桁架机械手结构和设计分析

桁架机械手结构和设计分析机械手是当前工业、制造业生产过程中的重要设备，也是自动化生产线上的主要组成部分之一。机械手的研发与应用，大大减轻了人工劳动强度、避免了人工操作的风险以及人员安全问题，同时机械手具有运动惯性小、灵活性高的优势，因此可有效提高工作效率。桁架机械手是一种常见的机械手，多应用于机床领域。该文主要对桁架机械手的结构及设计进行了分析，希望能够为机械手的进一步推广应用提供一定帮助。

根据组成结构的不同，可以将机械手分为关节机械手、桁架机械手等不同的类型。在机床领域应用桁架机械手，可代替人工开展上、下料工作。作为自动化设备的桁架机械手，具有高效、稳定、高精度、高强度、操作简单、性价比高的优势，在工业自动化发展过程中发挥着重要的作用。

1桁架机械手的结构组成

首先，主体。桁架机械手的主体部分，多为龙门式结构，主要由基座、十字滑座、过渡连接板、z向滑枕、y向横梁、立柱以及导轨等组成。交流伺服电动机借助蜗轮减速器来驱动齿轮与z向滑枕、y向横梁上固定的齿条进行滑动，从而实现在z向上的直线运动，并驱动z向滑枕、十字滑座等质量较轻的移动部件沿着导轨进行快速运动。滑枕多为铝合金拉制型材，横梁多为方钢型材，将齿条、导轨安装在横梁上，通过导轨与滚轮的接触，使得桁架机械手悬挂在横梁上。

其次，控制系统。对于桁架机械手来说，其控制核心主要通过各种工业控制器来得以实现，如单片机、运动控制或者是PLC等。借助控制器，对按钮、各种传感器等提供的输入信号进行分析处理，经过相应逻辑判断之后，对指示灯、电动驱动器或继电器等各种输出元件下达执行命令，使桁架机械手完成X轴、Y轴、Z轴的联合运动，从而实现一整套作业流程的全自动化。控制系统的有效运算，是实现桁架机械手高效运行的重要前提。

最后，驱动系统。桁架机械手的各部分，均设有执行机构，可以是手指，也可以是手臂，主要负责确定物料的抓取角度、装夹物料。同时，也要具备驱动机构，来带动分结构的运动，目前桁架机械手的常见驱动方式主要包括电动式驱动、气动式驱动、液压式驱动等多种方式。

2桁架机械手的结构设计

桁架机械手结构设计中，可以将其分为桁架、机械手两个部分来进行分析。

首先，在对桁架进行设计的时候，可以将其简化成梁，原因在于桁架的机构与力学中的结构梁相类似，从力学角度考虑，可对简支梁、桁架进行横向对比，以简支梁弯矩图为根据，来对桁架进行分析，在此基础上，充分考虑机械手为桁架所造成的作用力，便可得到桁架的力学分析图，如图1所示。需要注意的是，机床领域中，对桁架机械手的要求相对较高，即可靠性强、效率高等。为确保桁架机械手的稳定性、可靠性，对桁架立柱进行选择的时候，应确保其能够稳定支撑桁架，并要确保其占用空间较小，因此，桁架机械手的立柱结构，多选择质量轻、稳定性好的钢结构。

此外，驱动系统也是桁架机械手结构设计中不可忽视的重要组成部分，目前机床领域的桁架机械手，以手指方法为根据进行分类，可分为移动型驱动方式或者是回转型驱动方式。根据机械手夹持的差异，可分为内、外两种。桁架机械手可采取电动驱动方式，这是使用最为广泛的一种驱动方式，机床生产过程中也需要用电，桁架机械手采取电动驱动方式仅需应用电机，便可以控制桁架机械手的速度。桁架机械手也可采取气动驱动方式，其主要是利用电磁阀来对机械手进行控制，并借助气流调节阀对机械手的运动速度进行控制，其优点在于成本相对较低。桁架机械手还可采取液压驱动方式，即应用