1、双臂式搬运机械手结构设计.docx

双臂式搬运机械手结构设计摘要为实现在自动化生产线中托盘的搬运，以及在零件转运过程中的生产效率的提高，研究一种仿人双臂式搬运机械手，与输送机一起配合加工,构成自动化加工单元，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化与无人化。从设计目标出发，提出机械手的总体设计方案，进行了机械手的细化设计，选择关键机构和关键元件，最终机构在功能上既能实现托盘的自动抓取转运，又能实现同时两个不同零件的同时转运。关键词机械手；双臂；机构设计；托盘转运；自动化1引言机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置[1,2]，在现代化生产过程中，机械手被广泛的运用于自动化生产线中，机器人的研制和生产已成为高技术领域内，本设计能够应用到加工工厂车间，满足加工机床的自动上下料、定位和堆垛的要求[3-6]，从而实现企业加工全自动化，节约加工辅助时间，提高企业生产效率和经济效益[7-10]。而双臂机械手的应用，更能够使企业的生产效率提高，它不仅能够完成托盘的搬运，而且能够同时完成两个零件的转运工作，使生产效率提高一倍。2机械手的总体设计方案整个机械手分几个部分，底座、主支架、前臂、后臂、手腕、手指，其中一个支架支起两个手臂构成一个整体，同时工作。2.1设计指标（1）抓重：7.5kg（75N）。（2）自由度：5个。（3）标形式：球坐标。（4）手指夹持范围：托板挂环，直径Ф80～Ф120mm截面直径：Ф10～20mm。（5）定位方式：电位器设定，点位控制。（6）驱动方式：电机驱动。（7）定位精度：±3mm。（8）控制方式：可编程控制。2.2机械手的总体布局为了适应托盘的抓取，机械手采用双臂式，抓去的方式。臂全长：1120，支柱高度：1055。采用电机驱动，节约了气泵以及液压缸的成本。共九个电机，中间大电机控制机械手的旋转，侧面六个电机控制前后臂的旋转，完成抓取时候手臂的定位，手部两个电机控制手指的闭合。双臂分开各自驱动。如图1所示。1-机身2-底座电机3-调心滚子轴承4-主支架5-紧固螺母6-副支架7肩部关节8-后臂9-两臂关节10-前臂11手腕关节12-手腕13-手指图1机械手整体布局图机械手工作之前，先根据托盘的大小调节两臂之间的距离，主支架和副支架通过螺纹连接，旋转副支架即可调整两臂之间的宽度，然后用紧固螺母锁死。这样的设计可适应各种大小的托盘。两臂之间的宽度调节范围：940～1240。3机械手的细节设计双臂机械手拥有多处细节上的优化设计，使之能够更好的完成其工作。3.1两臂关节在前臂和后臂连接处，有一个伺服电机控制旋转，由一个连接架连接。连接架的一端和前臂用螺栓固定，另一端和后臂上的轴承连接，构成一个旋转付，同时和电机通过键连接，完成两臂之间的相对旋转。为了使此处关节有更大的转角，两臂在连接处都设计为圆弧状，使之有170o以上的旋转角度。由于两臂等长更能满足机械手的运动条件，加之考虑成本因素，故前臂和后臂采用同一个零件，其形状如图二图2手臂手腕处关节结构与两臂关节大致相同，但是由于手腕的体积更小，所以手腕处关节的可旋转角度更大，能够达到200o以上。3.2手指的设计每个手臂的末端有两个手指，采用不接触式啮合方式，在手指啮合的时候，两个手指本身是不接触的，只是形成一个环，用来抓取托盘上的挂钩。手指的具体形状如图三。图3手指手指下面孔套在齿轮轴上，通过顶丝和齿轮轴固定。每个手指有两个指尖，两个指尖之间形成一个间隙，为了降低生产成本，两个手指是完全一样的，但是在安装的过程中两个手指在齿轮轴上的位置是相反的，这就使得两个手指在啮合的时候，指尖插在另一个手指指尖的间隙中。这就是不接触的手指啮合。由于这种结构的应用，减少了本应该有的手指间的压力传感器，大大降低了机械手的成本。3.3手指的控制机构由图一可以看出，手指的控制机构比较简单，由四个相互啮合的齿轮轴构成。所有的齿轮安装在腕部，每个齿轮轴与腕部有轴承连接。四个齿轮轴互相啮合，其中一个由电机带动，可以实现两个手指同时的异向运动。两手指之间有弹簧片，在电机运转过程中给予一定的阻力。也正是手指的不接触式啮合的设计，使得这种成本较低的刚性连接机构可以完成手指应具有的功能。这种设计既简单有非常实用。3.4机身的固定机身本身是不能运动的，只能固定在地面上。机身的固定是通过底座和地面之间的地脚螺栓完成的，底座上面预留了沉头孔，可以连接M20的螺栓。底座如图四。图4底座机身和底座直接焊接在一起，使之成为一个整体。3.5机械手轻化设计如果整个机械手过于笨重，不仅对其制造、运输造成很大困难，也会增加电机的负担，所以，对机械手进行轻化设计[12,13]。主要采取措施有：（1）机身采用空心柱，与底座直接焊接成一个整体。外径Ф250，内径Ф150.（2）副支架采用空心，与主支架通过螺纹连接。外径M80，内径Ф50。（3）前后臂都采用