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摘要：在动力锂电池组的生产线中，将组装好的电池组装入指定位置，研制出一种搬运机械手。本文主要介绍了搬运机械手移动机构和抓取机构的结构组成，并通过动态计算选择驱动电机。最后，针对搬运机械手系统的精确移动定位，提出了一种闭环控制系统。实验表明，该搬运机械手系统是稳定可靠的，并已应用于生产线的转运站。
关键词：移动机构；抓取机构；动力学计算；闭环控制
1前言
动力锂电池组作为一种新型能源，正受到越来越多的关注。锂电池组生产线的设计与开发，可大大提高锂电池组的生产效率，促进锂电池产业的发展。搬运机械手作为生产线的组成部分，起着极其重要的作用。
2气动搬运机械手的设计方案
可以对气动搬运机械手进行以下四个部分的划分：第一个部分是圆柱坐标式；第二个部分是直角坐标式；第三个部分是关节式；第四个部分是球坐标式。划分的依据是具备的运动形式以及具备的组合情形。本次研究着重分析圆柱坐标式气动搬运机械手。分析圆柱坐标式气动搬运机械手设计结构图就可以得到图1（圆柱坐标式气动搬运机械手设计结构示意图）。在分析图1的基础上可以得到，结构底座、结构手臂、结构手部结、结构立柱以及结构手腕是气动搬运机械手的主要结构构成部分，该设计可以实现手臂伸缩、手臂升降、手腕回转、手腕回转等自由度的运动。手臂回转与升降运动主要是依靠机座部分的立柱来完成。可以选择使用PLC编程，在采取PLC编程的基础上，可以从根本上有效的控制气动搬运机械手中的每一个气缸的工作。分析图1中的图标得到：1号为手部结构、2号为手腕回转气缸结构、3号为手腕结构、4号为手臂结构、5号为手臂仲缩气缸结构、6号为结构立柱图、7号结构为立柱升降气缸、8号结构为立柱回转气缸、9号为底座结构、10号结构为基体。
图1 圆柱坐标式气动搬运机械手设计结构示意图
3气动搬运机械手手部结构设计分析
一般情况下，可以按照标准划分气动搬运机械手手部结构得到以下两种类型：第一个是夹持式手部；第二种是气流负压式手部，本次研究着重介绍夹持式手部，在有效配合手爪与传力机构两个部分的基础上来实现人手功能的有效模仿。倘若气动搬运机械手是齿轮齿条式的一种手部结构的话，那么配合一支点跟两指。圆柱形是大部分气动搬运机械手中工件的形状。所以，在设计气动搬运机械手中的手指部分的过程中，需要按照相关的原则将其设计成V型形状，配合齿轮齿条两个部分，实现手指之间的开闭操作，并且还需要在活塞杆位置上完成相应的齿条固定的操作，对于手指部分，则需要按照标准完成齿轮的有效固定。在实际工作中，倘若活塞杆向下操作情况存在，那么齿条也需要满足其向下的标准进行运动，其中，右面的齿轮需要配合进行逆时针运动，左面的齿轮需要配合进行顺时针运动，这时候就会张开气动搬运机械手手指，想要实现手指的闭合，就应逆向操作。
4气动搬运机械手手腕结构与气压系统的设计分析
4.1气动搬运机械手手腕结构设计
在进行气动搬运机械手手腕设计的过程中，需要重视手腕位置的设计。手腕是手部与手臂之间的重要部件。主要的目的是完成手部动作的针对调整，这样一来，就可以从根本上满足模仿人手动作的标准。在一般情况下，气动搬运机械手需要具备非常高的通用性以及实用性，所以，应该从根本上水平放置机械手中的全部工件，所以，在手腕设计的过程中，争取使用回转结构进行设计，同时还需要使用单叶片回转气缸进行辅助，需要从根本上满足机械手最基本动作的标准需要。在进行手腕部位设计的过程中，定片和缸体两者之间的固定连接使用的是螺钉，固定连接动片和回转轴两者使用的是螺钉，同时还可以将手腕位置的气腔分成两个部分，主要的依据是动片，上述这种设计形式主要的目的是实现手腕设计的简便化以及紧凑化。
4.2气动搬运机械手手腕结构气压系统设计
在实际工作中，应立足于气动搬运机械手动作标准完成大气缸和小气缸的设置，设置1个大气缸和1个小气缸即可。大气缸主要的工作就是完成气动搬运机械手中的提升和气动搬运机械手中的下降动作。而小气缸主要的工作就是进行抓取气罐动作，在实际工作中，气动搬运机械手完成动作的时候，会同时伸出大气缸跟小气缸，还会明显提升大气缸的位置，储气罐就会承受来自于小气缸中活塞杆施加给力，并且呈现一个越来越大的趋势，在完成工人储气罐充气操作之后，就会明显的降低大气缸的位置，并且导致储气罐没入水中。在实际工作中，需要工作人员严谨细致的检查储气罐的气密性情况，进而有效的划分合格的产品，剔除那部分不合格的产品，找到合适工作实际的产品，还可以从根本上保证气动搬运机械手设计顺利完成，在上述的基础上就可以促使气动搬运机械手设计的质量得到基础的改善以及提升。
为了验证该项气动搬运机械手设计的可行性以及实效性,对设计加工制作气动搬运机械手进行相应的实践检验，之后得到以下的结果：气动搬运机械手可以快速的、高精度的模拟人的手部动作,还具有显著的稳定性。在实际工作中，会存在泄漏的情况，不会对周围环境造成大的影响。且气动搬运机械手具有非常简单的结构设计以及较低的制作成本。在使用PLC技术的前提下,可以保证气动搬运机械手动作工作的精准性以及灵活性，提升动作精度，提升通用性。
5结束语
综上所述，气动搬运机械手可以从根本上实现人手动作模拟的构建，主要的基础是气压传动作用的使用。气动搬运机械手动作非常的迅速，且还存在非常良好的适用性，其反应的速度也非常的快等，同时还具有非常高的稳定性以及针对性，所以基本上不会对环境造成严重的影响，并且也能正常的工作。在使用的过程中，气动搬运机械手存在不明显的泄漏情况等，所以，不会增加相应的环境污染程度，并且其所耗费的制作资金成本和设计资金成本还是比较低的，所以对于气动搬运机械手的开发，很多企业还是非常愿意投入资金的。
针对具体动力电池组的规格和生产线的工作要求，设计并实现了气电组合式搬运机械手，搬运动作由步进电机作为执行元件，抓取动作由气缸驱动，结构刚性、稳定性好，维护方便。采用的闭环控制系统有效地克服了传统步进电机开环控制中常见的各种缺陷，提高了系统的定位精度。实践证明，该机械手在生产线的转运工位中运行可靠，操作便捷，能实现动力电池组搬运的自动化。
参考文献
[1]马青华.气动搬运机械手的机械结构设计[J].机械管理开发,2013(03).
[2]孙振燕.气动搬运机械手的机械结构设计思考[J].装备制造技术,2014(03).
论文作者:施向东
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/5
标签：机械手论文; 气缸论文; 结构论文; 手腕论文; 动作论文; 手部论文; 工作论文; 《防护工程》2018年第5期论文;