摘 要：文章著手于多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的功用特點(diǎn)，通過對相關(guān)資料進(jìn)行分析，有效得出多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計方案與控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，以期為今后多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的創(chuàng)新與實(shí)際應(yīng)用提供正確的參考。

關(guān)鍵詞：多關(guān)節(jié)型；搬運(yùn)機(jī)械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手作為我國自動化技術(shù)發(fā)展過程中的產(chǎn)物，是新技術(shù)、新手段實(shí)際應(yīng)用于加工生產(chǎn)中的重要體現(xiàn)。多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)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(shí)際應(yīng)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(jié)束以后還能實(shí)現(xiàn)將金屬部件裝車的工作效用，極大的降低了加工生產(chǎn)過程中的能源消耗，為企業(yè)節(jié)約了成本，在實(shí)際應(yīng)用的過程中發(fā)揮出了重要作用。

1 多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)械構(gòu)造設(shè)計

1.1 多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的整體設(shè)計

通過對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行查閱，文章根據(jù)多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的工作目的以及工作環(huán)境，對該機(jī)械的整體機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效設(shè)計[1]。在本次設(shè)計過程中，多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手由兩個可移動關(guān)節(jié)與四個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)所構(gòu)成，在實(shí)際應(yīng)用過程中可實(shí)現(xiàn)六個自由度變換，機(jī)械運(yùn)動形式是多關(guān)節(jié)式。

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

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

1.2 多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手自由度的設(shè)計

在本次多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計過程中，實(shí)現(xiàn)了多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手六個自由度的變換，以此保證多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手在實(shí)際運(yùn)作過程中可以完成各種運(yùn)動與姿態(tài)，詳細(xì)設(shè)計方案如下：

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

（2）在多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手自由度的設(shè)計過程中，對機(jī)械腕部進(jìn)行回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)置，以此滿足多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手在實(shí)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(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手腕部的0°至180°的旋轉(zhuǎn)。

（3）在多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手自由度的設(shè)計過程中，機(jī)械小臂設(shè)置為液壓缸動力驅(qū)動，以此保證機(jī)械小臂的伸縮運(yùn)動正常進(jìn)行，小臂最大伸縮距離為600mm，在應(yīng)用過程中可以很好的滿足工程生產(chǎn)的實(shí)際需要。

（4）在多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手自由度的設(shè)計過程中，機(jī)械小臂與大臂作為多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的主要傳動機(jī)構(gòu)，在實(shí)際設(shè)計過程中使用旋轉(zhuǎn)副鏈接，為保證小臂與大臂在實(shí)際工作中具有更大的活動空間，在設(shè)計過程中對小臂平面內(nèi)進(jìn)行±70°的俯仰設(shè)置。

（5）大臂作為多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手中最為直觀的機(jī)械構(gòu)造，其位于多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手腰部上方，由機(jī)械后殼體進(jìn)行支撐。該構(gòu)件在實(shí)際工作中可以實(shí)現(xiàn)±360°的轉(zhuǎn)動，在實(shí)際工作過程中其重要性不言而喻。在進(jìn)行大臂自由度的設(shè)計過程中，需要在大臂豎直平面內(nèi)的±70°范圍內(nèi)設(shè)置俯仰，以此保證大臂可以在這個范圍內(nèi)進(jìn)行擺動作業(yè)。

（6）在進(jìn)行多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的自由度設(shè)計過程中，該機(jī)械的基座成為自由度設(shè)計過程中需要重點(diǎn)創(chuàng)新與改善的內(nèi)容。基座作為多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手中各個構(gòu)件的支撐架，基座上的主軸在自由度的設(shè)計過程中可以實(shí)現(xiàn)±360°的回旋運(yùn)動，以此帶動機(jī)械手完成各種復(fù)雜的操作。

2 多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計

在進(jìn)行多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)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(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的實(shí)際操作內(nèi)容，為滿足該機(jī)械操作靈活的特點(diǎn)，機(jī)械手在軟件編程過程中應(yīng)分為手動與自動兩個部分。

2.1 自動操作系統(tǒng)設(shè)計

在進(jìn)行多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手自動操作系統(tǒng)設(shè)計的過程中，首先需要對該系統(tǒng)進(jìn)行自動方式初始狀態(tài)的設(shè)置，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移開始的時候，設(shè)置系統(tǒng)原點(diǎn)位置條件，以此保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行情況。通過系統(tǒng)控制機(jī)械手進(jìn)行上升操作的過程中，對系統(tǒng)操作進(jìn)行上限為設(shè)置；在機(jī)械手進(jìn)行左移的過程中，對操作系統(tǒng)進(jìn)行左移限位的設(shè)置；在機(jī)械后進(jìn)行下移的過程中，需要對操作系統(tǒng)進(jìn)行下限位的設(shè)置；當(dāng)機(jī)械進(jìn)行抓取工作的時候，需要進(jìn)行抓限位的設(shè)置；當(dāng)機(jī)械手進(jìn)行右移的時候，需要對操作系統(tǒng)進(jìn)行右移限位的設(shè)置；當(dāng)操作系統(tǒng)需要下降的時候，應(yīng)當(dāng)對操作系統(tǒng)進(jìn)行下限位的設(shè)置。諸如此類，通過這些有效設(shè)定，可以極大地保證自動化操作系統(tǒng)對機(jī)械手進(jìn)行有效控制。

2.2 手動操作系統(tǒng)設(shè)計

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

3 結(jié)束語

綜上所述，多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手作為我國機(jī)械技術(shù)發(fā)展與科學(xué)水平進(jìn)行的直觀表現(xiàn)，該機(jī)械在實(shí)際應(yīng)用于我國各個行業(yè)的生產(chǎn)過程中發(fā)揮出了極大的效用，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生產(chǎn)力進(jìn)行做出了極大的貢獻(xiàn)。在多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手今后的實(shí)際應(yīng)用與自身發(fā)展的過程中，相關(guān)科研人員應(yīng)該加大對多關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手的綜合研究，爭取在原有水平上獲得更大的進(jìn)步，為我國未來的科學(xué)發(fā)展提供有力保障。

參考文獻(xiàn)

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

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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(wù)：機(jī)械工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計。