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摘 要：气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点,应用特点广泛.论文介绍了气动机械手的原理,对机械手的主要部件和设计要求做了相关的阐述,另外对机械手回转臂的结构帮了优化措施.

关 键 词：气动机械手,结构优化,结构设计

前言：

气动机械手能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置.气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点,特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等.

在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动,其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现.最前端的气爪抓取物品,通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动,使物品在空间上运动,根据合理的控制,最终实现机械手的动作要求.气动机械手回转臂的设计主要是选择合适的控制阀,设计合理的气动控制回路,通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向,并按规定的程序工作.

1.气动机械手的原理

气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手.它巧妙地应用力的平衡原理,使操作者对重物进行相应的位移,就可在空间内平衡移动定位负荷.重物在提升或下降时形成浮动状态,靠气路实现微重力的物料位移,操作力受工件重量影响.无需熟练的点动操作,操作者用手推拉重物,就可以把重物正确地放到空间中的任何位置,或者通过操作台控制工件的位移可完成以下动作：送料、预夹紧、手臂上升、手臂旋转、小臂伸长、手腕旋转.

图1：气动机械手系统工作原理图

气压传动机械手的优点：（1）不用增速机构就能获得较高的运动速度,这是简易机械手的一项主要性能,其可适应各种快速自动搬运的工作.（2）能源方便,工厂都有压缩工作站.（3）空气泄漏基本无害.（4）适应易爆、易燃等恶劣环境.

（5）结构、保养都简单,成本低.（6）可将直线风缸和摆动风缸做成手臂的一部

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2.气动机械手的主要部件和设计要求

根据模块化设计思想,机械手的各模块化机构分别为：立柱、手臂、小臂、手腕和手爪几个部分.论文选择圆柱坐标式机械手,木设计的机械手具有3个自由度：手臂伸缩；机身回转；机身升降.木设计的机械手主要由3个大部件和3个气缸组成：手部,采用一个气爪,通过机构运动实现手爪的运动.臂部,采用直线缸来实现手臂的伸缩.机身,采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转.

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机械手的手部是机械手上承担抓取工件的机构,由于被抓取物件（炮弹）的形状近似于圆台,所以,其手爪采用特殊的V字型结构,即手爪的内表而设计成与圆台斜度相同的斜而,即保证了抓取的稳定又不会因“线接触”而影响炮弹的表而质量.通过对平衡气缸内空气压力快速精确的调节,实现对某一重量范围内工件的实时平衡状态.机械手可选择定制功能：平衡系统；垂直提升；负载平衡.设备回转关节设置刹车系统,可在任意所需要的位置刹车,使机械手可以长期或定期保持需要的状态.翻转90度、翻转180度和翻转任意角度（MAX270°）；断气保护：设备被意外断气时,设备上的储气罐装置可保证工人正常完成一个循环工作,然后进入刹车状态指不功能：负载指示、到位指示.误操作保护功能：工件在悬空时不可被释放.人性化操作手柄：控制按钮和人性化防滑手柄集成一体,让操作人更便捷操纵机体.工件表面保护：夹具接触工件部位装置保护物件,保证工件表而不会被刮伤.高效率工作：夹具设置抓取导向,让工件的拾取更高效.

控制系统可根据动作的要求,设计采用数字顺序控制.它首先要编制程序加以存储,然后再根据规定的程序,控制机械手进行工作程序的存储方式有分离存储和集中存储两种.分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中,如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内；位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等；集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内,如磁带、磁鼓等这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合,即连续控制的情况下使用.

3.机械手回转臂的结构优化措施

为防止手臂沿伸缩方向轴线转动、加大承载能力,以及提高运动精度,必须设有导向装置.伸缩手臂的导向装置需根据伸缩手臂的安装形式、结构及负荷等条件来确定.用的有单导向杆和双导向杆.在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难,将旋转气缸安装在底板上,实现机械手的回转运动,使机械手向左或向右摆动.机械手末端执行器的水平伸缩运动和竖直升降运动各由一个气缸控制,即以最简单的形式,在完全伸出和回缩位置之间进行切换.

具体优化措施：第一,由于最大应力出现在齿轮的齿根处,所以,为了减小应力给齿轮寿命带来的影响,应采用热处理方法增强齿根强度.第二,由于最大变形出现在手爪受压的地方,长期使用定会加剧磨损,从而间接影响在检测平台上的位置.因此,对于下半部分手爪结构进行热处理,以增强其耐磨性和强度.

作者简介：曾荣超（1990.11-）,男,本科在读,就读于西南科技大学制造学院.

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