水过滤板
水利部信息研究所 吴淑英
在自动生产线中，各种型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、气动传动机构，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，但以气动手爪应用较为普遍。
1 气动手爪的优缺点
优点:
(1)快速性。气动手爪以压缩空气驱动，具有气压传动的优点，运动速度快，手爪的开闭时间短，工作频率可达100～180次 m in。 (2)体积小，重量轻。由于采用铝合金等轻金属，并实现紧凑的设计，手爪机构一般重量在300～1500g之间。
(3)采用特殊密封结构，不必润滑。
(4)开闭动作均可用压缩空气驱动，工作压力可调，把持力稳定可靠。
(5)具有内部磁性发讯装置，手爪的开闭动作可以得到确认，提高工作可靠性。
(6)一般气动手爪机构都考虑在各个方向上可以安装，方便用户，并备有各种形状的手指，适应不同工件。
缺点：把持力受一定限制，当需要较大把持力时，手爪体积过大。
2 气动手爪的分类与结构分析
气动手爪目前已经逐渐成为一种标准产品，由专业气动元件厂生产并供给用户选择。综合各种手爪结构，按手爪的运动情况分平行开闭型手爪；支点开闭型手爪;180°转角开闭型手爪；三爪或四爪定心式手爪。结构分析选例以下几种(其中平行开闭型手爪有4种)。
211 铰链式平行开闭手爪
图
1为一种较简单平行开闭手爪的结构。气缸的活塞由压缩空气驱动，通过活塞杆7上的支点轴2带动拨叉3转动，再通过传动轴4使手爪1沿导向槽做平行移动。图中为双作用气缸，也可为单作用气缸返回运动靠弹簧完成。气缸直径可设计成直径10～25mm，手爪开闭行程可为5～15mm，气缸体为铝合金，活塞杆7为不锈钢材料。活塞上的磁铁环9为位置传感器的发讯装置。
图1 铰链式平行开闭手爪结构示例
11手爪 21支点轴 31拨叉 41传动轴 51支轴
61拨叉座 71活塞杆 81弹簧 91磁环
该结构的特点是重量轻，体积小，最小型重量为75g，最大型为300g，因此，可以与小型机械手配套使用。
(mm) 板料厚度间隙显示值间隙实测值
101120113
201220120
301300131冰鲜台
401460146
501630162
601750175
位器联合并用，在自身弹簧的作用下，电位器触头被压在凸轮轮廓线上，当凸轮随轴转动时，电位器便直接接受到了凸轮轮廓线给予的直线位移信号，而凸轮轮廓线的变化正好反映了刀片间隙变化的真实情形，这样，凸轮的旋转运动变成了电位器的直线移动，这个移动信号通过直线电位器反馈倒DA C350数控系统，实现了刀片间隙的自动调节控制。
附表是利用改进的凸轮和直线电位器结构后，测示出的一组刀片间隙值。长期的使用证明：该结构性能稳定，反馈信号准确，使间隙调整的控制定位精度完全满足了剪板机性能的要求。
作者：白惠杰，天水市天水锻压机床厂研究所，邮编:741020
(编辑 刘茹贵) (收修改稿日期:1998-01-05)
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9
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1998年第9期
手爪的把持力与气动系统的工作压力、气缸活塞受力面积及手爪运动的开闭方向等有关(图2)。手爪的运动重复精度为±0.03mm
。
图2 手爪把持力与手爪开闭长度的关系
有时遇到工件夹紧或抓取,
必须使手爪的开闭行程较大，但又不需要特大的把持力。此时设计的拨叉为行程放大机构(图3)，开闭行程可达55mm ，而气缸内径为25mm ，是一种结构紧凑的气动手爪，用于特殊工件。
图3 超大行程的铰链式平行开闭手爪
11磁环 21弹簧 31手爪 41拨杆 51拨叉 61外套 71手爪座 81活塞杆
91磁环内套 101缸体 111缸盖
单仪入射狭缝
212 齿轮2齿条平行开闭手爪
图4为利用齿轮传递位移的手爪机构。当活塞杆5向右运动时，其端部的齿条带动齿轮2旋转，同时带动手爪1上的齿条沿导向槽移动。活塞杆5靠气压向右移动，使手爪完成夹紧动作，而放松动作靠弹簧7完成。
图4
11手爪 21齿轮 31轴 41手爪座 51活塞杆61磁铁环内套 71弹簧 81缸盖 91缸体
此种气动手爪机构最高工作压力为0.7M Pa ，最低工作压力为0.3M Pa ，气缸内径为20～40mm ，开闭行程为16～41mm 。其把持力比第一种结构要大，当l =0, =40mm 时，在0.5M Pa 工作压力下，把持力可达150N 左右。因此可用于夹持较大的工件
。
但手爪机构本身的重量也在1kg 左右。213 旋转式平行开闭手爪
这种手爪是利用旋转摆动气缸，通过凸轮机构控制手指的开闭动作。其工作原理如图5所示。
摆动气缸的叶片在
压缩空气驱动下可以顺时针或逆时针旋转。旋转轴的端面装有带槽的
凸轮，槽中安装与滑块 图5相连的销轴。当凸轮转 11叶片 21旋转轴 凸轮动时，滑块沿导轨完成 41销轴 51导轨座 61滑块
开闭运动，如果在滑块上安装手爪，则可完成手爪的夹紧与放松动作。
此种结构工作压力为0.02～0.61M Pa 。由于采用滑块滚动导向，可获得平稳、精确的定位，重复精度±0.01mm ，结构紧凑，刚性好，重量轻。外形把持力12～59N ，内径把持力亦可达12～60N ，可用于10级清洁度的房间，不需要油润滑。
214 双活塞杆式平行开闭手爪
对于体积较大或要求手爪开闭行程较长的工件，可采用双活塞杆联动，扩大其行程。结构型式分单侧
式和双侧式。图6为单侧式。活塞杆7和12通过齿轮轴5联动。当活塞14向左移动时，活塞杆7通过齿轮传动向右移动，手爪10和11分别与活塞杆12及7相连结,10与11之间的开闭行程则为活塞14行程的两倍。
图6 双活塞杆式平行开闭手爪(单侧式)
11轴销 21端盖 31轴承 41端盖 51齿轮 6、81
弹簧 71活塞杆 91压盖 101左手爪 111右手爪
通水电缆
121活塞杆 131缸体 141活塞 151磁环 161磁环
内套 171端盖
双侧式的工作原理与图6单侧式相似，只是手爪
・
01・《制造技术与机床》
位于双活塞杆气缸的两侧。
单侧式缸径适用于直径12～32mm ，开闭行程20～40mm ，把持力15～150N ，自重0.5～2kg 。而双侧式缸径16～40mm ，开闭行程20～60mm ，把持力25～250N ，自重0.6～4kg 。重复定位精度单侧式为±0.05mm ，双侧式为±0.03mm 。215 180°转角开闭型手爪
当需要手爪的开启动作完成180°时，即每支手爪完成90°转角，此时需特别设计手爪机构。图7表示此种机构的结构。活塞杆6前端为齿条与两个齿轮3啮合，可使两个手爪4完成90°的转动动作。这种结构，在手爪松开时成180°张开,
工件可不受阻碍自由移动。
图7
11磁环 21缸体 31齿轮 41手爪 51齿轮座61活塞杆 71磁环内套 81弹簧 91缸盖
216 三爪或四爪定心式手爪
此种手爪机构类似卡盘，用于夹持圆柱型或其它需要定心的零件。其特点是用气缸驱动齿条，带动齿轮再带动均布在圆周上的3个或4个定心滑块做向心运动，可实现手爪的放松或夹紧(图8)。
3 气动手爪的选择原则
气动手爪的选择原则是：根据工件的形状、体积大小、重量、定位精度、开合速度等要求，选择适合工况要求的气动手爪。首先，根据工件的重量选择气源工作压力和气缸直径，以满足把持力的要求，使工件在移动过
程中把持力能保证工件不会被抛落或因把持力不够工
件在手爪中移位。其次是根据工件的大小和形状
，选择
图8
11手爪 21齿轮轴 31齿轮 41手爪座 51齿条 61气缸盖 71活塞 81缸盖
手爪的行程，一般行程不宜过大，在手爪开合过程中其行程一般在5～15mm 即可，如遇要求特大行程时，应选择齿轮2齿条平行开闭式或双活塞杆式平行开闭机构，可满足大型零件的要求。对于有特殊定位要求的圆柱型零件可选择三爪或四爪定心式手爪，可保证其圆心定位。对于有空间位置发生干涉或限制的工件的取下及安装，可考虑使用180°转角开闭型手爪。还要考虑手爪开闭的频率，对于小工件，由于重量轻，体积小，可以选择较高的工作频率；但对于大型工件，重量大则应考虑安全因素，开闭时间要相应增加，以保证手爪能牢靠地把持住工件，不会引起其它危险及事故。总之，气动手爪由于结构简单，动作快速，工作可靠等优点，得到了越来越广泛的应用。但是由于气动工作压力不能过高，故对于大型及重型零件不便采用，否则可靠性及效率会大大降低，这一点在采用气动手爪时是应当注意的。
作者：吴淑英，北京西城区六铺炕中街3号，水利部信息研究院，邮编:100011
冰棍机
(编辑 刘淑兰)
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