一種取料機械手的設計及研究

摘 要：機械手在最近幾十年發展迅速，作為一種新技術被廣泛用于工程機械中，機械手能模仿人肢體的一些功能，雖然不夠靈活，但是能解決很多生產中面對的問題。如何準確地抓取工件是取料機器人的關鍵所在，所以對它的設計要求要嚴格把關，提高取料機器人的抓取精度是本文的重中之重，本文主要著重設計取料機器人的結構設計。

關鍵詞：取料機械手；結構設計；機器人

一、 引言

經過這幾年的不斷發展，我們在各行各業都可以發現機械手正在代替工人進入生產線，而且應用非常廣泛，隨處能見其身影。隨著我國人口老齡化嚴重，越來越多的企業出現用工難，而且勞動力成本不斷上升，因此機械手逐漸發展起來，而且其智能化要求越來越高，機械手能代替勞動力在復雜的工況中作業，因此被廣泛使用。中國老齡化越來越嚴重，而機械手的出現能夠大大減少勞動力。因此機械手性能的好壞、結構的優劣，將直接影響其工作進度，進而影響著產品的生產效率。隨著中國綜合實力的飛躍，許多企業對機械手的需求也越來越大，從而在機械手市場上形成強制驅動，也只有不斷開發出更好的機器，受到普遍企業的好評，才能夠迅速占領市場。中國是一個人口大國，隨著勞動成本的越來越高，尤其是我國的北方民族，人民生活水平在不斷提高，在中國龐大的人口基數下，研究一款實用的取料機械手具有非常重大的現實意義。機械手行業是一個技術要求相對較高的市場行業，改革開放以來，隨著科學技術的提高以及國外機器人的引進，同時注重市場的研發，繼而擴大市場份額，對中國的小型機械化行業具有一定的影響。

二、 取料機械手的主要組成

工業機器人按其運動形式分為四種，每種機器人根據其工作場所不同，運動方式不同。有的是通過液壓系統進行驅動，這種機器人一般需要承受較大的力，有的是通過氣動系統進行驅動像取料機械人，還有對精度要求較高的是采用伺服電機進行驅動。因此在對取料機械人基座進行設計時要保證其足夠的剛度和強度。

取料機械手主要由伺服電機、基座、手臂、手腕、夾持裝置和控制系統組成。取料機械手和其他類型的機械手不一樣，它要求夾取時能夠保證整體穩定性好，這樣才能保證夾取的平穩性，探頭的設計也尤為重要，根據不同類型的工件需要設計不同自由度的夾取機械手，對于工件比較復雜的工況對機械手的要求更加高。機械手的驅動形式也是各種各樣，有些采用液壓驅動，像搬運機械手，有些采用氣壓驅動像採抓機械手，本次設計的取料機械手是采用伺服驅動，由于取料機械手比其他機械手的要求高，所以各個關節是采用伺服電機進行控制。

三、 取料機械手的原理

取料機械手就是根據工件的位置，通過轉動其轉臺、機械手臂和機械手腕來調節抓取的角度和方位。每一個關節位置都裝了液壓缸，看似一個簡單的動作，需要復雜的程序和算法對其進行準確定位，保證能夠準確抓取工件。

到目前為止，機械手的種類已經有成千上萬種，影響我們生活的方方面面，具有操作方便、可靠性高、安全、舒適等特點。機械手的運動主要是通過調節其各個關節進行運動來實現其操作要求，其種類也各不相同。

機械手按矢量封閉圖表示圖

由于取料機械手需要多角度多方位對工件進行夾持，因此本次設計的取料機械手自由度多，而且需要靈活性好。取料機械手首先對取料的位置進行踩點，通過傳感器把信號反饋給PLC，然后通過收集的信息進行反饋，抓手開始對工件進行抓取。本次設計的取料機械手采用關節型，因為每個關節能夠進行不同方位的運動，通過伺服電機的控制達到運轉要求。當抓取的工件較為復雜時，抓取的時間長，而且抓取精度會略低，當抓取的工件形狀簡單，這樣抓取的質量好，時間短，因此我們要根據實際抓取工況選擇不同類型的取料機械手，對于有些工件不能用機械手來實現的，必須用人力進行夾持，這樣才能夠做到物極所用。

四、 取料機器人的受力計算

根據人臂運動的不同，驅動力可分為兩種情況來計算。

當機器人的手臂進行運轉時其主要計算公式為P驅=F摩+F慣。其中F摩表示在運動過程中的摩擦力，這里包括在空氣中的阻力以及各個零部件的摩擦力，F慣表示機械臂在運動過程中的慣性力矩。其大小可按下式計算；

F慣=GΔVgΔt（2-1）

其中G——人臂移動部件的重量（公斤），

g——重力加速度9.81（米/秒2）

ΔV——剛起步時的運動速度

Δt——起動或制動所需的時間（秒）。

五、 總結

伴隨著人類社會全面而又高速的發展，現代化、智能化水平的不斷提升，人類的社會和人們的生活正在發生著日新月異的變化。首先分析了取料機械手在國內外的使用情況，并且對其工作原理進行了分析，通過其工作原理，并對其各個部分進行了設計，并且對其受力情況進行分析。

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作者簡介：

朱龍飛，江蘇省常州市，常州劉國鈞高等職業技術學校。