工业机器人码垛手爪的结构设计

    机器人的应用普及，提高了生产效率，而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度及降低成本具有十分重要的意义。机器人动作实现由机器人本体和末端执行器共同完成。机器人本体及相关控制已经规模化，而末端执行器由于完成任务的不同，呈现多样化的特点。

1 机器人末端执行器简介

    末端执行器也叫机器人的手部，它是安装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。包括从气动手爪之类的工业装置到弧焊和喷涂等应用的特殊工具。由于机器人的多方面应用，末端执行器通常针对某一特殊场合进行专门设计。它的设计依据工件的特定参数和工作空间的环境，同时还需要考虑自身的重量和转动惯量，以保证机器人实现的技术条件，确保机器人操作时安全可靠。机器人末端执行器大致分为以下几类：夹钳式取料手；吸附式取料手；仿生多指灵巧手。本文论述的是码头料袋码垛抓手，目的工件具有体积大、重量大的特点。

2 手爪的结构设计

    2.1 码垛手爪的设计要素

    机器人手爪设计需要考虑多方面的因素，具体如下。

    (1)手爪工作目标的重量、大小及材质

    对于不同对象的工件选择不同的手爪，如板料类工件可采用真空吸附式；对于导磁性介质可采用磁力吸盘；对于PVC料袋等采用夹钳式。

    (2)机器人机型的选择

    机器人最大负载能力和工作半径，机器人的转动惯量，机器人的价格。

    (3)手爪的经济工作方式

    采用电动、气动、液压等作为动力来源，涉及的结构及其制造、使用和维护成本不一样，利用现场环境可提供的动力能够降低制造成本。

    (4)手爪前端送料的输送带的结构

    对于料袋抓取的辊子输送带一般有国标，需要采用标准的接口，而对于皮带输送带，就要考虑怎样来实现。

    (5)机器人运动末端工件放置的空间布局。

    2.2 基于的抓手结构设计

    本例设计抓手所抓取的工件为麻袋，成型尺寸为880mm×700mm×250mm（长×宽×高），重量为80kg，输送带末端承接检测台为辊子输送带，辊子间距为80mm，现场有压缩空气提供，根据以上信息决定采用夹钳式结构。抓手主要功能为抓紧时气缸推动摆抓，抓住料袋，随后压紧气缸推动压板，将料袋压紧放置搬运过程中甩出；放料时压紧气缸松开，抓紧气缸推动摆抓，将料袋放下。