氣動機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計

高　強　王　偉

（1.沈陽紫薇機電設(shè)備有限公司，沈陽 110000；2.沈陽華訊通電子科技工程有限公司，沈陽 110000）

氣動機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計

高強1王偉2

（1.沈陽紫薇機電設(shè)備有限公司，沈陽 110000；2.沈陽華訊通電子科技工程有限公司，沈陽 110000）

本文對氣動機械手進(jìn)行研究，對小臂升降以及手腕進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，給出了各個參數(shù)的定量計算，以期為下一步的機械手自動化控制提供有力的機械基礎(chǔ)。

氣動 結(jié)構(gòu) 升降

機械手，顧名思義，其設(shè)計來自于人手，是遵循實現(xiàn)編輯好的程序來做到自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作，代替人類去做那些沒有技術(shù)含量的熟練工種，大幅增加勞動生產(chǎn)率，使得產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)中有升。本文重點對氣動機械手進(jìn)行設(shè)計。

1　機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了使該機械手在實際應(yīng)用中有著更強的通用性，這里將該機械手設(shè)計為可更換式手部結(jié)構(gòu)，以期在實際應(yīng)用中能夠按照實際需要更換結(jié)構(gòu)。

1.1小臂升降設(shè)計

小臂升降模塊的作用是將模擬刀具從刀架槽中插入或提出。對其的設(shè)計需要考慮氣缸內(nèi)徑、氣缸的耗氣量以及小臂升降氣缸計算三個重點部分。

1.1.1氣缸內(nèi)徑的確定

由初始工作壓力以及工作載荷的相對關(guān)系，可以根據(jù)式（1）將缸徑D計算出來。

其中，D為氣缸的內(nèi)徑，F(xiàn)代表活塞推力，P代表初始壓力，通常情況下P=（0.46-1）MPa，η=0.29-0.51，取值與速度呈相反的趨勢。對于氣缸的動態(tài)性能則沒有特殊嚴(yán)格苛刻的要求。

1.1.2氣缸耗氣量

氣缸的耗氣量與氣缸的行程S、直徑D、換向閥到氣缸管道的容積和缸的動作時間有關(guān)。一般情況下，忽略氣缸管道自身的容積，那么氣缸在單位時間內(nèi)用掉的空壓可以根據(jù)式（2）得出。

其中，Q代表每秒鐘消耗的壓縮空氣量，Q1、Q2分別代表氣缸有、無進(jìn)氣時消耗的壓縮空氣量，D與d分別代表缸的內(nèi)徑以及活塞桿直徑，M則代表氣缸的行程。

1.1.3小臂升降氣缸計算

按照換刀機械手在實際生產(chǎn)中的最基本要求，氣缸吸住載荷時要求的力F≤15N，所走的路程為30s，剩余的時間為0.3s。其主要尺寸的確定如下。

缸徑D的計算：取d/D為0.5，取P為0.5MPa，η=0.3來進(jìn)行計算，可以得到D=16.6mm。

按照文獻(xiàn)報道，取SMC標(biāo)準(zhǔn)缸徑為20mm，取活塞桿的直徑為d=8mm，行程S取30mm，如圖1所示。

圖1　SMC標(biāo)準(zhǔn)氣缸

1.2手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計

實現(xiàn)機械手手臂手腕運動的機構(gòu)形式是多種多樣的。本文機械手的一切氣動元件全部購買SMC標(biāo)準(zhǔn)氣動件。

氣缸的理論輸出力矩為：

其中，M代表氣缸所受到實際的力矩，η代表負(fù)載率，且η≤0.3。

如果工作壓力處于0.5MPa，則輸出的扭矩會達(dá)到0.53N·m，可以得出允許動能大約在0.40J左右。除此以外，擺動角度可以達(dá)到90°，可調(diào)角度也能夠精確到在±5°，擺速也能夠控制在0.2～1.0s/90°，使用氣壓可以從0.1MPa一直到0.99MPa。

2　結(jié)束語

本文對氣動機械手進(jìn)行研究，對小臂升降以及手腕進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，給出了各個參數(shù)的定量計算，

為下一步的機械手自動化控制提供了有力的機械基礎(chǔ)。

[1]劉明保，呂春紅，張春梅.機械手的組成機構(gòu)及其技術(shù)指標(biāo)的確定[J].河南高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2004，（1）：18-20.

[2]李超.氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā)[D].西安：陜西科技大學(xué)，2003.

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

Design Pneumatic Manipulator

GAO Qiang1,WANG Wei2

(1.Ziwei S henyang Electr ical Equ ipment Co.,Shenyang 110000; 2.Shenyang Electronic Technology Engineering Co., Ltd., Shenyang 110000)

The pneumatic manipulator was studied on the lift arm and wris t detail des ign, give a quantitative calculation of the various parameters for the next robotic automation provides a strong mechanical basis.

pneumatic, structure, movements