基于液壓驅(qū)動的注塑機上料機械手的設計與研究

趙鋒　鄭蘇北　高雪晴　王榮榮　劉成　劉鳳國

【摘 要】本文依據(jù)液壓機械手的組成和運作原理，以四自由度液壓機械手為例，設計了一款注塑機嵌件自動上料液壓機械手，并驗證其功能的可靠性。

【關鍵詞】四自由度；液壓控制；機械手；嵌件上料

0 引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化的快速發(fā)展，機械手因其高效和靈活的特點被廣泛的關注和應用。機械手是一種可以模仿人手和臂的某些動作功能，并按照設定的軌跡、要求和程序抓取、搬運工件或進行操作工具的自動化裝置，尤其適用于較大規(guī)模、自動化流程生產(chǎn)和一些復雜的生產(chǎn)環(huán)境中；例如高溫、粉塵、放射性強、噪音較大的生產(chǎn)環(huán)境。機械手的應用對于提高機械生產(chǎn)率，降低工人的勞動強度，保障一線工人的安全都具有重要的意義。目前機械手常用的三種驅(qū)動方式為：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電機驅(qū)動，其中液壓驅(qū)動以輸出轉(zhuǎn)矩大，動作靈敏，可實現(xiàn)無極調(diào)速，調(diào)速范圍較大的特點，多被用于運動速度較低并且扭矩要求較大的工作場合。

隨著注塑行業(yè)的發(fā)展，人們對于塑料制品的需求量越來越大，對于塑件的工藝和強度也提出了新要求。為了提高塑件的局部強度，嵌件在塑件加工中被廣泛使用。然而工廠在生產(chǎn)過程中手工安裝嵌件的居多，這中安裝方式效率低下，嚴重影響了注塑機的工作效率，降低了塑料制品的加工精度，自動上料機械手需求愈加強烈。

1 液壓機械手基本組成

本文設計了一款四自由度液壓機械手，通過液壓缸進行控制，可以實現(xiàn)手臂的升降運動、伸縮運動、旋轉(zhuǎn)運動，以及夾持部分的夾緊運動。其結(jié)構示意圖如圖 1 所示。

液壓機械手主要包括控制系統(tǒng)、傳動裝置、執(zhí)行機構、傳感器裝置等。其中，機械手的核心部分是控制系統(tǒng)，它是用以控制整個系統(tǒng)具體的運動過程。液壓驅(qū)動是執(zhí)行機構運行的傳動裝置。在機械手的組成中，最重要的是執(zhí)行機構，而執(zhí)行機構也同樣是機械手內(nèi)部的主體部分，機械手的執(zhí)行機構是其夾持部分，主要由拉簧、杠桿、手指、楔塊、杠桿支座、夾緊缸體等部分組成，其結(jié)構組成如圖 2所示。

2 液壓機械手運作原理

2.1 機械手運作原理

液壓機械手可實現(xiàn)在兩臺立式注塑機之間交替進行安裝嵌件的工作。機械手擁有四個自由度，分別為手臂的升降運動、手臂的旋轉(zhuǎn)運動、手臂的伸縮運動，以及夾持部分的夾緊運動。采用液壓驅(qū)動的控制方式，以圓柱坐標作為坐標形式，其動作原理如圖3所示。液壓機械手開始運行，首先手臂下降到嵌件上方預定位置A，張開機械手夾持裝置，機械手手臂下降到嵌件上方，夾持裝置夾緊嵌件，隨后機械手臂上升到起始位置，并順時針旋轉(zhuǎn)90°到注塑機1上方位置，手臂開始向前伸出到注塑機上方預定位置B，手臂下降到指定位置，夾持裝置松開，放置好嵌件后，手臂上升到起始高度，手臂縮回，順時針旋轉(zhuǎn)90°回到原點位置，注塑機1開始工作；其次手臂下降到嵌件上方預定位置A，張開機械手夾持裝置，機械手手臂下降到嵌件上方，夾持裝置夾緊嵌件，隨后機械手臂上升到起始位置，并逆時針旋轉(zhuǎn)90°到注塑機2上方位置，手臂開始向前伸出到注塑機上方預定位置C，手臂下降到指定位置，夾持裝置松開，放置好嵌件后，手臂上升到起始高度，手臂縮回，順時針旋轉(zhuǎn)90°回到原點位置，注塑機2開始工作，機械手第一個工作周期完成，待注塑機1完成運作，機械手開始下一周期的工作。

2.2 液壓系統(tǒng)的設計

機械手搬運物體是依靠液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的，液壓系統(tǒng)是機械手運動的主要驅(qū)動方式，是機械手運動過程的核心控制部分。主要用來完成機械手的夾緊/松開、上/下伸縮、前/后運動以及旋轉(zhuǎn)運動。機械手運動過程的液壓系統(tǒng)主要由油泵、執(zhí)行油缸、控制調(diào)節(jié)裝置、以及輔助裝置組成。此次設計中系統(tǒng)的主要參數(shù)如下表1、表2、表3所示。

2.3 液壓系統(tǒng)元件的選擇

（1）手部夾緊缸的分析計算

3 結(jié)論

本文簡要介紹了液壓機械收的組成及工作原理，設計完成一款由液壓驅(qū)動的、可實現(xiàn)兩臺注塑機嵌件上下料的四自由度機械手，并對液壓機械手的工作可靠性進行了驗證。結(jié)合數(shù)據(jù)，液壓機械手簡單可靠，穩(wěn)定性較好，可實現(xiàn)較重嵌件的安裝工作。

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[責任編輯：楊玉潔]