机械手总体方案设计

第2章机械手的总体方案设计

2.1 机械手基本形式的选择

常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手;

(4)多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占

型。图2.1 是机械手搬运物品示意图。图地面积小，因此本设计采用圆柱坐标[]11

中机械手的任务是将传送带B上的物品搬运到传送带A。

图2.1 机械手基本形式示意

2.2、方案设计

（1）、黑箱结构如图2.1所示

图2.2 设计方案

（2）、机械手动作分析及运动分析如图2.3所示，工件首先被机械手夹持，然后再随之一起运动。其周期运动可以表现为（按动作顺序）：大臂下降—夹紧工件—手腕上翻—大臂上升—大臂回转—手臂延伸—放松工件—手臂收回—手腕

下翻—大臂回转—大臂下降。

图2.3 机械手运动图

（3）、功能原理如图2.3所示

图2.4 机械手功能原理图

（4）、方案设计

①传动系统如果机械手采用机械传动，则自由度少，难于实现特别复杂的运动。而对于组合机床自动上下料的机械手，其工件的运动需要多个自由度才能完成，故不宜采用机械传动方案。如果机械手采取气压传动，由于气控信号比光、电信号慢得多, 且由于空气的可压缩性，工作时容易产生抖动和爬行，造成执行机构运动速度和定位精度不可靠，效率也较低。电气传动必须有减速装置和将电机回转运动变成直线运动的装置，结构庞大，速度不易控制。气液联合控制和电液联合控制则使系统和结构上很复杂。综上所述，我们选择液压传动方式。

②控制系统本机械手是专用自动机械手，选择智能控制方式中的PLC程序控制方式，这样可以使机械手的结构更加紧凑和完美。

③执行系统分析本机械手的执行系统是手部机构。手部机构形式多样，但综合其总体构型，可分为：气吸式、电磁式和钳爪式3种。根据本组合机床加工工件的特征（导卫轮、精密铸钢件），选择钳爪式手部结构。

④常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4

种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，且根据本机械手坐标形式分析分析本机械手臂的运动形式及其组合情况，采用圆柱坐标形式。因此方案确定机械手采用液压传动方式，PLC控制，钳爪式手部结构，圆柱坐标形式。

2.3、机械手的运动分析

机械手的动作循环（工件平放）：大臂下降300mm—夹紧工件—手腕回转90°—大臂上升300mm—大臂回转90°—手臂延伸500mm—放松工件—手臂收缩500mm—手腕反转90°—大臂回转90°—大臂下降300mm。

本机械手的工作频率是5次/min，即12s/ 次，也就是说，要在10s时间内完成上述工作循环图中的一次循环。若采用分步运动的话，那么上述平均每一个动作必须在1.25s 内完成，这样必定增加动作的难度和结构的复杂性。因此，我们在整个运动过程中都将采用协调运动，这样可缓减每个动作的紧迫性。

图2.5 机械手运动流程图

如图2.5所示，从t=0s时开始，机械手大臂下降，用时2s，大臂下降速度：150 mm/s；t=2s时，机械手做夹紧工件运动；在t=2.5s时开始的还有手腕回转90°，用时1.5s；与此同时大臂开始以150 mm/s做上升运动，用时2s。在t=4.5s 时，大臂开始做回转运动，回转90°，用时1.5s；在t=6s时，手臂开始做向外延伸500mm的运动，运动速度为250mm/s，用时2s；在t=8s时，机械手手指开始做放松工件运动，用时0.5s；在t=8.5s时，手腕开始做下翻90°的运动，用时1.5s；与此同时手臂开始收缩，收缩距离500mm，平均速度250mm/s，用时2s；在t=10.5s 时，手臂做90°回转运动，用时1.5s。上诉运动为一个整周期运动，完成上述运

动共用时12s。运动简图见图2.6所示。

图2.6 机械手运动简图

2.4、本章小结

本章对机械手的整体部分进行了总体设计，选择了机械手的基本形式以及自由度，确定了本设计采用液压驱动，给出了设计中机械手的一些技术参数。下面的设计计算将以次进行。