王曉天

摘 要：工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面得到廣泛使用。文章根據(jù)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的機(jī)械手技術(shù)，設(shè)計(jì)出一種用于物料搬運(yùn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)。主要設(shè)計(jì)機(jī)械手臂部分和機(jī)械手抓手部分的機(jī)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手；機(jī)械手臂；機(jī)械手抓手，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）29-0003-02

1 引 言

目前工業(yè)機(jī)械手面臨的問(wèn)題主要還是成本的高昂和精度控制的不易達(dá)到要求。從工業(yè)機(jī)械手的具體應(yīng)用情況來(lái)看，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械自動(dòng)化已成為現(xiàn)代工業(yè)的主要問(wèn)題。雖然現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的加工、裝配等各生產(chǎn)工序主要是間斷的，但自動(dòng)化生產(chǎn)中裝卸、搬運(yùn)等工序亟待實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，工業(yè)機(jī)械手的出現(xiàn)便可滿足這一需求。無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用前景廣闊，而對(duì)機(jī)械手使用性能的要求則越來(lái)越高，面對(duì)越來(lái)越多樣的產(chǎn)品需求，機(jī)械手結(jié)構(gòu)上在向著小巧型，靈活型的方向發(fā)展，因此機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性變的至關(guān)重要。

2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械手手臂部分原理

欲滿足機(jī)械手的搬運(yùn)功能，即將貨物從某一水平高度提升至另一水平高度，可采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定搬運(yùn)動(dòng)作。本課題應(yīng)用平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，依靠電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)貨物高度上的變化。

平行四邊形機(jī)構(gòu)是一種平面連桿機(jī)構(gòu)，由于構(gòu)件聯(lián)接呈平行四邊形，因此也叫做平行四邊形機(jī)構(gòu)。平行四邊形機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于分析，構(gòu)件運(yùn)動(dòng)一致性好，廣泛應(yīng)用于各種實(shí)現(xiàn)平移搬運(yùn)等功能的機(jī)構(gòu)。

2.2 機(jī)械手手臂部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械手手臂在整個(gè)工作過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂為平行四邊形機(jī)構(gòu)，由于機(jī)械手臂也是機(jī)械手負(fù)載的主要施加部位，故應(yīng)具有良好的強(qiáng)度與剛度，保證在機(jī)械手工作中不能發(fā)生彎曲或折斷的情況，同時(shí)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)若過(guò)于沉重則會(huì)影響搬運(yùn)功能的實(shí)現(xiàn)。

工業(yè)鋁型材表面經(jīng)氧化處理后，外觀漂亮且耐臟，工作中沾染的油污易于清洗，可根據(jù)不同承重采用不同規(guī)格型材組裝，同時(shí)搭配鋁型材配件，無(wú)需焊接，安裝拆卸方便，輕便環(huán)保，整體機(jī)械性能較好，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造行業(yè)。

本文的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)選用密度小強(qiáng)度大并廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械手行業(yè)的工業(yè)鋁型材較為合適。機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)整體布局及各個(gè)部件，如圖1所示。

機(jī)構(gòu)中的工業(yè)鋁型材之間通過(guò)鉸接的方式聯(lián)接而成，支撐連桿梁1通過(guò)銷軸5與固定在底座板材上的連接件聯(lián)接，由角鋁3將支撐梁與聯(lián)接電動(dòng)推桿4的橫梁聯(lián)接起來(lái)，而電動(dòng)推桿4與底座板材則通過(guò)電動(dòng)推桿連接座2固定于底座上。

2.3 機(jī)械手抓手部分原理

搬運(yùn)機(jī)械手末端的機(jī)械手爪是機(jī)械手直接與貨物接觸的部分，機(jī)械手爪能夠直接完成對(duì)貨物的拾取和夾緊動(dòng)作，它可以依據(jù)人手動(dòng)作通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，通常機(jī)械手爪被安裝在手臂的端部。機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)形式與人手有較大區(qū)別，它的結(jié)構(gòu)外形擁有機(jī)械式的特點(diǎn)，通過(guò)不同部件的聯(lián)接組合完成指定運(yùn)動(dòng)過(guò)程，依靠自身的運(yùn)動(dòng)而將物件抱住，故手爪即為主要的傳力構(gòu)件。

本課題所設(shè)計(jì)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)應(yīng)為鉗爪式，鉗爪式手部結(jié)構(gòu)包括手指和傳力機(jī)構(gòu)。如圖2所示，機(jī)械手爪1在電動(dòng)推桿的驅(qū)動(dòng)下向右移動(dòng)，當(dāng)左部碰到左側(cè)連桿機(jī)構(gòu)時(shí)帶動(dòng)手爪2處，機(jī)械手爪的兩部分1、2完成張開手爪動(dòng)作；當(dāng)右側(cè)手爪在電動(dòng)推桿縮回時(shí)，手爪2在彈簧作用下回復(fù)原來(lái)位置實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的抓取動(dòng)作。

2.4 機(jī)械手抓手部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)機(jī)械手爪設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：機(jī)械手爪部件至少要有一定負(fù)載承受力，在將貨物重量計(jì)入影響后，鑒于搬運(yùn)動(dòng)作中由于顫動(dòng)所產(chǎn)生的影響也應(yīng)適當(dāng)增大設(shè)計(jì)強(qiáng)度，避免工件發(fā)生松動(dòng)或脫落的情況。

為使機(jī)械手爪和被運(yùn)輸貨物間保持較為穩(wěn)定的姿態(tài)，應(yīng)根據(jù)貨物的實(shí)際外形設(shè)計(jì)相應(yīng)的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)形狀。所設(shè)計(jì)機(jī)械手爪主要受到被夾持物的反作用力，必須達(dá)到設(shè)計(jì)所需強(qiáng)度和剛度防止手爪斷裂或彎曲變形的狀況發(fā)生，同時(shí)設(shè)計(jì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單，縮小尺寸，盡量輕便以免影響運(yùn)動(dòng)過(guò)程。本文所設(shè)計(jì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

其中，機(jī)械手抓取動(dòng)作的通過(guò)以下動(dòng)作實(shí)現(xiàn)：由電動(dòng)推桿1伸長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)一體式小抓手向右移動(dòng)，同時(shí)與一體式小抓手通過(guò)螺栓連接的連接桿4被帶動(dòng)向右移動(dòng)，當(dāng)連接板5接觸到連桿6時(shí)，在連桿機(jī)構(gòu)作用下，連桿8將沿水平方向向左移動(dòng)直至小抓手突出部分完全縮回連接板9內(nèi)，此時(shí)連接板右端面接觸貨物，電動(dòng)推桿1縮回直至右側(cè)一體式小抓手3上的連接板與貨物接觸并實(shí)現(xiàn)夾緊，在回縮過(guò)程中，當(dāng)連接板5與連桿6不再接觸時(shí)，連桿8在彈簧7的作用下回復(fù)原位，兩個(gè)機(jī)械手爪的承重板通過(guò)支撐貨籃的缺口位置，完成對(duì)貨籃的抓取動(dòng)作。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文主要設(shè)計(jì)一種用于搬運(yùn)貨物的機(jī)械手，在生產(chǎn)過(guò)程中的搬運(yùn)貨物環(huán)節(jié)里替代工人，提高工作效率，節(jié)約更多的人力成本和物力成本。主要進(jìn)行機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)機(jī)械手臂和機(jī)械手抓手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使整個(gè)機(jī)械手機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王曉東.機(jī)器人技術(shù)其礎(chǔ)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003

[2] 徐元昌.工業(yè)機(jī)械手[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001

[3] 牧野洋，謝存禧，鄭時(shí)雄.空間機(jī)構(gòu)及機(jī)器人機(jī)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出 版社，2003.248～26

[4] 劉明保，呂春紅.機(jī)械手的組成機(jī)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定[J]. 河南高等 ?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004，1（1）.

[5] 張楊林.國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)及發(fā)展趨勢(shì)[J].大眾科技.2006（6）： 191-192 .

[6] 李剛，周文寶.直角坐標(biāo)機(jī)器人簡(jiǎn)述及其應(yīng)用介紹[J].技術(shù)縱橫.2008（9）： 72-75 .