一种用于化工厂排爆的组合机械臂

和壮+孟明+余佳

机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。纵观现有的各种机械臂市场，为了降低成本，分析讨论后决定采用一大两小机械臂相结合的方式。

以大幅度降低精度的方式提高机械臂强度来制作大机械臂，大机械臂利用强扭矩电机来转动阀门，精度对于化工厂来说已经足够，这样做可以有效的关闭泄漏阀门，阻止有害气体的再次泄漏；

以降低强度的方式提高精准度来制作小机械臂，降低了成本，也提高了操作的灵活性。小机械臂精巧灵活，可以用来抓取地面上一些有毒有放射性的固体，更好的适应了化工厂复杂的地形以及多变的情况。

该机械臂具有以下特点：人工站外编程，智能化工程；采用编码电机驱动，平稳性好；机器人连续工作无疲劳性；集成度高使用方便，减少设备开发周期；

提高操作效率，加快救援进度；

大机械臂悬置在洗消坦克车的最上方，通过支撑杆从低端向上分层固定以避免高端扰动引起的底盘震动。

该机械臂具有一个可360度旋转的平面转动轴承作为底座，以三角形机架为支撑架支撑机械爪，结构简单紧凑不易弯曲变形。机械爪以一大两小丝杆进行力的传递，大丝杆主传力，小丝杆主控方向的微调，使得机械爪抓取阀门更加紧凑，力矩更能有效的传递。

丝杆选择上，采取摩擦阻力小，传送精度高，可同时进行高进给和低进给，同时又具备轴向刚度高的滚珠内循环丝杆。丝杆的润滑油用机油、90～180号透平油或140号主轴油。润滑脂采用锂基油脂。润滑脂加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油通过壳体上的油孔注入螺母空间内。

电机选择上，如果采取液压马达需要辅助设备很多如液压泵各种换向阀等维护很不方便。虽然可以有很大扭矩输出，但是综合各种利弊考虑还是不考虑采用。最终采取的是大扭矩伺服电机，有反应迅速动作精确等特点。但是输出转矩不是很大，我们采用了增加减速机或者编程精细控制方法以解决这个问题。图25大机械臂

小机械臂固定在洗消坦克车机器人的正前方低位处，用来抓取地面或前方有毒有害固体。

该机械臂底端用8个螺栓固定，采用4个舵机对三个方位移动和和转动进行控制。一个舵机控制其对前方180余度方位角的旋转，一个舵机控制其大臂的俯仰角，一个舵机控制其小臂的伸缩长度，还有一个舵机控制其前机械爪的张紧以达到夹持物体的作用。

机械爪采用3mm宽度的铝片作为夹持臂，在舵机的转动下，一个夹持片进行转动的同时另外一个也进行着对称运动并向中间夹紧，中间以齿轮和弹簧进行双保险达到回复机械爪的作用。

该机械臂具有优点如下：电气驱动式电力驱动电源方便，响应快，驱动力较大（关节型的持重已达400kg），信号检测、传动、处理方便，并可采用多种灵活的控制方案。驱动电机采用步进电机，直流伺服电机（AC）为主要的驱动方式。由于电机速度高，采用减速机构（谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等）。机械手采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动（DD）。这既使机构简化，又可提高控制精度。小机械臂如下图27所示：图27小机械臂

作者简介：

和壮（1995—），河南省新乡人，汉族，院系机械工程学院，机械工程。