气动通用上下料机械手结构设计_贺东坤

来源：网络收集时间：2026-05-16

导读：第22卷第10期长春大学学报Vol．22No．102012年10月JOURNALOFCHANGCHUNUNIVERSITYOct．2012 气动通用上下料机械手结构设计贺东坤，田（长春理工大学摘明光电工程学院，长春130022）要：通过对机械手实际工作环境的了解，对该机械手进行了总体方案设计，确

第22卷第10期长春大学学报Vol．22No．102012年10月JOURNALOFCHANGCHUNUNIVERSITYOct．2012

气动通用上下料机械手结构设计

贺东坤，田

（长春理工大学

摘明光电工程学院，长春130022）要：通过对机械手实际工作环境的了解，对该机械手进行了总体方案设计，确定了该机械手为圆柱坐标型四自

由度通用机械手，故同时设计了机械手的夹持式手部结构和吸附式手部结构，可以更换使用。该机械手既可以用

于搬运小型零件，也可供教学、实验使用，使用范围广。本文计算出了手部夹紧气缸所需的驱动力，设计了机械手

的手部结构、腕部结构、臂部结构。

关键词：机械手；圆柱坐标；四自由度；气缸

中图分类号：TP241．2文献标志码：A文章编号：1009－3907（2012）10－1171－03

1．1上下料机械手总体设计机械手总体设计方案

对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。

该机械手采用气缸作为动力源，能够快速、准确地拾放和搬运物件。设计气动机

械手的原则是：充分分析作业对象（工件）的作业技术要

求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求

和环境条件；明确工件的结构形状和材料特性，抓取、搬

运时的受力特性、尺寸、质量参数等，从而进一步确定机

简化了械手的结构；本设计多数选用了定型的标准组件，

设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换

和编程控制。

本文设计出机械手的各执行机构，包括：手部、手腕、

手臂的设计。该机械手是通用气动上下料机械手，因此

它的适用面更广，是一种适合于相对于专用机械手来说，

成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动搬运或

操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单

调频繁的生产场合。总体结构如图1所示。

1．2机械手各组成部分设计方案图1气动通用上下料机械手总体结构图1．联接螺栓2．油雾器3．手臂回转气缸4．底板5．回转液压缓冲器6．手臂升降气缸7．立柱8．箱盖9．手部10．腕部回转气缸11．手臂伸缩气缸12．伸缩液压缓冲器13．控制阀14．升降液压缓冲器15．气管16．箱体17．气泵接口

为使机械手实现各种运动和姿态，机械手如图2所

示，设计成四个自由度，并采用圆柱座标型式。各部分设计方案

如下：

1．2．1手臂设计

按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手

臂的伸缩、左右回转和升降运动。按照实际要求，手臂伸缩行程

600mm，升降行程200mm，回转范围0°～240°。

图2

07-08收稿日期：2012-

），作者简介：贺东坤（1987-男，内蒙古呼伦贝尔人，硕士研究生，主要从事精密测控技术与仪器方面研究。

），田明（1971-男，吉林白城人，副教授，硕士，主要从事精密测控技术与仪器方面研究。机械手自由度分配示意图

1．2．2手部设计

为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成

2当工件是棒料（φ80～φ150mm）时，使用夹持式手部；当工件是板料（面积不大于0．5m）时，使可更换结构，

吸附式手部可抓中5kg。用气流负压式吸盘。夹持式手部可抓重10kg，

1．2．3腕部设计

由于被抓取工件是水平放置，因此手腕设有回转运动以满足工作的要求。实现手腕回转运动的机构为回转气缸。回转范围0°～180°。

2．1机械手手部结构设计夹持式手部结构设计

夹持式手部结构按照实际工作情况要求，设计成一支点两指回转型。它由手指（或手爪）和传力机构所组成，传力机构主要有夹紧缸体、活塞、齿条活塞杆、扇形齿轮等构件组成。手部详细结构如图3所示。该手部结构具有足够的夹紧力和一定的开闭角，保证了最大尺寸工件能够顺利的进入和脱开。由于被抓取工件

“V”的形状多为圆柱形，故手指形状设计成形，以便自动定心，从而使手指和被夹持工件保持准确的相对位

置。

手部夹紧气缸驱动力计算：

，“V”b=120mm，R=24mm，如图4所示，最大工件重量G=10kg形手指的角度2θ=120°，摩擦系数f=

0．1，气缸驱动力为P

。

图3夹持式手部结构图4手部传动示意图

1．夹紧缸体2．活塞3．齿条活塞杆4．弹簧

5．扇形齿轮6．带轴齿轮7．手指8．

密封圈

根据手部结构的传动示意图，其驱动力为：P=2b·NR

根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式：

N=0．5G·tan（θ－φ）=0．5×10×tan（60°－5°42'）≈50（N）

K1K22b所以：P=·N=490（N）；实际驱动力：P实际PRη

因为传力机构为齿轮齿条传动，故取η=0．94，并取K1=1．5。被抓取工件的最大加速度取a=g时，则：K2=1+1．5×2a=2。所以：P实际=490×≈1563（N）g0．94

所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为1563（N）

。

2．2气流负压式吸盘

图5所示为可调的喷射式负压吸盘结构图。喷嘴口与

喷嘴套之间留有适当的间隙，以便将被抽气体带走。当间隙

太小时，喷射气流和被抽气体将由于与套壁的摩擦而使速度

降低，因而降低了抽气速率；当间隙太大时，离喷射气体越远

的气体被带着向前运动的速度就越低，同时间隙过大，从喷

嘴套出口处反流回来的气体就越多，这就使抽气速率大大的图5可调喷射式负压吸盘结构1．橡胶吸盘2．吸盘芯子3．通气螺钉4．吸盘体5．喷嘴6．喷嘴套

降低。在图5中，喷嘴5与喷嘴套6的相对位置是可以调节的，以便改变间隙的大小，可使喷嘴更有效地工作。

3手臂伸缩与腕部回转结构设计

该机械手的手臂结构如图6所示，手臂主要由双作用式气缸1、导向杆2、定位拉杆3和两个可调定位块4等组成。双作用式气缸1的缸体固定，当压缩空气分别从进出气孔进入双作用式气缸1的两腔时，空心活塞套杆11带动手腕回转缸5和手部一同往复移动。在空心活塞套杆11中通有三根伸缩气管，其中两根把压缩空气通往手腕回转气缸5，一根把压缩空气通往手部的夹紧气缸。在双作用式气缸1缸体上方装置着导向杆2，用它防止活塞套杆11在做伸缩运动时的转动，以保证手部按正确的方向运动。手臂伸缩运动的行程大小，通过调整两块可调定位块4的位置而达到。手臂伸缩运动的缓冲采用液压缓冲器实现。手腕回转是由回转气缸5实现，直线气缸1内的三根气管采用了伸缩气管结构，其特点是机械手外观清晰整齐，并可避免气管的损伤。另外活塞套杆11做成筒状零件可增大活塞套杆的刚性，并能减少充气容积，提高气缸活塞套杆的运动速度

。

图6手臂伸缩与回转部分结构图图7手臂升降与回转部分结构图

1．双作用式气缸2．定位拉杆3．导向杆4．可调定位块

5．右进气孔6．定片7．左进气孔8．动片9．回转缸体

10．可伸缩气管11．空心活塞套杆12．活塞13．密封圈

14．管接头15．

后罩1．转柱2．升降缸活塞轴3．导向杆4．升降缸体5．碰铁6．定位块7．定位拉杆8．缓冲铁块9．回转中间定位块10．回转定位块11．定位块连接盘12．定片13．转轴14．动片15．回转缸体16．支撑架17．套筒

4手臂升降与回转结构设计

其结构如图7所示。手臂升降装置由 …… 此处隐藏：4562字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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