工業(yè)機(jī)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(jìn)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(qiáng)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(jī)械手更具有顯著的優(yōu)越性。目前，已經(jīng)在機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人中液壓和氣壓驅(qū)動應(yīng)用很廣泛，有些機(jī)器人則同時采用多種驅(qū)動方式，這都視不同機(jī)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(jī)械手要求在幾臺機(jī)械設(shè)備間進(jìn)行搬運和裝卸工件。它具有4個自由度，分別為機(jī)械手腕的旋轉(zhuǎn)運動、機(jī)械手臂的伸縮運動、機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)運動和機(jī)械手臂的升降運動，坐標(biāo)形式為圓柱坐標(biāo)，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(jī)械手，當(dāng)工件成形后發(fā)出信號，機(jī)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(jī)械手臂正向旋轉(zhuǎn)180°，機(jī)械手腕正向旋轉(zhuǎn)90°，機(jī)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(jī)械手臂上升到指定位置后反向旋轉(zhuǎn)180°，機(jī)械手腕反向旋轉(zhuǎn)90°，機(jī)械手臂縮回，回到原點位置，開始下一個周期。

圖1?機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡圖??

2. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計??

針對該工業(yè)機(jī)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(biāo)系。整個機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計為4個自由度，包括機(jī)械手臂上下移動、機(jī)械手臂水平伸縮、機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)和機(jī)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(jī)械手臂上下移動和機(jī)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(dá)實現(xiàn)，如圖2所示。

圖2?機(jī)械手原理??

機(jī)械手夾持部分由機(jī)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(jī)械手指夾緊工件。當(dāng)控制機(jī)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(jī)械手指在拉簧的作用下松開。

圖3?手爪機(jī)械結(jié)構(gòu)??

液壓缸?2.彈簧?3.杠桿?4.機(jī)械手指?5.杠桿支座?6.楔塊。由于機(jī)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(jī)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(jī)?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(dá)?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(jī)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(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。在PLC開始運行時按下“負(fù)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(fù)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(fù)載電源。機(jī)械手動作順序如圖6所示。

圖5?控制面板

圖6?機(jī)械手動作示意圖??

4. 結(jié)語??

本文設(shè)計的機(jī)械手主要用于幾臺機(jī)械設(shè)備之間進(jìn)行搬運和裝卸工件。它具有4個自由度，分別為機(jī)械手腕的旋轉(zhuǎn)運動、機(jī)械手臂的伸縮運動、機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)運動和機(jī)械手臂的升降運動，坐標(biāo)形式為圓柱坐標(biāo)，采用液壓驅(qū)動控制方式。這種機(jī)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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