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１ ２７
形结构 ，其结构如图六所示 ，在板座的左端设计一燕 尾槽 形 直导 轨 。Ｖ 型夹 块 的结 构 如 图七 所示 ，其末 端 下 方设 计 与 槽形 导 轨相 匹配 的滑 块 ，滑块 上设 有 与
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ｔｈｅ ｇｎｐ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｉｎ ａ ｌａｒｇｅｒ ｒａｎｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍ ａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ＥｎｄＥｆｆｅｃｔｏｒ；Ｍ ｅｃｈａｎ ｉｃａｌＤｅｖｉｃｅ；Ｃｏｎｔ ｒｏｌＡｐｐａｒａｔｕｓ
０ 引言
Ｗ ａｎｇ Ｍ ｉｎｇｑｉａｎ Ｈｕａｎｇ Ｗ ｅｉｌｉ Ｚｈａｎｇ Ｇｕｏｑｉｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍ ａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｐａｒｔ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔｓ，ａｎｄ ｉｔｓ ｔｅｒｍ ｉｎｕｓ ｉｓ ｔｈｅ ｅｎｄ ｅｆｅｃｔｏｒ ｔｏ ｐｅｒ ｆｏｒｍ ｔａｓｋｓ．Ｔｈｉｓ ｐａ— ｐｅｒ ｉｍ ｐｒｏｖｅｓ ｔ ｈ ｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａ ｌｅｖｅｒ－ａｃｔｉｏｎ ｗｅｄｇｅｒ ｇｎｐ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｔｈｒｅａｄ ｃｏｎｔ ｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅ，ｍ ａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉａｍ ｅｔｅｒ ｏｆ
转 ，使两手爪产生夹紧动作 ，从而夹紧工件。当气缸 角度 为 ：
５从 ａ２口进气时，使楔块 ４向右移动 ，此时靠弹簧 ３ 的弹簧力使手指张开 ，从而松开工件。为 了减少杠
ｅ一０．５ — ｓｉｎ
．
一 ｍ— —７＿一
杆与楔块之间的摩擦 ，可在杠杆 的右端安装一滚子 ，
使其与楔块 ４的斜面之间变为滚动接触 ，减少摩损。
高 生产 效 率 。
关键词 ：机 械手；末端执行器 ；机械 结构 ；调节装置
中图分类号 ：ＴＨ１２２ 文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１６７１．４７９２（２０１６）４－０１７８．０４
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒ ｏｆ ａｎ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ
Ｆ． ｃ
＝
２ 夹 持器 的机械 结构 设计 ２．１装 配结 构 根据功能要求 ，本机械手末端执行器包括机座 、
夹持部、连接机座与夹持部的连接部 ，装配结构如图 四所 示 。气缸 １通 过连接 螺栓 组 ２安 装在 Ｌ形底 板 ３一侧 ，活塞杆 １３通过锁紧螺杆 １２与梯形楔块 １ １ 连接 ，楔块抵触于对称的两个连接部 ，对称的两个连 接部之间连接有弹性元件 。连接部包括夹持板座 ６、
பைடு நூலகம்－
一
微调螺杆 １相匹配的螺纹孔 ，微调螺杆 １穿于夹持
图六 夹持板座零件图
— １８（）＿一
图七 Ｖ形夹块 零件 图
３ 结束 语
参 考 文 献
一 个产品的设计 ，其最终 目的在于应用［５Ｊ。近年
［１】关 慧贞 ，冯辛 安 ．机械 制造装 备设计 （第 ３版 ）［Ｍ】．北
来 ，随着工业 自动化的不断发展和用人成本 的逐渐 京 ：机械工业 出版社 ，２０１ １．
在较大的范围内实现可调，操作方便快捷 。同时，楔 作者简介
块采用等腰梯形结构 ，可实现滚轮定位安全稳定可
王明黔 ，学生 ，主要研究方向 ：机械设计 ；
靠 。
黄伟莉 ，副教授 ，主要研究方向 ：机械设计 ；
章 国庆 ，实验师 ，主要研究方 向：机械设计及制造 。
～ １ ８１ —
况下 是 为特定 的用途 而专 门设计 的 。本项 目研 发 的
★基金项 目：国家级大 学生创新创业训 练计划立 项项 目（编 号 ：２０１４１０４０５０３８）；２０１５年度 东华 理工 大学 实验 技术 研究 开 发
７８一
图一 楔块杠杆式回转型夹持器工作原理
１．１机 构工 作原 理
是一 种用 于将 工件从 料 仓转 移至 机 床 的上下 料 机械
工业 机 器 人 是典 型 的机 电一 体 化 产 品 ，随 着机 手末 端执 行器 ，其 工件 夹持直 径 可调 。
器人 技 术 的发 展 ，工 业 机器 人 在 各 行各 业 中得 到越 １ 总体 方案设 计
来 越 广 泛 的应 用 。工业 机 器 人作 为 执 行 机构 ，具用
８ ９ 加 订 ／２
２ ３
图五 螺纹调节装置局部示意图 １．微调螺杆 ；２调 整垫片 ；３调 节螺母 ；４．夹持板座 ；５．调整 垫 片 ；６．Ｖ 型 夹 块
板座中 ，与 Ｖ型夹块 ６中的螺纹孔组合 ，旋转微调
图四 末端执行器装配示意图 １．气缸 ；２气 缸连接螺栓组 ；３．Ｌ形底板 ；４．连接螺栓组 ；５．
本设 计采 用 的是楔 块杠 杆式 回转型 夹持 器结 构
控制方便 、执行动作灵活 、可实现复杂的空间轨迹控 形式 ［２１，如 图一 所示 。
制等优点 。其 中，机械手是 工业机器人 的一个重要
分支 ，末端执行器则是直接执行其作业任务的装置【”，
它安装在操作机手腕或手臂的机械接 口上 ，多数情
１．２夹 持器 主要参 数计 算
该 机 械手 的气 源 由空 气 压缩 机 （排 气 压 力 大 于
０．４ＭＰａ￣０．６Ｍ Ｐａ）提供 ，通过快换接头进入储气罐 ，
经分水过滤器 、调压 阀后进入各并联气路上的电磁
阀，以实现控制气缸和手部各动作 ，其气压传动系统
工作原理如图－－Ｎ示。气缸选择 ＳＤＡ３２＂５薄型气缸。
ＩＩ１￣－ 杠杆摆角 的计算
图二 气 压 传 动 原理 图
夹持器的夹紧是通过杠杆工作效应来实现 的【 。 杠杆 １的相关参数如图一所示 ，设楔块 ４的楔形角 为 ２ａ ，气缸的驱动力为 Ｆ。，忽略克服弹簧 ３伸长时 的拉力 和克服各运动副中摩擦阻力所需 的驱动力 ， 根 据受 力分 析 ，末 端执 行器 产生 的夹 紧力 ＦＮ为 ：
一 １ ７９ —
微调螺杆 ８和螺母 １Ｏ等 ，通过连接销轴 ５和连接螺 栓组 ４连接在 Ｌ形底板上。调节杆远离调节件的一 端 轴接 有 滚 子 ，梯形 楔 块 １ｌ抵 触 于对 称 的滚 子 ，可 减少 摩 擦 。夹 持部 采 用 Ｖ型 夹块 形 式 ，可 有效 稳 定 地夹持工件 。
［２］郑文 纬 ，吴克 坚．机械原理 （第七 版 ）［Ｍ】．北 京 ：高等教 育出版社 ，２０１０．
［３］濮 良贵 ，纪名 刚．机械设计［Ｍ］．北京 ：高等教育 出版社 ，
２０００．
［４】杨可帧 ，程光 蕴．机械设计 基础［Ｍ］．北京 ：高等教育 出 版社 ，１９９９．
［５】黄伟莉 ，史冬敏 ．面 向用户需求 的产 品创新设计 ［Ｊ】．机 械设计 ，２０１４，（１ １）：１８一ｌ９，２４．
增 加 ，许 多企 业 的数 控 加 工 中 心对 上 下 料机 械 手 的 需求也越来越大 。实践证明 ，机械手具有动作快速 、 灵 活 、能适应 危 险和恶 劣 的环境 、重 复定 位精 度 高 以 及可长时间连续作业等优点 ，采用机械手上下料可 减轻工人 的劳动量 ，降低生产成本 ，提高生产效率 。 本 文研 制 的上下 料机 械手 末端 执行 器是 按 给定程 序 抓取 、搬运物件的 自动操作装置。通过在 Ｖ形夹块 上设计螺纹调节器 ，使得所夹持工件 的直径尺寸能
被夹持工件的尺寸 由杠杆的摆动角度决定 ，如
该末端执行器的驱动器采用气缸。当气缸 ５从 图三所示 。设 ａ为楔块小端尺寸 ，ｇ为楔块运动行
ａ１口进气时 ，活塞杆带动楔块 ４向左做直线运动 ， 程 ，ｅ为杠杆转轴至楔块 中心轴线的距离 ，ｆ为杠杆
而楔块 ４上的斜 面则推动杠杆 １绕 固定转轴 ２旋 转 轴至 滚 子 中心距 离 ，ｒ为 滚 子半 径 ，则 杠 杆可 摆 动
２０１６年第４期
科 技 广 场
总第１７３期
一 种 可调 式机械 手末端执 行器 的结构设计
王明黔 黄伟莉 章 国庆
（东华理工大学机械与电子工程学院 ，江西 南昌 ３３００１３）
摘要 ：机械手是工业机器 人的重要组成部分 ，末端执行器则是直接执行其作业任务 的装置。本文针对 一种楔块
杠杆 式夹持 器进 行 了结构 改进 ，设计 了一种螺纹调 节装 置，从 而实现工件的夹持直径在 较大范 围内可调 ，可提
不可调 ，而在现实生产 中，工件的尺寸种类繁多 ，因
此 ，更换 品种时 ，常常需要更换不同的末端执行器 ，
不仅费时且成本较高。本文在夹持器中设计 了一种 螺 纹调 节装 置 ［４】，能够 在 较 大 范 围 内调 节 工 件 的 夹 持直 径 ，结 构 如 图五所示 。
调节装置包括微调螺杆 １、夹持板座 ４、带螺纹 孔的 Ｖ型夹块 ６和调节螺母 ３等 。夹持板座采用 Ｔ
螺杆 １，可带动 Ｖ型夹块 ６上 的螺母沿夹持板座 ４ 中的导轨 移动 ，从 而 实现其 调节 功能 。
联接销轴 ；６．夹持 板座 ；７．ｖ型夹块 ；８．微调螺杆 ；９．垫片 ；１０．螺
母 ；１１．梯形楔块 ；１２．锁紧螺杆 ；１３．活塞杆
２．２调 节装 置
现 有 的机械 手末 端执 行器 一般 夹持 工件 的尺 寸