工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)

康立新 馬建華

摘要：隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。主要敘述了機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算過程。首先，本文介紹機(jī)械手的作用，機(jī)械手的組成和分類，說明了自由度和機(jī)械手整體坐標(biāo)的形式。同時(shí)，本文給出了這臺(tái)機(jī)械手的主要性能規(guī)格參量。文中介紹了工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法。比較全面地討論了工業(yè)機(jī)械手的手部和腕部、手臂伸縮機(jī)構(gòu)以及上升和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并在最后做了一些液壓控制方面的設(shè)計(jì)，繪制了液壓系統(tǒng)圖等。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手自由度腕部和手部伸縮機(jī)構(gòu)上升和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

0引言

用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。

工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科～機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。

工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。

1工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用

機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。

在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5％，從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序，機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。

2機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案

本課題是輕型平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，以及液壓系統(tǒng)方面的簡單設(shè)計(jì)。在本章中對(duì)機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。因此，在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。

2.1機(jī)械手基本形式的選擇常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài).按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種：①直角坐標(biāo)型機(jī)械手：②圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；③球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手：④多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊，定位精度較高，占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用圃柱坐標(biāo)型。

2.2機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式采用圓柱坐標(biāo)型的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有4個(gè)自由度即腕部回轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂回轉(zhuǎn)、手臂升降4個(gè)。

本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由3個(gè)大部件和5個(gè)液壓缸組成：①手部和腕部，手部采用一個(gè)直線液壓缸，通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手爪的張合，腕部采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)腕部帶動(dòng)手部回轉(zhuǎn)。②臂部伸縮機(jī)構(gòu)，采用直線缸來實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng)800mm。③臂部回轉(zhuǎn)及升降機(jī)構(gòu)，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)缸和一個(gè)直線缸來實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)和升降。

2.3驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同，工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇液壓驅(qū)動(dòng)。

2.4機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表

2.4.1用途：車間搬運(yùn)

2.4.2設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：①抓重：3DON(夾持式手部)；②自由度數(shù)：4個(gè)自由度i③坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo)；④最大工作半徑：800mm；⑤手臂最大中心高：1115mm，⑥手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)(見表1)：⑦手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)(見表2)；⑧手指夾持范圍：棒料65-85；⑨定位方式：電位反饋式⑩驅(qū)動(dòng)方式：液壓；⑨控制方式：可編程控制。

3結(jié)論

通過此次設(shè)計(jì)，使我了解了機(jī)械手的很多相關(guān)知識(shí)。使我也了解了當(dāng)前國內(nèi)外在此方面的一些先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機(jī)械手設(shè)計(jì)的一般過程，通過對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握了一定的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)。為以后的工作學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一定基礎(chǔ)。