王曉天

摘 要：工業(yè)機械手在工業(yè)生產(chǎn)的各個方面得到廣泛使用。文章根據(jù)國內(nèi)外先進的機械手技術(shù)，設(shè)計出一種用于物料搬運，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便的機械手的結(jié)構(gòu)。主要設(shè)計機械手臂部分和機械手抓手部分的機構(gòu)。

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

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0003-02

1 引 言

目前工業(yè)機械手面臨的問題主要還是成本的高昂和精度控制的不易達到要求。從工業(yè)機械手的具體應用情況來看，生產(chǎn)過程的機械自動化已成為現(xiàn)代工業(yè)的主要問題。雖然現(xiàn)代機械制造業(yè)中的加工、裝配等各生產(chǎn)工序主要是間斷的，但自動化生產(chǎn)中裝卸、搬運等工序亟待實現(xiàn)機械化，工業(yè)機械手的出現(xiàn)便可滿足這一需求。無論國內(nèi)還是國外，工業(yè)機械手的應用前景廣闊，而對機械手使用性能的要求則越來越高，面對越來越多樣的產(chǎn)品需求，機械手結(jié)構(gòu)上在向著小巧型，靈活型的方向發(fā)展，因此機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性變的至關(guān)重要。

2 機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 機械手手臂部分原理

欲滿足機械手的搬運功能，即將貨物從某一水平高度提升至另一水平高度，可采用曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定搬運動作。本課題應用平行四邊形機構(gòu)的運動特點，依靠電動推桿驅(qū)動平行四邊形機構(gòu)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)貨物高度上的變化。

平行四邊形機構(gòu)是一種平面連桿機構(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構(gòu)。平行四邊形機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易于分析，構(gòu)件運動一致性好，廣泛應用于各種實現(xiàn)平移搬運等功能的機構(gòu)。

2.2 機械手手臂部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

機械手手臂在整個工作過程中起著至關(guān)重要的作用。本文所設(shè)計的機械手臂為平行四邊形機構(gòu)，由于機械手臂也是機械手負載的主要施加部位，故應具有良好的強度與剛度，保證在機械手工作中不能發(fā)生彎曲或折斷的情況，同時搬運機構(gòu)若過于沉重則會影響搬運功能的實現(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，同時搭配鋁型材配件，無需焊接，安裝拆卸方便，輕便環(huán)保，整體機械性能較好，廣泛應用于生產(chǎn)制造行業(yè)。

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

機構(gòu)中的工業(yè)鋁型材之間通過鉸接的方式聯(lián)接而成，支撐連桿梁1通過銷軸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)接電動推桿4的橫梁聯(lián)接起來，而電動推桿4與底座板材則通過電動推桿連接座2固定于底座上。

2.3 機械手抓手部分原理

搬運機械手末端的機械手爪是機械手直接與貨物接觸的部分，機械手爪能夠直接完成對貨物的拾取和夾緊動作，它可以依據(jù)人手動作通過設(shè)計實現(xiàn)相應功能，通常機械手爪被安裝在手臂的端部。機械手爪結(jié)構(gòu)形式與人手有較大區(qū)別，它的結(jié)構(gòu)外形擁有機械式的特點，通過不同部件的聯(lián)接組合完成指定運動過程，依靠自身的運動而將物件抱住，故手爪即為主要的傳力構(gòu)件。

本課題所設(shè)計機械手的手部結(jié)構(gòu)應為鉗爪式，鉗爪式手部結(jié)構(gòu)包括手指和傳力機構(gòu)。如圖2所示，機械手爪1在電動推桿的驅(qū)動下向右移動，當左部碰到左側(cè)連桿機構(gòu)時帶動手爪2處，機械手爪的兩部分1、2完成張開手爪動作；當右側(cè)手爪在電動推桿縮回時，手爪2在彈簧作用下回復原來位置實現(xiàn)對貨物的抓取動作。

2.4 機械手抓手部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

對機械手爪設(shè)計過程中，應考慮以下幾個方面：機械手爪部件至少要有一定負載承受力，在將貨物重量計入影響后，鑒于搬運動作中由于顫動所產(chǎn)生的影響也應適當增大設(shè)計強度，避免工件發(fā)生松動或脫落的情況。

為使機械手爪和被運輸貨物間保持較為穩(wěn)定的姿態(tài)，應根據(jù)貨物的實際外形設(shè)計相應的末端執(zhí)行機構(gòu)形狀。所設(shè)計機械手爪主要受到被夾持物的反作用力，必須達到設(shè)計所需強度和剛度防止手爪斷裂或彎曲變形的狀況發(fā)生，同時設(shè)計機械手結(jié)構(gòu)應該簡單，縮小尺寸，盡量輕便以免影響運動過程。本文所設(shè)計機械手結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

其中，機械手抓取動作的通過以下動作實現(xiàn)：由電動推桿1伸長驅(qū)動一體式小抓手向右移動，同時與一體式小抓手通過螺栓連接的連接桿4被帶動向右移動，當連接板5接觸到連桿6時，在連桿機構(gòu)作用下，連桿8將沿水平方向向左移動直至小抓手突出部分完全縮回連接板9內(nèi)，此時連接板右端面接觸貨物，電動推桿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現(xiàn)夾緊，在回縮過程中，當連接板5與連桿6不再接觸時，連桿8在彈簧7的作用下回復原位，兩個機械手爪的承重板通過支撐貨籃的缺口位置，完成對貨籃的抓取動作。

3 結(jié) 語

本文主要設(shè)計一種用于搬運貨物的機械手，在生產(chǎn)過程中的搬運貨物環(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。主要進行機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過對機械手臂和機械手抓手的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使整個機械手機構(gòu)較為簡單，維護方便。

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