工業(yè)生產(chǎn)中氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)

李晶茹

摘 要：伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，我國的工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入到了一個(gè)更加嚴(yán)峻的環(huán)境之中。尤其是在改革開放之后，在市場(chǎng)機(jī)制的調(diào)節(jié)下，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力的要求越來越高。在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械手起到了重要的作用，機(jī)械手有著人力所不能達(dá)到的功用，其靈活性、耐久性、實(shí)用性更高。在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械手能夠長時(shí)間從事生產(chǎn)加工工作，對(duì)提高工業(yè)的生產(chǎn)效率有重要的作用。由此可以看出，其在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用不無道理。工業(yè)機(jī)械手與其他機(jī)械手相比具有一定的特殊性，文章簡要介紹了機(jī)械手的組成和種類，在此基礎(chǔ)上，主要進(jìn)行了氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)研究和分析，希望能夠?yàn)榻窈蟮臍鈩?dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)工作提供一些借鑒，僅供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂；極限位置；導(dǎo)向管

1 機(jī)械手

設(shè)計(jì)符合需求的氣動(dòng)機(jī)械手，需要對(duì)機(jī)械手的組成和種類進(jìn)行分析，了解他們的具體結(jié)構(gòu)，這樣才能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、功用適合的氣動(dòng)機(jī)械手。

1.1 機(jī)械手的組成

由于機(jī)械手屬于一種簡易的工業(yè)機(jī)器人，其操作與使用具有一定的特殊性。根據(jù)機(jī)械手的特點(diǎn)與功用，一般的機(jī)械手由三部分組成。（1）手部。機(jī)械手的手部是其直接進(jìn)行工作的部位，對(duì)材質(zhì)、質(zhì)量、形狀等都有一定的具體要求，尤其是在具體的作業(yè)要求的影響下，被抓取工件的大小、形狀等對(duì)機(jī)械手手部影響較大，在日常的工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中，常見的有托持型、夾持型等。（2）運(yùn)動(dòng)控制部。機(jī)械手是一種動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)加工工具。運(yùn)動(dòng)控制部是控制機(jī)械手手部工作的直接部位，它可以根據(jù)需求控制機(jī)械手手部進(jìn)行各種抓取、旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)、伸縮、升降、移動(dòng)等動(dòng)作，協(xié)調(diào)機(jī)械手手部進(jìn)行作業(yè)。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式具有一定的自由度，自由度是影響機(jī)械手靈活性的重要參考因素，自由度越高，設(shè)計(jì)越復(fù)雜，靈活度與適用性也就越符合操作需求。（3）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是通過電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)的，可以指定機(jī)械手完成特定的操作需求。

1.2 機(jī)械手的種類

機(jī)械手有兩種不同的分類方式。下面來做簡要的介紹：

1.2.1 按用途進(jìn)行分類

專用機(jī)械手。專用機(jī)械手一般用于對(duì)機(jī)械手工作時(shí)的要求單一、操作簡單固定的作業(yè)，適合生產(chǎn)量大的自動(dòng)化生產(chǎn)。其在工作中無法自主的通過電機(jī)控制操作系統(tǒng)。

通用機(jī)械手。通用機(jī)械手的操作靈活，可適應(yīng)多種作業(yè)。其控制系統(tǒng)靈活，可根據(jù)不同的作業(yè)需求進(jìn)行調(diào)整。在使用的過程中，適合小批量的自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手比專用機(jī)械手的造價(jià)高，但是其精確度更高、通用性更強(qiáng)。

1.2.2 按驅(qū)動(dòng)方式分類

液壓傳動(dòng)機(jī)械手。主要工作原理是通過液壓壓力進(jìn)行機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制部的操作，對(duì)液壓技術(shù)的要求比較高。在使用的過程中，手部抓取物品可達(dá)一百公斤以上，且操作的靈活性高。

氣壓傳動(dòng)機(jī)械手。是利用壓力進(jìn)行機(jī)械手的機(jī)構(gòu)執(zhí)行操作。這種機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點(diǎn)。

機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手。是利用機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作驅(qū)動(dòng)執(zhí)行的機(jī)械手，其工作方式是通過動(dòng)力機(jī)械來執(zhí)行的，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

電力傳動(dòng)機(jī)械手。是通過電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的機(jī)械手，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)

氣動(dòng)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的機(jī)械手，具有使用方便、精度高、反映迅速、自由度高等特點(diǎn)，氣動(dòng)機(jī)械手在進(jìn)行作業(yè)時(shí)能夠更好的適應(yīng)作業(yè)需求，根據(jù)加工材料的特性和結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行控制。在進(jìn)行氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)加工材料的具體需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，明確加工材料的性質(zhì)和基本結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確定位加工材料對(duì)機(jī)械手的精度、自由度等進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，使其符合作業(yè)需求和生產(chǎn)工藝。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用的氣動(dòng)上下料機(jī)械手，這種機(jī)械手在日常的工業(yè)生產(chǎn)中適合中小機(jī)械加工企業(yè)進(jìn)行小批量的加工生產(chǎn)，在運(yùn)行過程中，在操作程序上能夠自動(dòng)抓取、搬運(yùn)物品，使勞動(dòng)強(qiáng)度過大和頻繁的作業(yè)能夠簡化，在惡劣的操作環(huán)境中同樣適用。

2.1 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度

機(jī)械手手臂的坐標(biāo)型式能夠直接影響機(jī)械手手臂的操作，本款氣動(dòng)機(jī)械手的坐標(biāo)型式采用了圓柱坐標(biāo)型式，能夠滿足機(jī)械手在工作時(shí)對(duì)升降、收縮、抓取等動(dòng)作的需求。同時(shí)，由于氣動(dòng)機(jī)械手對(duì)自由度的特殊需求，在進(jìn)行本款氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)時(shí)，增加了一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的裝置，從而提升了手臂上下擺動(dòng)的自由度，使機(jī)械手的適用性與通用性更強(qiáng)，更能彌補(bǔ)手臂升降、伸縮過程中行程小、手臂擺動(dòng)不到位的缺陷。

2.2 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了使本款機(jī)械手在生產(chǎn)中的通用性更強(qiáng)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將本款機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換式的，有利于在生產(chǎn)中根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)更換。設(shè)計(jì)成夾持式和氣壓吸盤式這兩種結(jié)構(gòu)可進(jìn)行互換。其中夾持式手部結(jié)構(gòu)主要由手爪和傳力機(jī)構(gòu)組成，能夠有效的進(jìn)行物品的抓取，尤其對(duì)棒料物品，具有更好的作用。

2.3 手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行本款氣動(dòng)機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮其回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，根據(jù)作業(yè)需求，設(shè)計(jì)了一款適合的回轉(zhuǎn)氣缸用來調(diào)整或改變水平工件的方位，使本款氣動(dòng)機(jī)械手能夠適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。在進(jìn)行本款氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)時(shí)，還充分的考慮到了機(jī)械手的自由度需求，設(shè)置了合理的手腕結(jié)構(gòu)的自由度，使之能夠符合工業(yè)生產(chǎn)的加工件的加工工藝的需求和加工件的精度需求。

同時(shí)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)為了使之能夠符合生產(chǎn)加工的通用性的需求，回轉(zhuǎn)氣缸在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到其結(jié)構(gòu)的緊湊性，尤其是進(jìn)行了嚴(yán)格的密封設(shè)計(jì)，滿足機(jī)械手手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的需求，且使回轉(zhuǎn)角度小于360度，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的需求。

2.4 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

氣動(dòng)機(jī)械手的手臂運(yùn)動(dòng)主要是通過氣壓驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行的，在工業(yè)生產(chǎn)的加工工作中，主要通過手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行具體操作，在日常的工業(yè)生產(chǎn)工作中，經(jīng)常出現(xiàn)手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象，為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在進(jìn)行本款氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的導(dǎo)向裝置，增加手臂的實(shí)用性，采用了單導(dǎo)向桿，這種導(dǎo)向桿符合本設(shè)計(jì)的具體要求和生產(chǎn)需求，能夠減少彎曲力矩對(duì)活塞桿的作用，從而達(dá)到增加機(jī)械手手臂剛性的作用。

3 結(jié)束語

本款氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)在按用途分類上屬于通用機(jī)械手的一種，與專業(yè)機(jī)械手相比，靈活性更強(qiáng)，更符合多變的工業(yè)生產(chǎn)需求，尤其是在復(fù)雜多變的作業(yè)環(huán)境下，仍能夠進(jìn)行良好的作業(yè)，在生產(chǎn)成本上，本款機(jī)械手造價(jià)低、制作成本低，節(jié)省了工業(yè)的生產(chǎn)成本，而且自由度高、精度高，能夠滿足日益提高的工業(yè)生產(chǎn)對(duì)機(jī)械手的需求。

從相關(guān)的研究可以看出，機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)的歷史上起到了不可替代的重要作用，代替了人力從事一些人力無法進(jìn)行的工作，其適用性和耐力都是人類手臂無法企及的，在現(xiàn)階段的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，機(jī)械手仍占據(jù)重要地位，并且不同需求、不同結(jié)構(gòu)的機(jī)械手不斷涌現(xiàn)，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，使工業(yè)生產(chǎn)的利潤空間更大，然而，機(jī)械手仍舊存在一些問題，相關(guān)的工作人員應(yīng)該通過增加科技創(chuàng)新，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使之更能符合日益提高的生產(chǎn)需求，為工業(yè)生產(chǎn)作出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張建民.工業(yè)機(jī)器人[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

[2]鄭洪生.氣壓傳動(dòng)及控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]徐鋼濤，等.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[4]劉明保，呂春紅，等.機(jī)械手的組成機(jī)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定[J].河南高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004，1.

[5]李超.氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開發(fā)[D].陜西科技大學(xué)，2003.