机器人送料机械手设计

机器人送料机械手设计

杨玖华 郝绘坤 【 通讯作者】

山东协和学院 山东济南 250107

摘要：在现代化工业领域中，随着制造业的快速发展，工业化程度的提高，传统的生产线已经渐渐满足不了工业化的发展需求。各大企业都已逐步开始研究采用自动送料装置来代替人工，以达到满足高标准的生产需求。自动送料机械手的出现，极好的解决了人工成本和资源财力的浪费，同时还具有高效率和安全可靠等特点。在此设计一款适用于冲压线上的自动送料机械手，以提高自动化程度为目标，实现无人工参与的快速送料装置。根据实际情况来确定送料机械手的方案，提出整个送料机械装置的设计方案，确定驱动装置和执行装置并对重要部件进行科学可靠的选取分析，来保证机械结构的合理性，提高送料机械手的移送工件的速度和减少能耗，以达到冲压线上自动送料装置的需求。

关键词：冲压生产线 送料机械手 驱动机构 执行机构

引言

随着人工成本的提高，冲压工序的复杂化，工件加工工艺要求的严格精细化，受大环境影响，机器换人的政策在工业行业有序进行。自动化送料机械手成为替代人工送料与机器结合的一种高效设备，实现同一水平高度自动短距离移送工件连续生产。针对工业现状所需，本文设计一款多工位送料机械手。对送料机械手主要做张紧运动结构设计、升降运动结构设计、移动回复结构设计、关键部位机械臂和爪手的选取分析。结构清晰明了，保证机械结构的合理性，从而提高机械手移送工件的速度，减少能源消耗，提高生产效率和自动化程度。

1 机器人送料机械手设计概述

针对工业生产行业出现的问题本文设计了一款自动化送料机械手。它主要由张紧运动机构、升降运动机构、移动回复运动机构、关键部位机械臂和爪手选取组成；它具有生产效率高，自动化程度高的优点；它可以有效的代替人工来进行高危高风险作业，在保证生产加工工件精度标准化的前提下，极大的提高了生产效率，大大的节省人力成本。

2 机器人送料机械手整体设计

送料机械手在夹取工件时主要的运转动作有张紧运动、升降运动、移动运动、回复运动等。结合送料机机械手运动的步骤在结构设计合理的前提下设计出的送料机械手应包含张紧运动机构分析、升降运动机构分析、移动回复运动机构分析以及关键部位机械臂爪手的选取。

3 送料机械手主要机构设计及工作原理

3.1 张紧运动机构设计

夹紧张开运动机构是送料机械手的两个手臂依靠一组伺服电机，来实现相向或者背向的活动，用以抓取工件和放置工件。最终确定采用滚珠丝杠传动，保证手臂的同步性，丝杠要求经过特殊加工为左右旋两段连接形式，实现在这个夹紧和张开的同步性，以满足工业需求的可靠性，张紧运动结构设计如图1所示。

图1 张紧运动结构示意图

3.2 升降运动机构设计

升降运动机构驱动模块由一个驱动器驱动、一组伺服电机、同步带、张紧轮、轴承端坐、滚珠丝杆、丝杆螺母、固定底板、接近开关等组成。两伺服电机分别通过同步带进行减速，连接所述滚珠丝杆，两竖直方向直线滑轨保证z方向垂直升降，丝杆螺母固定在下部上顶滑轨固定底板，Y方向水平放置直线滑轨辅助实现夹张动作，一组滑块 支撑螺母直线轴承固定座，上部导轨固定板连接机械臂，接近开关保证z方向的零点位置及限位。从而使机械手实现提升-下降的运动。

图2 升降运动结构示意图

3.3 移动回复机构设计

移动回复机构运动是抓取工件后移动到放置处的过程。X方向的驱动模块由伺服电机、同步带、高精度滚珠丝杆、丝杆螺母、固定板、接近开关等组成，x轴的伺服电机通过同步带减速连接滚珠丝杆，再通过丝杆螺母驱动前后移动滑轨固定板，地板、短柱与机械手臂相固定实现循环送料机械手的移送动作，机械手由此沿着滑轨进行移送-回复运动。

图3 移动回复结构示意图

3.4 关键部位机械臂与爪手的设计

末端机械臂安装的机械手爪，通过手爪直接和零件接触，实现夹取移送工件的动作，为了保证夹手能够在夹取工件过程不至于夹的过紧或者太松，在设计时留有1-2mm余量，确定选用翻转手爪实现翻转。

图4 机械臂与爪手

4 结语

本文设计的机器人自动送料机械手通过对整体型的细节的完成机械手的设计方案，通过分析内外环境，来完成了机械手的整体设计，又对移送、夹取、升降、机械手爪进行设计，并通过部分数据计算，保证其实施可能性。然而该机械手臂可能依旧存有不足之处。比如在工件抓取过程中松紧度的问题，可能会影响工作效率问题。在此基础上，我会对此继续进行数据分析，对机械手进行优化。本文为该机械手的研发和实用奠定了理论概念基础，我将不断完善和更新设计，更好的发挥当下自动化机械手臂的作用。

参考文献

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