【摘要】本文介绍一种多开合模式的机械手，该装备属于自动化设备技术领域，是为了解决现有机械手开合过程中侧面开合空间占用较大，导致机械手的应用范围受限，从而导致物料无法放置到车厢边缘的问题而研发的。本文介绍的一种多开合模式的机械手能大臂与手指独立控制，可以使大臂与手指同时开合，加快动作时间，或者大臂与手指反向动作，减少占用空间，此机械手可以将物料码放在车厢边缘等类似空间受限场合，又尽可能提高堆码速度。
【关键词】开合模式；料袋；机械手；装车；码垛；
本文介绍一种多开合模式的机械手，该装备属于自动化设备技术领域，在物流自动化领域，目前已普遍采用机械手作为自动化设备的终端执行机构，但目前使用的机械手普遍采用机械手的大臂和手指固定连接，同步运动的设计方案。这种设计方案虽然结构简单，反应迅速，但机械手的开合过程中机械手侧面开合空间占用较大，从而导致机械手的应用范围受限，特别是装车或装箱等特定应用场景中，由于车厢板或箱壁的阻挡，导致物料无法被放置到车厢边缘，导致车厢空间的浪费。这一问题已经引起设计研发人员的注意，在有些设计方案中设计开发人员开发出一种可以规避空间浪费问题的机械手，但却大幅牺牲了堆码动作的速度。比如专利号为CN200810136972的专利《托叉平移式码垛机械手》，该专利方案中机械手在其堆码过程中可以通过旋转开口到车厢侧壁方向来避免车厢空间的浪费，但其旋转过程中堆码速度下降明显。
本文所介绍的多开合模式机械手主要由机架、大臂转轴、大臂驱动电机、手指驱动电机、大臂、二次传动箱、手指转轴和手指等几部分组成。机架向上提供与机器人连接的接口，向下作为整套机械手的“基础”为机械手上的部件提供了支撑平台，在机架的两端分别设有大臂传动箱和手指传动箱，大臂传动箱上安装有大臂驱动电机作为动力源，其输出端通过大臂转轴将动力传递到大臂上，驱动大臂绕大臂转轴旋转，手指驱动电机也安装在机架上，通过链轮传动将驱动电机的动力传动到大臂转轴部位，然后通过中间过渡轮将手指驱动力通过二次传动箱传递到手指转轴上，从而带动手指绕手指转轴旋转。这样的设计方案实现大臂的旋转由大臂驱动电机驱动，手指的旋转由手指驱动电机驱动，二者相互独立，互不干扰。方案外观见附图1所示。
本设备将机械手的手指和大臂设计为相互独立的驱动模式的主要目的是可以通过独立驱动机械手的大臂和手指来实现大臂和手指间不同的运动组合，从而达到开合模式的多样化，进而提升机械手操作的灵活性，最终解决现有机械手开合过程中侧面开合空间占用较大和机器人堆码速度之间的矛盾，在扩大机械手的应用范围的同时尽量少的降低机械手的堆码速度，使机械手可以应用到装车或装箱等场景，将物料尽可能的充满装填空间。本设计主要具有以下效果：1、在需要快速开合时，大臂和手指同步动作（动作后状态如附图2所示），虽然占用空间大但动作迅速，适用于车厢内部无空间限制部位的快速堆码，2、在需要占用空间小的车厢侧板位置则大臂与小臂动作方向相反，互相抵消空间占用（动作后状态如附图3所示），完成物料在车厢边缘处的码放工作。
本设计的优点是方案灵活，可以实现多种开合模式，适应范围广，即可用在传统领域实现快速堆码，也可用在空间受限领域，实现堆码速度的最优化。从而解决机械手在处理装车操作时在车厢边缘处的空间占用问题，同时该设计在空间紧张的厂房内堆码以及物料装箱操作等场景也有独特的优势。
但本方案也存在下述缺点，请选用时注意权衡：由于大臂驱动电机驱动大臂向外张开或向内收缩时，手指转轴会随大臂同步运动，从而带动手指出现小幅度原地运动，这就需要控制系统在大臂动作时对手指运动进行补偿，变相增加控制难度，而且为了实现控制精度，该方案中使用的是伺服驱动系统，这也会显著增加机械手运动控制系统的设计难度。不利于设备的大范围推广使用。
【参考文献】
[1]运输机械设计选用手册．化学工业出版社.1999．
[2]王知行、刘廷荣.机械原理.高等教育出版社.2000
[3]陈铁鸣.机械设计.哈尔滨工业大学出版社.1998.
论文作者:王铁军
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/16
标签：机械手论文; 手指论文; 转轴论文; 车厢论文; 空间论文; 开合论文; 动作论文; 《当代电力文化》2019年第9期论文;