时优化其控制系统，并且提高了机械抓手整体结构的可靠性，让其能够稳固可靠的抓取各种形状的物体。1.3软体机械手的设计1.3.1软体机械手的设计要求（1）操作环境本次毕业课题设计的软体机械抓手的主要工作条件如下图2-1，下图所示的铁篮中装有袋装和盒装的零食，机械抓手在设计的时候应充分考虑被抓取物体的本身特性，例如被抓取物体的形状大小不一、被抓取物体的重量各不相同，被抓取物体在抓取过程中易于变形等特性。本次设计将机械手的工作行程限制在360×360×110mm范围内，这主要是由于铁篮子的尺寸外形尺寸限制了机械抓手的运动行程。我们考虑设计机械抓手的负载6KG，我们在方案设计时必须考虑机械抓手在工作过程中不能发生过载。机械抓手的运动速度也应该维持在一个合适的范围内，本设计中我将机械抓手一定的速度上限设置为每秒1.8秒。另外，需要注意的是软体机械抓手在高速工作工况条件下不会因为被抓取物体的形状和其他特性的改变而发生故障。图2-1软体机械抓手的操作环境Fig.2-1Operatingenvironmentofthesoftmanipulator（2）抓持对象考虑到被抓取物体的复杂特性（重量、尺寸、粗糙度、易变形等），我们选取被抓取物体的性质如下所示：表2-1软体机械抓手抓持对象的物理性质Tab.2-1Physicalpropertiesofthesoftmanipulatorgrippingobject性能参数外径50-100mm重量<1kg形状无固定形状表面质量粗糙1.3.2软体机械手的设计实施综合考虑机械抓手被抓持对象的物理特性，我们将本次机械抓手的设计方案展示在如下2-2。根据相关资料我们可以了解到以往的机械抓手的设计通常是将吸盘与机械抓手本体相连接，因为吸盘的尺寸设计的一般较小，因此可以实现在较小的空间范围内的物体抓取运动。将吸盘运用到软体机械抓手的设计上面优势明显，但是也存在一定的缺点，例如吸盘因为是气动驱动，所以当气压不稳定时候吸盘工作不可靠，被抓取物体容易掉落。此外，因为吸盘往往设计在运动机构本体上，运动机构的设计往往较为复杂，体积较为庞大，这就给机械抓手的应用环境设置了一定的障碍。为了克服以往机械抓手的设计缺陷问题，我们综合软性材料作机械抓手手指易于变形的优点和吸盘尺寸小的优点，设计更小尺寸，应用范围更广的一种新型软体机械抓手机构。图2-2软体机械抓手的设计思路Fig.2-2Designideasofthesoftmanipulator我们在查询相关文献的基础上，考虑设计了不同的吸盘与手指关节结合的设计。其中一种设计是：软体机械抓手本体外面设有吸盘，手指关节与机械抓手本体相结合，这种设计的优缺点显著，优点是整体体积小，部件间的配合较为紧凑。缺点是这种设计的可靠性差，由于吸盘和机械抓手手指关节行程的限制，抓手手指工作行程较短，只能抓取体积不大的物体。第二种方案是采用环形的机械抓手手指的设计，在吸盘的四周固定有软体手指，这种设计的优点是抓取过程较为可靠，能够实现对较大物体的抓取，且结构上更符合人们的审美意识，更易于被人们所接受，但是这种设计的缺点是体积上比起第一种设计更为庞大一些。为了更好解决传统解析抓手的现有缺点，我们采用第二种思路对机械抓手开展研究。图2-3软体机械抓手结构方案Fig.2-3Softmanipulatorstructurescheme1.3.3软体机械手的结构设计机械抓手的设计应该充分考虑其工作过程中的运动条件，首先应该考虑的是抓手手指互相不能发生干扰，每一个手指都应该有独立的活动空间，除了手指之间不能互相干扰外，手指关节与吸盘之间也应该有较好的配合，且工作过程中不能有互相干扰。我们知道制造手指的物质是软性材料，为了不会因为手指过长导致机械抓手手指变形，我们必须考虑将机械抓手的手指长度限制在一定的范围。此外，为了更均匀的让手指分担抓取被抓取物体的重量，我们尽可能考虑将机械抓手手指成对设置，这样能有效避免机械抓手在抓取物体时候的受力不均匀，从而提高软体机械抓手的抓取可靠性。为了更好的示意软体机械抓手的结构，我们将手指的间距定义为α，将软体机械抓手手指长度定义为l，手指安装时和本体间的角度设为∅。以上参数是软体机械抓手设计时重点考虑的对象。图2-4软体手指抓取设计Fig.2-4Softfingergrabdesign考虑到机械抓手在抓取过程中的稳定性，我们将机械抓手手指成对设置，设置四个互相对称的手指结构，结构示意如上述2-4（a），上述中的r表示抓手运动的极限小距离，上述中的R表示机械抓手运动的极限大距离。最小半径为：r=a2tanQUOTE(2-1)软体机械抓手的极限抓取半径R与手指关节间的设置有关，它们之间有一定的制约作用，因此在设置机械抓手的极限抓取半径R时候应该综合两者的关系。本次讨论机械抓手主动抓我和被动抓握情况。1)被动抓握的最大球体尺寸，软体手指下部运动，上部为自由态，这样可以被迫改变形状以适应被抓取物体的形状，见上述2-4(b)。最大抓取半径为：Ld=a+2lsinβ(2-2)R=Ld2式中：β=2）主动抓握最大球体尺寸，软体手指的整体都会发生运动，更好的全面包裹物体，这里我们设置球体重量G，于是有：G＝2F（μsina＋cosa）(2-4)F=G主动抓握具有更好的抓取可靠性，这是因为主动抓握时候整个机械抓手手指弯曲包裹被抓取物体表面，更好的与物体表面接触，因此机械抓手能够承受更大的重量。抓手最大抓握半径为：L-Rsin∅−a2cos∅>(R<(L+a根据以上讨论，我们设置抓手手指长123mm，手指间的相对安装距离60m