機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計(jì)與驅(qū)動、氣缸設(shè)計(jì)

于志成 張乃千

摘 要： 機(jī)械手在工業(yè)制造行業(yè)中的地位非常重要，它是實(shí)現(xiàn)自動化的關(guān)鍵系統(tǒng)和部件，本文研究分析機(jī)械手的機(jī)構(gòu)，對機(jī)械手的氣缸設(shè)計(jì)、驅(qū)動設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，通過選取合適的驅(qū)動裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動化控制和驅(qū)動。

關(guān)鍵詞： 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)；氣缸設(shè)計(jì)；驅(qū)動設(shè)計(jì)

1.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置，如圖1.1。

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要包含手部、手腕、手臂和立柱等，如圖1.2。手部 主要是與物品進(jìn)行接觸，對物品進(jìn)行夾持或者吸附，夾持式手部由手指 （ 或手爪 ） 和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。吸附式的是通過真空裝置和橡膠對零件進(jìn)行真空吸附；手腕是連接手部和手臂的部件；手臂支承被抓物件、手部、手腕的重要部件；立柱是機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支撐部分，其他部分都是在立柱上，它可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)和手臂的上下伸縮。

（2）驅(qū)動系統(tǒng)，它是機(jī)械手的動力裝置，是對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動的基礎(chǔ)，機(jī)械手的設(shè)計(jì)中有液壓傳動、 氣壓傳動、機(jī)械傳動。

（3）控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是對機(jī)器人進(jìn)行支配的系統(tǒng)，主要是通過驅(qū)動系統(tǒng)對機(jī)械手進(jìn)行控制，一般它的組成為程序系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)是機(jī)械手運(yùn)動到某個(gè)位置的控制裝置，程序系統(tǒng)有對機(jī)械手如動作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度及時(shí)間的控制指令。

在對機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，機(jī)械手的運(yùn)動形式和坐標(biāo)特別重要，機(jī)械手的坐標(biāo)系有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。這些坐標(biāo)系對機(jī)械手進(jìn)行升降、收縮、回轉(zhuǎn)，通過這些坐標(biāo)系和機(jī)械手的自由度，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動，如圖1.3。

2.氣缸設(shè)計(jì)

在機(jī)械手的設(shè)計(jì)上，一般都是采用氣動進(jìn)行驅(qū)動，氣動的成本低，在驅(qū)動裝置的設(shè)計(jì)中，氣缸的設(shè)計(jì)最重要，氣缸的力要滿足機(jī)械手的夾持力，還要復(fù)合制造成本低，氣缸屬于單向作用氣缸。 根據(jù)力平衡原理， 單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為 ：

3.驅(qū)動設(shè)計(jì)

機(jī)械手的驅(qū)動方式有以下幾種：

（1）液壓驅(qū)動機(jī)械手，這種機(jī)械手是通過液壓缸進(jìn)行驅(qū)動，有點(diǎn)就是抓舉的物品重量大，手部的夾持力大，結(jié)構(gòu)緊湊，動作快速，但是缺點(diǎn)就是容易產(chǎn)生漏油，在高溫或者低溫環(huán)境下不能工作；

（2）氣壓驅(qū)動機(jī)械手，通過壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。這種驅(qū)動方式的壓力比較低，但是制作成本低，結(jié)構(gòu)非常簡單，其，但是由于氣壓低會造成機(jī)械手的運(yùn)動速度低；

（3）電力傳動機(jī)械手，這種方式是通過電動機(jī)對機(jī)械手進(jìn)行驅(qū)動，電動機(jī)可以為感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)，這種不需要中間傳動裝置，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。

結(jié)論

在對機(jī)械手設(shè)計(jì)時(shí)候，主體結(jié)構(gòu)和硬件非常重要，例如對機(jī)械手臂座進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要有兩個(gè)電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，一個(gè)是驅(qū)動機(jī)械手進(jìn)行回轉(zhuǎn)，另一個(gè)是對機(jī)械手運(yùn)動時(shí)候的驅(qū)動，在對機(jī)械手關(guān)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)候，需要考慮齒輪之間的動力傳動，這些設(shè)計(jì)內(nèi)容都是機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要方面。

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