基于楔形塊夾取機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計

許 穎 劉華華 雷 波

(湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 宜昌 443000)

1夾取機械手的基本要求及驅(qū)動系統(tǒng)選擇

夾取機械手設(shè)計的基本要求為：(1)工件夾取的過程中要保證適當(dāng)?shù)膴A緊力；(2)手指應(yīng)具有工作所需的開閉范圍；(3)要能夠提高工件夾取的效率；(4)要求結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低；(5)要實現(xiàn)夾取非標(biāo)工件的特殊要求。

夾取機械手的驅(qū)動系統(tǒng)選擇是設(shè)計中非常重要的一個環(huán)節(jié)。目前使用較多的驅(qū)動系統(tǒng)主要有液壓、氣壓和電動3大類，也可以按照需要將這3種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。

液壓驅(qū)動的機械手技術(shù)比較成熟，在這幾種驅(qū)動系統(tǒng)中具有最高的承載力，動力也是比較大的，由于自身重量相對較大，整體結(jié)構(gòu)的剛性和強度也是比較好的，在工作中容易實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點，但也是因為這些優(yōu)勢，使液壓驅(qū)動機械手的制造成本比較高。氣壓驅(qū)動的機械手則是這幾種驅(qū)動系統(tǒng)中最為靈活的，它的工作速度比較快，整體結(jié)構(gòu)也比較簡單，由于自身重量比較輕，所以在維修和保護方面比較方便快捷，它的制造成本不是很高，價格也較低，但也正是因為它的這些特點，使氣動驅(qū)動機械手的負載能力比較差，佩服控制也不太好實現(xiàn)。電動驅(qū)動的機械手是工作范圍和使用比較多的一種機械手，因為它的慣性低，而且使用的條件比較簡單，所以這種驅(qū)動機械手容易在大范圍內(nèi)發(fā)生作用。

該夾取機械手的驅(qū)動系統(tǒng)在選擇時要考慮到以下幾個方面：(1)要快速、準確地夾取產(chǎn)品；(2)具有工作需要的承載能力、足夠的工作空間以及在任意位置都能自動定位等特性。根據(jù)夾取機械手設(shè)計時的基本要求和驅(qū)動系統(tǒng)的選擇因素，結(jié)合本次設(shè)計中所針對的夾取工件屬于輕載荷的特點，故選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。

2機械手抓取對象及現(xiàn)存問題

該機械手的研究對象為非標(biāo)產(chǎn)品的夾取，執(zhí)行動作為抓緊—放松，產(chǎn)品較輕，故采用氣壓傳動提供動力。產(chǎn)品的直徑在15～80 mm間變化，即當(dāng)抓取80 mm工件時，手指從張開120 mm減小到80 mm，楔塊向前移動大約40 mm，同時要保證足夠的夾緊力。非標(biāo)產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)設(shè)備中，工件的夾取廣泛運用夾取機械手進行輔助操作，在對此類夾取機械手進行結(jié)構(gòu)設(shè)計探討的過程中，我們主要研究了2種不同的結(jié)構(gòu)：

第一種結(jié)構(gòu)中機械手的2個手指分別由2個氣缸來驅(qū)動，但這種夾取機械手有可能存在2個氣缸在工作過程中出現(xiàn)動作不一致的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致機械手中2個手指的伸縮不同步，致使在夾取工件時容易對工件產(chǎn)生沖擊，進而可能造成工件某種程度的損壞。

第二種機械手結(jié)構(gòu)中的2個手指均采用鉸接的方式進行連接，并對2手指進行交叉布置，利用連桿機構(gòu)驅(qū)動手指的運動，連桿機構(gòu)則依靠氣缸直接驅(qū)動，這種結(jié)構(gòu)可以避免機械手中手指的不同步，但是這種結(jié)構(gòu)的機械手相對復(fù)雜，需要較大的安裝空間，致使成本比較高。

3基于楔形塊夾取機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

為解決上述問題并滿足使用要求，如圖1所示，基于楔形塊夾取機械手的結(jié)構(gòu)主要是通過鉸接螺桿將機械手的夾取手指進行對稱布置，夾取手指的夾取工作部分的端面被加工為弧形，在夾取工件時，具有弧形端面的2個夾取手指相互配合，可以適合多種不同形狀的產(chǎn)品。氣缸的活塞桿末端直接連接楔形塊用以驅(qū)動夾取手指轉(zhuǎn)動，2根夾取手指之間的布置設(shè)計為對稱安裝，且用彈簧進行連接。

因為夾取手指的夾取端工作面上加工有弧形槽，可以用于和工件相配合，再加上2根手指之間利用的彈簧連接，特別方便不規(guī)則零件的夾取穩(wěn)定。而楔形塊采用的等腰梯形結(jié)構(gòu)，用楔形塊分別驅(qū)動對稱布置的2個夾取手指，由于等腰梯形斜邊的作用，能夠很好地保證2個手指夾取工件時的同步。為了進一步保證夾取工件過程中的安全，在夾取手指的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)計了定位槽，可以更好地限定工作過程中2手指之間彈簧的位置。

4基于楔形塊夾取機械手的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

如圖2所示，基于楔形塊的夾取機械手結(jié)構(gòu)包括氣缸、手指安裝座、活塞桿、定位銷、緊定螺栓、手指鉸接板、手指鉸接螺栓、夾取手指、楔形塊、彈簧等。氣缸安裝在手指安裝座的側(cè)端面，活塞桿末端穿過手指安裝座與楔形塊相連，手指安裝座上布置有對稱的凸臺，凸臺用以限定楔形塊的工作位置，凸臺的頂部利用定位銷和緊定螺栓安裝固定頂蓋，機械手的夾取手指通過手指鉸接螺栓固定在手指鉸接板上，夾取手指與楔形塊配合的部分被加工成圓弧面，與楔形塊等腰梯形的斜面相切，當(dāng)氣缸活塞桿推動楔形塊時，勻速同步地推動2個夾取手指的開合，借助2個夾取手指之間弧形端面和彈簧提供足夠的夾緊力夾取產(chǎn)品。夾取手指的內(nèi)側(cè)壁上加工有定位槽，用以限定彈簧的工作位置。

該楔形塊夾取機械手在夾取工件時，首先利用氣缸推動活塞桿，使活塞桿伸出時驅(qū)動楔形塊，然后由楔形塊的2個斜面推動與之相切的夾取手指的圓弧面，使2個夾取手指繞著手指鉸接螺栓轉(zhuǎn)動，勻速同步張開，當(dāng)2個夾取手指的弧形端面與所需夾取工件固定后，氣缸帶動活塞桿使楔形塊后退，同時借助2個夾取手指間的彈簧夾緊產(chǎn)品。

5結(jié)語

基于楔形塊的夾取機械手適用于非標(biāo)產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且無需較大的安裝空間，節(jié)約成本。利用該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了2個夾取手指的對稱布置，確保2個夾取手指在工作過程中的同步開合，進而保護了夾取的產(chǎn)品，也保證了夾取精度。