機(jī)械社區(qū)

該機(jī)械手的工作空間很窄，僅為700 mm,所以要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)要緊湊，外形尺寸要小，但不要小到影響機(jī)械手的抓取能力。根據(jù)該機(jī)械手的工作環(huán)境及各坐標(biāo)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，因此考慮采用折疊式關(guān)節(jié)型的設(shè)計(jì)方案。

其中2 處和3 處的鉸接，1 處和2 處鉸接小臂須有2 個(gè)自由度。

該機(jī)器人一共有4 個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，總計(jì)需要5 個(gè)動(dòng)力源。常用的驅(qū)動(dòng)方式為氣壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)3 種類型�；�于這3 種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)、缺點(diǎn)和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

人的手臂有肩、肘、腕3 個(gè)關(guān)節(jié)，共6 個(gè)自由度。機(jī)械手的設(shè)計(jì)以模仿人的手臂為基礎(chǔ)，再根據(jù)實(shí)際情況，由于運(yùn)載小車和爬臂機(jī)器人均可在自身所在的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，所以大臂和腕部各有一擺動(dòng)自由度，而小臂有2 個(gè)自由度，即擺動(dòng)和有限的轉(zhuǎn)動(dòng)，且小臂可轉(zhuǎn)回到大臂的空隙，工作時(shí)可展開。最后一個(gè)自由度就是手腕的擺動(dòng)。

因?yàn)楸晃粘止ぜ�的形狀、大小、材料性能、重量和表面情況等的不同，從而機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)也多種多樣， 手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而定的。常用的手部分為吸附和夾持兩大類。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用夾持式的手部結(jié)構(gòu)，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

該設(shè)計(jì)手爪的動(dòng)力由電機(jī)提供，通過將絲杠與電機(jī)相連， 利用手爪的特有結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手爪的開合。本文設(shè)計(jì)出2 種機(jī)械手手爪。

腕部的作用是在臂部動(dòng)作的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整或改變手部的方位， 從而擴(kuò)大機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍，使得機(jī)械手變得更加靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。腕部具有獨(dú)立的自由度，要求有繞中軸的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手的工作條件是用于檢查核儲(chǔ)罐焊縫，在腐蝕性的場合中工作，所以對(duì)機(jī)械手的腕部材料選用耐腐蝕不銹鋼316L。

臂部的作用是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意位置。若改變手部姿態(tài)，可用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，臂部必須具備3 個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。

臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式、抓取質(zhì)量、動(dòng)作自由度、運(yùn)動(dòng)精度等因素來確定。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況，油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。臂部運(yùn)動(dòng)速度越高，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動(dòng)既不平穩(wěn)，定位精度也不高。因此，在臂部設(shè)計(jì)時(shí)除了要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕外，同時(shí)采用一定形式的緩沖措施。

自由度的分配在總體方案中已經(jīng)介紹過，本文有4 個(gè)自由度，其中大、小臂的擺動(dòng)，小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，都是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。 大、小臂的擺動(dòng)靠擺動(dòng)油缸來實(shí)現(xiàn)，而小臂部分利用電機(jī)軸帶動(dòng)與其配合的板轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動(dòng)。

小臂的結(jié)構(gòu)主要由2 塊板、細(xì)軸組合而成，利用SolidWorks 建模后，其三維模型其三維模型如圖5 所示。

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本機(jī)械手的夾持對(duì)象是矩形焊縫檢測(cè)儀，所以設(shè)計(jì)的機(jī)械手手爪應(yīng)適合夾持矩形且夾持可靠。應(yīng)用SolidWorks 軟件對(duì)機(jī)械手的所有的零件建完模型后， 再在SolidWorks 的裝配環(huán)境下進(jìn)行裝配，最終完成機(jī)械手的完整模型的裝配， 建模結(jié)果如圖6所示。

運(yùn)動(dòng)仿真是生產(chǎn)制造前的一種檢查過程和方法，為了達(dá)到高效和有力地生產(chǎn)，所以運(yùn)動(dòng)仿真是設(shè)計(jì)制造前的重要操作環(huán)節(jié)。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，能夠生動(dòng)形象地進(jìn)行產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)模擬，使產(chǎn)品的工作原理清楚地表達(dá)出來。

機(jī)械手的仿真過程，這里不再贅述。仿真后機(jī)械手實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)起來，達(dá)到了仿真的目的，如圖7 所示。