一种取料机械手的设计及研究

时间：2024-05-09

摘要：机械手在最近几十年发展迅速，作为一种新技术被广泛用于工程机械中，机械手能模仿人肢体的一些功能，虽然不够灵活，但是能解决很多生产中面对的问题。如何准确地抓取工件是取料机器人的关键所在，所以对它的设计要求要严格把关，提高取料机器人的抓取精度是本文的重中之重，本文主要着重设计取料机器人的结构设计。

关键词：取料机械手；结构设计；机器人

一、引言

经过这几年的不断发展，我们在各行各业都可以发现机械手正在代替工人进入生产线，而且应用非常广泛，随处能见其身影。随着我国人口老龄化严重，越来越多的企业出现用工难，而且劳动力成本不断上升，因此机械手逐渐发展起来，而且其智能化要求越来越高，机械手能代替劳动力在复杂的工况中作业，因此被广泛使用。中国老龄化越来越严重，而机械手的出现能够大大减少劳动力。因此机械手性能的好坏、结构的优劣，将直接影响其工作进度，进而影响着产品的生产效率。随着中国综合实力的飞跃，许多企业对机械手的需求也越来越大，从而在机械手市场上形成强制驱动，也只有不断开发出更好的机器，受到普遍企业的好评，才能够迅速占领市场。中国是一个人口大国，随着劳动成本的越来越高，尤其是我国的北方民族，人民生活水平在不断提高，在中国庞大的人口基数下，研究一款实用的取料机械手具有非常重大的现实意义。机械手行业是一个技术要求相对较高的市场行业，改革开放以来，随着科学技术的提高以及国外机器人的引进，同时注重市场的研发，继而扩大市场份额，对中国的小型机械化行业具有一定的影响。

二、取料机械手的主要组成

工业机器人按其运动形式分为四种，每种机器人根据其工作场所不同，运动方式不同。有的是通过液压系统进行驱动，这种机器人一般需要承受较大的力，有的是通过气动系统进行驱动像取料机械人，还有对精度要求较高的是采用伺服电机进行驱动。因此在对取料机械人基座进行设计时要保证其足够的刚度和强度。

取料机械手主要由伺服电机、基座、手臂、手腕、夹持装置和控制系统组成。取料机械手和其他类型的机械手不一样，它要求夹取时能够保证整体稳定性好，这样才能保证夹取的平稳性，探头的设计也尤为重要，根据不同类型的工件需要设计不同自由度的夹取机械手，对于工件比较复杂的工况对机械手的要求更加高。机械手的驱动形式也是各种各样，有些采用液压驱动，像搬运机械手，有些采用气压驱动像採抓机械手，本次设计的取料机械手是采用伺服驱动，由于取料机械手比其他机械手的要求高，所以各个关节是采用伺服电机进行控制。

三、取料机械手的原理

取料机械手就是根据工件的位置，通过转动其转台、机械手臂和机械手腕来调节抓取的角度和方位。每一个关节位置都装了液压缸，看似一个简单的动作，需要复杂的程序和算法对其进行准确定位，保证能够准确抓取工件。

到目前为止，机械手的种类已经有成千上万种，影响我们生活的方方面面，具有操作方便、可靠性高、安全、舒适等特点。机械手的运动主要是通过调节其各个关节进行运动来实现其操作要求，其种类也各不相同。

机械手按矢量封闭图表示图

由于取料机械手需要多角度多方位对工件进行夹持，因此本次设计的取料机械手自由度多，而且需要灵活性好。取料机械手首先对取料的位置进行踩点，通过传感器把信号反馈给PLC，然后通过收集的信息进行反馈，抓手开始对工件进行抓取。本次设计的取料机械手采用关节型，因为每个关节能够进行不同方位的运动，通过伺服电机的控制达到运转要求。当抓取的工件较为复杂时，抓取的时间长，而且抓取精度会略低，当抓取的工件形状简单，这样抓取的质量好，时间短，因此我们要根据实际抓取工况选择不同类型的取料机械手，对于有些工件不能用机械手来实现的，必须用人力进行夹持，这样才能够做到物极所用。

四、取料机器人的受力计算

根据人臂运动的不同，驱动力可分为两种情况来计算。

当机器人的手臂进行运转时其主要计算公式为P驱=F摩+F惯。其中F摩表示在运动过程中的摩擦力，这里包括在空气中的阻力以及各个零部件的摩擦力，F惯表示机械臂在运动过程中的惯性力矩。其大小可按下式计算；

F惯=GΔVgΔt（2-1）

其中G——人臂移动部件的重量（公斤），

g——重力加速度9.81（米/秒2）

ΔV——刚起步时的运动速度

Δt——起动或制动所需的时间（秒）。

五、總结

伴随着人类社会全面而又高速的发展，现代化、智能化水平的不断提升，人类的社会和人们的生活正在发生着日新月异的变化。首先分析了取料机械手在国内外的使用情况，并且对其工作原理进行了分析，通过其工作原理，并对其各个部分进行了设计，并且对其受力情况进行分析。

参考文献：

[1]李林青，陈绮丽，刘伟，张卓军，李若泓.注塑机平行式自动取料机械手设计[J].机械工程师，2011（11）：9-11.