Phương pháp mô phỏng để xây dựng đồ thị lực kẹp của cơ cấu kẹp cơ khí theo khoảng cách má kẹp

 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ 2 (2018) 33-39 33 
Phương pháp mô phỏng để xây dựng đồ thị lực kẹp của cơ cấu 
kẹp cơ khí theo khoảng cách má kẹp 
Nguyễn Đăng Tấn *, Maik Berger 
Khoa Cơ khí, Trường Đại học kỹ thuật Chemnitz, Reichenhainer Str. 70, 09126 Chemnitz, CHLB Đức 
THÔNG TIN BÀI BÁO 
TÓM TẮT 
Quá trình: 
Nhận bài 15/6/2017 
Chấp nhận 20/7/2017 
Đăng online 27/4/2018 
 Khi cơ cấu kẹp dẫn động cơ khí được sử dụng cho các chi tiết lắp ráp có 
kích thước cũng như khối lượng khác nhau thì lực kẹp phải tính cho mỗi 
trường hợp cụ thể. Vì nó thay đổi theo khoảng cách má kẹp, mặc dù lực dẫn 
động cơ cấu kẹp không thay đổi. Trong nghiên cứu này, đồ thị lực kẹp và 
hành trình má kẹp sẽ được xây dựng bằng phương pháp mô phỏng nhờ 
công cụ Motion Skeleton của phần mềm PTC Creo. Thông qua phác thảo 
cũng như khai báo các thông số của cơ cấu kẹp, Motion Skeleton cho phép 
mô phỏng chuyển động cũng như xây dựng được đường đặc tính quan hệ 
lực kẹp và khoảng cách má kẹp cho các loại cơ cấu kẹp cơ khí khác nhau. 
Hơn nữa, để kiểm tra lại tính chính xác của phương pháp này, các biểu thức 
toán học xác định quan hệ lực kẹp và khoảng cách má cũng được thiết lập. 
Các biểu thức này cho phép tính toán cũng như vẽ các đồ thị trên bằng phần 
mềm tính toán thiết kế Mathcad. Nhờ phương pháp mô phỏng này mà 
người thiết kế không những xây dựng đồ thị lực kẹp mà còn có thể dùng để 
thiết kế và tối ưu các thông số cơ cấu kẹp khác nhau. 
© 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm. 
Từ khóa: 
Cơ cấu kẹp cơ khí 
Đặc tính lực kẹp 
Mô phỏng 
Hành trình kẹp 
1. Mở đầu 
Hệ thống lắp ráp tự động bao gồm chuỗi sơ đồ 
động học, trong đó cơ cấu kẹp là khâu cuối cùng 
của chuỗi. Khi thiết kế cơ cấu kẹp phải chú ý đến 
các yếu tố như lực kẹp, các khâu truyền động đến 
má kẹp, cảm biến vị trí má kẹp và điều khiển cơ 
cấu kẹp. Khi lựa chọn cơ cấu kẹp từ Catalog, lực 
kẹp là yếu tố ưu tiên hàng đầu, vì nó đảm bảo chi 
tiết luôn được giữ chặt trong quá trình thao tác 
(Hesse, 1991). Đồng thời tại vị trí tiếp xúc má kẹp 
và vật thể không được phép làm hư hỏng vật thể. 
Tùy thuộc vào hình dáng cũng như độ nhạy cảm 
của bề mặt vật thể mà người sử dụng chọn loại má 
kẹp cũng như lực kẹp phù hợp (Hesse, 2011). 
Với cơ cấu kẹp cơ khí, lực dẫn động sẽ được 
truyền qua các khâu liên kết đến vị trí má kẹp. Xác 
định quan hệ giữa lực dẫn động và lực kẹp cũng 
như quan hệ lực kẹp và khoảng cách má là điều 
quan trọng trong quá trình thiết kế cơ cấu kẹp. 
Qua đó mới có thể xác định được lực dẫn động 
cũng như kích thước cơ cấu kẹp (Volmer, 1992). 
Trong phạm vi cho phép, mỗi loại cơ cấu kẹp 
có thể được sử dụng để kẹp các vật thể có khối 
lượng và kích thước khác nhau. Khi thay đổi các 
vật thể khác nhau thì phải xác định lại lực kẹp cho 
_____________________ 
*Tác giả liên hệ 
E-mail: tan.nguyen-dang@s2011.tu-chemnitz.de 
34 Nguyễn Đăng Tấn và Maik Berger./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 33-39 
mỗi trường hợp cụ thể, nghĩa là lực kẹp đó có 
gây hư hại vật thể hay nó có đủ lớn để giữ vật thể 
trong quá trình thao tác hay không. Tính lực kẹp 
hiện nay vẫn dựa vào mối quan hệ hình học và kích 
thước các khâu của cơ cấu kẹp. Việc xác định theo 
phương pháp truyền thống này trở nên khó khăn 
hơn nếu cơ cấu kẹp phức tạp với nhiều khâu liên 
kết (Volmer, 1995). 
Nghiên cứu này sẽ đề cập đến giải pháp nhanh 
chóng và thuận lợi cho việc tính toán cũng như 
thiết kế cơ cấu kẹp nhờ công cụ mô phỏng Motion 
Skelette của phần mềm PTC Creo. Thông qua công 
cụ này sẽ giúp người thiết kế phác thảo nhanh cơ 
cấu kẹp và xác định trực quan được quan hệ lực 
dẫn động và lực kẹp cũng như quan hệ lực kẹp và 
khoảng cách má kẹp. Xuất phát từ yêu cầu xây 
dựng đồ thị lực kẹp và hành trình má kẹp cho các 
loại cơ cấu kẹp khác nhau bằng biện pháp mô 
phỏng, bài báo tập trung vào nghiên cứu hai nội 
dung sau: 
Thứ nhất: Mối liên hệ giữa lực dẫn động và lực 
kẹp cũng như liên hệ giữa lực kẹp và vị trí má kẹp. 
Các thông số này bị ảnh hưởng như thế nào nếu 
thay đổi kích thước của các khâu truyền động 
cũng như cơ cấu kẹp. 
Thứ hai: Xây dựng đồ thị lực kẹp và hành 
trình kẹp bằng mô phỏng thông qua biện pháp 
phác thảo và khai báo các thông số đầu vào. 
2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 
Hiện nay có nhiều loại cơ cấu kẹp cơ khí khác 
nhau được sử dụng trong công nghệ lắp ráp, tùy 
thuộc vào đối tượng lắp ráp mà người dùng có thể 
chọn hoặc thiết kế cơ cấu kẹp phù hợp. Để tính lực 
kẹp cho mỗi loại cần phải xây dựng sơ đồ động học 
của cơ cấu kẹp, sau đó thiết lập biểu thức toán học 
và giải các phương trình toán (Park và nnk., 2004), 
(Wang, 2002). Để tránh làm hư hại vật lắp ráp trên 
bề mặt má kẹp có thể gắn thêm các túi cao su và 
thay đổi áp suất của các túi cho mỗi vật thể khác 
nhau (Choi và Koc, 2006). Bằng việc phân tích, 
đánh giá ảnh hưởng của các thông số hình học 
giữa khâu truyền động đến vị trí má kẹp mà có thể 
tìm ra kích thước tối ưu cho cơ cấu kẹp (Huang và 
nnk., 2011), (Datta và Deb, 2011). Ứng với mỗi 
loại cơ cấu kẹp có thể thay đổi các má kẹp có chiều 
dài khác nhau để dùng cho các vật thể có kích 
thước khác nhau. (Wolf và nnk., 2005) nghiên cứu 
chiều dài của má kẹp ảnh hưởng đến lực kẹp cũng 
như mô men trong sơ đồ động học của cơ cấu kẹp. 
Qua đó xác định chiều dài lớn nhất cho phép của 
má kẹp. Tuy nhiên nghiên cứu này lại không chỉ ra 
mối quan hệ của lực kẹp theo hành trình má kẹp. 
S. Hesse (Hesse, 2011) chỉ ra rằng, với cơ cấu 
kẹp cơ khí thì điều quan trọng nhất là lực truyền 
động từ cơ cấu dẫn động đến má kẹp, tức là sự 
biến đổi như thế nào giữa lực dẫn động và lực kẹp 
qua hành trình má kẹp (như Hình 1). Để có thể xác 
định giá trị lực kẹp FG (N) ứng với hành trình má 
kẹp s (mm) ứng với lực dẫn động FA (N) cho trước 
thì cần phải có số liệu thực tế trên đồ thị này. Tuy 
nhiên Hesse chỉ đưa ra mối quan hệ tổng thể giữa 
lực kẹp và hành trình má kẹp. 
Hình 1. Đặc tính lực kẹp và hành trình kẹp. 
 Nguyễn Đăng Tấn và Maik Berger./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 33-39 35 
Trong bài giảng Công nghệ Lắp ráp và Robot 
(Berger, 2011), các cơ cấu kẹp cũng như đường 
đặc tính lực kẹp được sử dụng để giảng dạy cho 
sinh viên ngành Cơ khí, Đại học Kỹ thuật 
Chemnitz. Tuy nhiên, trong giáo trình này cũng 
không chỉ ra phương pháp xây dựng các đường 
đặc tính này. 
Do vậy, xây dựng đồ thị lực kẹp và hành trình 
má kẹp bằng phương pháp mô phỏng là giải pháp 
đơn giản và thuận lợi mà không phải tính toán 
bằng thủ công hay viết chương trình tính. 
 3. Phương pháp nghiên cứu 
3.1. Xây dựng đồ thị bằng phương pháp mô 
phỏng bởi công cụ Motion Skeleton 
Motion Skeleton của PTC/Creo Parametric là 
công cụ cho phép phác thảo các khâu và khớp liên 
kết. Nó cho phép người dùng có thể phác họa 
nhiều khâu liên kết cơ khí đơn giản và nhanh 
chóng. Ngoài ra Motion Skeleton còn cho phép 
định nghĩa liên kết các khâu này và mô phỏng 
chuyển động các khâu (Heine, 2009). Vì vậy, bài 
báo này sử dụng Motion Skeleton để phác thảo cơ 
cấu kẹp cơ khí cũng như xây dựng các đồ thị của 
nó. Để phác thảo mô hình cũng như mô phỏng thì 
cần thực hiện qua các bước như trên Hình 2. 
Trước tiên cần tạo File phác thảo cơ cấu bằng 
Motion Skeleton và xác định các khâu cũng như 
khớp thuộc những mặt phẳng nào để định nghĩa 
mặt phẳng phác thảo. Bản phác thảo sẽ được tạo 
ra trên mặt phẳng của Motion Skeleton bằng 
„Skizze“. Motion Skeleton hiển thị các thông số 
hình học của cơ cấu phác thảo và cho phép người 
dùng có thể thay đổi các kích thước bằng nhập số 
liệu từ bàn phím hoặc dùng chuột di chuyển các 
khâu một cách dễ dàng (như Hình 3). 
Sau khi các khâu và khớp được phác thảo thì 
chúng cần phải được định nghĩa các liên kết. Việc 
định nghĩa các liên kết này rất quan trọng vì nó 
đảm bảo đúng số lượng bậc tự do của cơ cấu cũng 
như liên kết các khâu. Ngay sau khi phác thảo cơ 
cấu thì Motion Skeleton đã tự động định nghĩa liên 
kết các khâu. Tuy nhiên phần lớn những tự động 
định nghĩa liên kết này là siêu liên kết, tức là khống 
chế quá bậc tự do của các liên kết, do đó cơ cấu sẽ 
không chuyển động được. Do vậy, phải phân tích 
liên kết các khâu cũng như loại khớp để định nghĩa 
lại những liên kết này và phải xóa đi các liên kết 
thừa. Sau khi định nghĩa lại các liên kết này, cần 
phải kiểm tra chuyển động các khâu của mô hình 
để xác định lại những liên kết đã định nghĩa. 
Hình 2. Các bước thực hiện mô phỏng. 
36 Nguyễn Đăng Tấn và Maik Berger./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 33-39 57 
Tiếp theo cần phải định nghĩa mặt phẳng 
chuyển động chứa má kẹp. Tùy vào kích thước của 
đối tượng kẹp mà hành trình má kẹp s sẽ được xác 
định và khai báo bằng Servomotor. Sau đó, chiều 
và độ lớn lực dẫn động FA được định nghĩa (như 
Hình 4). 
Tùy thuộc vào độ lớn của cơ cấu kẹp mà khối 
lượng các khâu của mô hình có thể khai báo hoặc 
bỏ qua. Trong ví dụ này, khối lượng các khâu nhỏ 
nên gán khối lượng của chúng bằng 10-6 kg. 
Cuối cùng cần phải hiển thị đồ thị lực kẹp và 
hành trình má kẹp. Motion Skeleton cho phép xác 
định không những các thông số động học mà còn 
động lực học các khâu của cơ cấu kẹp. Để xác định 
quan hệ giữa lực kẹp và hành trình kẹp cần các 
thông số khai báo như Bảng 1.
Tên Kiểu Tham số 
Lực 
kẹp 
Phản lực 
tại má kẹp 
Dựa vào giá trị Servomotor 
„S/2“, theo chiều trục Y tại vị trí 
má kẹp tiếp xúc với vật kẹp. 
S/2 Vị trí 
Hành trình lớn nhất của má 
kẹp. 
s 
Tự định 
nghĩa 
Khoảng cách giữa hai má kẹp 
(mm) và được xác định 
s = 2(S/2). 
Kiểu đồ thị 
Thông số trên 
trục x 
Thông số trên 
trục y 
Độ lớn 
s (biểu diễn hành 
trình trên trục x) 
Lực kẹp 
Để xuất kết quả đồ thị lực kẹp và hành trình 
má kẹp sau khi chạy mô phỏng ra màn hình cần 
chọn các thông số cần xuất ra đồ thị, nó được xác 
định như sau (Bảng 2). 
Nhờ vào đồ thị mà có thể xác định độ lớn của 
lực kẹp FG và hành trình s. Bằng cách thay đổi lực 
dẫn động FA hoặc thay đổi lại kích thước hoặc kết 
cấu của cơ cấu kẹp sẽ được các đồ thị khác nhau. 
3.2. Xây dựng đồ thị bằng phương pháp toán 
học 
Cùng với việc thiết lập đồ thị bằng phương 
pháp mô phỏng, căn cứ vào mối quan hệ hình học 
của các khâu của cơ cấu kẹp mà biểu thức toán học 
cho mối liên hệ giữa lực kẹp và hành trình má kẹp 
sẽ được xây dựng. Nhờ việc sử dụng phần mềm 
PTC Mathcad sẽ tính lực kẹp cũng như vẽ đồ thị. 
Trong ví dụ này sẽ thiết lập cho cơ cấu kẹp kiểu 
khớp trượt trên Hình 1. Sơ đồ tính được chỉ ra ở 
Hình 5.
Bảng 1. Thông số khai báo cho mô phỏng. 
Bảng 2. Khai báo thông số cho đồ thị. 
Hình 3. Phác thảo cơ cấu bằng Skizze. 
Hình 4. Khai báo Servomotor và lực dẫn động. 
Hình 5. Sơ đồ cấu tạo kẹp kiểu khớp trượt. 
 Nguyễn Đăng Tấn và Maik Berger./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 33-39 37 
Bảng 3. Thông số hình học cơ cấu kẹp kiểu 
khớp trượt. 
Trong đó: L1, L2, h, , : các thông số hình học 
của cơ cấu kẹp; s: khoảng cách hai má kẹp; FA: lực 
dẫn động; FG: lực kẹp hay phản lực tại má kẹp; F: 
thành phần lực phân tích trên mỗi tay đòn. 
Căn cứ thông số hình học ở Hình 5 thì lực tác 
động lên mỗi cánh tay đòn được xác định như sau: 
𝐹 =
𝐹𝐴
2 ∙ cos⁡(90° − 𝜃)
=
𝐹𝐴
2 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃
 (1) 
Lực F gây ra mô men tại gối đỡ A: 
𝑀𝐹(𝐴) =
𝐹𝐴
2 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃
∙ 𝐿2 ∙ cos(𝜃 − 𝛼) (2) 
Lực kẹp FG gây ra mô men quanh gối đỡ A: 
𝑀𝐹𝐺(𝐴) = 𝐹𝐺 ∙ 𝐿1 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 (3) 
Từ phương trình (2) và (3) thì lực FG được xác 
định: 
𝐹𝐺 =
𝐹𝐴
2 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃 ∙ 𝐿1 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼
∙ 𝐿2
∙ cos(𝜃 − 𝛼) 
(4) 
Quan hệ hành trình s phụ thuộc thông số hình 
học của cơ cấu và được xác định như sau: 
𝑠 = ℎ + 2 ∙ ⁡𝐿1 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛼⁡ (5) 
Với cơ cấu kẹp loại này thì góc má kẹp phải 
thuộc phạm vi cho phép, tức là hành trình má kẹp 
nhỏ nhất smin = 0 và hành trình má kẹp lớn nhất bị 
ràng buộc bởi góc 𝜃 của khâu dẫn. Do đó, góc 
nghiêng của má kẹp 𝛼 bị hạn chế như sau: 
𝛼𝑚𝑎𝑥 = 𝜃, 𝛼𝑚𝑖𝑛 = −𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛
ℎ
2. 𝐿1
 (6) 
Căn cứ vào công thức (4), (5) và (6) ứng với 
các giá trị của cơ cấu cho trước L1, L2, h, ,  và lực 
kẹp 𝐹𝐴 thì sẽ tính được lực kẹp 𝐹𝐺 và hành trình 
kẹp s. Do đó sẽ vẽ được đồ thị của lực kẹp và hành 
trình má kẹp. 
Ứng với mỗi loại kẹp khác nhau có cấu trúc 
khác nhau, do đó mối quan hệ giữa lực kẹp và má 
kẹp khác nhau. Muốn xác định phải căn cứ vào liên 
kết các khâu của cơ cấu cũng như hình dáng hình 
học của chúng. Trong bài báo chỉ ví dụ cho một 
trường hợp, còn cho các trường hợp khác cũng xác 
định tương tự. 
4. Kết quả và thảo luận 
Để so sánh cũng như đánh giá giữa phương 
pháp mô phỏng và phương pháp tính bằng biểu 
thức toán học, các thông số cho trước của cơ cấu 
kẹp được khai báo giống nhau (như Bảng 3). Khai 
báo các thông số trong Bảng 3 cho phương pháp 
mô phỏng bằng Motion Skeleton sẽ thu được đồ 
thị như Hình 6. Với loại kẹp này thì lực kẹp tăng 
Thông số Độ lớn 
L1 150 mm 
L2 80 mm 
h 100 mm 
 35° 
FA 500 N 
theo khoảng cách hai má kẹp. 
Để viết chương trình tính cũng như vẽ đồ thị 
lực kẹp và hành trình má kẹp bằng phần mềm 
Mathcad thì các thông số ban đầu trên bảng 3 phải 
được khai báo cũng như phải căn cứ vào biểu thức 
(4), (5) và (6). Kết quả đồ thị được tạo ra bằng 
Mathcad được thể hiện trên Hình 7. 
So sánh kết quả ở Hình 6 và Hình 7 cho thấy 
hai đồ thị hoàn toàn giống nhau về hình dáng cũng 
như giá trị. Tuy nhiên, để kiểm nghiệm cũng như 
đánh giá phương pháp này thì không chỉ loại kẹp 
này mà các loại kẹp khác trong tài liệu Hesse 
(Hesse, 2011) cũng được thực hiện bằng phương 
pháp mô phỏng và phương pháp toán học. 
Hình 6. Đồ thị bằng Motion Skeleton. 
Hình 7. Đồ thị bằng Mathcad. 
38 Nguyễn Đăng Tấn và Maik Berger./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 33-39 
So sánh kết quả thu được từ Hình 6 với đồ thị 
trên Hình 1 (cơ cấu kẹp kiểu khớp trượt) cho thấy 
hình dáng đường đặc tính lực kẹp khác nhau. Trên 
Hình 1, lực kẹp tăng dần theo khoảng cách má kẹp 
và đến một khoảng cách nào đó thì lực kẹp lại giảm 
đi. Do đó, có thể kết luận đồ thị trên Hình 1 là 
không chính xác. 
Kết quả thu được là tất cả các đồ thị bằng 
phương pháp mô phỏng và phương pháp toán học 
cho nhữn loại kẹp khác trong tài liệu Hesse (Hesse, 
2011) đều có kết quả giống nhau. Do đó, có thể 
khẳng định phương pháp mô phỏng bằng Motion 
Skeleton hoàn toàn tin cậy. 
5. Kết luận 
Sử dụng công cụ Motion Skeleton của PTC 
Creo cho phép người dùng phác thảo cơ cấu kẹp 
nhanh chóng, mô phỏng chuyển động các khâu 
cũng như xây dựng đồ thị quan hệ lực kẹp và má 
kẹp. 
Căn cứ vào thông số hình học, bài báo đã thiết 
lập biểu thức toán học cũng như vẽ đồ thị quan hệ 
lực kẹp và má kẹp bằng Mathcad. Mục đích để 
kiểm tra lại tính chính xác của phương pháp mô 
phỏng bằng Motion Skeleton cho những cơ cấu 
kẹp cơ khí khác nhau. 
Phương pháp mô phỏng có thể ứng dụng cho 
nhiều loại cơ cấu kẹp khác nhau từ đơn giản đến 
phức tạp. Mô phỏng bằng Motion Skeleton là công 
cụ đơn giản nhưng hiệu quả và chính xác. Nó là 
biện pháp hữu hiệu để để xác định lực kẹp theo 
hành trình má kẹp cho những cơ cấu kẹp khác 
nhau cũng như lực dẫn động khác nhau mà không 
phải thiết lập công thức toán học để tính toán cũng 
như lập trình để vẽ đồ thị. 
Ứng với mỗi loại cơ cấu kẹp có thể cung cấp 
đường đồ thị lực kẹp và hành trình má kẹp. Do đó 
người dùng có thể tra trực tiếp giá trị lực kẹp ứng 
với khoảng cách má kẹp 
Tài liệu tham khảo 
Berger, M., 2011. Montage, Handhabungstechnik 
und Robotik. Vorlesung Wintersemester 
2011/2012, Technische Universität Chemnitz. 
Choi, H; Koc, M., 2006. Design and feasibility tests 
of a flexible gripper based on inflatable rubber 
pockets. International Journal of Machine Tools 
& Manufacture, Science Direct. p. 1350-1361. 
Datta, R.; Deb, K., 2011. Optimizing and 
deciphering design principles of robot gripper 
configuration using an evolutionary multi-
objective optimization method. KanGAL Report 
Number 2011002, India. p. 1-10. 
Heine, A., 2009. Kinematische Analyse ebener und 
räumlicher Getriebestrukturen mit Hilfe von 
Motion-Skeletten. Saxsim 28.04.2009, 
Technische Universität Chemnitz. p. 1-25. 
Hesse, S., 1991. Greifer-Praxis. Vogel Fachbuch, 
Würzburg. 
Hesse, S., 2011. Greifertechnik - Effektoren für 
Roboter und Automaten. Carl Hanser Verlag, 
München. 
Huang, M. S.; Lin, T. Y., Fung, R. F., 2011. Key design 
parameters and optimal design of a five-point 
double-toggle clamping mechanism. Applied 
mathematical Modelling, Science Direct. p. 
4304-4320. 
Park, B. J., Yi, B. J., Kim, W. K., 2004. Design and 
analysis of a new parallel grasper having 
spherical motion. Proceedings of IEEE/RSJ 
International Conference on intelligent Robots 
and Systems. p. 106-111. 
Volmer, J., 1992. Industrieroboter - Funktion und 
Gestaltung. Verlag Technik GmbH Berlin, 
München. 
Volmer, J., 1995. Getriebetechnik - Grundlage. 
Verlag Technik GmbH Berlin, München. 
Wang, J., 2002. Intelligent gripper design and 
application for automated part recognition 
and gripping. Port Elizabeth Technikon, South 
Africa. 
Wolf, A., Steinmann, R., Schunk, H., 2005. Grippers 
in Motion. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg. 
 Nguyễn Đăng Tấn và Maik Berger./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (2), 33-39 39 
ABSTRACT 
A method for the simulation of gripping force vs. finger 
displacement for mechanical grippers 
Tan Nguyen Dang, Maik Berger 
Faculty of Mechanical Engineering, Chemnitz University of Technology, No. 70 Reichenhainer Str, 
09126 Chemnitz, Germany 
When a mechanical gripper is used to grasp objects of different weights and dimensions, the 
gripping force must be shrewdly calculated in each specific scenario, due to its dependence on the 
finger opening while the driving force is unchanged. In this paper, the movement of translational 
linkage grippers is simulated using Motion Skeleton of PTC Creo, based on which a graph of the 
gripping force vs. finger displacement is depicted. To evaluate the accuracy of this method, a 
mathematical model is established, describing the relationship between these two quantities, whose 
corresponding graph is then drawn using Mathcad. The results of these approaches indeed prove to 
be identical. This simulation method allows gripper designers to develop and optimize their products 
owing to the simple verification of the quality of the gripper dimensions.