一種用于化工廠排爆的組合機(jī)械臂

和壯+孟明+余佳

機(jī)械手臂是目前在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是能夠接受指令，精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)?？v觀現(xiàn)有的各種機(jī)械臂市場，為了降低成本，分析討論后決定采用一大兩小機(jī)械臂相結(jié)合的方式。

以大幅度降低精度的方式提高機(jī)械臂強(qiáng)度來制作大機(jī)械臂，大機(jī)械臂利用強(qiáng)扭矩電機(jī)來轉(zhuǎn)動(dòng)閥門，精度對于化工廠來說已經(jīng)足夠，這樣做可以有效的關(guān)閉泄漏閥門，阻止有害氣體的再次泄漏；

以降低強(qiáng)度的方式提高精準(zhǔn)度來制作小機(jī)械臂，降低了成本，也提高了操作的靈活性。小機(jī)械臂精巧靈活，可以用來抓取地面上一些有毒有放射性的固體，更好的適應(yīng)了化工廠復(fù)雜的地形以及多變的情況。

該機(jī)械臂具有以下特點(diǎn)：人工站外編程，智能化工程；采用編碼電機(jī)驅(qū)動(dòng)，平穩(wěn)性好；機(jī)器人連續(xù)工作無疲勞性；集成度高使用方便，減少設(shè)備開發(fā)周期；

提高操作效率，加快救援進(jìn)度；

大機(jī)械臂懸置在洗消坦克車的最上方，通過支撐桿從低端向上分層固定以避免高端擾動(dòng)引起的底盤震動(dòng)。

該機(jī)械臂具有一個(gè)可360度旋轉(zhuǎn)的平面轉(zhuǎn)動(dòng)軸承作為底座，以三角形機(jī)架為支撐架支撐機(jī)械爪，結(jié)構(gòu)簡單緊湊不易彎曲變形。機(jī)械爪以一大兩小絲桿進(jìn)行力的傳遞，大絲桿主傳力，小絲桿主控方向的微調(diào)，使得機(jī)械爪抓取閥門更加緊湊，力矩更能有效的傳遞。

絲桿選擇上，采取摩擦阻力小，傳送精度高，可同時(shí)進(jìn)行高進(jìn)給和低進(jìn)給，同時(shí)又具備軸向剛度高的滾珠內(nèi)循環(huán)絲桿。絲桿的潤滑油用機(jī)油、90～180號透平油或140號主軸油。潤滑脂采用鋰基油脂。潤滑脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤滑油通過殼體上的油孔注入螺母空間內(nèi)。

電機(jī)選擇上，如果采取液壓馬達(dá)需要輔助設(shè)備很多如液壓泵各種換向閥等維護(hù)很不方便。雖然可以有很大扭矩輸出，但是綜合各種利弊考慮還是不考慮采用。最終采取的是大扭矩伺服電機(jī)，有反應(yīng)迅速動(dòng)作精確等特點(diǎn)。但是輸出轉(zhuǎn)矩不是很大，我們采用了增加減速機(jī)或者編程精細(xì)控制方法以解決這個(gè)問題。圖25大機(jī)械臂

小機(jī)械臂固定在洗消坦克車機(jī)器人的正前方低位處，用來抓取地面或前方有毒有害固體。

該機(jī)械臂底端用8個(gè)螺栓固定，采用4個(gè)舵機(jī)對三個(gè)方位移動(dòng)和和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制。一個(gè)舵機(jī)控制其對前方180余度方位角的旋轉(zhuǎn)，一個(gè)舵機(jī)控制其大臂的俯仰角，一個(gè)舵機(jī)控制其小臂的伸縮長度，還有一個(gè)舵機(jī)控制其前機(jī)械爪的張緊以達(dá)到夾持物體的作用。

機(jī)械爪采用3mm寬度的鋁片作為夾持臂，在舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)下，一個(gè)夾持片進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)另外一個(gè)也進(jìn)行著對稱運(yùn)動(dòng)并向中間夾緊，中間以齒輪和彈簧進(jìn)行雙保險(xiǎn)達(dá)到回復(fù)機(jī)械爪的作用。

該機(jī)械臂具有優(yōu)點(diǎn)如下：電氣驅(qū)動(dòng)式電力驅(qū)動(dòng)電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大（關(guān)節(jié)型的持重已達(dá)400kg），信號檢測、傳動(dòng)、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)（AC）為主要的驅(qū)動(dòng)方式。由于電機(jī)速度高，采用減速機(jī)構(gòu)（諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)等）。機(jī)械手采用無減速機(jī)構(gòu)的大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速電機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)（DD）。這既使機(jī)構(gòu)簡化，又可提高控制精度。小機(jī)械臂如下圖27所示：圖27小機(jī)械臂

作者簡介：

和壯（1995—），河南省新鄉(xiāng)人，漢族，院系機(jī)械工程學(xué)院，機(jī)械工程。