該機械手的工作空間很窄，僅為700 mm,所以要求機械手結構要緊湊，外形尺寸要小，但不要小到影響機械手的抓取能力。根據該機械手的工作環(huán)境及各坐標形式的優(yōu)缺點，因此考慮采用折疊式關節(jié)型的設計方案。
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。
該機器人一共有4 個獨立的轉動關節(jié)，連同末端機械手的運動，總計需要5 個動力源。常用的驅動方式為氣壓驅動、電機驅動和液壓驅動3 種類型。基于這3 種驅動方式的優(yōu)、缺點和機器人驅動系統(tǒng)的設計要求，選用直流伺服電機驅動的方式對機器人進行驅動。
人的手臂有肩、肘、腕3 個關節(jié)，共6 個自由度。機械手的設計以模仿人的手臂為基礎，再根據實際情況，由于運載小車和爬臂機器人均可在自身所在的區(qū)域內移動和轉動，所以大臂和腕部各有一擺動自由度，而小臂有2 個自由度，即擺動和有限的轉動，且小臂可轉回到大臂的空隙，工作時可展開。最后一個自由度就是手腕的擺動。
因為被握持工件的形狀、大小、材料性能、重量和表面情況等的不同，從而機械手的手部結構也多種多樣， 手部結構是根據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。根據設計要求，采用夾持式的手部結構，它對抓取各種形狀的工件具有較強的適應性。
該設計手爪的動力由電機提供，通過將絲杠與電機相連， 利用手爪的特有結構來實現手爪的開合。本文設計出2 種機械手手爪。
腕部的作用是在臂部動作的基礎上進行調整或改變手部的方位， 從而擴大機械手的運動范圍，使得機械手變得更加靈巧，適應性更強。腕部具有獨立的自由度，要求有繞中軸的擺動運動。機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動范圍內任意位置。若改變手部姿態(tài)，可用腕部的自由度加以實現。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、左右回轉和升降運動。
臂部的結構設計必須根據機器人的運動形式、抓取質量、動作自由度、運動精度等因素來確定。同時設計時必須考慮到手臂的受力情況，油缸及導向裝置的布置、內部管路與手腕的連接形式等因素。臂部運動速度越高，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運動既不平穩(wěn)，定位精度也不高。因此，在臂部設計時除了要求結構緊湊、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介紹過，本文有4 個自由度，其中大、小臂的擺動，小臂的轉動，都是通過電機驅動來實現。 大、小臂的擺動靠擺動油缸來實現，而小臂部分利用電機軸帶動與其配合的板轉動來實現其轉動。
小臂的結構主要由2 塊板、細軸組合而成，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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本機械手的夾持對象是矩形焊縫檢測儀，所以設計的機械手手爪應適合夾持矩形且夾持可靠。應用SolidWorks 軟件對機械手的所有的零件建完模型后， 再在SolidWorks 的裝配環(huán)境下進行裝配，最終完成機械手的完整模型的裝配， 建模結果如圖6所示。
# X* W# @" C, Z5 H( N% M4 T運動仿真是生產制造前的一種檢查過程和方法，為了達到高效和有力地生產，所以運動仿真是設計制造前的重要操作環(huán)節(jié)。對產品進行運動仿真，能夠生動形象地進行產品的運動模擬，使產品的工作原理清楚地表達出來。
+ X0 C* `1 u/ P: c機械手的仿真過程，這里不再贅述。仿真后機械手實現預期的結果，機械手運動起來，達到了仿真的目的，如圖7 所示。
樂花生 發(fā)表于 2016-7-11 16:15
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