四自由度机械手的设计

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四自由度机械手的设计

作者：刘东

来源：《科技与创新》2014年第23期

近年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用范畴也十分广泛。在工业中，自动控制系统有着广泛的应用，例如数控机床、智能机器人、计算机系统、模糊控制等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正在改变现代化工业的面貌。在某些劳动环境极其恶劣的条件下，就可以使用机器人来代替人力工作。下面所介绍的机械手就是为降低工人劳动强度，提高劳动效率、产品质量和经济效益而设计的。四自由度的机械臂具有三个旋转关节和一个平移关节，末端安装有一个能够抓取物体的电磁手爪。 1; 机械手的总体设计 1.1; 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，按坐标形式大致可分为直角坐标型机械手、圆柱坐标型机械手、球坐标（极坐标）型机械手和多关节型机机械手。其中，由于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，因此，本设计采用圆柱坐标。机械手搬运物品如图1所示。在图1中，机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B. 图1; 机械手搬运物品示意图 1.2; 机械手的主要部件和运动

根据设计任务，选定圆柱坐标式机械手的基本方案。为了满足设计要求，本设计的机械手具有5个自由度，分别是手抓张合、手部回转、手臂伸缩、手臂回转和手臂升降。

本设计的机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成：①手部。采用一个直线液压缸，通过机构运动实现手抓的张合。②腕部。采用一个回转液压缸实现手部108°回转。③臂部。采用直线缸来实现手臂平动1.2 m。④机身。采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂的升降和回转。

本设计的机械手由以下几个系统组成：①执行系统。工业机器人完成抓取工件由执行系统来完成，应该用气爪、底座旋转、手臂升降、手臂伸缩等所必需的机械部件来实现各种运动。②驱动系统。本设计选用机械传动、气压传动和电机驱动来为各部件提供动力，驱动动力装置是机械手运动的动力。③控制系统。控制系统发出指令控制驱动系统，最后由执行系统按照规定的要求进行工作。发生错误或故障时，控制系统会发出报警信息，这是机械手的核心。 2; 方案确定

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