三自由度机械手设计 - 图文

虚拟三自由度气动教学机械手的实验研究

2.2.4 垂直升降气缸

气动机械手中实现手臂往复运动用的最多的是双作用单活塞杆气缸。活塞在气压下作双向运动。结构上可以是气缸体固定、活塞杆运动；也可以是活塞杆固定，而缸体运动。本系统采用缸体固定，活塞运动的结构，实物图如图2.5所示。

图2.5 垂直升降气缸实物图

2.2.5 夹紧气缸

在自动化生产线中，各种形式的机械手应用越来越广泛。现代的机械手采用各种电气、机械、液压、气动等驱动机构，并用电子系统进行控制，以实现模仿人的手臂和手指动作。而其手爪的结构也是各式各样的，但以气动手爪应用较为普遍 。

夹持式手爪的驱动装置较多采用的是作往复直线运动的气缸。在结构上，单杆活塞缸

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应用最多。所以，本系统夹紧气缸采用双向作用的单杆活塞缸（图2.6），双向作用单杆活塞缸活塞两侧的有效面积不等，在气压相等时，活塞上所受推力P1＞拉力P2，如下图所示，实物图如图2.7所示。

图2.6 气压双作用单杆活塞缸

图2.7 夹紧气缸实物图

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2.2.6 机械手手爪

机械手的手爪是用来直接抓取物件的机构，是机械手的重要组成部件之一。由手指、传力(或增力)机构和驱动装置组成。根据被抓取物件的材质、形状、尺寸、重量以及其它一些特性(如易碎性、导磁性、表面光洁度等)的不同，手部的种类也不一样。

机械式手爪是最基本的一种，应用广泛，种类繁多。如按手指运动的方式和模仿人手的动作，可分为回转型、直进型；按夹持方式可分为内撑式、外撑式和自锁式；按手指数目可分为二指式、三指式、四指式；按动力来源可分为弹簧式、气动式、液压式等。

机械式手爪由驱动元件、手爪夹持部件、传动机构、手指及各种垫片、附件等组成。 夹持式是较常见的一种手部形式，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式和外夹式两种;按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，具有动作灵活、结构简单、制造容易、适应性强、精度高等特点。本系统采用的就是回转型齿轮齿条传动的内卡式手爪，实物图如图2.8所示。

2.2.7步进电机

步进电机是一种可以直接将数字脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件，具有控制简单、响应速度快、工作可靠、无累积误差等优点。它能够直接接受数字信号，无需中间转换，直接输出的位移量与输入数字脉冲量相对应，能实现直接的数字控制。步进电机以开环方式工作，可省去伺服电机驱动装置中位置检测与反馈部分以及A/D、D/A转换，从而简化了系统机构，使控制成本大大降低。

本系统选择混合型步进电机。

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图2.8 手爪实物图

2.3机械手的驱动

由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉，加之抓取载荷较轻，气压驱动所采用的元件为气压缸、气马达等。一般采用4～6个大气压，个别达到8～10个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。因此，本机械手采用气压传动方式。图2.9为控制气体的电磁阀。

2.4机械手的控制

考虑到机械手的开放性和通用性，同时可以使用点位控制，所以我们利用单片机对机械手进行控制，当机械手的动作流程改变时，我们只需改变单片机内部的程序，非常便捷。而且它还可以提供与PLC、计算机等多种接口，更能实现多机械手协调作业。

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