3手爪抓持机构的设计
手爪夹持机构是由手指、传动机构杯驱动装置三部分组成的，它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，可以抓取轴、盘、套类零件。一般情况下，多采用两个手指，少数采用三指或多指。常见的传动机构往往通过滑块、斜楔、齿轮齿条、连杆机构实观夹紧或松开。其类型可以分为以下几种：
平移型手指，它的张开闭合靠手指的平行移动，适于夹持平板，方料。在夹持直径不同的圆棒时，不会引起中心位置的偏移。但是这种手指结构复杂，体积大，要求加工精度高。
回转型手指，它的张开闭合靠手指根部(以枢肋支点为中心)的回转运动来完成。枢轴支点为一个的，称为单支点回转型；为两个的，称为双支点回转型。这种手指结构简单，形状小巧，但夹持不同工件会产生夹持定位偏楚。
在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过-1~+1 mm就可以了。这就可以在满足定位精度的条件下，采用简单的回转型手爪。而避免单纯追求自动定心，而使设计出的结构过分复杂。同时又考虑到铝活塞铸造毛坯本身就有1~2mm的误差、所搬运的是棒料、尽量减轻手爪夹持机构的重量和平移型手指机构复杂体积庞大加工精度要求高的情况，故选用回转型手指结构。
如图所示：
3.1 手部夹持机构参数确定
3.1.1 机械手各部分尺寸和材料的确定
机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手定位精度(由臂部和腕部等运动部件确定)，而且也与手指的央持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，避免产生手指夹持的定位误差，必须注意选用合理的手部结构参数，从而使夹持误差控制在较小的范围内。
若把工件工件轴心位置C到两支点的垂直距离CD用X表示，则根据几何关系有：
X=
为看出半径R对X的影响，可将上式化为下式：
X=
当R变化对X影响最小时即
，
=0
则 R=
，此时R的小变化对X的影响最小，即产生的机械手定位误差减小。
依据《工业机械手设计》——广东机械学院李允文主编机械工业出版社出版第二章手部第三节夹钳式手部的计算与分析以及铝活塞铸造毛坯的尺寸Φ84mm、高度50mm，确定手爪参数：
取θ=60°、
=110mm、a=32mm、R=42
根据手指夹持定位误差最小原则，
β=
=
=64°
毛坯的直径变化范围为：Φ83~Φ85
=
=0.54mm
=
=0.53mm
所以夹持机构的定位误差取其中较大的0.54mm,其符合设计的要求。
根据以上夹持机构的数据，可以使用Solidworks画其机构图。
材料的选择，注意到该夹持机构使用在机械手的末端，故为减轻重量以铝合金作为其材料ZalSi9Mg铝硅合金。其参数如下：
抗拉强度195MaP 铸造方法为砂型铸造 布氏硬度HBS 65
3.1.2 夹持机构的受力分析
为驱动力、
为握力、
为OA杆对推杆的作用力其方向为垂直OA杆方向、
为的反作用力、
由于夹持机构左右对称，故=
由O点的受力平衡分析可知：=2
由
得：
又
由上式可知驱动力F一定时
角越大则握力随之增大。但角过大会导致拉杆的行程过大，以及手指滑槽尺寸长度增大，使结构加大。 依据《工业机械手设计》——广东机械学院李允文主编机械工业出版社出版，一般取30°~40°，本设计中取35°。
根据设计中原始数据负载能力为3Kg，根据《机械设计课程设计手册》表1-10常用材料摩擦系数查得接近的摩擦系数纯铝与钢的滑动摩擦系数为f=0.17 。
手指对工件的夹紧力可按下式计算：
为安全系数通常取1.2~2.0、 
工作情况系数
，竖直方向
==1.52（
一取0.03~0.5）、
为方位系数查《工业机械手设计》表2-2得=0.5/
=0.5/0.17=2.94
197.1N
所需的驱动力为：
N
3.2 夹持机构驱动方案
为使机构的重量减轻机构简化，经考虑决定采用滚珠丝杠来传递动力。在以前做的工作基础上，已经绘制出夹持机构的三维实体图。在仿真中为使其能够夹持或放开铸造毛坯，发现驱动力F在直线方向的移动距离为：26.17mm，据此可以确定丝杠的行程为27mm。由节拍分析夹紧所用时间t为0.4，则
=26.17/0.4=65.43mm/s=3925.5mm/min。
3.2.1 丝杠副尺寸选择计算的确定
经三维实体仿真，采用铝合金材料的夹持机构和载荷的重量
为5.1KG。丝杠的最大负荷
，查《机械设计课程设计手册》表1-10常用材料摩擦系数
取0.06，则
=410.9N
为使设计更可靠令当量载荷
=
,假设丝杠副最大相对转速为
=1100r/min。查表11-1-25精度推荐表，确定机械手使用的精度为5级。滚珠丝杠的失位量为0.15mm。初算导程
=3925.5/1100=3.57mm，根据《机械设计手册—机械传动》表11-1-15查得
应该大于或等于3.57mm，取5mm。
1、额定动载荷
表11-1-35精度系数
取0.9、查表11-1-36可靠性系数
取0.62、预期工作寿命
为15000小时、查表11-1-37载荷性系数
取1.5。
=1100.8N
2、估算滚珠丝杠允许最大轴向变形
=
定位精度=0.15
=37.5
3、估算滚珠丝杠底径
为导轨静摩擦因素、a为支撑方式系数一端固定一端自由时取0.078。L为滚珠丝杠支撑点距离常取1.1倍行程+1.1，L=
=84.7mm。
=
=3.1N
为导轨摩擦因数，查《机械设计课程设计手册》表1-10常用材料摩擦系数取0.06。
=
=9.9mm
查《机械设计手册机械传动》根据以上的计算结果并查表11-1-30~表11-1-33确定丝杠的型号。南京工艺装备制造厂法兰型螺母CMF
2005-5GB/T 17587.2—1998—20—5—85—T5R。
4、计算预紧力
=
=
=136N
3.2.2 轴承型号的选择计算
依据工作情况丝杠采用一端固定一端铰支的工作方式。因为在这种情况下它的静态稳定性和动态稳定性都较高、轴向刚度大。
如图所示左端用角接触球轴承，又端用深沟球轴承作为支撑。由于滚珠丝杠螺母上的机构重量由导轨承受，所以滚珠丝杠只承受轴向力。所以滚动轴承的当量动负荷P=
=
=493.1N，
为负荷系数中等惯性力作用时取1.2。
1、角接触球轴承选择：
由《机械设计》公式基本额定动负荷C=
已知
、小时、球轴承
取3，则C=
=4525.5N
考虑到上面已选滚珠丝杠底径为16.7mm，查《机械设计课程设计手册》表6—6选取角接触球轴承7000AC基本尺寸为:内径10mm、外径26mm、宽度8mm、接触角25°、基本额定动载荷4.75KN、脂润滑情况下极限转速19000r/min。
极限转速的校核：
由选取的轴承参数知
=19000r/min
依据《机械设计》图8.13负荷系数
取0.64，
=0.95
=
=11552r/min
=750r/min<
=11552r/min
所以转速符合要求。
2、右端深沟球轴承的选择
该深沟球轴承只是起到支撑作用，而且所支撑的重量较小，所以只要在直径方面满足要求即可。从《机械设计课程设计手册》表6—1，查得轴承6000。其基本尺寸为：内径10mm、外径26mm、宽度8mm、极限转速20000。
3.2.3 丝杠系统刚度K计算
由公式
滚珠丝杠拉压刚度
，a=85mm为滚珠螺母中点至轴承支点距离
=541.4
、轴承刚度生产厂产品样本中查出1020、
是轴向接触刚度从《机械设计手册机械传动》表11-1-31查得为439。
K=195.9
夹紧工件时载荷F=410.9N总弹性变形量：
=
=2.1
其远远小于37.5，所以符合要求。
3.2.4 电机和连轴器的选择
1、电机的选择
夹紧过程中克服摩擦的阻力
=3.1N，前面已计算。丝杠螺母的移动速度为V=65.43mm/s（上面已计算）。
则所须的电机功率为：
=
查《机械设计课程设计手册》表1-7，
为夹持机构在导轨副上的滑动效率取0.9，
为丝杠的效率0.94
=
=0.24W
考虑到要时时的夹紧毛坯，所以选用力矩电机。由《滚珠丝杠及其自锁装置》电机堵转时的力矩
=
，F为丝杠轴向力、L为丝杠导程、η为丝杠传动效率0.94。
=
=0.348Nm
因为预先估计滚珠螺母相对滚珠丝杠的转速为1100/min，所以根据电机的功率、转速和堵转时的力矩，并在网上查找决定用成都微精电机股份公司的永磁式直流力矩电机J70LYX01其参数为：连续堵转电压10.8V、连续堵转电流2.25A、连续堵转转矩0.4N.m、最大空载转速为1100r/min、电枢转动惯量2.2
、重量0.32kg、外形尺寸
mm。
2、连轴器
连轴器选用十字滑块连轴器，因为该连轴器适用于需正反转或启动频繁传递中小载荷的场合。
