于志成 張乃千

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

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

1.機械手的結(jié)構(gòu)

機械手的結(jié)構(gòu)組成主要包括執(zhí)行機構(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 主要是與物品進行接觸，對物品進行夾持或者吸附，夾持式手部由手指 （ 或手爪 ） 和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。吸附式的是通過真空裝置和橡膠對零件進行真空吸附；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；立柱是機械手執(zhí)行機構(gòu)的支撐部分，其他部分都是在立柱上，它可以實現(xiàn)機械手的回轉(zhuǎn)和手臂的上下伸縮。

（2）驅(qū)動系統(tǒng)，它是機械手的動力裝置，是對執(zhí)行機構(gòu)進行運動的基礎(chǔ)，機械手的設(shè)計中有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。

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

在對機械手進行設(shè)計的時候，機械手的運動形式和坐標特別重要，機械手的坐標系有直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關(guān)節(jié)式。這些坐標系對機械手進行升降、收縮、回轉(zhuǎn)，通過這些坐標系和機械手的自由度，最終實現(xiàn)機械手運動，如圖1.3。

2.氣缸設(shè)計

在機械手的設(shè)計上，一般都是采用氣動進行驅(qū)動，氣動的成本低，在驅(qū)動裝置的設(shè)計中，氣缸的設(shè)計最重要，氣缸的力要滿足機械手的夾持力，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的總阻力，其公式為 ：

3.驅(qū)動設(shè)計

機械手的驅(qū)動方式有以下幾種：

（1）液壓驅(qū)動機械手，這種機械手是通過液壓缸進行驅(qū)動，有點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)動機械手，通過壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。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械手的運動速度低；

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

結(jié)論

在對機械手設(shè)計時候，主體結(jié)構(gòu)和硬件非常重要，例如對機械手臂座進行設(shè)計的時候，需要有兩個電動機進行驅(qū)動，一個是驅(qū)動機械手進行回轉(zhuǎn)，另一個是對機械手運動時候的驅(qū)動，在對機械手關(guān)節(jié)進行設(shè)計時候，需要考慮齒輪之間的動力傳動，這些設(shè)計內(nèi)容都是機械手設(shè)計的主要方面。

參考文獻

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

[2]蔡自興.機器人學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略.[M].機器人技術(shù)，2003.

[3]金茂青.曲忠萍.張桂華.國外工業(yè)機器人發(fā)展勢態(tài)分析.[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用，2005，31（9）：1-5.

[4]王雄耀.近代氣動機器人（氣動機械手）的發(fā)展及應(yīng)用.[J].液壓氣動與密封，2004.28（3）：1-5.