机械手手部结构形式应用分析

龙源期刊网机械手手部结构形式应用分析作者：毕艳茹王志勃来源：《科技视界》2012年第35期【摘要】随着科学技术的迅速发展，工业机械手的应用逐步扩大，技术性能在不断提高。工业机械手广泛应用在自动生产线的使用过程中，对于提高劳动生产率和产品的质量、改善工人劳动强度、降低能源消耗、节约材料等方面都取得了显著的成效。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动化机械装置。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。手部是机械手执行机构之一，直接用于抓取工件或夹持专用工具进行操作的重要部件。随着自动化程度的提高，机械手的手部结构应用，已愈来愈引起人们的重视。本文主要对机械手的手部结构应用进行分析【关键词】机械手；手部结构；应用分析1机械手的手部结构手部结构有钳爪式手部、气吸式吸盘、电磁式吸盘。手部是机械手直接用于抓取和捏紧（或吸附）工件或夹持专用工具（如喷枪、扳子、焊接工具）进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机械手手臂的前端。1.1手部结构形式应用分析具体选用哪种手部必须根据所装配零件的外形结构形状，尺寸、材料类型来选择，该装配工位的零件具体尺寸所示。所需要抓取的工件m=71g，其形状为d=91mm的圆形工件，材料为铝。装配工件钳抓式手部一般支持棒料，由图可知，该零件属于轻型板料工件，并不适合选用钳抓式手部，故选用电磁式或气吸式吸盘手部。具体选用哪种形式，下面分别对电磁式和气吸式吸盘优缺点进行比较说明。1.1.1电磁式吸盘1.适用于磁性材料，有沟槽或穿孔的工件都能吸住。对于不准有剩磁的工件不能选用2.单位面积有较大的吸力3.在磁盘上有剩磁，因而会吸附铁质碎屑，造成划伤工件和吸不平的可能龙源期刊网适用于表面相当平整和光滑的材料，但材质不受限制2.单位面积的吸力有限3.要求吸附边缘和工件表面不允许有碎屑堆积，否则就吸不住工件4.达到所要求的压力后才能吸附工件，因而需要一定时间5.结构较复杂6.使用寿命有限因为所需要抓取的工件m=71g，其形状为d=91mm的圆形工件，材料为铝，工件为薄壁零件，重量较轻，在磁盘上不能有剩磁，且装配时以两个小圆孔定位，要求较高，所以选用气吸式吸盘。气吸式吸盘按形成负压（真空）的方法，气吸式手部可分为真空式、气流负压式和挤压排气式吸盘。考虑它们的结构、实现的难易程度及可靠性选择真空式吸盘，真空式吸盘吸料可靠、吸力大。真空式吸盘是利用吸盘内的压力与大气压之间的压力差而工作的，它采用专用设备真空泵将橡胶皮碗内的空气抽掉，使吸盘内的压力降而获得真空，由于外界的大气压力大于吸盘内的压力，橡胶皮碗与工件表面在周围的大气压力作用下压得很紧，而把工件吸住。若吸盘的控制阀将吸盘与大气相通，吸盘即将工件放下。真空吸盘吸料可靠、吸力大，需要有真空泵系统。下图所示为真空式吸盘的控制系统原理图。1-电动机；2-真空泵；3-7电磁阀；4-6电磁铁；5-吸盘真空式吸盘控制系统原理图当电磁阀3通电工作在右位，真空泵与吸盘接通进行抽气，吸盘内腔形成真空而将工件吸住。当电磁阀3失电复位，电磁阀7通电，工作在右位，吸盘内腔与大气相通，从而释放工件。龙源期刊网真空发生器的工作原理它由工作嘴、负压室、接收管组成。压缩空气通过收缩的喷嘴后，从喷嘴内喷射出来的一束流动的液体称为射流。射流能卷吸周围的静止流体和它一起向前流动，称为射流的卷吸作用。负压室限制了射流与外界的接触，但从喷嘴流出的主射流还是要卷吸一部分周围的流体向前运动，于是在射流的周围形成一个低压区。若在喷嘴两端的压差达到一定值时，气流则为超声速流动，于是在负压室内可获得一定的负压。对于真空发生器，若在负压室由通道接真空吸盘，当吸盘与平板工件接触，只要将吸盘腔室内的气体抽吸完并达到一定真空度，就可将平板吸住。真空发生器可用于产生负压，也可用作喷射器。真空吸盘吸力大小与吸盘内的真空度及吸盘的吸附面积的大小有关，此外被吸工件形状和表面不平度对吸力的大小均有一定的影响。真空度由真空泵的类型而定，若真空泵类型选定后，在规定的时间内，可以采用真空表来测量吸盘内的真空度，其单位为毫米汞柱。下图所示为某容器与U形压力计相连接，若左支管内的水银下降，而右支管内水银上升，其汞柱高度差若为h，这说明容器内的气体压力P绝对小于大气压力Po即式中P——吸盘吸力（千克）；h——真空度即真空表读数（毫米汞柱）；D——吸盘直径（厘米）；n——吸盘数量；K1——吸盘吸附工件在起动时的安全系数，可取K1=1.2～2；K2——工作情况系数。若板料间有油膜存在则要求吸附力大些；若装有分料器，则吸附力就可小些。另外，工件从模具取出时，也有摩擦力的作用，同时还应考虑吸盘在运动过程中由于加速运动而产生的惯性力影响。因此，应根据工作条件的不同，选取工作情况系数，一般可在（1～3）的范围内选取。对于真空式吸盘来说，吸盘吸附工件在起动时应保证吸住，在传递过程中吸盘内的真空度随时间加长而增大，吸附工件就越可靠。龙源期刊网≥F′由上述参数，通过查《工业机器人》表，可以选出吸盘直径Φ10就满足要求，选择的是外螺纹垂直接管真空吸盘，型号为ZHP—IA110—W5，它的参数如下所示：单位：mm其结构简图如图所示：1.接管；2.螺母；3.吸盘箍；4.吸盘总之，机械手手部结构的应用是机械手在操作过程中重要的环节，应根据被抓取工件的结构形式、材料、重量等进行科学分析，合理选用，不断的优化改进结构设计，力求满足结构简单，操作灵敏，便于控制，夹持平稳，并能够很好地满足装配的空间需求。【参考文献】[1]刘德忠，费仁元.[德]StefanHesse.装配自动化[M].机械工业出版社，2003.[2]天津大学.《工业机械手设计基础》编写组[M].天津科学技术出版社，1979.[3]天津电仪职大.自动生产线技术[M].电子工业出版社，1995.[4]习文明，吴洪涛，朱剑英.微装配技术的发展现状[J].机械科学与技术，2002.[5]蔡自兴.机器人学[M].北京：清华大学出版社，2000.[6]孙立宁，孙绍云，蔡鹤皋.微操作机器人的发展现状[J].机器人，2002.[7]朱世强，王宣银.机器人技术及其应用[M].杭州：浙江大学出版社，2001.[责任编辑：曹明明]