夾持機(jī)械手爪機(jī)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化分析

張烈

摘 要：眾所周知，隨著我國社會市場主義經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)以及醫(yī)療事業(yè)也在不斷發(fā)展，人民群眾的物質(zhì)生活水平也得到了顯著提高。由于醫(yī)療藥物中包含有一些危害人體健康的物質(zhì)，所以醫(yī)院會采用專門負(fù)責(zé)藥物配制的機(jī)器人。這類配藥機(jī)器人需要具備有專業(yè)的夾持機(jī)械手爪，從而能夠取代人手進(jìn)行藥物配制。本文主要介紹夾持機(jī)械手爪機(jī)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的相關(guān)內(nèi)容，分析夾持機(jī)械手爪的運(yùn)動軌跡。

關(guān)鍵詞：夾持機(jī)械手爪機(jī)構(gòu)；優(yōu)化分析；配藥機(jī)器人

人類民群眾的物質(zhì)生活水平在不斷上升，對于身體健康更是十分重視。為了促使人類在配藥過程中不被有害藥物威脅到身體健康，配藥機(jī)器人出現(xiàn)在社會的舞臺上。配藥機(jī)器人工作效率的高低取決于機(jī)器人能否準(zhǔn)確使用夾持機(jī)械手爪來進(jìn)行正確的藥物配制，今天，本文就以“夾持機(jī)械手爪機(jī)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化”為主題進(jìn)行研究。首先，筆者將結(jié)合實(shí)際情況來對目前夾持機(jī)器手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化進(jìn)行簡單介紹，了解兩指平移型機(jī)械手爪的工作原理及存在的缺陷以及雙滑塊機(jī)構(gòu)傳動機(jī)械手爪的工作原理與優(yōu)勢。最后，筆者會結(jié)合雙滑塊機(jī)構(gòu)傳動機(jī)械手爪來分析夾持機(jī)械手爪的運(yùn)動軌跡。

一、夾持機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化的分析

隨著國民經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國醫(yī)療行業(yè)在進(jìn)行藥物配制的時候，逐漸開始選擇采用專門的配藥機(jī)器人。專門負(fù)責(zé)藥物配制的機(jī)器人是為了取代人手來對藥物進(jìn)行拿取以及運(yùn)輸，負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作的就是夾持機(jī)械手爪。由此可見，夾持機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化至關(guān)重要。一般情況下，配藥機(jī)器人都會通過玻璃窗抓取藥物，在此次工作過程中，需要保障配藥機(jī)器人能準(zhǔn)確夾緊藥物以及不損壞玻璃窗。

最開始使用的配藥機(jī)器人的機(jī)器手爪是兩指平移手爪，通過電機(jī)來將齒輪以及杠桿進(jìn)行驅(qū)動，從而能夠推動機(jī)器手爪拿取以及輸送目標(biāo)物體。然而，此類型手爪在實(shí)際操作中會出現(xiàn)手爪的移動不能準(zhǔn)確控制，出現(xiàn)位置偏移的缺點(diǎn)，不容易抓取到正確的藥物，促使藥物配制工作出現(xiàn)嚴(yán)重問題。

結(jié)合已經(jīng)出現(xiàn)的問題，我們應(yīng)該將兩指平移機(jī)器手爪進(jìn)行結(jié)構(gòu)升級，具體問題具體分析，采用雙滑塊機(jī)構(gòu)傳動的機(jī)器手爪，如圖1所示。此類手爪是結(jié)合一個絲桿來進(jìn)行驅(qū)動的機(jī)器手爪，一個絲桿的驅(qū)動，有效避免出現(xiàn)抓取藥物位置錯誤的情況，提高藥物抓取的準(zhǔn)確率，提高藥物配制機(jī)器人的工作效率。雙滑塊機(jī)構(gòu)傳動機(jī)械手爪是兩指平移機(jī)器手爪的優(yōu)化升級，工作步驟為：利用絲桿的驅(qū)動來促使手指進(jìn)行展開和閉合，從而促使機(jī)器手爪準(zhǔn)確抓取到目標(biāo)藥物，提高配藥機(jī)器人的工作效率，推動藥物配制工作高質(zhì)量地開展。優(yōu)化升級后的雙滑塊機(jī)構(gòu)傳動的機(jī)器手爪的工作原理非常簡單，工作原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，直觀明了：

二、簡單分析夾持機(jī)械手爪的運(yùn)動軌跡

首先，對雙滑塊機(jī)構(gòu)傳動機(jī)械手爪的速度以及連桿的初始角度進(jìn)行簡單的分析。我們可以結(jié)合圖三來進(jìn)行分析，專門負(fù)責(zé)配制藥物的機(jī)器人在正式運(yùn)用雙滑塊機(jī)構(gòu)傳動機(jī)械手爪進(jìn)行目標(biāo)藥物的抓取的時候，配藥機(jī)器人會事先做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，也就是事先觀察此次要抓取的目標(biāo)藥物的外形大小。隨后，機(jī)器手爪會根據(jù)機(jī)器人判斷的藥物大小來對應(yīng)張開相應(yīng)的范圍，從而正式開始對目標(biāo)藥物進(jìn)行抓取和輸送，保障藥物抓取的準(zhǔn)確度。仔細(xì)觀察圖3，當(dāng)雙滑塊機(jī)構(gòu)傳動機(jī)械手爪在原始位置正式開始抓取目標(biāo)藥物的時候，連桿和水平方向形成了一個夾角，這個夾角的數(shù)值每發(fā)生一次變化，就代表著夾持機(jī)械手爪的原始位置不相同，或者說是發(fā)生了改變。隨之，當(dāng)豎直方向的滑塊在絲桿的作用力之下會開始向下運(yùn)動，這個時候運(yùn)動的速度為V1夾角的每一次數(shù)值發(fā)生變化時，水平方向的滑塊在絲桿的作用力之下也會開始向下運(yùn)動，這個時候運(yùn)動的速度為V2，V2的數(shù)值會隨著夾角的變化而發(fā)生變化。

一般情況下，當(dāng)絲桿發(fā)生運(yùn)動，電機(jī)運(yùn)動的速度數(shù)值恒定的時候，滑塊進(jìn)行直線運(yùn)動時的速度其實(shí)大約為勻速運(yùn)動。并且，機(jī)械手爪的手指除了進(jìn)行展開以及閉合的時候，電機(jī)運(yùn)動的速度會有改變之外，大部分情況下，電機(jī)運(yùn)動的速度是一個恒定數(shù)值，不會輕易發(fā)生改變。由此可見，絲桿進(jìn)行的直線運(yùn)動其實(shí)是一個勻速的直線型運(yùn)動。

三、結(jié)束語

綜上所述，隨著我國的社會市場主義經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)也在不斷發(fā)展，我國的醫(yī)療行業(yè)隨之得到質(zhì)的飛躍。我國一直強(qiáng)調(diào)科教興國，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。藥物的種類多種多樣，許多藥物中含有對人體有危害的毒素，這個時候就需要設(shè)計出專門代替人類進(jìn)行配置藥物的機(jī)器人，簡稱配藥機(jī)器人。我們就要明白配藥機(jī)器人的重點(diǎn)在于其的夾持機(jī)械手爪的設(shè)計與優(yōu)化，最開始出現(xiàn)的配藥機(jī)器人的機(jī)械手爪為兩指平移型手爪，其在進(jìn)行藥物抓取的時候，準(zhǔn)確度以及精度得不到保障。所以，我們應(yīng)該對其進(jìn)行優(yōu)化升級，從而采取雙滑塊機(jī)構(gòu)傳動機(jī)械手爪，提高配藥機(jī)器人的工作效率，推動我國科學(xué)技術(shù)以及醫(yī)療事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

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