机械手夹持接触力及力封闭分析

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1、万方数据第40卷第6期2009年12月中南大学学报(自然科学版)JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology)、，b1．40No．6DeC．2009机械手夹持接触力及力封闭分析吴永宏，李群明(中南大学现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室，湖南长沙，410083)摘要：为合理确定机械手稳定夹持时的夹紧力，采用弹性线接触理论计算在工件上施加预紧力后机械手v型体与工件之间的接触压力，并分析手指处于不同工况位置时接触压力的变化，在此基础上计算不同工况位置时指端两V型体的夹紧力。以力螺旋理

2、论为基础，建立手指与工件的接触模型，应用力封闭原理分析稳定夹持时接触压力与工件外力之间的关系，提出手指夹持工件时的稳定性判定方法，并针对实例计算接触力及夹紧力。研究结果表明：该方法可以用于准确计算v型体的夹紧力，并进行力封闭性判别，能够为机械手结构设计及其控制系统设计提供可靠的参数值。关键词：V型手指：接触力；夹紧力；力螺旋；力封闭抓取中图分类号：TP24文献标志码：A文章编号：1672—7207(2009)06—1580-07Analysisofgrippingcontactforceandforceclosureof"pulatorAnal

3、ysisoIgrippingcontactl-orceanforce-closureofmanipulator、VUYong—hong．LIQun—ruing(KeyLaboratoryofDesignforModernComplexEquipmentandExtremeManufacturingMinistryofEducation,CentralSouthUniversity，Changsha410083，China)Abstract：Inordertoreasonablyascertaingraspingforceofmanipulato

4、rwhilestablygrasping，thecontactforcebetweenVstylefingertipandobjectduetothepre—tightenforcewascalculatedbasedonthelinecontacttheory，andthechangeofthecontactforcewiththefingertiponthedifferentpositionswasanalyzed．ThegraspingforceoftheVstylefingertipWascalculatedbasedonthecont

5、actforce．ThecontactmodelofthefingertipandobjectWasestablishedbasedontheforcespiraltheory．TherelationbetweenexternalforceandthecontactforcewithstablygraspingWasanalyzedbyusingforceclosureprinciple，andthemethodforcalculatingthestabilityofgraspingWasfounded．Thecontactforceandgr

6、aspingforceofonegraspinginstancewerecalculated．TheresultsshowthatthegraspingforceandthestabilityoftheVstylefingertipcanbeaccuratelycalculated,andthereliablevalueoftheparameterscallbesuppliedforthedesignofthemanipulatoranditscontrolsystem．Keywords：V-stylefinger；contactforce；g

7、raspingforce；forcespiral；force-closuregrasp机械手在工业中有广泛的应用【卜51。机械手的一个重要功能就是抓取，即抓取目标物然后对其操作，能实现人手的相关操作功能。设计和衡量一个机械手性能的重要指标就是夹持的稳定性，要求机械手能输出足够大的夹紧力，并且在操作过程中持夹持力始终能够平衡目标物所受到的外力，以防止被夹持的目标物跌落[6-12l。机械手通过手指来抓取操作目标物。机械手的手指指端有多种形式，其中最常见的～种用于抓取圆柱形工件的手指为V型指结构，它是通过2个V型体来抓紧工件。由于V型体和工件表面的接

8、触状况收稿日期：2009-01-25；修回日期：2009--04-09基金项目：国家重点摹础研究发展计划(“973”计划)项(200612870540