基于液壓驅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

隨著工業生產自動化的快速發展，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，尤其適用于較大規模、自動化流程生產和一些復雜的生產環境中；例如高溫、粉塵、放射性強、噪音較大的生產環境。機械手的應用對于提高機械生產率，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動方式為：液壓驅動、氣壓驅動、電機驅動，其中液壓驅動以輸出轉矩大，動作靈敏，可實現無極調速，調速范圍較大的特點，多被用于運動速度較低并且扭矩要求較大的工作場合。

隨著注塑行業的發展，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，可以實現手臂的升降運動、伸縮運動、旋轉運動，以及夾持部分的夾緊運動。其結構示意圖如圖 1 所示。

液壓機械手主要包括控制系統、傳動裝置、執行機構、傳感器裝置等。其中，機械手的核心部分是控制系統，它是用以控制整個系統具體的運動過程。液壓驅動是執行機構運行的傳動裝置。在機械手的組成中，最重要的是執行機構，而執行機構也同樣是機械手內部的主體部分，機械手的執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 液壓系統的設計

機械手搬運物體是依靠液壓系統實現的，液壓系統是機械手運動的主要驅動方式，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/后運動以及旋轉運動。機械手運動過程的液壓系統主要由油泵、執行油缸、控制調節裝置、以及輔助裝置組成。此次設計中系統的主要參數如下表1、表2、表3所示。

2.3 液壓系統元件的選擇

（1）手部夾緊缸的分析計算

3 結論

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動的、可實現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。結合數據，液壓機械手簡單可靠，穩定性較好，可實現較重嵌件的安裝工作。

【參考文獻】

[1]袁川來，胡燦，楊劍波.基于液壓驅動的數控機床上下料機械手的設計與研究[J].湖南工業大學學報，2014，03：20-23+70.

[2]曾祥福，張毅，張夢旖.上下料機械手的液壓系統設計[J].山東工業技術，2015， 18：289.

[3]耿躍峰，夏政偉.四自由度搬運機械手液壓系統設計[J].液壓與氣動，2012，02：42-44.

[4]郭洪武.淺析機械手的應用與發展趨勢[J].中國西部科技，2012，10：3+12.

[5]陳洪軍.液壓式四自由度機械手[C]//中共沈陽市委、沈陽市人民政府.第十二屆沈陽科學學術年會論文集（理工農醫）.2015：3.

[6]韓夢丹，鄒曉宇.淺談機械手及其應用與發展前景[J].企業技術開發，2012，02：79-80.

[責任編輯：楊玉潔]