工业机械手的设计

康立新 马建华

摘要：随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。主要叙述了机械手的设计计算过程。首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体坐标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。文中介绍了工业机械手的设计理论与方法。比较全面地讨论了工业机械手的手部和腕部、手臂伸缩机构以及上升和回转机构等主要部件的结构设计。并在最后做了一些液压控制方面的设计，绘制了液压系统图等。

关键词：机械手自由度腕部和手部伸缩机构上升和回转机构

0引言

用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科～机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。

1工业机械手在生产中的应用

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。

在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75％是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5％，从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序，机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。

2机械手的总体设计方案

本课题是轻型平动搬运机械手的设计。本设计主要任务是完成机械手的结构方面设计，以及液压系统方面的简单设计。在本章中对机械手的坐标形式、自由度、驱动机构等进行了确定。因此，在机械手的执行机构、驱动机构是本次设计的主要任务。

2.1机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态.按坐标形式大致可以分为以下4种：①直角坐标型机械手：②圆柱坐标型机械手；③球坐标(极坐标)型机械手：④多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑，定位精度较高，占地面积小，因此本设计采用圃柱坐标型。

2.2机械手的主要部件及运动坐标型式采用圆柱坐标型的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有4个自由度即腕部回转、手臂伸缩、手臂回转、手臂升降4个。

本设计机械手主要由3个大部件和5个液压缸组成：①手部和腕部，手部采用一个直线液压缸，通过机构运动实现手爪的张合，腕部采用一个回转液压缸实现腕部带动手部回转。②臂部伸缩机构，采用直线缸来实现手臂平动800mm。③臂部回转及升降机构，采用一个回转缸和一个直线缸来实现手臂回转和升降。

2.3驱动机构的选择驱动机构是工业机械手的重要组成部分，工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手，结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择液压驱动。

2.4机械手的技术参数列表

2.4.1用途：车间搬运

2.4.2设计技术参数：①抓重：3DON(夹持式手部)；②自由度数：4个自由度i③坐标型式：圆柱坐标；④最大工作半径：800mm；⑤手臂最大中心高：1115mm，⑥手腕运动参数(见表1)：⑦手臂运动参数(见表2)；⑧手指夹持范围：棒料65-85；⑨定位方式：电位反馈式⑩驱动方式：液压；⑨控制方式：可编程控制。

3结论

通过此次设计，使我了解了机械手的很多相关知识。使我也了解了当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了机械手设计的一般过程，通过对机械手的结构设计作了系统的设计，掌握了一定的机械设计方面的基础。为以后的工作学习创造了一定基础。