多關節(jié)型搬運機械手結構設計分析

摘 要：文章著手于多關節(jié)型搬運機械手的功用特點，通過對相關資料進行分析，有效得出多關節(jié)型搬運機械手的機構設計方案與控制系統(tǒng)的設計方案，以期為今后多關節(jié)型搬運機械手的創(chuàng)新與實際應用提供正確的參考。

關鍵詞：多關節(jié)型；搬運機械手；結構設計

引言

多關節(jié)型搬運機械手作為我國自動化技術發(fā)展過程中的產物，是新技術、新手段實際應用于加工生產中的重要體現(xiàn)。多關節(jié)型搬運機械手常用于工業(yè)上圓柱形金屬部件的幾何特征檢測系統(tǒng)中，其在實際應用中可以將大噸位的水平放置的金屬部件安全平穩(wěn)的放置到測量工位上，并且在測量結束以后還能實現(xiàn)將金屬部件裝車的工作效用，極大的降低了加工生產過程中的能源消耗，為企業(yè)節(jié)約了成本，在實際應用的過程中發(fā)揮出了重要作用。

1 多關節(jié)型搬運機械手的機械構造設計

1.1 多關節(jié)型搬運機械手的整體設計

通過對相關文獻進行查閱，文章根據(jù)多關節(jié)型搬運機械手的工作目的以及工作環(huán)境，對該機械的整體機構進行有效設計[1]。在本次設計過程中，多關節(jié)型搬運機械手由兩個可移動關節(jié)與四個旋轉關節(jié)所構成，在實際應用過程中可實現(xiàn)六個自由度變換，機械運動形式是多關節(jié)式。

多關節(jié)型搬運機械手的設計過程中，機械原動件作為機械定位工作與運動工作的重要保障性因素，在設計過程中采用液壓缸與電機，有效提升多關節(jié)型搬運機械手的定位精度與動力強度。對多關節(jié)型搬運機械手的前三個自由度，在設計過程中采用電機驅動的方式，以此保證多關節(jié)型搬運機械手在實際應用過程中能夠實現(xiàn)更加準確的定位操作。在后三個自由度的設計過程中，由于考慮到多關節(jié)型搬運機械手的驅動力因素，所以，后三個自由度采用液壓驅動裝置，以此實現(xiàn)多關節(jié)型搬運機械手在滿足定位精確的前提下，還能保證較高的驅動強度，使多關節(jié)型搬運機械手可以滿足各種特殊操作的實際需要。

多關節(jié)型搬運機械手在設計過程中，其基礎部件構成分別為基座、手臂、電機、立柱、末端執(zhí)行器、后殼體、小臂俯仰電機、腰部回轉電機、蓋板、腕部回轉液壓缸[2]。在實際設計過程中，由于考慮到多關節(jié)型搬運機械手實際運作過程中，機械前三個關節(jié)承受壓力過大，以此在設計過程中，將基座與大臂的齒輪組減速方式進行統(tǒng)一化，以傳遞力矩的方式有效減少前三個關節(jié)處的受力。同時，為減小機械各級構件中受到的扭矩，設計過程中在大臂后端與基座的上方位置設置了電機，以此保證機械在實際運作過程中重心的穩(wěn)定。最后，考慮到多關節(jié)型搬運機械手在實際工作環(huán)境，在設計過程中需要相對的極大機械載重能力，在設計過程中保證機械各個構件的穩(wěn)固連接。

1.2 多關節(jié)型搬運機械手自由度的設計

在本次多關節(jié)型搬運機械手的設計過程中，實現(xiàn)了多關節(jié)型搬運機械手六個自由度的變換，以此保證多關節(jié)型搬運機械手在實際運作過程中可以完成各種運動與姿態(tài)，詳細設計方案如下：

（1）多關節(jié)型搬運機械手的手部夾緊動作是該機械在實際工作過程中尤為重要的功用動作，在設計自由度的過程中，機械手部通過液壓驅動裝置進行夾緊控制，同時，連接軸與驅動搖桿在實際運作過程中控制機械夾持器的開合動作。

（2）在多關節(jié)型搬運機械手自由度的設計過程中，對機械腕部進行回轉關節(jié)設置，以此滿足多關節(jié)型搬運機械手在實際工作中可以將圓柱形金屬部件平穩(wěn)的放置到工作臺上，實現(xiàn)多關節(jié)型搬運機械手腕部的0°至180°的旋轉。

（3）在多關節(jié)型搬運機械手自由度的設計過程中，機械小臂設置為液壓缸動力驅動，以此保證機械小臂的伸縮運動正常進行，小臂最大伸縮距離為600mm，在應用過程中可以很好的滿足工程生產的實際需要。

（4）在多關節(jié)型搬運機械手自由度的設計過程中，機械小臂與大臂作為多關節(jié)型搬運機械手的主要傳動機構，在實際設計過程中使用旋轉副鏈接，為保證小臂與大臂在實際工作中具有更大的活動空間，在設計過程中對小臂平面內進行±70°的俯仰設置。

（5）大臂作為多關節(jié)型搬運機械手中最為直觀的機械構造，其位于多關節(jié)型搬運機械手腰部上方，由機械后殼體進行支撐。該構件在實際工作中可以實現(xiàn)±360°的轉動，在實際工作過程中其重要性不言而喻。在進行大臂自由度的設計過程中，需要在大臂豎直平面內的±70°范圍內設置俯仰，以此保證大臂可以在這個范圍內進行擺動作業(yè)。

（6）在進行多關節(jié)型搬運機械手的自由度設計過程中，該機械的基座成為自由度設計過程中需要重點創(chuàng)新與改善的內容?；鳛槎嚓P節(jié)型搬運機械手中各個構件的支撐架，基座上的主軸在自由度的設計過程中可以實現(xiàn)±360°的回旋運動，以此帶動機械手完成各種復雜的操作。

2 多關節(jié)型搬運機械手的控制系統(tǒng)設計

在進行多關節(jié)型搬運機械手的控制系統(tǒng)設計的過程中，控制系統(tǒng)的軟件編程是其中的一個重要組成部分[3]。根據(jù)多關節(jié)型搬運機械手的實際操作內容，為滿足該機械操作靈活的特點，機械手在軟件編程過程中應分為手動與自動兩個部分。

2.1 自動操作系統(tǒng)設計

在進行多關節(jié)型搬運機械手自動操作系統(tǒng)設計的過程中，首先需要對該系統(tǒng)進行自動方式初始狀態(tài)的設置，當系統(tǒng)狀態(tài)轉移開始的時候，設置系統(tǒng)原點位置條件，以此保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行情況。通過系統(tǒng)控制機械手進行上升操作的過程中，對系統(tǒng)操作進行上限為設置；在機械手進行左移的過程中，對操作系統(tǒng)進行左移限位的設置；在機械后進行下移的過程中，需要對操作系統(tǒng)進行下限位的設置；當機械進行抓取工作的時候，需要進行抓限位的設置；當機械手進行右移的時候，需要對操作系統(tǒng)進行右移限位的設置；當操作系統(tǒng)需要下降的時候，應當對操作系統(tǒng)進行下限位的設置。諸如此類，通過這些有效設定，可以極大地保證自動化操作系統(tǒng)對機械手進行有效控制。

2.2 手動操作系統(tǒng)設計

在進行多關節(jié)型搬運機械手手動操作系統(tǒng)設計的過程中，根據(jù)多關節(jié)型搬運機械手的工作內容及工作環(huán)境進行綜合考慮，在進行系統(tǒng)手動操作設計的過程中，需要根據(jù)機械各個動作進行有效設定。以機械手進行抓取作業(yè)為例，在機械手抓取的過程中，需要考慮到機械手的驅動力情況，在操作系統(tǒng)中有效應用手動單步操作，以此滿足機械手的驅動能力，同時通過操作系統(tǒng)控制可以極大地保證機械手抓取過程中的準確性；諸如此類，在系統(tǒng)設計的過程中，有效結合多關節(jié)型搬運機械手自身運行特點，將系統(tǒng)優(yōu)勢進行充分發(fā)揮。

3 結束語

綜上所述，多關節(jié)型搬運機械手作為我國機械技術發(fā)展與科學水平進行的直觀表現(xiàn)，該機械在實際應用于我國各個行業(yè)的生產過程中發(fā)揮出了極大的效用，為我國經濟發(fā)展與生產力進行做出了極大的貢獻。在多關節(jié)型搬運機械手今后的實際應用與自身發(fā)展的過程中，相關科研人員應該加大對多關節(jié)型搬運機械手的綜合研究，爭取在原有水平上獲得更大的進步，為我國未來的科學發(fā)展提供有力保障。

參考文獻

[1]吳華進，吳先祖，馬進出.多關節(jié)型搬運機械手的實際應用情況[J].信息技術教，2013，12（9）：23-24.

[2]張國茹，毛劍鋒，吳麗華.多關節(jié)型搬運機械手在工廠加工中的研究[J].電腦知識與技術，2012，23（7）：23-25.

[3]楊德救，毛振明，吳鍵，等.多關節(jié)型搬運機械手數(shù)控系統(tǒng)的研究[J].計算機光盤軟件與應用，2012，42（17）：36-39.

作者簡介：王建衛(wèi)，男，江蘇南通，工作單位：中天科技精密材料有限公司，職務：機械工程師，研究方向：機械設計。