工业自动化技术：两平动自由度气动机械手设计

简介

在高速机械手运动中，倍速机构通过导轨与带传动的配合使用，既可以发挥带传 动平稳、噪音小的特点，同时可以实现快速传动和高精度传动。气缸倍速机构可以使滑块的 移动速度及行程是气缸活塞运动速度及行程的两倍，从而加快机械手运动的速度，提高生 产效率。 现有气缸倍速机构 ，

如图1所示，包括机架、传动绳一13、传动绳二9以及 设置在机架上的动滑轮组件一、液压缸一2、定滑轮一1和定滑轮二8，定滑轮一1和定滑轮二 8转动连接在机架上且位于动滑轮组件一的上方，液压缸一2的下方设置液压缸二3，动滑轮 组件一的下方设置动滑轮组件二，动滑轮组件二包括设置在机架滑槽二内的动滑轮三4和 动滑轮四6，动滑轮三4和动滑轮四6通过连接件二5连接，动滑轮一11和动滑轮二7通过连接 件一10连接，传动绳一13的一端和传动绳二9的一端均固定在机架上，传动绳一13的另一端 依次绕过动滑轮三4、动滑轮一11、定滑轮一1并固定在工件12上，传动绳二9的另一端依次 绕过动滑轮四6、动滑轮二7、定滑轮二8并固定在工件12上。这种倍速机构由于该机构采用三组滑轮实现带传动，液压驱动采用两组液压缸， 滑轮组的下方留有较大的空间，液压缸设置在滑轮组的边上，占用较大的空间，结构比较复 杂，零部件较多，空间利用率不高，移动慢，工作效率不高，行程不可调。

两平动自由度气动机械手设计

图中，定滑轮一1，液压缸一2，液压缸二3，动滑轮三4，连接件二5，动滑轮四 6，动 滑轮二7，定滑轮二8，传动绳二9，连接件一10，动滑轮一11，工件12，传动绳一13；气缸一101，活塞杆一102，立柱三103，立柱一104，连接件一105，连接件二106，定 带轮一107，皮带一108，带轮一109，基架110，导轨111，定带轮二112，连接件三113，皮带二 114，动带轮二115，连接件四116，活塞杆二117，立柱二118，立柱四119，基座120，机械臂 121，气缸二122，活塞杆三123，机械爪124。

如图2所示，两平动自由度气动机械手，包括水平基座120、竖直基架110 和 水平导轨111，所述基架110下端固定在所述基座120上，其上端固定在导轨111上，所述导轨 111上设有一在气动倍速机构作用下沿导轨111水平移动的机械臂121，如图 3所示，所述机 械臂121的另一端与一竖向气缸122固定相连，所述竖向气缸122通过一竖向活塞杆123与一 机械爪124相连。 如图2所示，气动倍速机构包括水平放置的双活塞杆气缸101，双活塞杆 气缸101固定于基座120上，其两端对称设有U形活塞杆一102和活塞杆二117，活塞杆一 102一端与水平气缸101匹配连接，另一端通过转轴一105与动带轮一109连接，活塞杆 二117一端与水平气缸101匹配连接，另一端通过转轴二116与动带轮二115连接； 还包括与动带轮一109和动带轮二115位于同一竖向平面的定带轮一107和定带轮 二112，定带轮一107和定带轮二112相对于由双活塞杆气缸101竖直轴和基架110 构成 的中心平面对称，定带轮一107通过转轴三106与立柱三104的上端连接，立柱三104的下端与基座120固定连接，定带轮一107位于动带轮一109外侧上部，定带轮二112 通过转轴四113与立柱四118的上端连接，立柱四118的下端与基座120固定连接，定带 轮二112位于动带轮二115外侧上部， 还包括与动带轮一109和动带轮二115位于同一竖向平面的立柱一103和立柱二 119， 立柱一103位于动带轮一109的外侧下部，其下端与基座120固定连接，其上端 与皮带一108的一端固定连接，皮带一108的另一端依次绕过动带轮一109的内侧和定 带轮一107的外侧后与机械臂121固定连接， 立柱二119位于动带轮二115的外侧下部，其下端与基座120固定连接，其上端 与皮带二114的一端固定连接，皮带二114的另一端依次绕过动带轮二115的内侧和定 带轮二112的外侧后与机械臂121固定连接。 机械臂121的纵向长度可调。从而可以调节机械爪124前后方向的位置。 下面结合图2-4详细介绍工作过程。

首先，作为一种实施方式，如图2、3所示，存在三个平面：基座120所在的水平面、由 双活塞杆气缸101竖直轴和基架110构成的中心平面和动带轮一109、动带轮二115、定带轮 一107、定带轮二112、立柱一103、立柱二119及水平导轨111共同构成的皮带平面。

皮带平面与中心平面相互垂直，皮带平面与中心平面垂直均与水平面。为使机械 手的操作不受气动倍速机构干扰，皮带平面和机械手应分别位于基架110的两侧。为便于叙 述，下面以观察者面对气动倍速机构，而机械手位于远端为例。如图2所示，双活塞杆气缸101位于下方正中，定带轮一107位于左上方，定带轮二 112位于右上方。动带轮一109位于定带轮一107右侧下方，立柱一103位于动带轮一109的左 侧下方。动带轮二115位于定带轮二112左侧下方，立柱二119位于动带轮二115的右侧下方。 从而形成相对于中心平面的对称结构。 如图2、4，当双活塞杆气缸101驱动U形活塞杆一102向左运动时，动带轮一109 向 左运动，皮带一108松驰。同时，动带轮二115也向左同步运动，但皮带二114张紧。从而带动 机械臂121向右运动，且机械臂121向右运动的速度和行程都是双活塞杆气缸 101的两倍。 从而实现了水平方向的倍速移动。至于竖直方向，如图3所示，则通过机竖向气缸122的上下 运动驱动竖向活塞杆123，从而使机械爪124上下移动。 双活塞杆气缸101驱动U形活塞杆二117向右运动实现机械臂121向左运动的过程 与上述过程相似，不再重复叙述。