氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)組成

　　氣動(dòng)機(jī)械手是采用氣動(dòng)元件做為機(jī)械手組成結(jié)構(gòu)的能夠代替人工上下料的機(jī)械設(shè)備。通常的氣動(dòng)機(jī)械手都具備氣動(dòng)手指缸或者氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)缸等對(duì)應(yīng)機(jī)械手指的氣動(dòng)元件，這些也是最基本的自動(dòng)化配件。除了氣缸以外，還有能夠?qū)嚎s空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能的氣動(dòng)馬達(dá)等，都是能夠?qū)⒖諝廪D(zhuǎn)化為動(dòng)能的氣動(dòng)裝置。在這些裝置的組合作用下，氣動(dòng)機(jī)械手就能夠完成近似人手功能的作用。

　　一、氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　氣動(dòng)機(jī)械手作為通用機(jī)械手，因此相對(duì)于專用機(jī)械手來(lái)說(shuō)，它的適用面相對(duì)較廣。氣動(dòng)機(jī)械手在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)更易控制機(jī)械手各個(gè)部件的位置移動(dòng)，以及在通過氣源及氣力控制定位機(jī)械手的時(shí)候能夠更加精準(zhǔn)無(wú)誤。

　　氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟如下：

　　（1）選取氣動(dòng)機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度。

　　（2）設(shè)計(jì)出氣動(dòng)機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括：手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)。為了使通用性更強(qiáng)，手部設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，不僅可以應(yīng)用于夾持式手指來(lái)抓取棒料工件，在工業(yè)需要的時(shí)候還可以用氣流負(fù)壓式吸盤來(lái)吸取板料工件。

　　（3）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)出機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)元器件的選取，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)，并繪出氣動(dòng)原理圖。

　　（4）氣動(dòng)機(jī)械手控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)擬采用可編程序控制器PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，需要選取PLC型號(hào)，根據(jù)氣動(dòng)機(jī)械手的工作流程編制出PLC程序，并畫出梯形圖。

　　二、氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)組成

　　氣動(dòng)機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動(dòng)方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制機(jī)構(gòu)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制機(jī)構(gòu)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。

　　（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。

　　1)手部

　　即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。

　　2)手腕

　　手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))。

　　3)手臂

　　手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。氣動(dòng)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。

　　4)立柱

　　立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。

　　5)機(jī)座

　　機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。

　　（二）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。它由動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。

　　（三）控制機(jī)構(gòu)

　　控制機(jī)構(gòu)是支配著氣動(dòng)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前氣動(dòng)機(jī)械手的控制機(jī)構(gòu)一般由程序控制機(jī)構(gòu)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。該機(jī)械手采用的是PLC程序控制機(jī)構(gòu)，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制機(jī)構(gòu)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　（四）位置檢測(cè)裝置

　　控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制機(jī)構(gòu)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。

　　以上通過對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)組成的了解之后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)氣動(dòng)機(jī)械手跟自動(dòng)化機(jī)械手類似，都是具有執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而我們也可以得出組成機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)就是這些組成機(jī)構(gòu)的結(jié)論。而通常氣動(dòng)機(jī)械手與其余機(jī)械手在本質(zhì)上的區(qū)別在于，其氣動(dòng)元件的組成，及需要有氣源和氣管控制壓力輸出，再由氣動(dòng)元件將壓力轉(zhuǎn)化成動(dòng)力，才能驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。在這一點(diǎn)上，氣動(dòng)機(jī)械手要比一些電動(dòng)式、機(jī)械式的要更復(fù)雜，但卻更經(jīng)久耐用且較易控制和維護(hù)。