CAD2D3D

机器人手爪通常由气缸和手指组成，其中如何确定手指尺寸是关键，下面通过SolidWorks有限元分析和理论计算两种方式，分别验证手指是否满足材料力学性能和变形量的要求。

经过检验，两种方式的最终结果相差不大。

机器人手爪示意图：

手指尺寸长200×宽20mm×高10mm，具体尺寸如下图：

1. SolidWorks有限元分析

1.1 有限元设置

首先简化模型，我们只取手指来做受力分析，在SolidWorks有限元分析中，将夹具设置为固定几何体，选择手指端面即可，具体参见下图：

然后设置外部载荷，我们在手指另一端面设置200N的力，具体参见下图：

1.2 有限元分析结果：应力

划分网格并运行之后，应力应变结果如下：

应力判定标准，手指应力不能超过材料的许用应力。这里特别强调一下，许用应力不是屈服强度，更不是抗拉强度，关于许用应力请参见 https://www.cad2d3d.com/post-1226.html

通过上图可知，某些区域的应力已经超过材料许用应力，这时候就需要对这些特定区域进行优化，比如增加圆角、增加厚度、更换材料等方式。

1.3 有限元分析结果：应变

通过SolidWorks有限元分析，可以直接得到应变结果，应变为1.6mm，具体如下图所示：

有限元分析不是准确的计算，其分析结果受你设置的限定条件约束，你限定的条件越准确，有限元分析结果越准确。

2. 理论计算

手指相当于一个悬臂梁，材料力学对悬臂梁的挠度有专门的计算公式。

挠度计算公式：y_B=-Pl³/3EI，其中E是材料的弹性模量，I是惯性矩，I=bh³/12。

材料选用304，E=1.9×10¹¹pa，b=20mm，h=10mm，将上述数值带入挠度计算公式，经计算挠度y_B=1.68mm，和有限元分析的应变1.6mm，相差不大。

通过上述分析可知，一个长200×宽20mm×高10mm的手指，给末端施加200N的力时，变形量为1.68mm。