四自由度工业机械手结构设计

张 超，单 鑫，崔国礼，李金泉

(沈阳理工大学 机械工程学院， 辽宁 沈阳 110159)

随着时代的进步与发展，人们生活水平不断提高，机械手成为了当今社会发展的必然产物。机械手通过模仿人类手臂的动作，可以代替人类完成许多重复、单调的工作，解放人的双手[1]。同时，机械手具有适应于危险、复杂、恶劣环境中工作的特点，可广泛应用于一些高危、环境恶劣、噪声污染、工作空间狭小、搬运大质量物品的领域。工业机械手的研制涉及机械工程学、电子技术、控制工程技术、计算机技术、传感器技术、人工智能等多门学科[2]，且机械手的设计比较复杂，造价昂贵，故机械手的普及推广较为困难，只是在高技术领域的应用较多。

现有机械手大多数为六自由度机械手，承载能力很大[3]。在流水线安装、质量较小物体搬运、物流分拣等领域，应用六自由度机械手的成本很高，功能浪费现象普遍存在。四自由度机械手在工业生产中的应用也很广泛，且功能完善，能满足大多数的运动要求，其设计相对简单。故本文拟设计一款在半径为180 mm的圆形工作范围内夹取工件质量不大于100 g的四自由度机械手，在保证安全性与功能性的前提下降低承载能力，简化机械手的结构，降低机械手的生产成本。

1 机械手整体结构

本文设计的机械手为多关节型四自由度工业机械手，是采用四杆机构[4]进行设计的。其整体结构如图1所示。

图1 四自由度工业机械手整体结构简图

该四自由度工业机械手的主体结构是符合平行吊装原理的连杆机构，它是一种四杆机构。……