機械手的機械設計與驅動、氣缸設計

于志成 張乃千

摘 要： 機械手在工業制造行業中的地位非常重要，它是實現自動化的關鍵系統和部件，本文研究分析機械手的機構，對機械手的氣缸設計、驅動設計進行分析，通過選取合適的驅動裝置和執行機構，實現機械手的自動化控制和驅動。

關鍵詞： 機械手的結構；氣缸設計；驅動設計

1.機械手的結構

機械手的結構組成主要包括執行機構、驅動系統、控制系統以及位置檢測裝置，如圖1.1。

（1）執行機構，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 ） 和傳力機構所構成。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；立柱是機械手執行機構的支撐部分，其他部分都是在立柱上，它可以實現機械手的回轉和手臂的上下伸縮。

（2）驅動系統，它是機械手的動力裝置，是對執行機構進行運動的基礎，機械手的設計中有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。

（3）控制系統，該系統是對機器人進行支配的系統，主要是通過驅動系統對機械手進行控制，一般它的組成為程序系統和定位系統，定位系統是機械手運動到某個位置的控制裝置，程序系統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、球坐標式和關節式。這些坐標系對機械手進行升降、收縮、回轉，通過這些坐標系和機械手的自由度，最終實現機械手運動，如圖1.3。

2.氣缸設計

在機械手的設計上，一般都是采用氣動進行驅動，氣動的成本低，在驅動裝置的設計中，氣缸的設計最重要，氣缸的力要滿足機械手的夾持力，還要復合制造成本低，氣缸屬于單向作用氣缸。 根據力平衡原理， 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.驅動設計

機械手的驅動方式有以下幾種：

（1）液壓驅動機械手，這種機械手是通過液壓缸進行驅動，有點就是抓舉的物品重量大，手部的夾持力大，結構緊湊，動作快速，但是缺點就是容易產生漏油，在高溫或者低溫環境下不能工作；

（2）氣壓驅動機械手，通過壓縮空氣的壓力來驅動執行機構運動的機械手。這種驅動方式的壓力比較低，但是制作成本低，結構非常簡單，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動，電動機可以為感應電動機、直線電機或功率步進電機，這種不需要中間傳動裝置，故機械結構簡單。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。

結論

在對機械手設計時候，主體結構和硬件非常重要，例如對機械手臂座進行設計的時候，需要有兩個電動機進行驅動，一個是驅動機械手進行回轉，另一個是對機械手運動時候的驅動，在對機械手關節進行設計時候，需要考慮齒輪之間的動力傳動，這些設計內容都是機械手設計的主要方面。

參考文獻

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