气动机械手设计

2020/5/2
1.3 驱动机构的选择
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• 驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在 很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同, 工业机械 手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。气动 机械手因为结构简单、成本低廉、重量轻、动作迅速、平稳、安全、 可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用在生产自动化的各个行 业。因此，机械手的驱动方案选择气压驱动。
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2.1.3末端执行器的具体设计
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图3-1平行开闭型气爪结构原理图 1-活塞杆 2-杠杆 3-钢球 4-手指 5-导轨 6止动块 7-定位销 8-杠杆轴
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图3-2 夹持工件受力示意图 根据计算出的夹持力的大小和表3-1，可选择合适的末端 执行器（手爪）的型号：MHZ-10D。 表3-1
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根据表3-2的数据，初步选定为缸径为20mm型号为MGPL20—200 的气缸作为机械手的伸缩手臂。 表3-2
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2.2.4 升降手臂的设计
• （1）回转臂置于升降手臂之下的结构。 • （2）回转臂置于升降手臂之上的结构。 • （3）活塞缸和齿条齿轮机构。
• 1.1 机械手基本形式的选择
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• 1.2 机械手的主要部件及运动
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本设计的机械手主要由3个大部件和3个气缸组成： （1）手部，采用一个气爪，通过机构运动实现手爪的张合。 （2）臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。 （3）机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降 和回转。
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图3-6 导台式气缸MGF系列
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图3-7导台式气缸MGF系列选型依据图
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2.2.5 回转臂的设计
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对摆台进行受力分析如图3-9所示，摆台要承受以上部件对它的轴向负 载F和偏心负载G总对它的产生的弯矩M。
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2.2.2机械手手臂的具体设计方案
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• （1）双导杆手臂伸缩机构。
• （2）手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横 向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；复合运动，如直 线运动和回转运动组合，两直线运动的双层气缸空心结构。
• （3）双活塞杆气缸结构。
• （4）活塞杆和齿轮齿条机构。
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气动机械手设计
目录
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总体设计方案和气动回路的设计内容 气动机械手的机械结构设计 结论
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• 本课题是一个用于传送带上轻型平动搬运机械手的设计。本设计主要 任务是完成机械手的结构方面设计，以及气动回路的设计。在本章中 对机械手的坐标形式、自由度、驱动机构等进行了确定。因此，在机 械手的执行机构、驱动机构是本次设计的主要任务。
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1.5 气动回路的设计
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2020/5/2Байду номын сангаас
2.1.1末端执行器的运动和驱动方式
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• 末端执行器即机械手手爪，多为双指手爪。按手指的运动方式，可分 为回转型和移动型，按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。
• 机械手夹持器（手爪）的驱动方式主要有三种 • 1.气动驱动方式 • 2.电动驱动方式 • 3.液压驱动方式
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2.1.2末端执行器的典型结构
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• 1.楔块杠杆式手爪 • 利用楔块与杠杆来实现手爪的松开和夹紧，来实现抓取工件。 • 2.滑槽式手爪 • 当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹
紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应 抓取大小不同的物体。 • 3.连杆杠杆式手爪 • 这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动， 由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常与 弹簧联合使用。 • 4.齿轮齿条式手爪 • 这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与 松开动作。 • 5.平行杠杆式手爪 • 采用平行四边形机构，因此不需要导轨就可以保证手爪的两手指保持 平行运动，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多。
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2.2.1 机械手手臂的设计要求
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• 在进行机械手手臂设计时，要遵循下述原则： • 1.应尽可能使机械手手臂各关节轴相互平行，相互垂直的轴应尽可能
相交于一点，这样可以使机械手运动学正逆运算简化，有利于机械手 的控制。 • 2.机械手手臂的结构尺寸应满足机械手工作空间的要求。工作空间的 形状和大小与机械手手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。 但机械手手臂末端工作空间并没有考虑机械手手腕的空间姿态要求， 如果对机械手手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空 间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。 • 3.机械手手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力 的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。
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在本气动机械手中，直线和旋转模块均可采用气缸驱动，气动机械手 所能执行的运动示意图如图3-3所示。
图3-3 机械手运动示意图
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2.2.3伸缩手臂的设计
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图3-4 新薄型带导杆气缸 根据本机械手的设计技术参数，伸缩手臂的行程为200mm，气 爪抓重约为2Kg，加上末端执行器（气爪）和连接板的重量，总 质量约为3Kg，由此，伸缩手臂的最大横向负载 F=mg=3×9.8=29.4N。
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1.4 机械手的技术参数列表
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• 一、用途：车间皮带机之间的搬运 • 二、设计技术参数： • 1、抓重：2Kg (夹持式手部) • 2、自由度数：3个自由度 • 3、坐标型式：圆柱坐标 • 4、最大工作半径：335mm • 5、机身最大中心高：415mm • 6、主要运动参数： • 手臂伸缩行程：200mm 手臂伸缩速度：200mm/s • 机身升降行程：100mm 机身升降速度：100mm/s • 机身回转范围：0- 190° 机身回转速度：60°/s