液压式机械手的自动化与智能化应用

2020-10-21喻远洋杨加豪荣家明胡砚顺

湖北农机化 2020年16期

喻远洋彭亮杨加豪荣家明胡砚顺

(湖南文理学院机械工程学院，湖南常德 415000)

1 研究背景及意义

现代工业生产的自动化程度不断提高，逐步与智能化和计算机网络化管理相结合，机器人有2种，分别是工业机器人和特种机器人，它们在生产中起到的作用不一样。特种机器人不仅可以处理易燃易爆的物品，而且还可以充当很多军事侦察兵的角色，从而保护了人类，避免人类自身生命安全受到威胁。另一方面工业机器人不仅可以代替人工进行高强度作业，而且还能够提高生产效率，降低人在工作时的风险。而机械手工作的关键部分是液压系统。

2 目前国内外的研究现状

国内机械手目前在工业工程的生产和制造中出现很多，尤其是工业机械设备，家用电器、汽车行业、高分子材料以及有色金属和无色金属的加工等工业。目前，我国的特种机器人公司科沃斯机器人，旨在研发扫地机器人、全息交流机器人这一服务类机器人，必将向着多元化方向发展。

国外机械手的发展趋势是要大力发展机械手的高智能化以及高自动化。它装有各种类型的传感器，所以它们有像人类一样的感知事物能力，并且通过传感器来感知外面的一些信息，观察外面的环境，反映到计算机网络，再根据计算机程序给出的指令做出一些变化。

3 机械手总体方案的设计

工业机械手可以自动调节、运行等，并且可以根据一定的程序、轨迹以及要求模仿我们的双手，代替人类抓取、搬运、卸下甚至其它更复杂的有关活动。科学时代一直都在进步，工业机械手可以单独根据我们设定的程序自动往复工作，一直满足我们的生产要求才停止。关于这次次设计内容及要求，本次机械手设计必须要具有取卸物料、传输物料等一系列功能。

机械手应用夹钳式抓取机构，送放机构包括手臂、手腕、回转台以及液压缸等设备。它的运动方式为球坐标式机械手，并且含有5个自由度。手腕可以抓拿物体以及进行回转转动，指型结构以平面的形式存在，液压缸将活塞推动，活塞拉动杠杆夹紧其它工件。工业机械手夹持机构是机械手的关键部分之一，可以直接抓取工件或工具，根据我们规定的程序进行工作。工业机械手的夹持结构由于抓取工件的外形、尺寸、材料组成、质量等而种类繁多。通常来讲，按照夹持工件的原理，机械手抓取机构可分为吸附和夹持。夹钳式抓取机构包括驱动机构、传动机构以及手指。夹持式抓取机构能适应更多的情形，可以对轴、盘或其它非标转零件进行抓取。它的驱动机构由传动机构来供给动力(动力源分为液压、气压和电动等)，传动机构是由齿轮齿条、连杆机构、涡轮蜗杆等来完成手指紧握或者松开。平移型抓取机构平移手指来夹取平板类、方块类以及圆柱类物料。并且在夹取直径不相同的圆柱棒料时不会使中心轴线发生偏移。然而此类抓取机构构件比较复杂、精度必须高。而回转型抓取机构的张开闭合由手指枢轴支点的回旋转动来完成一系列操作。单支点回转型枢轴只有一个支点，双支点回转型枢轴有2个支点。两者相比较而言，回转型抓取机构结构更加简约、形状更加精巧，不足的是抓取不同的构件会出现定位误差。

按照设计要求以及机械手手部结构设计，该机械手夹持机构已经确定为夹钳式双支点回转型机械手。

销轴将机械手腕部和手臂相连并固定位置，用螺母锁死一端。然后铰链将腕部与液压伸缩缸活塞杆相连，伸缩缸活塞做直线运动的时候腕部也能绕着回转销轴开始转动。机械手腕部的回转动作依靠回转油缸操控。

机械手手臂能相对机身开始发生回转运动，能够绕过障碍夹送工件。机械手俯仰运动由直动式液压缸驱动，具有工作可靠、结构简单、性能稳定等优点。机身回转工作台由电动机驱动齿轮机构进行传动，并且利用挡块限制构件的相对运动，起到定位作用，定位误差大于0.5mm、小于1mm。在常用的传动机构中，齿轮传动的传动效率高、传动比准确；此外在满足使用功能、强度等条件下，齿轮传动能够满足机构紧凑要求。而且，设计制造正确合理、齿轮工作可靠程度以及使用寿命更是其它机械传动所不能比拟的。

图1 液压机械手的三维图

4 工业机械手的液压系统的工作原理

本设计的机械手液压系统具有执行、辅助、控制、动力元件和液压油等元件。控制元件可以将时间进行操控以及液压系统运动速度。为使机械手臂更加灵活，第一液压传动必须合理，第二添加电气联动控制来提高它的一些操控能力，第三设置手动的方式在特殊情况下随开随关的系统。在电气控制的过程中，该液压系统分为连续，单周期等一系列的工作。如下图2液压原理简图。