浅析气动机器手的应用改造

高艳霞

关键词：机器手;前座椅机器手;气压传动;执行元件;动作变换;回路设计;完成预定动作

前言

随着社会的发展，各个行业都迅速突破，高科技领域也发生翻天覆地的变化，这是我国经济发展的重要体现。在目前很多工作都采用机器手去操作，随着网络技术的发展，机械手的联网操作问题也是以后发展的方向，械手的是机器人的一个重要分支。机械手作业的精确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

1、机器手的特点

机械手是模拟人手和臂动作的机电系统，根据机电耦合原理，按主从原则进行工作，因此，它只是人手和臂的延长物，没有自主能力，附于主机设备，动作简单、操作程序固定的重复操作，定位点不变的操作装置，是智能机器的末端执行器，用以按固定抓取、搬运物件或是操作工具的自动操作装置。机械手运用负载检测及气压反馈实现自动平衡，以便使工件“悬浮”于空中，操作人员使用极小的力，就可以破坏器气压平衡，轻松高效实现自由搬运。机器手具有极高的灵活性，精确度和安全性，可满足紧密装配，产品包装，上下料等重复性的工作。提高工作效率、降低成本、提高产品质量、安全性好。特别是多关节机械手：动作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作.随着生产的需要，对多关节手臂的灵活性，定位精度及作业空间等提出越来越高的要求。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

气动机械手的工作原理：

气动机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对气动机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置

二、机器手的结构

对于气动机器手，由四大部分组成：执行机构、驱动系统、控制系统、位置检测装置

（一） 执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件（有的增设行走机构）。

1、手部 ：即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手。夹持式手部由手指（或手爪）和传力机构所构成，手指是与物件直接接触的构件。

2、手腕：是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位（即姿势）。

3、手臂 ：手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。气动机械手的手臂由驱动手臂运动的部件气缸、与驱动源气压（气缸）相配合，以实现手臂的各种运动。

4、立柱：立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。

5、机座 ：机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。

（二）驱动系统 ：

驱动系统是气缸执行机械运动的。气动机械手具有3个自由度：手臂伸缩;机身回转;机身升降。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运动。（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。

控制系统 ：

气动机械手气动回路的设计主要是选用合适的控制元件，通过调节进入各个气缸压缩空气的压力、流量和气体流动方向，使气动执行元件，获得足够的动力、动作速度和合适的运动方向，并完成规定的动作。

（四）位置检测装置：控制机械手执行元件的运动位置，并随时将执行元件的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行处理，从而使执行元件按照规定的精度要求，以達到设定位置。

3、前座椅机器手

汽车前座椅在安装过程中，由于座椅体积较大，较重，需要使用机器手搬运，降低工人的劳动强度。采用机器手搬运时，当安装不同车型，由于座椅的重量差别较大时，就需要更换机器手，使生产成本加大，存储空间增大，造成资源浪费。

当我们生产过程中，如果需要生产不同车型，由于车型不同，在生产过程中，需要安装的座椅型号不同，座椅的重量不同，一个型号的 机器人无法满足生产要求。若要 使用一个机器人，满足不同型号汽车的生产，需要对气压回路进行改装，使该机器手在生产过程中，满足不同型号的汽车前座椅的安装，完成预定动作。如图：改装部位的管件连接

在改装过程中，我们是在原有的回路基础上，再增加了一个支路，在使用过程中，可以保证该机器手，用于两种以上车型前座椅的安装。该机器手经过改造后，降低了生产成本，减小了存储空间。为工作人员提供了方便。使操作人员用很小的力，就可以上、下、左、右移动很重的工件，灵活完成预定工作。

结束语：

随着科技的发展，自动机械化水平越来越高，机器手在流水线装配过程中运用越来越多了。科学掌握气动原理与机器手的应用。可以大大降低工人劳动强度，提高工作效率，保障工作质量，有着重要的意义。

参考文献：

孙岩：《机械设计课程设计》 北京理工大学出版社 2007

《现代机械传动手册》编辑委员会编：《现代机械传动手册》（第二版） 机械工业出版社 2002

巩云鹏 田万禄等主编 ：《机械设计课程设计》东北大学出版社 2000