智能倉儲機械手的設計與研究

王曉天

（華北理工大學機械工程學院，河北 唐山 063000）

智能倉儲機械手的設計與研究

王曉天

（華北理工大學機械工程學院，河北 唐山 063000）

工業機械手作為替代人工搬運的重要形式，在貨物存儲運輸中得到了普遍應用。本文的設計研究對象為智能倉儲搬運機械手，設計搬運機械手的總體結構，采用電動推桿作為動力源，驅動機械手運動，同時依靠電動推桿驅動機械手爪實現對貨籃的抓取過程。

機械手；工作原理；驅動方式

1 前言

機器人科學技術是當今社會一門迅速發展起來的綜合性前沿學科，是目前各個國家都在積極努力研究開發的一個嶄新的科學領域，投入了大量的科研資源，并取得了突破性的進展，為現代工業真正的進入工業自動化奠定了一定的基礎。工業機器人（或稱機器人操作臂、機械手等）是機器人學的又一個重要分支學科，工業機器人是開式鏈結構，一般是通過相關的柔性關節將一些剛性連桿交替連接而組成的，通常在工業機器人操作臂的前端位置裝有執行部件或相應的操作裝置，也常稱為手或手爪。這種由若干個關節和一個或若干個手爪組成的機器人又稱為多關節型機器人（機械手）。

2 機械手的總體設計

2.1 機械手的工作原理

本文設計的機械手的主要結構是機械手抓手、機械手臂、機座以及電動推桿。首先確定機械手動作的先后順序：機械手爪3由電動推桿1驅動從正常搬運終點位置高度開始下降過程，推桿收縮到最短行程及行程為零時，智能機械手的抓手部分下降到貨籃放置高度，之后由電動推桿4驅動機械手爪3通過與3聯接的導桿帶動左邊的小抓手收縮，留出抓手夾緊貨籃的距離，待兩側抓手距離為貨籃長度時，電動推桿4回縮，此時左邊小抓手在彈簧的作用下回復原狀，機械手抓手抓緊貨籃，最后由底座上的電動推桿1推動平行四邊形機構2，推桿行程由零增大到該推桿的最大行程即為機械手實現將貨籃由初始位置搬運到終點位置的過程。

2.2 確定機械手的自由度數目

通常來說，自由度數目多時，相應機械手能完成的運動方式越多，可控能力及避障功能等越強，但機械手結構也會相對復雜，對于機械手剛度會被削弱，控制也相對復雜，運動過程中需考慮問題較多，因此在保證實現基本功能和預定的運行方案的前提下，應該盡可能的減少機械手的自由度。

本文中，機械手平移機構與機械抓手原理圖如下，由于機械手對貨籃有抓取及搬運要求，所以需要確定機械手臂部分自由度為，機械抓手部分的自由度為，則可以根據自由度計算公式

2.3 驅動方式選擇

驅動系統是實現機械手中各種運動機構完成預定動作的動力源，經常會使用的驅動方式主要為：電機驅動、液壓驅動、氣壓驅動三種。根據不同工作需求，可采用上述三種類型中的一種或多種組合形式的驅動系統，具體選型應從輸出功率和使用范圍、結構性能和控制性能等各方面考慮，選擇合適的驅動方式。

電動機驅動：控制精度高，輸出功率大，定位精度高，反應迅速，對于高速、高精度連續軌跡控制較方便，機構性能好，噪音較低，結構緊湊，不存在密封問題，速度變化范圍大，效率較高，是目前使用最廣泛的驅動方式。

液壓驅動：功率大，結構簡單，能直接與被驅動的桿件相連，響應快，可無級調速，體積小，噪聲大，但由于液壓油比較容易泄露，對于易燃品及潔凈度要求高的工作場合有局限性，易由于泄露造成污染，誘發火災。

氣壓驅動：機構簡單，動作敏捷，經濟實用，但是鑒于氣體壓縮后變化較大，系統不夠穩定，機構緩沖能力低，速度不高時較難進行控制，且結構相對較大，噪聲大，但密封問題較小，無污染。

本文涉及的是倉儲物流搬運機械手，由于倉儲環境多封閉，故不宜采用有火災隱患的液壓驅動，又因為搬運機械手對于輸出功率及搬運過程中穩定性要求較高，不宜采用控制精度低的氣壓驅動，故應選用電動機驅動。

所以采用電動推桿作為驅動裝置?？刂品奖?，反應靈敏，運行速度可調，適應范圍較大。

3 結論

本文研究與分析了智能倉儲機械手的工作原理，并計算其自由度，由于自由度越多越不易實現對機械手運動軌跡的控制，因此在確定機械手的自由度時，應在滿足要求的前提下選擇較小的自由度，選定自由度為2即可完成設計的運動，使用電動推桿作為動力源，結構簡單，占用空間較小，可以使控制方式簡便，成本也較低，同時使裝置迅速完成預定動作，反應靈敏。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.135

王曉天（1991-），男，碩士研究生，從事機器人技術方向的研究。