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机械手的机械设计与驱动、气缸设计

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于志成张乃千

摘要：机械手在工业制造行业中的地位非常重要，它是实现自动化的关键系统和部件，本文研究分析机械手的机构，对机械手的气缸设计、驱动设计进行分析，通过选取合适的驱动装置和执行机构，实现机械手的自动化控制和驱动。

关键词：机械手的结构；气缸设计；驱动设计

1.机械手的结构

机械手的结构组成主要包括执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置，如图1.1。

（1）执行机构，主要包含手部、手腕、手臂和立柱等，如图1.2。手部主要是与物品进行接触，对物品进行夹持或者吸附，夹持式手部由手指（或手爪）和传力机构所构成。吸附式的是通过真空装置和橡胶对零件进行真空吸附；手腕是连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；立柱是机械手执行机构的支撑部分，其他部分都是在立柱上，它可以实现机械手的回转和手臂的上下伸缩。

（2）驱动系统，它是机械手的动力装置，是对执行机构进行运动的基础，机械手的设计中有液压传动、气压传动、机械传动。

（3）控制系统，该系统是对机器人进行支配的系统，主要是通过驱动系统对机械手进行控制，一般它的组成为程序系统和定位系统，定位系统是机械手运动到某个位置的控制装置，程序系统有对机械手如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间的控制指令。

在对机械手进行设计的时候，机械手的运动形式和坐标特别重要，机械手的坐标系有直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。这些坐标系对机械手进行升降、收缩、回转，通过这些坐标系和机械手的自由度，最终实现机械手运动，如图1.3。

2.气缸設计

在机械手的设计上，一般都是采用气动进行驱动，气动的成本低，在驱动装置的设计中，气缸的设计最重要，气缸的力要满足机械手的夹持力，还要复合制造成本低，气缸属于单向作用气缸。根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为：

3.驱动设计

机械手的驱动方式有以下几种：

（1）液压驱动机械手，这种机械手是通过液压缸进行驱动，有点就是抓举的物品重量大，手部的夹持力大，结构紧凑，动作快速，但是缺点就是容易产生漏油，在高温或者低温环境下不能工作；

（2）气压驱动机械手，通过压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。这种驱动方式的压力比较低，但是制作成本低，结构非常简单，其，但是由于气压低会造成机械手的运动速度低；

（3）电力传动机械手，这种方式是通过电动机对机械手进行驱动，电动机可以为感应电动机、直线电机或功率步进电机，这种不需要中间传动装置，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。

结论

在对机械手设计时候，主体结构和硬件非常重要，例如对机械手臂座进行设计的时候，需要有两个电动机进行驱动，一个是驱动机械手进行回转，另一个是对机械手运动时候的驱动，在对机械手关节进行设计时候，需要考虑齿轮之间的动力传动，这些设计内容都是机械手设计的主要方面。

参考文献

[1]张建民.工业机器人.[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

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科学与财富2018年5期

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-全文完-