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抓取力限制：允许的抓取力优化

2025-09-29 历史故事版权反馈

【摘要】：在允许的抓取力方面一般有两种观点。为了可靠地防止损坏，应根据相关的安全系数确定对这些力的限制。图3.79不同类型机械手的夹持力变化，机械手手指所能承受的最大力和力矩负载多齿型导轨机械手如图3.80所示。图3.81活塞产生的力的计算示例图3.82三种导轨技术SCHUNK机械手滑块和加工过程如图3.83所示。图3.83SCHUNK机械手滑块和加工过程图3.84显示了不同机械手手指设计选项的类型。

在允许的抓取力方面一般有两种观点。有从需要被抓取的工件的视角考虑的；也有从机械手模块的方面考虑的，比如应避免过载，以保证使用寿命。

从工件的角度来看，重要的是不要超过给定的可靠抓取力，否则工件会受到损坏。对于金属部件，这种损坏可能以工件表面上的夹痕形式出现。为了可靠地防止损坏，应根据相关的安全系数确定对这些力的限制。

在赫兹压力公式的帮助下（表3.19），可以计算出压扁工件或使工件变形的风险。这些公式只能用于未涂层或由刚性材料制成的工件。涂层或涂漆工件的情况更具挑战性。在这些情况下，应使用不同的机械手手指形状或设计进行测试。机械手手指对工件的冲击速度也会产生损坏的可能性，如在涂漆工件上，因此要与实际应用的经济效率（较慢的节拍时间）进行权衡。

表3.19　赫兹压力公式

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由于其几何形状（如具有薄壁的部件）或其材料成分而可能变形的工件在施加夹持力时需要特别小心。必须避免工件的塑性变形。因此，重要的是选择工件上的抓取点和机械手手指表面。

如果从机械手模块或机械手手指的角度看可靠的夹持力，则它首先涉及弯曲或倾斜力矩，这会影响机械手手指的定位和导轨。

图3.79显示了根据机械手手指长度可实现的夹持力。图3.79中显示的过程表明，可靠夹持力随着机械手手指长度的增加而逐渐变小。制造商规定了与手指接触的每个轴向可行的倾斜力矩的负载能力。

如果实际负载符合这些出厂规格，则可确保数据表中机械手组件的使用寿命。

夹持力的变化过程是有差异的。这取决于机械手是从外部还是在内部夹紧工件，也就是说，机械手手指的运动方向。

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图3.79　不同类型机械手的夹持力变化，机械手手指所能承受的最大力和力矩负载（来源：SCHUNK）

多齿型导轨机械手如图3.80所示。

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图3.80　多齿型导轨机械手可增强受力承载能力(https://www.chuimin.cn)

气动机械手可以通过气缸这一特殊结构来实现动作是由于可用的活塞表面，可用于打开或关闭机械手。因此，制造商规定了相应地在外部和内部夹紧工件的力曲线。

活塞产生的力取决于活塞表面积和作用在表面上的压力（图3.81）。这意味着活塞在整个表面上向一个方向加压，但在返回运动中只有环形区域，在拉出表面后产生活塞杆。这导致活塞返回行程的力小于整个活塞表面受力的行程。

此外，如前几章所示，放置在手指的负载会导致手指的变形。

三种导轨技术如图3.82所示。

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图3.81　活塞产生的力的计算示例

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图3.82　三种导轨技术

SCHUNK机械手滑块和加工过程如图3.83所示。

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图3.83　SCHUNK机械手滑块和加工过程(毛坯/加工完成/镀层)

图3.84显示了不同机械手手指设计选项的类型。不同长度的手指导致手指安装导向的不同倾斜力矩。在过去几年中，已经实施了对导轨吸收负载能力的改进。在这些开发过程中，使用多齿型导轨时的更大倾斜力矩和更长手指长度的可靠性成为可能。

通过上述设计可以使机械手手指本身的任何变形最小化，相应的手指设计也可以帮助解决这个问题。图3.84中机械手手指的设计在中心图示中针对变形进行了优化。在最右侧，优化的机械手手指相对于手指重量的图示得到了进一步改善。

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图3.84　不同类型机械手手指的设计(来源：Seegräber)