液压驱动机械手抓取

液压驱动机械手抓取

赵彦超

长春大学 吉林省长春市

摘要：在本次设计的过程中，主要是利用机械手来主动配合机床上的相关用途，并且采用液压驱动的方式来进行，其中主要包括四个自由度，并且可以实现抓送各项物料和完成动作的，而其中所使用的手法，就是采用滑槽钢干驱动的二指挥转型，利用手腕和手臂的功能来进行转换，并且在整个实现机械手的过程当中，一定要遵循其所存在的自动性的特征，并且按照各项参数来进行准确的计算，本文的研究过程当中，通过建造相关的模型，对此，理论有了一定的了解，并且进行分析和探讨。

关键词：液压机械手；液压式；结构设计；三维建模

一、总体方案确定

（一）结构方案选型和分析

方案一：关节式机械手上下料

在对于机械手的整体设计上，普遍采用关节型的设计方法，就如下图所示，整体关节型的机器人具有着非常灵活的特点。

图1关节型上下料方案图

1.底座2.底座减速器3.电机4.立柱5.电机6.电机7.旋转关节8减速器9大臂10小臂11旋转手部12手爪

方案二：坐标系上下料机械手

上下料机械手主要利用电机马达、传动部件进行传动，完成了一系列的柱状部件打包动作。主要是输送柱状的零部件需要完成整个生产。主要是利用直角坐标完成了输送动作。下面是这次的机器人的基本方案，如图2。坐标系上下料价格低，方便控制。

图2坐标系机械手方案图

方案分析：

所设计的机械手，需将工件从一个放置转移到另一个加工的位置，采用液压驱动，实现机身回转、手臂的水平直线运动和上下直线运动等4个自由度。因为第2种方案转向灵活，并且传动误差小，所以，设计方案采用了方案2。

（二）本次结构方案确定

在底部设计的过程当中，我们主要使用了机械手或相关的柔性制造单元来进行有效的结合，从而能够改变在机械手进行手工操作时所出现的问题，能够使得生产更加的自动化和机械化，可以提高一定的生产效率，并且运用plc来进行及时的控制，能够实现对应的生产功能，使得整个操作的过程中更加便利。

就本次设计的要求，主要是能够在plc的整体控制之下，能够再编写对应的程序之后，可以使得物料来进行传输，并且主要通过机械手来进行运送，其中主要存在的动作顺序就是机械师位与立柱下限位的，并且手臂之后的县委也要等待运送带来进行传送各项物料，并且触发开关时，机械手也会随之开始工作。

据悉，设计中所涉及的要求将细分为四维度，而且在分配的位置上也比较固定，虚虚实实瘦手臂上升和手臂伸缩，以及手臂旋转的动作，所以在选用机械手是我们采用固定的坐标式的形式，而坐标式的机器人往往具备以下几种类型，也就是直角坐标型和圆柱坐标线以及多关节型等，并且在圆柱坐标型中，也是在目前的工业中利用最广泛的一种类型，在使用的过程中比较简单的工作范围方面比较大，所以在整体考虑时也会通过使用这一类模型来进行投入到实践过程当中

（1）机械手部：

守护在与工件进行接触时，主要是安装在机械手的末端的，并且主要的结构具有夹持型和吸附型等各种类型，在权力结构上，主要通过手指来完成相应的动作，主要的传力机构包括各种不同的类型，其中有连钎钢钎式和滑槽杠杆式等各种类型，这些手部的手指形式是多样的，但是在结构方面普遍也爱着类型的是最多的，所以在进行使用时也会使用更加通用的方式来进行整体的机械手部的机械手部的机械手部的运动过程。

（2）机械手腕:

在一定程度上来讲，手腕式能够实现与手部进行连接的主要部分，并且手腕的用途也是能够了解手部相对空间方位的描述，能够使得机械手在进行描述时更加的灵活和适应，比如说我们可以再进行回转和左右运动时来进行发现机械手腕的作用。

（3）机械手臂:

手臂的部件也是支撑腕部和手部各项的夹持部位，并且要通过这些部位来进行各项运动，在进行手部各项运动时，也需要使用一些常用的驱动机构和各种传动机构来进行，在整体的工作当中，也会受到各种运动的影响，从而使得机械手臂在进行运作时受力比较复杂。

（4）机械手机身:

机械的机身能够给机械的整体提供一定的支撑作用，并且主要的作用是能够使得各个位置都能够得到有效的安装。

二、驱动方案确定

在进行驱动方案设计时，我们可以了解，这是在机器手世界过程中的一个重要部分，并且我们可以根据动力所提供的不同，将其分为气动液压，电动以及机械传动等，而这些都可以用不同的物质来进行组织，来进行实际的实验过程当中，机械手的设计应该采用液压驱动的方式，其中所存的主要特点就是结构行业比较解答，并且可以很方便的去进行维修，速度反应方面也比较快，能够具有很高的精度和准确度，因此，在进行驱动方案确定，往往采用这种形式来进行指定。

三、机械手主体设计方案制定

本次机械手采用四轴结构设计，主要是两个旋转关节和一个垂直上下自由度，一个前后自由度，本次机械手采取液压驱动，关节采用液压马达和液压缸。驱动机构是机械手重要的组成部分之一，根据动力提供的不同大概可以分为气动、液压、电动及机械传动。液压驱动通常由油马达、伺服阀、油箱油泵等组成。它利用摆动油缸、油马达与齿轮齿条或链轮链条等实现回转运动，利用油缸和齿轮齿条实现直线运动根据设计参数的特点，机械手设计选用液压驱动的方式，其特点是结构简单，易于维修、速度反应快、控制简单、传递力矩大、控制精度高等。

四、机身的设计方案制定

根据设计参数可知，机身设计与手臂设计关联性，确定选用活塞油缸结构能使机械手完成直线运动。而手臂升降运动则由安装于机身上的花键轴套导向升降结构来实现。它的特点是具有刚度大、活塞杆的直径大及传动平稳。

当升降缸上下运动时，上下两腔通液压油，同时活塞杆做升降运动，而花键轴套与花键轴进行导向作用。

实现手臂回转运动的机构繁多，常用的有：齿轮传动机构、连杆机构、链轮式传动机构、叶片式回转缸等。本设计取叶片回转缸使手臂回转运动，而回转缸位于升降缸上，则靠手臂部件与回转缸上端盖连接，回转缸动片则与缸体连接，由缸体带动手臂实现回转运动。

参考文献：

[1]谢祥洲,陈小兵,张潞.冗余液压机械手双伺服阀驱动控制仿真研究[J].中国工程机械学报,2022,20(03):211-215.

[2]亓佳慧. 液压驱动机械手设计及其控制研究[D].哈尔滨工业大学,2022.

[3]王亚茹,王雪丽.采用混合算法优化的液压驱动机械手PID控制仿真研究[J].中国工程机械学报,2019,17(02):102-106.