张明路，郭 鹏，田 颖，吕晓玲

（河北工业大学机械工程学院，天津300130）

1 引言

近年来，工业机械手在航空航天、机械制造、核环境检测等领域的应用越来越广，因而其工作的高效性、稳定性和精确性也越来越为人所关注。大量科研人员投入精力研究机械手的优化设计及运动学分析，以期获得更稳定更精确且效率更高的工业机械手。

文献[1-2]对新型机械手进行了结构设计；文献[3]对一种抓胎机械手进行了优化和分析；文献[4-5]对DH法建立连杆坐标系规则和改进方法做了研究；文献[6-9]对机械手正向运动学及奇异性做了分析及仿真；文献[10]对机械手逆向运动学做了分析。以上研究均以开环多关节机械手为主，未对此类侧杆式机械手做出结构分析。

针对特殊核电环境，圆周上均布的四个活接螺栓需要同时拨开和拨回，以实现对滤芯外盖的固定，如图1（a）所示。提出了一种侧杆式拨爪机械手，如图1（b）所示，对此类机械手进行结构分析及优化。通过分析铰接点位置确定其与末端点运动范围的关系；结合工况条件，确定拨爪尺寸选取规则；借助侧杆-拨爪-拉伸杆三者的尺寸关系研究运动学特性，得到机械手末端位姿，为分析此类侧杆式拨爪机械手运动学提供解决方法；借助仿真软件讨论机械手作业的稳定性。从而为该特殊环境下的机械手工程应用提供理论依据和仿真数据。

图1 机械手结构及工况示意图Fig.1 The Schematic Diagram of Manipulator Structure and Working Condition

2 机械手结构分析

2.1 侧杆式拨爪机械手组成及工作原理

此类侧杆式机械手由四个拨爪、四个侧杆、一个拉伸杆和一个套筒组成。……