四自由度工业装夹机械手液压系统的设计与分析

　　0 引言

　　机械手是一种能模仿人手部分动作，按照预定的程序、轨迹及其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手，是典型的机电一体化产品。

　　工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。它的特点是：可以通过编程完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，在实现柔性制造、提高产品质量、代替人在恶劣环境条件下工作，发挥着重要的作用。

　　1 机械手的机械系统

　　常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可以分为以下4种：(1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手;(3)极坐标型机械手;(4)多关节型机械手。

　　1.1 机构原理

　　本处讨论的工业装夹机械手可完成的动作有夹紧工件、手臂转位、松开卸料、手臂复位等基本动作，它的三维模型如图1所示，二维示意图如图2所示。

　　该机械手可看成是一个由4个自由度构成的机构(各组成部分的定义如图2 所示)，四自由度分别为基座的旋转、立柱的升降、大臂的伸缩以及小臂的旋转。

　　整个机械手的工作循环示意图如图3 所示。

　　为了使机械手能够准确地工作，可用步进电机来驱动基座的旋转，立柱和大臂的伸缩可用液动的方式驱动，小臂的旋转则通过立柱与小臂之间连杆的伸缩来控制，而连杆的收缩可与立柱、大臂的收缩一起接入到液压回路中。

　　1.2 末端执行器的分析

　　本机械手选用了机械式夹持器分类中的圆弧平行开合型末端执行器，其手指的运动为平移或回转，可通过液压缸伸缩来带动手爪的夹紧与放松。其具体动 作为：液压缸伸出，手爪松开;液压缸缩回，手爪夹紧。手爪主体长 164.2 mm，宽 50 mm，整体厚度 15 mm。其中连杆与手腕之间有 3 mm 高的凸台作支点，如图4 所示。

　　机械手夹持机构是用来抓取工件的部件，可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作。设计该机械手的手部时采用了保持机械 手的活动部位的活动原理不变，而手的根部和手指之间使用了可拆卸的螺栓联接，也就是手爪部设计成大小、形状、材料不同的产品，以灵活适应工作要求的变化， 实现一手多用的目的。

　　2 机械手的液压系统

　　驱动机构的作用是向执行机构提供动力，是工业机械手的重要组成部分。工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的 不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液动式、气动式、电动式和机械式4 种。采用液压式方案驱动机械手，具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便、驱动力大等优点。因此，本处机械手的驱动方案选择液压驱动。