机器人送料机械手设计
手部设计计算
手部核心要求
手部作为执行末端，其性能直接决定抓取效果。设计时需满足以下关键点：
- 适当的夹紧力：保证夹持稳定可靠，变形小且不损伤工件表面。对于刚性差的工件，夹紧力需可调；笨重工件应配置自锁安全装置。
- 足够的开闭范围：手指的张开与闭合位置变化量即为开闭范围。受工件形状、尺寸及手指结构影响，在环境允许下，开闭范围宜大一些，如图 1 所示。
- 结构简单、轻量化：手部位于腕部前端，运动状态多变。其结构、重量和体积直接影响整机抓重、定位精度及速度，因此设计应力求紧凑轻便。
- 强度与刚度：手指必须具备足够的强度和刚度以承受负载。
- 其他考量：针对送料场景，本设计采用最常用的外卡式两指钳爪。夹紧方式选用常闭式弹簧，松开时由单作用液压缸驱动。该结构简单且制造方便。
夹紧机构原理
如图 2 所示，油缸右腔停止进油时，弹簧力使工件夹紧；当油缸右腔进油时，克服弹簧力松开工件。
腕部设计计算
腕部连接手部与臂部，主要改变被夹物体的方位，要求动作灵活、转动惯量小。本设计腕部具有一个回转自由度，采用回转缸驱动。
设计指标：
- 回转角度：±90º
- 角速度：45º/s
扭矩估算： 按最大负荷计算，当工件处于水平位置时，摆动缸扭矩最大。假设工件重 10kg，重心离手指中心 200mm（长度 l=650mm），如图 3 所示。
- 计算扭矩 M1 设重力集中于离手指中心 200mm 处，则扭矩 M1 为： $$M_1 = F \times S$$ $$M_1 = 10 \times 9.8 \times 0.2 = 19.6 , (N\cdot m)$$
液压系统原理设计
手部抓取缸
手部抓取缸液压原理如图 4 所示。
参数设定：
- 泵供油压力 P：10 MPa
- 流量 Q：取系统所需最大流量，即 1300 ml/s
- 调速阀流量：7.2 L/min
- 工作压力 P：2 MPa
机身机座结构设计
机身是支承和传动手臂的关键部件，通常安装驱动装置或传动件。臂部运动越多，机身结构越复杂。机身既可是固定式，也可是行走式，如图 5 所示。
本设计将机身设计为机座式，使机械手成为独立完整的系统，便于安放和搬动。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型机械手。手臂可沿立柱升降，行程较大，由电动机带动螺柱旋转实现。手臂回转则由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转，驱动机身旋转，从而满足自由度要求。
