取放料液压机械手的结构设计

取放料液压机械手的结构设计

刘景波1  通信作者：朱英1

1.山东协和学院 工学院，山东 济南 250109 2.山东协和学院 工学院，山东 济南 250109

摘  要

针对我国机械行业的发展现状和存在的问题，以及市场对传统液压机械手的需求和理想发展方向，我们需要对其进行改进，以解决传统机械收的低效率、低精度、低可靠性和昂贵的价格等问题。液压机械手所采用的主要介质为液体，借助液体的压力来实现驱动执行机构运动的目标。因此，本文将从该装置设计原理入手，结合相关理论分析其具体应用效果，从而进一步推动液压技术在机械设备中的广泛应用。相较于其他介质，采用液体作为主要介质的独特之处在于其能够实现自动过载保护和自动化控制，从而实现循环工作的高效运行；其次，液压传动控制具备简单易用、方便省力等优点，可为用户提供高效的控制调节体验；采用此种传动方式，可实现无间隙的传动效果，同时提升操作的平稳性。

关键词：液压机械手传动结构设计

1  绪论

1.1  研究背景与意义

目前，机械手已广泛应用于金属加工、码垛搬运、分拣归类等领域，甚至随着互联网技术的不断发展，高精度机械手也能够远程控制某些手术操作。机械手已经成为了自动化设备不可或缺的组成部分，并被广泛应用于各行各业中，尤其是工业生产领域当中。尽管机械手在生产和搬运过程中具备高精度、高效率和高质量等诸多优点，但其亦存在一些缺陷。其中最突出的缺点就是无法实现自动化操作。明显的短板在于其适用范围较为有限，缺乏自主决策的能力，同时其固定的定位点、简单的动作和相对固定的操作程序也是其短板所在。另外，由于机械手自身结构原因，使得它无法像机器人一样进行大尺寸工件的抓取作业，这就导致了机械手不能适应复杂的工作环境。因此，在执行大规模的生产和搬运任务时，机械手必须建立一条完整的生产流水线，以充分发挥其优势。随着科技的进步以及机器人技术的发展，越来越多的工业企业开始使用智能机械手来完成这些工作。然而，随之而来的是昂贵的生产费用。

为了解决传统机械手在取放料应用场景中存在的低效率、低精度、低可靠性和昂贵价格等问题，本文将从液压传动方面入手，对其进行改良，以实现更高效、更可靠的运行，减少机械内部零件的损耗，降低维修成本，同时利用液压油降低工作余热，提高机械手的工作效率和能耗比。

实践证明，液压机械手的运用可以显著减轻工人的体力劳动负担，改善工作环境，提高劳动生产率和自动化水平。目前国外已普遍应用于各种生产行业中去。因此，取代了需要进行繁重人工劳动的情况。目前，机械手已经广泛用于机械制造、汽车制造等行业，成为现代化生产必不可少的设备。在工业生产中，常常需要应对笨重的操作和长时间的单调操作，而采用机械臂则能够高效地替代人力。由于机械手臂是通过控制驱动装置来完成各种动作，因此其可靠性非常重要。此外，机械手的应用范围不仅限于极端温度、深水、放射性强及其他有毒污染的环境，还可实现远程管理操作并提升安全性。因此，设计出一种安全可靠且具有一定通用性的机械手是非常必要的。，降低对劳动者身体的危害。本文主要介绍了取放料液压机器人的结构特点以及国内外研究进展，并对今后的发展趋势进行展望。未来，液压机械手的取放料研究将为工业自动化和智能制造领域的企业和研究机构提供重要的借鉴和启示。这些机械手将被用于工厂现场的搬运作业以及其他各种复杂任务中。这些措施将促进工业生产效率的提升，降低生产成本，提高产品品质，同时增强企业竞争力，推动整个行业快速发展。

2 论文的主要研究内容

工业机械手的结构设计方面一般由四部分组成：机械臂手部柔性抓取设计、腕部转动设计、臂部伸缩升降运动设计、液压传动及控制系统设计，本文的研究主要对象是取放料液压机械手的结构设计部分，根据设计任务书的要求，研究内容有以下几部分：

1.大量查阅有关工业机械手特别是取放料液压传动控制机械手的相关书籍，了解并掌握机械臂的设计方法；

2.熟知取放料液压机械手工作程序，明确液压机械手设计需求；

3.分析需求，用对比方案法，在确定机械臂工作原理的基础上，最终确定取放料液压机械手的总体方案；

4. 取放料液压机械手的外部结构设计主要包括手部、腕部和臂部的结构设计；

5. 取放料液压机械手液压控制及传动部分设计。

3 总体方案设计

液压机械手是一种运用液压传动实现机械臂和手部运动的装置，广泛应用于工业生产中的装运、搬运和焊接等领域。由于它具有操作灵活、移动方便以及能够完成复杂的动作等优点，所以被广泛地用于各种生产领域。液压机械手的整体构造设计涵盖了多个方面，其中包括机械手的构造类型。机械手采用何种形式的结构，取决于其用途、性能要求及所需功率大小。根据机械手的运动方式和工作范围的不同，可选用多种结构类型，包括但不限于伸缩式、回转式、平面式、空间式等，以满足其多样化的需求。本文采用了伸缩式的形式来对液压机械手的整体设计方案进行分析研究。为了实现水平和垂直方向的运动，

本设计采用了一种伸缩式回转式结构，该结构由一个伸缩臂和一个回转臂组成，以实现机械手的运动。本文重点介绍了机械结构的设计方案。机械臂所施加的力量以及其定位的准确性。本文采用有限元分析法对其进行分析计算，得到了在各种工况下的应力分布情况以及最大变形量，并与理论计算结果进行比较。通过对机械手的负载能力和工作要求进行分析，可以明确机械手的臂力以及其定位的精度。本文主要对机械手臂进行受力分析及结构设计。机械臂所采用的动力传递方式是通过电机带动机械系统实现手臂的上下动作。

根据机械手的运动特性和控制方式，可选用多种不同的传动方式，包括但不限于液压传动、电气传动和气动传动。在进行机械设计时。本方案采用液压传动技术，以液压缸为动力源，实现对机械臂和手部运动的驱动。主要介绍了一种新型的机械手的结构设计。机械手的手部构造呈现出一种独特的形态。在实际应用中，为了提高机械手的工作效率，一般都采用双功能或三功能机械手，而这两种形式均要求有合适的手爪机构进行辅助。根据机械手的抓取对象和作业方式的不同，可选用多种不同的手部结构，包括但不限于单指、双指、多指、吸盘以及磁性等。为了保证抓持稳定可靠，需要对其进行合理的结构设计，并采用适当的控制算法。为了实现手指的张合和旋转，本设计采用了双指回转型手抓技术，即通过使用一个直线液压缸和一个旋转液压缸来实现手指的旋转控制。

4结论：

取放料液压机械手的构成要素包括执行机构、驱动系统、控制系统和检测装置，本文旨在对传统机械手的结构和液压驱动系统的设计进行优化。针对取放料器中的关键机构—取放料机械臂的工作特点，结合国内外相关文献与专利资料，提出了一种新型取放料液压机械臂设计方案。同时，我们需要明确柔性抓取部分设计、臂部运动分析设计以及液压传动系统设计之间的主要联系。

参考文献

[1]张进才.液压机械式机器手可靠性设计与计算[J].科学与财富.2017.

[2]宋正和,张子泉.机械设计基础[M].北京交通大学出版社.2007.05.

[3]张虹.液压与气压传动[M].电子工业出版社.2016.01.

通讯作者：朱英，硕士研究生，讲师。论文来源：2023届本科毕业设计（论文）