工業(yè)機械手是一種模仿人手動作，并按照設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓取、搬運工件或進行操作的自動化裝置。它的用途十分廣泛，對于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度，保證工人的安全都具有重要的意義，尤其對于那些有毒、危險、多粉塵、深水作業(yè)及放射性等惡劣環(huán)境和條件下的作業(yè)，使用工業(yè)機械手更具有顯著的優(yōu)越性。目前，已經(jīng)在機械加工、鑄造、鍛造、沖壓生產(chǎn)線和某些操作作業(yè)中得到比較廣泛的應(yīng)用。在熱處理、焊接、涂漆及裝配等生產(chǎn)中也開始研制和應(yīng)用。??

目前機械手常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動及電動機驅(qū)動等多種方式，各種驅(qū)動方式有其自身的特點，在工業(yè)機器人中液壓和氣壓驅(qū)動應(yīng)用很廣泛，有些機器人則同時采用多種驅(qū)動方式，這都視不同機器人的特點和要求所定。由于液壓驅(qū)動具有以下特點：驅(qū)動力和驅(qū)動力矩較大，速度反應(yīng)性較好，調(diào)速范圍較大，多用于要求臂力較大而運動速度較低的工作場合。??

1. 整體設(shè)計方案??

本文設(shè)計的機械手要求在幾臺機械設(shè)備間進行搬運和裝卸工件。它具有4個自由度，分別為機械手腕的旋轉(zhuǎn)運動、機械手臂的伸縮運動、機械手臂的旋轉(zhuǎn)運動和機械手臂的升降運動，坐標形式為圓柱坐標，采用液壓驅(qū)動控制方式，用于生產(chǎn)線中的自動搬運貨物的裝置。本設(shè)計的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，工作程序為：啟動機械手，當(dāng)工件成形后發(fā)出信號，機械手的手臂下降到預(yù)定位置，手爪張開，夾緊工件后上升；然后機械手臂正向旋轉(zhuǎn)180°，機械手腕正向旋轉(zhuǎn)90°，機械手臂伸出到預(yù)定位置后下降到指定位置，手爪松開，放好工件；最后機械手臂上升到指定位置后反向旋轉(zhuǎn)180°，機械手腕反向旋轉(zhuǎn)90°，機械手臂縮回，回到原點位置，開始下一個周期。

圖1?機械手結(jié)構(gòu)簡圖??

2. 機械系統(tǒng)設(shè)計??

針對該工業(yè)機械手的任務(wù)要求，為了使它具有一定的操作靈活性和較好的使用性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用圓柱坐標系。整個機械手系統(tǒng)設(shè)計為4個自由度，包括機械手臂上下移動、機械手臂水平伸縮、機械手臂旋轉(zhuǎn)和機械手腕旋轉(zhuǎn)，這4個自由之間無耦合，可以有效地簡化運算和控制。在本次設(shè)計中主要采用液壓部件來實現(xiàn)，因此機械手臂上下移動和機械手臂水平伸縮采用雙作用單活塞桿液壓缸，而兩個旋轉(zhuǎn)運動通過內(nèi)曲線徑向馬達實現(xiàn)，如圖2所示。

圖2?機械手原理??

機械手夾持部分由機械手指、杠桿、杠桿支座、楔塊、彈簧及液壓缸等組成，如圖3所示。工作時，壓力油從油孔通入到φ65mm作用液壓缸的左腔，推動活塞、楔塊向前移動，再推動杠桿繞銷軸轉(zhuǎn)動，使機械手指夾緊工件。當(dāng)控制機械手手部動作的電磁換向閥換向時，液壓缸左腔的油液流回油箱，則活塞、楔塊在彈簧的作用下而復(fù)位，機械手指在拉簧的作用下松開。

圖3?手爪機械結(jié)構(gòu)??

液壓缸?2.彈簧?3.杠桿?4.機械手指?5.杠桿支座?6.楔塊。由于機械手的手部和腕部自重以及工件重量較大，當(dāng)大臂伸出時，活塞桿不足以承受它們的重量。同時，活塞桿本身對于變形的要求很高，因而利用光杠來提高其承載能力，減小活塞桿的變形。為了美觀，同時也能起到減小活塞桿受力，在大臂上方安裝一個外罩，它本身還能減少外界對液壓缸的污染。 

3. 控制系統(tǒng)設(shè)計??

本文所設(shè)計機械手采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動，由PLC控制。液壓系統(tǒng)如圖4所示。

圖4?液壓系統(tǒng)??

電動機?2.泵?3.吸油過濾器?4.壓力計?5、12.溢流閥?6、13、25.單向閥??7、15、17、23.調(diào)速閥?8、16、18、24、26.電磁換向閥?9、14、19、22.電液換向閥??10、11、27.液壓缸?20、21.馬達?28.回油過濾器?29.油箱??采用型號為FX2N-64MR-001的PLC作為控制系統(tǒng)的核心，假定工作場景為機械手將工件從甲地搬到乙地，控制面板如圖5所示。工作方式選擇開關(guān)的5個位置分別對應(yīng)于5種工作方式，操作面板下部的10個按鈕是手動按鈕。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能可靠地切斷PLC的負載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。在PLC開始運行時按下“負載電源”按鈕，使KM線圈通電并自鎖，KM的主觸點接通，給外部負載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時使用“緊急停車”按鈕斷開負載電源。機械手動作順序如圖6所示。

圖5?控制面板

圖6?機械手動作示意圖??

4. 結(jié)語??

本文設(shè)計的機械手主要用于幾臺機械設(shè)備之間進行搬運和裝卸工件。它具有4個自由度，分別為機械手腕的旋轉(zhuǎn)運動、機械手臂的伸縮運動、機械手臂的旋轉(zhuǎn)運動和機械手臂的升降運動，坐標形式為圓柱坐標，采用液壓驅(qū)動控制方式。這種機械手結(jié)構(gòu)簡單，控制較為柔性，在自動生產(chǎn)線上有較大的應(yīng)用前景。??

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