氣動機械手臂的關鍵技術特點及控制方式研究

齊愛霞

摘要：機械自動化是各行各業發展的主要趨勢，隨著社會對工業生產效率的要求越來越高，傳統的人力勞動和半自動化勞動已經不能滿足現代生產加工的需要，通過自動機械手臂代替人工完成重復的體力勞動，不僅減輕了人工負擔，更提高了工作效率和質量。針對機械手臂應用的特點，說明了其常見的種類和各自優勢，分析了氣動機械手臂的關鍵技術原理，總結了氣動手臂控制的流程及方式。

關鍵詞：氣動;機械手臂;技術;控制

Abstract： The main trend of the development of mechanical automation in all walks of life is that with the increasing demand for industrial production efficiency in society， the traditional manual and semi-automatic labor can no longer meet the needs of modern production and processing. Replacing manual labor with automatic manipulator arm not only reduces the manual burden， but also improves the efficiency and quality of work. According to the characteristics of the application of the manipulator， the common types and their respective advantages are explained. The key technology principle of the start-up manipulator is analyzed， and the control principle and mode of the start-up pneumatic manipulator are summarized.

Key words： pneumatic; mechanical arm; technology; control在機械技術不斷進步的背景下，工業生產對自動化的要求越來越高，機械手臂作為現代工業上廣泛使用的先進設備，在自動生產線、機械加工、汽車裝配、智能裝備、建筑領域、采礦業等眾多領域有廣泛的應用。常用的機械手臂主要用來實現抓取和移動工件的相關功能，機械手臂盡管在大多數工作場合均執行簡單的重復性工作任務，但其在保證工作穩定性的同時，還能代替人力工作于高溫、噪音、粉塵、有毒、輻射、危險等惡劣環境，顯著提高了工業生產的安全性和效率。且傳統的人工搬運設備存在著生產效率低、準確性和安全性不足的問題，這也推動了現代化新型機械手臂的研究與發展，作為智能輔助設備，機械手臂也以其特有的優勢創造了非常廣闊的應用和發展前景。

1機械手臂的種類及特性

機械手臂根據不同生產要求和技術特點分為不同的種類，按照現階段使用的結構和功能，大體可以分為普通機械手臂、液壓機械手臂、氣動機械手臂以及其他功能更為綜合的先進機械手臂。普通機械手臂通常采用機械結構和電機、關節軸承等部件組成，屬于傳統的機械手臂形式，在過去的機械化生產中使用廣泛;液壓機械手臂在普通機械手臂的基礎上增加了液壓系統及相關原件，優化了機械手臂的相關性能;氣動機械手臂也是在傳統的機械臂上進行的優化，增加了氣泵、氣缸及其他氣動元件。

列舉了工業生產上常用的不同種類機械手臂的特點。從表中可以看出，普通機械手臂的優勢已不明顯，液壓機械手臂和氣動機械手臂根據不同的使用要求，具備各自的優勢和特點，液壓機械手臂具有傳遞功率大的特點，而氣動手臂的可控性和靈活性更好。

2.1總體結構及特點

采用氣壓回路控制的機械化手臂在自動生產領域應用十分廣泛，根據不同的要求，機械手臂的結構和形式也多種多樣，其關鍵的部件包括了控制裝置、驅動電機、氣泵、氣缸、支臂、連接臂、抓手以及固定結構等。

1. 固定底座 2.立柱 3.驅動電機 4.氣缸 5.支臂

6.連接臂 7.抓手

2.2關鍵部件及功能特點

為方便對關鍵部件進行說明，現將圖1中的氣動機械手臂簡化為圖2所示。立柱的主要功能是實現機械臂整體在B處的上下移動，同時能夠為支臂在A點提供支點，以保證支臂的上下擺動，從而完成機械臂的后續工作。總體上講，立柱必須具備足夠的力學強度，以保證整個機械手臂工作過程的安全性。支臂在A點通過轉動副與立柱連接，能夠實現支臂在豎直方向的擺動要求;連接臂與支臂在C點通過旋轉缸連接，以實現連接臂在水平方向的轉動要求。連接臂與抓手在G點處采用氣缸直連，能夠實現抓手在豎直方向的精細移動。在設計各部件結構和尺寸時，必須要考慮實際工作的各種情況，保證機械手臂能到達工作面的任意位置。

氣動機械手臂結構簡化? ? 從圖1可以看出，立柱的結構包括了上下兩個法蘭的連接結構，下部法蘭的幾何尺寸較大，能夠與地面基礎通過地腳螺栓實現有效的連接。而與上部結構的連接使用了圓錐滾子軸承作支撐，保證了立柱上半部分能夠繞立柱中心線自由轉動，并且在關節處設計有制動結構，若發現機械臂出現故障問題或危險，可通過控制制動器實現旋轉結構的鎖定。立柱的上部通過心軸與支臂相連接，支臂利用汽缸伸縮實現相關動作，在支臂與立柱的連接處，也設計了安全防護的制動裝置，以避免支臂失效突然下垂而產生的安全隱患。

3氣動控制原理及工作流程

氣壓傳動的機械手臂是工業上應用較多，通過將空氣壓縮后產生的能量轉換為動能，從而完成氣缸等執行元件的運動，帶動機械臂各部件完成相關動作。機械臂使用的啟動裝置大體由動力機構、輔助機構、控制機構和執行機構組成，如圖3所示。動力機構主要是用氣泵壓縮空氣為系統提供壓縮力的結構，輔助機構主要是對氣源進行過濾、傳導等輔助功能，控制結構通過控制閥改變壓縮空氣的壓力、流動方向以及流量，執行元件通過氣缸、旋轉缸完成指定動作。

4結束語

綜上所述，氣動機械手臂在結構和功能執行上具備其特有的優勢，較適合需要靈活反應和便捷操作的場合使用。由于不同工作場合對氣動機械手臂的要求不相同，因此，在設計和使用氣動手臂時應注意對其氣源和傳導零件的保護，以避免漏氣或裝置失效產生安全隱患。盡管氣動機械手臂具有效高的使用價值，但是隨著工業自動化技術的不斷進步，為克服機械手臂作業的短板，先進機械手臂的研究逐漸向著多功能和多學科結合的方向進步。

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