助力机械手的应用及系统功能分析

在现代化生产过程中，为了应对大型零部件的搬运及装配，降低操作人员的劳动强度，提高工作效率，采用气动助力机械手。操作人员只需用很小的力就可以上下左右移动很重的工件。气动助力机械手的基本原理是用恒压控制气路来平衡负载，借助平行连杆机构实现任意位置的平衡。

一、气动助力机械手适合安全、高效的抓放任何不同形貌、形状的物品，抓取重量范围10kg—600kg,根据不同的安装形式包括3 个种类：立柱式、悬吊固定式、悬吊滑动式。具体参数见下表。

立柱式

悬挂固定式

悬挂滑动式

二、安全特性

1. 安全阀单元

监控机械臂的运动速度、防止在错误指令发出或意外发生后机械臂快速上升或下降伤人。

2． 单向阀单元+储气罐单元

断气保护：确保机械手断气不会发生意外伤人，操作可持续1 到2 个工作循环。

3． 制动器单元

1）制动器位于连接关节处，以防止机械手旋转和松脱，也可使得操作者容易控制工件、即机械手和夹具可停在任意位置；制动器由装在夹具上的按钮控制，当操作者按下控制按钮后，机械手处于锁紧状态；制动器也可用于工作结束后停放机械手。

2）处于制动状态时，机械手所有按钮不起作用，防止意外伤害发生。

4． 夹具自锁单元

截止阀功能设计，防止系统在任意位置出现断气或漏气现象时，夹具不会松开物体，除非操作者发出指令。

5． 负载自锁单元----负载到位保护

负载自锁到位保护设计，确保在工件没有放到指定位置时，夹具不会松开，即使按“松开”按钮；此设计可以阻止工件的非人为释放。

6． 负载自锁单元---- 负载悬空保护

负载自锁悬空保护设计，确保工件处于半空中，永不释放，即使按“松开”按钮。

如果操作者停止按“松开”按钮，机械手和夹具就会回到原始平衡状态；如果操作者继续按“松开”按钮，工件会继续处于被抓紧状态，并慢慢地随机械臂下降到设计最低点。

7．负载自锁单元---- 负载极限保护

负载自锁极限保护设计，在机械手设计最低极限位置时，夹具不会松开负载，即使按“松开”按钮。总之，在任何情况下，只有工件被放置在稳定接触面上时，才会被释放。

三、气动回路及其工作原理：

气路图

空载平衡：高压空气由过滤器进入汇流板，一路通向空载调压阀，调压后经梭动阀（梭动阀既是逻辑或门，输出总是取输入的最大者）控制精密调压阀的输出压力，适当调节空载调压阀的输出，使得精密调压阀输出适当的气压达到空载平衡。

负载平衡：打开升降开关（支路 4），使得气体经单向节流阀到换向阀，换向阀通，气体经负载调压阀（支路5），换向阀，双向节流阀进入梭动阀，当负载调压阀输出到梭动阀的压力大于空载调压阀输出到梭动阀的压力时，梭动阀输出为负载调压所确定的压力，这个压力控制精密调压阀的输出，输出压力推动气缸，调节负载调压阀，达到负载平衡。

当机械手被向上抬起时，气缸压力下降，由于精密调压阀恒压输出补偿，维持气缸内压力不变；当机械手被拉下时，气缸内压力增大，空气经精密调压阀溢流口溢流排入大气中，维持气缸的压力不变。1 和2 两个支路起安全保护的作用，即：当气源突然停止供气则两个常闭换向阀恢复到闭位阻断回路维持气缸压力不变，可以保证负载缓慢回落。

四、机械连杆机构

实物图

机构简图

任意位置机构简图

通过机构静力学、任意平衡位置静力学分析结论：气缸推力 YA=Mｇ＊ＯＡ／ＯＢ

气缸摩擦力Ｆ＊ＯＡ＝平衡压力调节范围×活塞面积×ＯＡ／２