摘 要：機械手在最近幾十年發(fā)展迅速，作為一種新技術(shù)被廣泛用于工程機械中，機械手能模仿人肢體的一些功能，雖然不夠靈活，但是能解決很多生產(chǎn)中面對的問題。如何準確地抓取工件是取料機器人的關(guān)鍵所在，所以對它的設(shè)計要求要嚴格把關(guān)，提高取料機器人的抓取精度是本文的重中之重，本文主要著重設(shè)計取料機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：取料機械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計；機器人

一、 引言

經(jīng)過這幾年的不斷發(fā)展，我們在各行各業(yè)都可以發(fā)現(xiàn)機械手正在代替工人進入生產(chǎn)線，而且應(yīng)用非常廣泛，隨處能見其身影。隨著我國人口老齡化嚴重，越來越多的企業(yè)出現(xiàn)用工難，而且勞動力成本不斷上升，因此機械手逐漸發(fā)展起來，而且其智能化要求越來越高，機械手能代替勞動力在復(fù)雜的工況中作業(yè)，因此被廣泛使用。中國老齡化越來越嚴重，而機械手的出現(xiàn)能夠大大減少勞動力。因此機械手性能的好壞、結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，將直接影響其工作進度，進而影響著產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。隨著中國綜合實力的飛躍，許多企業(yè)對機械手的需求也越來越大，從而在機械手市場上形成強制驅(qū)動，也只有不斷開發(fā)出更好的機器，受到普遍企業(yè)的好評，才能夠迅速占領(lǐng)市場。中國是一個人口大國，隨著勞動成本的越來越高，尤其是我國的北方民族，人民生活水平在不斷提高，在中國龐大的人口基數(shù)下，研究一款實用的取料機械手具有非常重大的現(xiàn)實意義。機械手行業(yè)是一個技術(shù)要求相對較高的市場行業(yè)，改革開放以來，隨著科學(xué)技術(shù)的提高以及國外機器人的引進，同時注重市場的研發(fā)，繼而擴大市場份額，對中國的小型機械化行業(yè)具有一定的影響。

二、 取料機械手的主要組成

工業(yè)機器人按其運動形式分為四種，每種機器人根據(jù)其工作場所不同，運動方式不同。有的是通過液壓系統(tǒng)進行驅(qū)動，這種機器人一般需要承受較大的力，有的是通過氣動系統(tǒng)進行驅(qū)動像取料機械人，還有對精度要求較高的是采用伺服電機進行驅(qū)動。因此在對取料機械人基座進行設(shè)計時要保證其足夠的剛度和強度。

取料機械手主要由伺服電機、基座、手臂、手腕、夾持裝置和控制系統(tǒng)組成。取料機械手和其他類型的機械手不一樣，它要求夾取時能夠保證整體穩(wěn)定性好，這樣才能保證夾取的平穩(wěn)性，探頭的設(shè)計也尤為重要，根據(jù)不同類型的工件需要設(shè)計不同自由度的夾取機械手，對于工件比較復(fù)雜的工況對機械手的要求更加高。機械手的驅(qū)動形式也是各種各樣，有些采用液壓驅(qū)動，像搬運機械手，有些采用氣壓驅(qū)動像採抓機械手，本次設(shè)計的取料機械手是采用伺服驅(qū)動，由于取料機械手比其他機械手的要求高，所以各個關(guān)節(jié)是采用伺服電機進行控制。

三、 取料機械手的原理

取料機械手就是根據(jù)工件的位置，通過轉(zhuǎn)動其轉(zhuǎn)臺、機械手臂和機械手腕來調(diào)節(jié)抓取的角度和方位。每一個關(guān)節(jié)位置都裝了液壓缸，看似一個簡單的動作，需要復(fù)雜的程序和算法對其進行準確定位，保證能夠準確抓取工件。

到目前為止，機械手的種類已經(jīng)有成千上萬種，影響我們生活的方方面面，具有操作方便、可靠性高、安全、舒適等特點。機械手的運動主要是通過調(diào)節(jié)其各個關(guān)節(jié)進行運動來實現(xiàn)其操作要求，其種類也各不相同。

機械手按矢量封閉圖表示圖

由于取料機械手需要多角度多方位對工件進行夾持，因此本次設(shè)計的取料機械手自由度多，而且需要靈活性好。取料機械手首先對取料的位置進行踩點，通過傳感器把信號反饋給PLC，然后通過收集的信息進行反饋，抓手開始對工件進行抓取。本次設(shè)計的取料機械手采用關(guān)節(jié)型，因為每個關(guān)節(jié)能夠進行不同方位的運動，通過伺服電機的控制達到運轉(zhuǎn)要求。當抓取的工件較為復(fù)雜時，抓取的時間長，而且抓取精度會略低，當抓取的工件形狀簡單，這樣抓取的質(zhì)量好，時間短，因此我們要根據(jù)實際抓取工況選擇不同類型的取料機械手，對于有些工件不能用機械手來實現(xiàn)的，必須用人力進行夾持，這樣才能夠做到物極所用。

四、 取料機器人的受力計算

根據(jù)人臂運動的不同，驅(qū)動力可分為兩種情況來計算。

當機器人的手臂進行運轉(zhuǎn)時其主要計算公式為P驅(qū)=F摩+F慣。其中F摩表示在運動過程中的摩擦力，這里包括在空氣中的阻力以及各個零部件的摩擦力，F(xiàn)慣表示機械臂在運動過程中的慣性力矩。其大小可按下式計算；

F慣=GΔVgΔt（2-1）

其中G——人臂移動部件的重量（公斤），

g——重力加速度9.81（米/秒2）

ΔV——剛起步時的運動速度

Δt——起動或制動所需的時間（秒）。

五、 總結(jié)

伴隨著人類社會全面而又高速的發(fā)展，現(xiàn)代化、智能化水平的不斷提升，人類的社會和人們的生活正在發(fā)生著日新月異的變化。首先分析了取料機械手在國內(nèi)外的使用情況，并且對其工作原理進行了分析，通過其工作原理，并對其各個部分進行了設(shè)計，并且對其受力情況進行分析。

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作者簡介：

朱龍飛，江蘇省常州市，常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校。