一种大负载搬运机械手的设计研究.pdf

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1、第24卷第2期2011年3月机电产品开崖与钏崭Df呵elopment＆InnoVationofMachin8ry＆ElectricalPr谢uctsVoI．24．NO．2Mar．．2011文章编号：1002—6673(2011)02_057-03一种大负载搬运机械手的设计研究周江涛1，杨睿2，战强2(1．北京7220信箱，北京1000r72；2．北京航空航天大学机器人研究所，北京100191)摘要：大负载搬运机械手在装备制造、工业生产等领域有广泛的应用需求。本文设计了一种新型的具有自适应抓持能力的大负载搬运机械手，对机械手的方案选型、关键部件的

2、强度校核进行了具体的分析和研究。关键词：大负载机械手；机构设计；虚拟仿真中图分类号：’IHll2文献标识码：Adoi：10．3969，j．issn．1002—6673．2011．02．022Desi班ofaRob娟cHandforTraI塔poningHeavyPayloadzHoUJ略T∞’．YANGR费，zHANQi孵(1．Be自i1197220Mai】boxB呜ing100072，Cllim；2．R_obodcsStudio，BeillallgUnivers畸，Be自i119100191，Cllir国Abst均d：InmaIlu6咖血gi

3、11dllstryalldplalltlillesheavypayload廿aIlSportingrequiresmore锄dmorerobo协加drobodcllaIlds．Thjspaperdesi昏lcdanovdrobodc11and南r铲aspinghe哪7payloadwidlchangeabledianleter'ofwllichse、，eraldeSi伊sch锄esareProposedandcom—paredandatlastdle叩timumoneischosen．The南rceaIlalysis、^琊如odoneiIlor

4、derto血ddleweakpoiIltofdlerdbodc丘nger．1畸words：hea、7payloadrobodchand；mechallismdesign；、，ircIlalsimulation0引言随着自动化技术的发展，现代的装备制造业和工业化生产中越来越多的重型部件采用机器人来实现自动化搬运。世界上首先问世的优尼美特和维沙特兰机器人就是用于搬运和上下料作业，其末端执行器即是机械手【l】。目前的机械手主要分为两大类，一类是工业夹持：器，另一类是仿生灵巧手。工业夹持器通常是指其结构随着夹持对象的形状而固定的夹持器。工业夹持器的自由

5、度较少。一般只有一个，由于其结构是随着夹持对象的形状而固定。所以这样的工业夹持器是通常我们所说的专用夹具。仿生灵巧手是60年代科学家们研制出的模拟人手功能的机械手。它的特点是机械结构与人手相似。具有多个关节、多自由度，可以夹持不同尺寸的物l体，能模仿人手有灵活多样的精细操作，如抓握拧捻：等。虽然仿生灵巧手具有解决一些复杂作业问题的能l力，但是由于结构复杂、功能要求高，因而控制系统复杂、成本高，其设计上大多是针对小载荷或者实验应用场合。这些都限制了仿生灵巧手的实际应用闭。——收稿日期：2011—01—19作者简介：周江涛(1973一)，男，高级工

6、程师。研究方向：I机电一体化工程。本文根据丁业生产中抓持和搬运不同直径的大负载棒料的任务需求。结合工业夹持器和仿生灵巧手的特点设计了一种新型的、具有抓握不同直径物体能力的大负载搬运机械手。该机械手综合了工业夹持器结构控制简单、成本低、夹持力大的特点以及仿生灵巧手夹持范围宽的特点。本文首先根据功能要求提出了多种机械手结构方案，通过对比选出最优方案。为了保证机械手结构可靠性和抓握安全性，对关键部件进行了变形和应力分析，为机械手的结构优化提供了理论基础。，1机构分析与方案选型根据设计要求，夹持搬运的对象为圆柱形钢料．直径范围画60^，120mm，重量

7、范围为40～70kg，因此为了满足要求。我们希望机械手的结构要有良好的适应性。机械手的传动方式主要有齿轮传动、腱，绳传动、连杆传动等。其中，齿轮传动的效率低、占用空间大，传动有回差；腱／绳传动结构简单、节省空间。但刚性较差，不利于控制；连杆传动可实现大力矩传动，加工制造相对简单．但传动过程中不容易实现固定传动比．给控制带来不便。驱动形式一般有直线驱动和旋转驱动，对应的有液压、气压驱动、电驱动等各有优缺点。需要57综☆考虑”。机构的自由度越’、结构越简单，则町靠性越高、越适用f快建作业。另片Ⅻ．般来说虫持器自艟抓握物体问的接触点腼数越多．州兜持越

8、可靠。车文针埘任务需求共提出了口种多点接桂方案，如图l所t。并从自山度数日、g动形式、抓性可靠性和自适应性等打m．对口种方案进行r综☆分斩。窿囱p惑(