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搬运机械手结构设计

摘要：近年来，随着机械的广泛应用，工业自动化也迅速的普及和发展,各

个行业对搬运机械手的需求量逐年增加，主要用在机械、电子、汽车、食品、医

药等各个领域。搬运机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多

功能机器。在本设计中，通过对机械手手部结构的设计，臂部结构的设计，以及

液压系统的设计，实现四自由度的运动。搬运机械手可以有效的减少工人的劳动

强度和提高运输设备或产品的效率，以降低某些工作对工人的危害、满足现代经

济开展的要求。

关键词：结构设计；液压系统；四自由度

引言

随着机械的广泛应用，机械的自动化设备也日益完善起来。由于一些特殊的

货物，工人们会受到有高温、腐蚀和有毒气体或者过于重的货物的危害，加大了

工人们的劳动强度，甚至危害健康，危害生命安全。所以搬运机械手由此诞生。

随着国内科学技术的发展，搬运机械手的应用越来越广泛，目前的搬运机械手不

仅仅用在传统的装卸货物上，还扩展到了各个领域。国内外现在都在大力研发具

有智能的机器人搬运机械手。机械手的研发设计，可以有效代替人工干一些对人

体有伤害的货物和大型货物，有效的提高工作效率和安全性。具有很高的研究价

值。

1搬运机械手的整体方案设计

通过调研、搜集整理课题的相关资料。确定搬运机械手的结构组成。然后通

过查阅资料，确定搬运机械手的液压系统，并进行设计，最后对搬运机械手进行

改进和完善。

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图1机械手结构示意图

2搬运机械手手部机构设计

手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同、可分为夹持式和吸

附式，我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。

手指是与物件直接接触的构件。常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型

手指结构简单，制造容易。故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比拟

复杂，但平移型手指夹持圆形零件时。工件直径变化不影响其轴心的位置、因此

适宜夹持直径变化围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的外表形状、被抓部

位(是外廓或是孔)和物件的重量与尺寸。而传力机构如此通过手指产生夹紧力来

完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、

斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。设计时应考虑的问题，

具有足够的夹紧力、手指间应有一定的开闭角、保证工件的准确定位、具有足够

的刚度和强度、考虑被夹取货物的要求。

3搬运机械手臂机构设计

搬运机械手的臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支撑手部和腕部，带

动手部做空间运动，将被抓去的货物运送到给定位置和方位上。臂部设计应考虑

以下问题。搬运机械手手臂刚度要大，防止臂部在运动中产生过大的变形。其导

向性要好，防止手臂在移动中沿轴线发生相对运动。机械手的偏重力矩要小，为

提高机械手的搬运速度。搬运时机械手整体运动要平稳、定位精度要高。以上条

件应该相互制约，只有综合的考虑这些问题，才能设计出性能良好的搬运机械手。

4液压系统设计

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机械手的液压传动是以有压力的油液作为传递动力的工作介质。电动机带动

油泵输出压力油。是电动机的机械能传化为油液的压力能，通过一些控制调节装

置是进入气缸，推动活塞运动。从而让机械手臂实现空间运动。液压系统包括油

泵、液动机和控制调节装置。油泵给液压系统供给压力油、将电动机输出的机械

能转化为油液的压力能。然后驱动液压系统工作。液动机利用压力油驱动运动部

件对外工作，手臂做直线