該機(jī)械手的工作空間很窄，僅為700 mm,所以要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)要緊湊，外形尺寸要小，但不要小到影響機(jī)械手的抓取能力。根據(jù)該機(jī)械手的工作環(huán)境及各坐標(biāo)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，因此考慮采用折疊式關(guān)節(jié)型的設(shè)計方案。
其中2 處和3 處的鉸接，1 處和2 處鉸接小臂須有2 個自由度。
該機(jī)器人一共有4 個獨(dú)立的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動，總計需要5 個動力源。常用的驅(qū)動方式為氣壓驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動3 種類型。基于這3 種驅(qū)動方式的優(yōu)、缺點(diǎn)和機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求，選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動的方式對機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動。
人的手臂有肩、肘、腕3 個關(guān)節(jié)，共6 個自由度。機(jī)械手的設(shè)計以模仿人的手臂為基礎(chǔ)，再根據(jù)實(shí)際情況，由于運(yùn)載小車和爬臂機(jī)器人均可在自身所在的區(qū)域內(nèi)移動和轉(zhuǎn)動，所以大臂和腕部各有一擺動自由度，而小臂有2 個自由度，即擺動和有限的轉(zhuǎn)動，且小臂可轉(zhuǎn)回到大臂的空隙，工作時可展開。最后一個自由度就是手腕的擺動。
$ b C6 U5 d% c- `3 W2 n e因?yàn)楸晃粘止ぜ男螤睢⒋笮 ⒉牧闲阅堋⒅亓亢捅砻媲闆r等的不同，從而機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)也多種多樣， 手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而定的。常用的手部分為吸附和夾持兩大類。根據(jù)設(shè)計要求，采用夾持式的手部結(jié)構(gòu)，它對抓取各種形狀的工件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
該設(shè)計手爪的動力由電機(jī)提供，通過將絲杠與電機(jī)相連， 利用手爪的特有結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手爪的開合。本文設(shè)計出2 種機(jī)械手手爪。
腕部的作用是在臂部動作的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整或改變手部的方位， 從而擴(kuò)大機(jī)械手的運(yùn)動范圍，使得機(jī)械手變得更加靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。腕部具有獨(dú)立的自由度，要求有繞中軸的擺動運(yùn)動。機(jī)械手的工作條件是用于檢查核儲罐焊縫，在腐蝕性的場合中工作，所以對機(jī)械手的腕部材料選用耐腐蝕不銹鋼316L。
臂部的作用是把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意位置。若改變手部姿態(tài)，可用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，臂部必須具備3 個自由度才能滿足基本要求，即手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動。
臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動形式、抓取質(zhì)量、動作自由度、運(yùn)動精度等因素來確定。同時設(shè)計時必須考慮到手臂的受力情況，油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。臂部運(yùn)動速度越高，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動既不平穩(wěn)，定位精度也不高。因此，在臂部設(shè)計時除了要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕外，同時采用一定形式的緩沖措施。
自由度的分配在總體方案中已經(jīng)介紹過，本文有4 個自由度，其中大、小臂的擺動，小臂的轉(zhuǎn)動，都是通過電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)。 大、小臂的擺動靠擺動油缸來實(shí)現(xiàn)，而小臂部分利用電機(jī)軸帶動與其配合的板轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動。
$ k! x' q: L8 I& l, J" D$ j: D: D小臂的結(jié)構(gòu)主要由2 塊板、細(xì)軸組合而成，利用SolidWorks 建模后，其三維模型其三維模型如圖5 所示。
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本機(jī)械手的夾持對象是矩形焊縫檢測儀，所以設(shè)計的機(jī)械手手爪應(yīng)適合夾持矩形且夾持可靠。應(yīng)用SolidWorks 軟件對機(jī)械手的所有的零件建完模型后， 再在SolidWorks 的裝配環(huán)境下進(jìn)行裝配，最終完成機(jī)械手的完整模型的裝配， 建模結(jié)果如圖6所示。
# s5 `% a. K: b( D6 ~; W) ^運(yùn)動仿真是生產(chǎn)制造前的一種檢查過程和方法，為了達(dá)到高效和有力地生產(chǎn)，所以運(yùn)動仿真是設(shè)計制造前的重要操作環(huán)節(jié)。對產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)動仿真，能夠生動形象地進(jìn)行產(chǎn)品的運(yùn)動模擬，使產(chǎn)品的工作原理清楚地表達(dá)出來。
: x# e6 q* i( m" R機(jī)械手的仿真過程，這里不再贅述。仿真后機(jī)械手實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，機(jī)械手運(yùn)動起來，達(dá)到了仿真的目的，如圖7 所示。
樂花生 發(fā)表于 2016-7-11 16:15
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