1 前言

　　機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現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動(擺動)、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手韻靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2—3個自由度。本文設計的是一個五自由度工件搬運氣動機械手。

2 氣動機械手的結構

　　該氣動機械手具有五自由度(手指運動不計人自由度數)，結構示意圖見圖1。臂部有3個自由度，即手臂的水平回轉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5。除上述5個動作外，在機器人的基本動作中還有手爪的夾緊動作6。

圖1氣動機械手結構示意圖

　　它的動作循環為：底座順時針旋轉(90°)二俯仰氣缸上升-手臂伸出-手腕俯下-手腕回轉-手指張開-手指夾緊-底座逆時針旋轉-手指張開-手腕仰起-手腕回轉-手臂縮回-俯仰缸下降的預定的程序和軌跡等要求實現自動抓取、搬運及操作。機械手主要由驅動系統、控制系統、檢測裝置和機械執行機構組成。

3 氣動機械手的氣動系統原理

　　氣動機械手的氣動系統圖如圖2所示。雙電控換向閥可以保證電氣系統發生故障時，機械手的動作不變。氣缸D靠自重下落，上升和下降分別為進氣節流調速和排氣節流調速。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可以使手臂回轉實現多點定位。減壓閥13可以精確調整手指的夾持力，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，又可全程調速。各氣缸的到位信號由磁性開關產生，PC控制器檢測到信號后控制電磁閥做出下一步動作。

圖2氣動機械手氣動系統圖

4 氣動機械手PLC控制

　　應用PLC控制機械手實現各種規定的預定動作，可以簡化控制線路，節省成本，提高勞動生產率，該設計中全部采用雙電控電磁閥作為驅動氣缸的主控閥。輸入信號端：12個行程開關發出的信號，另外根據系統控制的要求，需要START，POSITION和RESET共3個按鈕信號，1個STOP按鈕信號，還需要1個用來控制機械手運行方式的AUTO／MAN旋動開關。輸出信號端：用來驅動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的START，RESET，POSITION信號指示燈。利用PLC進行多氣缸順序動作控制的特點：

　　(1)整個控制系統包括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行氣路轉換，結構緊湊；

　　(3)信號控制可用行程開關，也可根據需要用非接觸式傳感器接收信號；

　　(4)工作可靠性高，大大提高了生產率；

　　(5)運用PLC控制與計算機通信可實現遠程控制，因而在生產中運用廣泛。

5 結束語

　　本文介紹的五自由度氣動機械手，工作可靠、定位準確、氣動控制回路簡單、電氣控制容易實現、成本相對低，很適合用于工業中單調、頻繁的搬運或抓取類工作。另外由于該機械手的氣壓系統可以進行速度調節、執行機構的靈敏度及線性度、故障模擬、機械手在負載下的重復精度等多項試驗，因此可以用于教學實驗，且具有良好的示教性。