多关节型搬运机械手结构设计分析

摘 要：文章着手于多关节型搬运机械手的功用特点，通过对相关资料进行分析，有效得出多关节型搬运机械手的机构设计方案与控制系统的设计方案，以期为今后多关节型搬运机械手的创新与实际应用提供正确的参考。

关键词：多关节型；搬运机械手；结构设计

引言

多关节型搬运机械手作为我国自动化技术发展过程中的产物，是新技术、新手段实际应用于加工生产中的重要体现。多关节型搬运机械手常用于工业上圆柱形金属部件的几何特征检测系统中，其在实际应用中可以将大吨位的水平放置的金属部件安全平稳的放置到测量工位上，并且在测量结束以后还能实现将金属部件装车的工作效用，极大的降低了加工生产过程中的能源消耗，为企业节约了成本，在实际应用的过程中发挥出了重要作用。

1 多关节型搬运机械手的机械构造设计

1.1 多关节型搬运机械手的整体设计

通过对相关文献进行查阅，文章根据多关节型搬运机械手的工作目的以及工作环境，对该机械的整体机构进行有效设计[1]。在本次设计过程中，多关节型搬运机械手由两个可移动关节与四个旋转关节所构成，在实际应用过程中可实现六个自由度变换，机械运动形式是多关节式。

多关节型搬运机械手的设计过程中，机械原动件作为机械定位工作与运动工作的重要保障性因素，在设计过程中采用液压缸与电机，有效提升多关节型搬运机械手的定位精度与动力强度。对多关节型搬运机械手的前三个自由度，在设计过程中采用电机驱动的方式，以此保证多关节型搬运机械手在实际应用过程中能够实现更加准确的定位操作。在后三个自由度的设计过程中，由于考虑到多关节型搬运机械手的驱动力因素，所以，后三个自由度采用液压驱动装置，以此实现多关节型搬运机械手在满足定位精确的前提下，还能保证较高的驱动强度，使多关节型搬运机械手可以满足各种特殊操作的实际需要。

多关节型搬运机械手在设计过程中，其基础部件构成分别为基座、手臂、电机、立柱、末端执行器、后壳体、小臂俯仰电机、腰部回转电机、盖板、腕部回转液压缸[2]。在实际设计过程中，由于考虑到多关节型搬运机械手实际运作过程中，机械前三个关节承受压力过大，以此在设计过程中，将基座与大臂的齿轮组减速方式进行统一化，以传递力矩的方式有效减少前三个关节处的受力。同时，为减小机械各级构件中受到的扭矩，设计过程中在大臂后端与基座的上方位置设置了电机，以此保证机械在实际运作过程中重心的稳定。最后，考虑到多关节型搬运机械手在实际工作环境，在设计过程中需要相对的极大机械载重能力，在设计过程中保证机械各个构件的稳固连接。

1.2 多关节型搬运机械手自由度的设计

在本次多关节型搬运机械手的设计过程中，实现了多关节型搬运机械手六个自由度的变换，以此保证多关节型搬运机械手在实际运作过程中可以完成各种运动与姿态，详细设计方案如下：

（1）多关节型搬运机械手的手部夹紧动作是该机械在实际工作过程中尤为重要的功用动作，在设计自由度的过程中，机械手部通过液压驱动装置进行夹紧控制，同时，连接轴与驱动摇杆在实际运作过程中控制机械夹持器的开合动作。

（2）在多关节型搬运机械手自由度的设计过程中，对机械腕部进行回转关节设置，以此满足多关节型搬运机械手在实际工作中可以将圆柱形金属部件平稳的放置到工作台上，实现多关节型搬运机械手腕部的0°至180°的旋转。

（3）在多关节型搬运机械手自由度的设计过程中，机械小臂设置为液压缸动力驱动，以此保证机械小臂的伸缩运动正常进行，小臂最大伸缩距离为600mm，在应用过程中可以很好的满足工程生产的实际需要。

（4）在多关节型搬运机械手自由度的设计过程中，机械小臂与大臂作为多关节型搬运机械手的主要传动机构，在实际设计过程中使用旋转副链接，为保证小臂与大臂在实际工作中具有更大的活动空间，在设计过程中对小臂平面内进行±70°的俯仰设置。

（5）大臂作为多关节型搬运机械手中最为直观的机械构造，其位于多关节型搬运机械手腰部上方，由机械后壳体进行支撑。该构件在实际工作中可以实现±360°的转动，在实际工作过程中其重要性不言而喻。在进行大臂自由度的设计过程中，需要在大臂竖直平面内的±70°范围内设置俯仰，以此保证大臂可以在这个范围内进行摆动作业。

（6）在進行多关节型搬运机械手的自由度设计过程中，该机械的基座成为自由度设计过程中需要重点创新与改善的内容。基座作为多关节型搬运机械手中各个构件的支撑架，基座上的主轴在自由度的设计过程中可以实现±360°的回旋运动，以此带动机械手完成各种复杂的操作。

2 多关节型搬运机械手的控制系统设计

在进行多关节型搬运机械手的控制系统设计的过程中，控制系统的软件编程是其中的一个重要组成部分[3]。根据多关节型搬运机械手的实际操作内容，为满足该机械操作灵活的特点，机械手在软件编程过程中应分为手动与自动两个部分。

2.1 自动操作系统设计

在进行多关节型搬运机械手自动操作系统设计的过程中，首先需要对该系统进行自动方式初始状态的设置，当系统状态转移开始的时候，设置系统原点位置条件，以此保证系统安全稳定的运行情况。通过系统控制机械手进行上升操作的过程中，对系统操作进行上限为设置；在机械手进行左移的过程中，对操作系统进行左移限位的设置；在机械后进行下移的过程中，需要对操作系统进行下限位的设置；当机械进行抓取工作的时候，需要进行抓限位的设置；当机械手进行右移的时候，需要对操作系统进行右移限位的设置；当操作系统需要下降的时候，应当对操作系统进行下限位的设置。诸如此类，通过这些有效设定，可以极大地保证自动化操作系统对机械手进行有效控制。

2.2 手动操作系统设计

在进行多关节型搬运机械手手动操作系统设计的过程中，根据多关节型搬运机械手的工作内容及工作环境进行综合考虑，在进行系统手动操作设计的过程中，需要根据机械各个动作进行有效设定。以机械手进行抓取作业为例，在机械手抓取的过程中，需要考虑到机械手的驱动力情况，在操作系统中有效应用手动单步操作，以此满足机械手的驱动能力，同时通过操作系统控制可以极大地保证机械手抓取过程中的准确性；诸如此类，在系统设计的过程中，有效结合多关节型搬运机械手自身运行特点，将系统优势进行充分发挥。

3 结束语

综上所述，多关节型搬运机械手作为我国机械技术发展与科学水平进行的直观表现，该机械在实际应用于我国各个行业的生产过程中发挥出了极大的效用，为我国经济发展与生产力进行做出了极大的贡献。在多关节型搬运机械手今后的实际应用与自身发展的过程中，相关科研人员应该加大对多关节型搬运机械手的综合研究，争取在原有水平上获得更大的进步，为我国未来的科学发展提供有力保障。

参考文献

[1]吴华进，吴先祖，马进出.多关节型搬运机械手的实际应用情况[J].信息技术教，2013，12（9）：23-24.

[2]张国茹，毛剑锋，吴丽华.多关节型搬运机械手在工厂加工中的研究[J].电脑知识与技术，2012，23（7）：23-25.

[3]杨德救，毛振明，吴键，等.多关节型搬运机械手数控系统的研究[J].计算机光盘软件与应用，2012，42（17）：36-39.

作者简介：王建卫，男，江苏南通，工作单位：中天科技精密材料有限公司，职务：机械工程师，研究方向：机械设计。