許 穎 劉華華 雷 波

(湖北三峽職業(yè)技術學院，湖北 宜昌 443000)

1夾取機械手的基本要求及驅(qū)動系統(tǒng)選擇

夾取機械手設計的基本要求為：(1)工件夾取的過程中要保證適當?shù)膴A緊力；(2)手指應具有工作所需的開閉范圍；(3)要能夠提高工件夾取的效率；(4)要求結構簡單、重量輕、成本低；(5)要實現(xiàn)夾取非標工件的特殊要求。

夾取機械手的驅(qū)動系統(tǒng)選擇是設計中非常重要的一個環(huán)節(jié)。目前使用較多的驅(qū)動系統(tǒng)主要有液壓、氣壓和電動3大類，也可以按照需要將這3種基本類型組合成復合式的驅(qū)動系統(tǒng)。

液壓驅(qū)動的機械手技術比較成熟，在這幾種驅(qū)動系統(tǒng)中具有最高的承載力，動力也是比較大的，由于自身重量相對較大，整體結構的剛性和強度也是比較好的，在工作中容易實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點，但也是因為這些優(yōu)勢，使液壓驅(qū)動機械手的制造成本比較高。氣壓驅(qū)動的機械手則是這幾種驅(qū)動系統(tǒng)中最為靈活的，它的工作速度比較快，整體結構也比較簡單，由于自身重量比較輕，所以在維修和保護方面比較方便快捷，它的制造成本不是很高，價格也較低，但也正是因為它的這些特點，使氣動驅(qū)動機械手的負載能力比較差，佩服控制也不太好實現(xiàn)。電動驅(qū)動的機械手是工作范圍和使用比較多的一種機械手，因為它的慣性低，而且使用的條件比較簡單，所以這種驅(qū)動機械手容易在大范圍內(nèi)發(fā)生作用。

該夾取機械手的驅(qū)動系統(tǒng)在選擇時要考慮到以下幾個方面：(1)要快速、準確地夾取產(chǎn)品；(2)具有工作需要的承載能力、足夠的工作空間以及在任意位置都能自動定位等特性。根據(jù)夾取機械手設計時的基本要求和驅(qū)動系統(tǒng)的選擇因素，結合本次設計中所針對的夾取工件屬于輕載荷的特點，故選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。

2機械手抓取對象及現(xiàn)存問題

該機械手的研究對象為非標產(chǎn)品的夾取，執(zhí)行動作為抓緊—放松，產(chǎn)品較輕，故采用氣壓傳動提供動力。產(chǎn)品的直徑在15～80 mm間變化，即當抓取80 mm工件時，手指從張開120 mm減小到80 mm，楔塊向前移動大約40 mm，同時要保證足夠的夾緊力。非標產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)設備中，工件的夾取廣泛運用夾取機械手進行輔助操作，在對此類夾取機械手進行結構設計探討的過程中，我們主要研究了2種不同的結構：

第一種結構中機械手的2個手指分別由2個氣缸來驅(qū)動，但這種夾取機械手有可能存在2個氣缸在工作過程中出現(xiàn)動作不一致的現(xiàn)象，從而導致機械手中2個手指的伸縮不同步，致使在夾取工件時容易對工件產(chǎn)生沖擊，進而可能造成工件某種程度的損壞。

第二種機械手結構中的2個手指均采用鉸接的方式進行連接，并對2手指進行交叉布置，利用連桿機構驅(qū)動手指的運動，連桿機構則依靠氣缸直接驅(qū)動，這種結構可以避免機械手中手指的不同步，但是這種結構的機械手相對復雜，需要較大的安裝空間，致使成本比較高。

3基于楔形塊夾取機械手結構設計概述

為解決上述問題并滿足使用要求，如圖1所示，基于楔形塊夾取機械手的結構主要是通過鉸接螺桿將機械手的夾取手指進行對稱布置，夾取手指的夾取工作部分的端面被加工為弧形，在夾取工件時，具有弧形端面的2個夾取手指相互配合，可以適合多種不同形狀的產(chǎn)品。氣缸的活塞桿末端直接連接楔形塊用以驅(qū)動夾取手指轉動，2根夾取手指之間的布置設計為對稱安裝，且用彈簧進行連接。

因為夾取手指的夾取端工作面上加工有弧形槽，可以用于和工件相配合，再加上2根手指之間利用的彈簧連接，特別方便不規(guī)則零件的夾取穩(wěn)定。而楔形塊采用的等腰梯形結構，用楔形塊分別驅(qū)動對稱布置的2個夾取手指，由于等腰梯形斜邊的作用，能夠很好地保證2個手指夾取工件時的同步。為了進一步保證夾取工件過程中的安全，在夾取手指的內(nèi)側壁上設計了定位槽，可以更好地限定工作過程中2手指之間彈簧的位置。

4基于楔形塊夾取機械手的結構優(yōu)勢

如圖2所示，基于楔形塊的夾取機械手結構包括氣缸、手指安裝座、活塞桿、定位銷、緊定螺栓、手指鉸接板、手指鉸接螺栓、夾取手指、楔形塊、彈簧等。氣缸安裝在手指安裝座的側端面，活塞桿末端穿過手指安裝座與楔形塊相連，手指安裝座上布置有對稱的凸臺，凸臺用以限定楔形塊的工作位置，凸臺的頂部利用定位銷和緊定螺栓安裝固定頂蓋，機械手的夾取手指通過手指鉸接螺栓固定在手指鉸接板上，夾取手指與楔形塊配合的部分被加工成圓弧面，與楔形塊等腰梯形的斜面相切，當氣缸活塞桿推動楔形塊時，勻速同步地推動2個夾取手指的開合，借助2個夾取手指之間弧形端面和彈簧提供足夠的夾緊力夾取產(chǎn)品。夾取手指的內(nèi)側壁上加工有定位槽，用以限定彈簧的工作位置。

該楔形塊夾取機械手在夾取工件時，首先利用氣缸推動活塞桿，使活塞桿伸出時驅(qū)動楔形塊，然后由楔形塊的2個斜面推動與之相切的夾取手指的圓弧面，使2個夾取手指繞著手指鉸接螺栓轉動，勻速同步張開，當2個夾取手指的弧形端面與所需夾取工件固定后，氣缸帶動活塞桿使楔形塊后退，同時借助2個夾取手指間的彈簧夾緊產(chǎn)品。

5結語

基于楔形塊的夾取機械手適用于非標產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)，其結構簡單，操作方便，而且無需較大的安裝空間，節(jié)約成本。利用該結構實現(xiàn)了2個夾取手指的對稱布置，確保2個夾取手指在工作過程中的同步開合，進而保護了夾取的產(chǎn)品，也保證了夾取精度。