1 前言

　　機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用于按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(擺動)、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手韻靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2—3個自由度。本文設(shè)計的是一個五自由度工件搬運(yùn)氣動機(jī)械手。

2 氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

　　該氣動機(jī)械手具有五自由度(手指運(yùn)動不計人自由度數(shù))，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。臂部有3個自由度，即手臂的水平回轉(zhuǎn)1、俯仰2和伸縮3；腕部有2個自由度，即手腕的上下擺動4和回轉(zhuǎn)5。除上述5個動作外，在機(jī)器人的基本動作中還有手爪的夾緊動作6。

圖1氣動機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖

　　它的動作循環(huán)為：底座順時針旋轉(zhuǎn)(90°)二俯仰氣缸上升-手臂伸出-手腕俯下-手腕回轉(zhuǎn)-手指張開-手指夾緊-底座逆時針旋轉(zhuǎn)-手指張開-手腕仰起-手腕回轉(zhuǎn)-手臂縮回-俯仰缸下降的預(yù)定的程序和軌跡等要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)及操作。機(jī)械手主要由驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測裝置和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

3 氣動機(jī)械手的氣動系統(tǒng)原理

　　氣動機(jī)械手的氣動系統(tǒng)圖如圖2所示。雙電控?fù)Q向閥可以保證電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，機(jī)械手的動作不變。氣缸D靠自重下落，上升和下降分別為進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速和排氣節(jié)流調(diào)速。電磁閥14與FD的線圈互鎖，用來防止氣路突然失壓時，升降氣缸D的立即下落。三位五通閥FE可以使手臂回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位。減壓閥13可以精確調(diào)整手指的夾持力，防止夾持時工件或手指受損。兩個快速排氣閥11、12，既可加快氣缸C起動速度，又可全程調(diào)速。各氣缸的到位信號由磁性開關(guān)產(chǎn)生，PC控制器檢測到信號后控制電磁閥做出下一步動作。

圖2氣動機(jī)械手氣動系統(tǒng)圖

4 氣動機(jī)械手PLC控制

　　應(yīng)用PLC控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的預(yù)定動作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動生產(chǎn)率，該設(shè)計中全部采用雙電控電磁閥作為驅(qū)動氣缸的主控閥。輸入信號端：12個行程開關(guān)發(fā)出的信號，另外根據(jù)系統(tǒng)控制的要求，需要START，POSITION和RESET共3個按鈕信號，1個STOP按鈕信號，還需要1個用來控制機(jī)械手運(yùn)行方式的AUTO／MAN旋動開關(guān)。輸出信號端：用來驅(qū)動6個氣缸的電磁閥需要12個輸出信號，電磁閥14需要1個輸出信號，3個用來顯示工作狀態(tài)的START，RESET，POSITION信號指示燈。利用PLC進(jìn)行多氣缸順序動作控制的特點(diǎn)：

　　(1)整個控制系統(tǒng)包括PLC控制部分和氣動控制部分；

　　(2)可用雙電控電磁閥或單電控電磁閥或采用閥島進(jìn)行氣路轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)緊湊；

　　(3)信號控制可用行程開關(guān)，也可根據(jù)需要用非接觸式傳感器接收信號；

　　(4)工作可靠性高，大大提高了生產(chǎn)率；

　　(5)運(yùn)用PLC控制與計算機(jī)通信可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，因而在生產(chǎn)中運(yùn)用廣泛。

5 結(jié)束語

　　本文介紹的五自由度氣動機(jī)械手，工作可靠、定位準(zhǔn)確、氣動控制回路簡單、電氣控制容易實(shí)現(xiàn)、成本相對低，很適合用于工業(yè)中單調(diào)、頻繁的搬運(yùn)或抓取類工作。另外由于該機(jī)械手的氣壓系統(tǒng)可以進(jìn)行速度調(diào)節(jié)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靈敏度及線性度、故障模擬、機(jī)械手在負(fù)載下的重復(fù)精度等多項試驗(yàn)，因此可以用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，且具有良好的示教性。