摘要：在吸收有關工業(yè)機器人系統(tǒng)方面知識的基礎上,，介紹了工業(yè)機械手臂的設計。該機械手采用步進電機控制伸縮臂的精確穩(wěn)定,，液壓控制楔塊帶動連桿,，夾持力大且輕便。
機器人是自動完成作業(yè)的機器裝置,，執(zhí)行的是協(xié)助或是替代人類工作的工作,。目前在工業(yè)、醫(yī)學以及軍事等領域中均有重要用途,。在工業(yè)生產中出現(xiàn)的主要矛盾促使采用新的技術設備,，即操作機（操作工具）。機器特別是機床的裝卸,，操作過程中一些工件的傳送,，工件的儲存和取出，部件安裝,、焊接,、鍛造、壓制,、噴漆和其他許多工藝操作工程等,，這些操作表面看來并不復雜，通常不需要有特別技能的工人,，但卻要由人的手和手臂結合運動過程操作,。所以各國都在研究程序控制系統(tǒng)的自動化工業(yè)操作機——機械手。
本設計的主要內容包括電動伸縮臂和液壓控制夾持器的設計,。使用步進電動機作為伸縮臂的動力源,，步進電動機最大的優(yōu)點是能夠準確定位，取代了以往靠定位柱來定位的方式,。夾持器采用液壓驅動楔塊帶動連桿機構,，連桿機構的優(yōu)點是磨損輕以及加工容易。
1.總設計方案
機械手一般由執(zhí)行機構,、驅動機構,、控制機構以及位置檢測機構等組成，驅動機構可以采取液壓傳動,、氣動傳動,、電氣傳動和機械傳動等形式，而多數(shù)采用電機液聯(lián)合傳動,。
該機械手是將圓柱形零件從傳送帶上夾送到專用機床上,，待加工完成后再夾裝回傳送帶的專用機械手。機械手總體分為夾持器,、伸縮臂,、升降臂和底座4部分，如圖1所示,。夾持器安裝在伸縮臂上,，伸縮臂安裝在升降臂上,，升降臂安裝在底座上，聯(lián)接方式均為法蘭盤螺栓聯(lián)接,。
機械手完成一次傳遞和取回動作過程如下：從原位開始,，工件經傳送帶傳送到指定位置時，通過預先編輯好的程序使機械手執(zhí)行命令,，升降臂下降,，夾持器夾緊工件后，升降臂上升,，到達指定高度后,，底座快速回轉，隨后底座向工件的加工機床慢進,，到指定位置伸縮臂伸出,，夾持器松開，工件被放在機床的相應位置,，而后伸縮臂縮回,；待加工完成后，伸縮臂再次伸出,，夾持器夾緊加工完成后的工件,，伸縮臂縮回，底座回轉,，底座向傳送帶一側慢退到指定位置,，升降臂開始下降，到達傳送帶上方,，夾持器松開,，將工件放在傳送帶上后，升降臂上升到原位停止,，準備下次循環(huán),。
圖1 機械手總體方案圖
1.夾持器 2.伸縮臂 3.升降臂 4.底座
2.夾持器的設計
楔塊杠桿式回轉型夾持器（見圖2）由活塞桿、楔塊,、滾輪,、輔助桿、夾持器手爪,、夾持器臂和彈簧等組成,。工作時，由液壓缸活塞桿1推動楔塊2向前運動,，從而使夾持器臂6左端的兩個滾輪3互相分開,，使夾持器手爪實現(xiàn)夾緊，夾持器處于夾持狀態(tài),；活塞桿縮回,，在彈簧的作用下,，夾持器張開。
圖2 夾持器結構圖
1.活塞桿 2.楔塊 3.滾輪 4.輔助桿 5夾持器手爪 6.夾持器臂 7.彈簧
根據(jù)夾持器的驅動力由液壓缸提供的原則,，選用液壓缸已滿足該工作場合的使用,。本方案選用了W70/140L-1系列輕型拉桿液壓缸，與同等壓力等級液壓缸相比,，該液壓缸具有結構簡單,、零件通用化程度高和安裝形式多樣等特點,，該液壓缸符合本方案結構緊湊,、質量輕的設計思想。夾持器部分用一對主夾持器臂外加一對輔助臂的設計,，可以保證工作時手爪的工作面始終與工件在同一平面上,，提高了機器的安全性。
夾持器的手爪采用V形爪結構,，材料選用鋁合金,，因此該V形爪不易變形和斷裂，且質量輕,，加工方法為鑄造,，結構如圖3所示。
圖3 夾持器手爪示意圖
V形爪兩內側加工出條狀溝痕,，用來增加夾持工件時的摩擦力,，使夾持工件更牢固，此外,，為防止V形爪夾持損傷工件表面,，還可以在V形爪的工作面上粘貼上一面有粗糙波紋的橡膠板，這樣可以起到保護作用,，要求橡膠板與V形爪粘接處的黏膜牢固防止橡膠板脫落,。
3.電動伸縮臂的設計
機械手伸縮臂，底板固定在大臂上,，前端法蘭安裝機械手,，完成直線伸縮動作。電動伸縮臂主要包括電動機,、傳動齒輪,、軸承組、滾珠絲杠和導軌等組成,。交流力矩電動機通過傳動齒輪驅動滾珠絲杠,，推動導桿運動，利用電動機正反向轉動實現(xiàn)伸縮,，雙向止推軸承組合保證了絲杠的穩(wěn)定性,，通過導桿上撞塊撞擊限位開關來實現(xiàn)最大伸縮定位,，當撞塊撞擊右端開關達到最大伸出位移，當撞塊撞擊左端達到最大收縮位移,。
伸縮臂采用交流力矩電動機驅動,，力矩電動機通過調整工作電壓，改變堵轉力矩的大小,，達到工作平穩(wěn),、動作快捷以及定位準確的要求。傳動部分伸縮臂采用滾珠絲杠傳動,，滾珠絲杠與其他傳動件如梯形螺紋絲杠相比,，明顯的優(yōu)點是使此機械手控制精確、收縮平穩(wěn)靈活,、動作快捷以及工作協(xié)調,。執(zhí)行部件伸縮臂的伸出和縮回運動通過導向桿的伸縮來實現(xiàn)，導向桿部分采用雙導向桿方式設計,，這樣可以進一步提高伸縮臂的機械性能和精度要求,。
圖4 電動伸縮機構示意圖
電動機 2.傳動齒輪 3.雙向止推軸承組合 4.緩沖彈簧 5.滾珠絲杠 6.軸承 7.法蘭 8.限位開關 9.直線導軌 10.撞塊 11.聯(lián)接板 12.底板
4.結語
本次設計要完成的任務是將工件從傳送帶轉移到機床上，待加工完成后再把工件放回傳送帶,，該機械手臂投入生產使用后,，首先是提高了生產效率，減少了人工成本,，使生產過程更加流暢有序,。同時，也有效地避免了因人工搬運過程帶來的安全隱患,，減少了工傷的發(fā)生和工件在搬運過程中發(fā)生磕碰的概率,，對企業(yè)提升經濟效益有很大幫助。