机械手夹持器的优化设计*

□ 陈冲锋 □ 潘 露

1.芜湖机械工程学校 安徽芜湖 241299 2.安徽机电职业技术学院 航空与材料学院 安徽芜湖 241002

1 优化设计背景

目前,医药行业吊瓶生产流水线广泛使用各种机械手夹持器。机械手夹持器方便实现材料传送、工件装夹、刀具更换、设备装配等自动化功能,可以提高劳动生产率,降低生产成本。在某医药设备企业的吊瓶生产流水线上,有一款传统机械手夹持器,主要用于完成生产流水线上吊瓶的搬运。 机械手夹持器必须能够夹持圆柱形吊瓶,移动相应位置。但传统机械手夹持器使用寿命短,夹持掉瓶率高,更换成本高,给企业造成了很大的经济损失。

为解决传统机械手夹持器局部磨损必须整体更换、不可重复利用、使用时间短、损坏率高等问题,笔者对机械手夹持器进行了优化设计。

2 优化设计方案

传统机械手夹持器使用整体制造的手指,在手指中部位置设置不完全齿轮,以保证机械手夹持器手指夹合动作的一致性。传统机械手夹持器如图1所示。传统机械手夹持器磨损快,一旦不完全齿轮啮合部位磨损,就必须整体更换,不可重复利用,因此使用时间短,并且损坏率高[5-6]。

▲图1 传统机械手夹持器

优化设计后的机械手夹持器如图2所示。优化设计后机械手夹持器包括两根手指、两个齿轮,以及配套的螺栓、螺母与复位装置。两根手指相对靠接,两个齿轮位于两根手指的上侧面,套装于手指侧部的固定齿形槽中并啮合。齿轮通过螺栓、螺母轴向固定,螺栓贯穿手指中部的通孔和齿轮的中心孔。螺栓、螺母将手指下侧的固定块固定。复位装置位于手指的前部,固定于手指的下侧面。

▲图2 优化设计后机械手夹持器

与传统机械手夹持器相比,优化设计后的机械手夹持器在齿轮啮合部位磨损后可以拆下齿轮,改变装配位置后继续安装使用,从而实现齿轮的多次利用,提高产品的利用率,延长使用时间。复位装置中原有的弹簧更换成复位皮筋,既节约了成本,又避免了弹簧断裂带来的危险,延长了机械手夹持器的使用寿命。优化设计后机械手夹持器结构如图3所示。

▲图3 优化设计后机械手夹持器结构

为了便于机械手夹持器在手指指尖处夹持吊瓶,手指的指尖部设有半圆孔,半圆孔上表面边缘设有台阶孔,以便两指尖形成的圆孔与吊瓶开口处的凸缘相互配合,避免干涉。

为了在开合动作幅度较小的情况下可以夹持吊瓶,手指指尖顶部设有V形避让缺口。这一避让缺口可以在开合动作幅度较小的情况下使指尖距离大于吊瓶外径。

为了安装齿轮并固定齿轮的转角方向,手指中部的上表面设置齿形槽,并设有圆形通孔,圆形通孔和齿形槽同轴。手指中部的下表面设置固定块,固定块设有六角形通孔,六角形通孔的尺寸和位置与螺栓相匹配。固定块也可以为其它形状,只需保证固定块的边缘与螺栓靠合即可[7-8]。

为了保证优化设计后的机械手夹持器手指可夹紧吊瓶,手指的前部设有复位装置。复位装置由位于手指前部的销孔、定位销和复位皮筋组成。定位销插装于销孔中,并设有外露于手指表面的环形槽。复位皮筋套装于环形槽中。

为了保证机械手夹持器手指可以松开吊瓶,手指尾部为加长结构。尾部尖端固定有塑料轮,用于和其它零件滑动配合。塑料轮转轴方向垂直于手指平面。

优化设计后的机械手夹持器在手指尾部受到拉力时,两根手指在中部相互啮合的齿轮作用下,克服复位装置的拉力同步张开,指尖展开距离超过吊瓶外径即可。拉力作用撤除后,依靠复位装置的拉力合拢指尖,完成夹持动作。

3 优化设计前后对比

优化设计后的机械手夹持器经过1 a实际应用,取得了良好的效果。传统机械手夹持器与优化设计后机械手夹持器的吊瓶搬运结果对比见表1。

表1 吊瓶搬运对比

优化设计后机械手夹持器的掉瓶数明显减少,仅为传统机械手夹持器掉瓶数的1/10,可见优化设计提高了机械手夹持器夹持过程的稳定性。

传统机械手夹持器与优化设计后机械手夹持器的生产时间对比见表2。优化设计后机械手夹持器的生产时间缩短为传统机械手夹持器的1/3,生产效率明显提高。

表2 生产时间对比

4 结束语

笔者分析了传统机械手夹持器的技术缺陷,对机械手夹持器进行了优化设计。优化设计后机械手夹持器夹持搬运时的掉瓶数明显减少,机械手夹持器的使用寿命延长。优化设计简化了损坏零件的更换方式,为生产企业提供了便捷。目前,优化设计后的机械手夹持器已经在企业得到了实际应用,每年为企业节省20万～30万元的维修更换资金。