工業(yè)機器人精品課件

1、工業(yè)機器人第1頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三自由度（Degree of freedom） ：或者稱坐標軸數(shù)，是指描述物體運動所需要的獨立坐標數(shù)。手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。剛度（Stiffness）：機身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的變形量（位移）之比來度量。第2頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三定位精度（Positioning accuracy）：指機器人末端參考點實際到達的位置與所需要到達的理想位置之間的差距。重復(fù)性（Repeatability）或重復(fù)精度： 在相同的位置指令下，

2、機器人連續(xù)重復(fù)若干次其位置的分散情況。它是衡量一列誤差值的密集程度，即重復(fù)度。oo第3頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三工作空間（Working space）：機器人手腕參考點或末端操作器安裝點（不包括末端操作器）所能到達的所有空間區(qū)域，一般不包括末端操作器本身所能到達的區(qū)域。第4頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三（a）表示手指（末端執(zhí)行器）；（b）表示垂直、升降運動；（c）表示水平伸縮運動；（d）表示回轉(zhuǎn)運動；（e）表示俯仰運動。2 工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)1） 機構(gòu)運動簡圖第5頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三直角坐標式

3、圓柱坐標式球坐標式第6頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三關(guān)節(jié)坐標式（a）直接驅(qū)動型（b）平行連桿型（c）偏置型（d）平面型第7頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三123456123456第8頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三機器人本體基本結(jié)構(gòu)的特點(1) 一般可以簡化成各連桿首尾相接、末端無約束的開式連桿系，連桿系末端自由且無支承，這決定了機器人的結(jié)構(gòu)剛度不高，并隨連桿系在空間位姿的變化而變化。(2) 開式連桿系中的每根連桿都具有獨立的驅(qū)動器，屬于主動連桿系，連桿的運動各自獨立，不同連桿的運動之間沒有依從關(guān)系，運動靈活

4、。(3) 連桿驅(qū)動扭矩的瞬態(tài)過程在時域中的變化非常復(fù)雜，且和執(zhí)行器反饋信號有關(guān)。連桿的驅(qū)動屬于伺服控制型，因而對機械傳動系統(tǒng)的剛度、間隙和運動精度都有較高的要求。(4) 連桿系的受力狀態(tài)、剛度條件和動態(tài)性能都是隨位姿的變化而變化的，因此，極容易發(fā)生振動或出現(xiàn)其他不穩(wěn)定現(xiàn)象。第9頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三 本體結(jié)構(gòu)的總體要求： 1）工作負載與自重的比值盡可能大 2）結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)剛度盡可能高 3）盡量提高系統(tǒng)的固有頻率和改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。材料選擇的基本要求：(1) 強度高。高強度材料不僅能滿足機器人臂的強度條件，而且可以減少臂桿的截面尺寸，減輕重量。(2) 彈

5、性模量大。構(gòu)件剛度(或變形量)與材料的彈性模量E、G有關(guān)。彈性模量越大，變形量越小，剛度越大。不同材料彈性模量的差異比較大，而同一種材料的改性對彈性模量卻沒有太多改變。比如，普通結(jié)構(gòu)鋼的強度極限為420MPa，高合金結(jié)構(gòu)鋼的強度極限為20002300MPa，但是二者的彈性模量E卻沒有多大變化，均為2.1 MPa。因此，還應(yīng)尋找其他提高構(gòu)件剛度的途徑。本體結(jié)構(gòu)及材料選擇的基本要求第10頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三(3) 重量輕。機器人手臂構(gòu)件中產(chǎn)生的變形很大程度上是由慣性力引起的，與構(gòu)件的質(zhì)量有關(guān)。選用彈性模量E大而密度也大的材料是不合理的。因此，提出了選用高彈性

6、模量、低密度材料的要求。(4) 阻尼大。要求阻尼盡可能大，機器人臂經(jīng)過運動后，要求能平穩(wěn)地停下來?？墒窃诮K止運動的瞬時構(gòu)件會產(chǎn)生慣性力和慣性力矩，構(gòu)件自身又具有彈性，因而會產(chǎn)生殘余振動。從提高定位精度和傳動平穩(wěn)性來考慮，希望能采用大阻尼材料或采取增加構(gòu)件阻尼的措施來吸收能量。(5) 材料經(jīng)濟性。材料價格是機器人成本價格的重要組成部分。有些新材料如硼纖維增強鋁合金、石墨纖維增強鎂合金等用來作為機器人臂的材料是很理想的，但價格昂貴。第11頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三機器人常用材料簡介1）碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼 強度好，特別是合金結(jié)構(gòu)鋼，其強度增大了45倍，彈性模量E

7、大，抗變形能力強，應(yīng)用最廣泛。2）鋁、鋁合金及其他輕合金材料 共同特點是重量輕，彈性模量E并不大，但是材料密度小，故E/之比仍可與鋼材相比。有些稀貴鋁合金的品質(zhì)得到了更明顯的改善，例如添加3.2(重量百分比)鋰的鋁合金，彈性模量增加了14，E/比增加了16。第12頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三3）纖維增強合金 如硼纖維增強鋁合金、石墨纖維增強鎂合金等，其E/比分別達 和 。這種纖維增強金屬材料具有非常高的E/比，而且沒有無機復(fù)合材料的缺點，但價格昂貴。4）陶瓷 陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，不易加工成具有長孔的連桿，與金屬零件連接的接合部需特殊設(shè)計。然而，日

8、本已經(jīng)試制了在小型高精度機器人上使用的陶瓷機器人臂樣品。5）纖維增強復(fù)合材料 具有極好的E/比，但存在老化、蠕變、高溫熱膨脹以及與金 屬件連接困難等問題。 重量輕，剛度大，具有十分突出的大阻尼。傳統(tǒng)金屬材料不可能具有這么大的阻尼，所以在高速機器人上應(yīng)用復(fù)合材料的實例越來越多。疊層復(fù)合材料的制造工藝還允許用戶進行優(yōu)化，改進疊層厚度、纖維傾斜角、最佳橫斷面尺寸等，使其具有最大阻尼值。第13頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三6）粘彈性大阻尼材料 增大機器人連桿件的阻尼是改善機器人動態(tài)特性的有效方法。目前有許多方法用來增加結(jié)構(gòu)件材料的阻尼，其中最適合機器人采用的一種方法是用粘

9、彈性大阻尼材料對原構(gòu)件進行約束層阻尼處理。吉林工業(yè)大學和西安交通大學進行了粘彈性大阻尼材料在柔性機械臂振動控制中應(yīng)用的實驗，結(jié)果表明，機械臂的重復(fù)定位精度在阻尼處理前為0.30mm，處理后為0.16mm；殘余振動時間在阻尼處理前后分別為0.9s和0.5s。本體基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計：結(jié)構(gòu)形式的確定材料的選擇第14頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三4.2 機身及臂部結(jié)構(gòu)作用： 機器人必須有一個便于安裝的基礎(chǔ)件機座或行走機構(gòu)。機座往往與機身做成一體。機身和臂部相連，機身支承臂部，臂部又支承腕部和手部。一、機器人機身結(jié)構(gòu)的基本形式和特點1、典型的機身結(jié)構(gòu)： 回轉(zhuǎn)與升降機身(1)升降

10、油缸在下，回轉(zhuǎn)油缸在上。 回轉(zhuǎn)運動采用擺動油缸驅(qū)動，因擺動油缸安置在升降活塞桿的上方，故活塞桿的尺寸要加大。(2)回轉(zhuǎn)油缸在下，升降油缸在上 回轉(zhuǎn)運動采用擺動油缸驅(qū)動，回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動力矩要設(shè)計得大一些。第15頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三(3) 鏈輪傳動機構(gòu)。 鏈條鏈輪傳動是將鏈條的直線運動變?yōu)殒溳喌幕剞D(zhuǎn)運動，它的回轉(zhuǎn)角度可大于360。 （a)單桿活塞氣缸驅(qū)動鏈條鏈輪傳動機構(gòu)實現(xiàn)機身的回轉(zhuǎn)運動。 （b) 雙桿活塞氣缸驅(qū)動鏈條鏈輪回轉(zhuǎn)的方式。第16頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三回轉(zhuǎn)與俯仰機身 手臂的俯仰運動一般采用活塞油(氣)缸與連桿機

11、構(gòu)實現(xiàn)。手臂俯仰運動用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞桿和手臂用鉸鏈連接，缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方式與立柱連接。有時也采用無桿活塞缸驅(qū)動齒條齒輪或四連桿機構(gòu)實現(xiàn)手臂的俯仰運動?；钊麠U回轉(zhuǎn)第17頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三2、機身驅(qū)動力(力矩)計算 垂直升降運動驅(qū)動力的計算 作垂直運動時，除克服摩擦力之外，還要克服機身自身運動部件的重力和其支承的手臂、手腕、手部及工件的總重力以及升降運動的全部部件慣性力，故其驅(qū)動力：各支承處的摩擦力(N)；啟動時的總慣性力(N)；運動部件的總重力(N)；上升時為正，下降時為負。第18頁，共153頁，2022年，5月20日，19

12、點32分，星期三回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩的計算 回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩只包括兩項：回轉(zhuǎn)部件的摩擦總力矩和機身自身運動 部件和其支承的手臂、手腕、手部及工件的總慣性力矩，故驅(qū)動力矩： 總摩擦阻力矩(Nm) 各回轉(zhuǎn)運動部件的總慣性力矩 (Nm) 為升速或制動過程中的角速度增量(rad/s)； t為回轉(zhuǎn)運動升速過程或制動過程的時間(s)； J0為全部回轉(zhuǎn)零部件對機身回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量(kgm2)。如果零件輪廓尺寸不大，重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離遠時，一般可按質(zhì)點計算它對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。第19頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三升降立柱下降不卡死(不自鎖)的條件計算 偏重力矩應(yīng)按懸伸最大行程且最大

13、抓重時進行計算 支點第20頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三如果依靠自重下降，立柱可能卡死在導(dǎo)套內(nèi)而不能作下降運動 式中：h為導(dǎo)套的長度(m)；f為導(dǎo)套與立柱之間的摩擦系數(shù)，f=0.0150.1，一般取較大值；L為偏重力臂(m)。假如立柱升降都是依靠驅(qū)動力進行的，則不存在立柱自鎖(卡死)條件。下降自由，臂部總重量W必須大于導(dǎo)套與立柱之間的摩擦力 第21頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三3、機身設(shè)計要注意的問題(1) 剛度和強度大，穩(wěn)定性好。(2) 運動靈活，導(dǎo)套不宜過短，避免卡死。(3) 驅(qū)動方式適宜（氣、液壓、電動等）。(4) 結(jié)構(gòu)布置合理

14、（大小、質(zhì)量分布等）。第22頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三機器人臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點 手臂由大臂、小臂(或多臂)所組成。手臂的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和電動驅(qū)動幾種形式，其中電動形式最為通用。 一、臂部的典型機構(gòu)1臂部伸縮機構(gòu) 行程小時，采用油(氣)缸直接驅(qū)動； 行程較大時，可采用油(氣)缸驅(qū)動齒條傳動的倍增機構(gòu)或步 進電動機及伺服電動機驅(qū)動，也可采用絲杠螺母或滾 珠絲杠傳動。 第23頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三伸縮式臂部結(jié)構(gòu)圖 四導(dǎo)向柱式臂部伸縮機構(gòu)1手部；2夾緊缸；3油缸；4導(dǎo)向柱；5運行架；6行走車輪；7軌道；8支

15、座第24頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三俯仰式臂部結(jié)構(gòu)1手部；2夾緊缸；3升降缸；4小臂；2、5、7擺動油缸；6大臂；8立柱2手臂俯仰運動機構(gòu)采用擺臂油(氣)缸驅(qū)動、鉸鏈連桿機構(gòu)傳動實現(xiàn)手臂的俯仰， 3手臂回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)手臂回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨驅(qū)動，適用于升降行程短而回轉(zhuǎn)角度小于360的情況；也有采用升降缸與氣動馬達-錐齒輪傳動的結(jié)構(gòu)。第25頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三球坐標式機械手的結(jié)構(gòu)第26頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三機器人手臂材料的選擇要求作為運動的部件，應(yīng)是輕型材料。在運動過程

16、中往往會產(chǎn)生振動，這將大大降低它的運動精度。因此，選擇材料時，需要對質(zhì)量、剛度、阻尼進行綜合考慮。承受載荷:要具有一定的強度。手臂材料應(yīng)選擇高強度材料。非金屬材料有尼龍6、聚乙烯(PEH)和碳素纖維等；金屬材料以輕合金(特別是鋁合金)為主。強度大密度小第27頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三臂部設(shè)計需注意的問題(1) 承載能力足。(2) 剛度高。 工字形截面彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實心軸大得多。常用鋼管制作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼制作支承板。(3) 導(dǎo)向性能好，動作迅速、靈活、平穩(wěn)，定位精度高。 為防止手臂在直線運動過程中沿運動軸線發(fā)

17、生相對轉(zhuǎn)動，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計方形、花鍵等形式的臂桿。由于臂部運動速度越高，定位前慣性力引起的沖擊也就越大，運動不平穩(wěn)，定位精度也不高。 因此，臂部設(shè)計力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，采用一定形式的緩沖措施。(4) 重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小。 為提高機器人的運動速度，要盡量減少臂部運動部分的重量，以減少整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。(5) 合理設(shè)計與腕和機身的連接部位。 臂部安裝形式和位置不僅關(guān)系到機器人的強度、剛度和承載能力，而且還直接影響機器人的外觀。第28頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三4.3 腕部及手部結(jié)構(gòu) 手腕的設(shè)計要求 手腕的分類 典型結(jié)構(gòu)第29頁，共153頁，202

18、2年，5月20日，19點32分，星期三腕部坐標系手腕的擺動手腕的俯仰手腕的回轉(zhuǎn)第30頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三手腕的設(shè)計要求1.結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕；2.動作靈活、平穩(wěn)，定位精度高；3.強度、剛度高；4.合理連接結(jié)構(gòu)，傳感器和驅(qū)動裝置的合理布局及安裝等；5.要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。第31頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三三、手腕的分類按自由度數(shù)目來分按驅(qū)動方式來分第32頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三1. 按自由度數(shù)目來分手腕按自由度數(shù)目來分, 可分為單自由度手腕、 二自由度手腕和三自由度手腕。 (1) 單自由度

19、手腕如圖所示。 圖 (a)是一種回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié), 它把手臂縱軸線和手腕關(guān)節(jié)軸線構(gòu)成共軸形式。 這種R關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度大, 可達到360以上。 圖 (b)、 (c)是一種俯仰、擺動關(guān)節(jié)(簡稱B關(guān)節(jié)), 關(guān)節(jié)軸線與前后兩個連接件的軸線相垂直。 這種B關(guān)節(jié)因為受到結(jié)構(gòu)上的干涉, 旋轉(zhuǎn)角度小, 大大限制了方向角。 圖 (d)所示為移動關(guān)節(jié)。 第33頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三單自由度手腕圖例：R手腕B手腕B手腕T手腕第34頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三(2) 二自由度手腕如圖所示。二自由度手腕可以由一個R關(guān)節(jié)和一個B關(guān)節(jié)組成BR手腕(見圖 (a)，也

20、可以由兩個B關(guān)節(jié)組成BB手腕(見圖 (b)。但是, 不能由兩個R關(guān)節(jié)組成RR手腕, 因為兩個R共軸線, 所以退化了一個自由度, 實際只構(gòu)成了單自由度手腕(見圖 (c)。 二自由度手腕(a) BR手腕； (b) BB手腕; (c) RR手腕 第35頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三(3) 三自由度手腕如圖所示。三自由度手腕可以由B關(guān)節(jié)和R關(guān)節(jié)組成許多種形式。圖 (a)所示是通常見到的BBR手腕, 使手部具有俯仰、 偏轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)運動, 即RPY運動。圖 (b)所示是一個B關(guān)節(jié)和兩個R關(guān)節(jié)組成的BRR手腕, 為了不使自由度退化, 使手部產(chǎn)生RPY運動,第一個R關(guān)節(jié)必須進行如圖

21、所示的偏置。圖 (c)所示是三個R關(guān)節(jié)組成的RRR手腕,它也可以實現(xiàn)手部RPY運動。圖 (d)所示是BBB手腕, 很明顯, 它已退化為二自由度手腕,只有PY運動,實際上不采用這種手腕。 此外, B關(guān)節(jié)和R關(guān)節(jié)排列的次序不同,也會產(chǎn)生不同的效果,同時產(chǎn)生了其它形式的三自由度手腕。為了使手腕結(jié)構(gòu)緊湊, 通常把兩個B關(guān)節(jié)安裝在一個十字接頭上, 這對于BBR手腕來說， 大大減小了手腕縱向尺寸。 第36頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三三自由度手腕的6種結(jié)合方式第37頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三2. 按驅(qū)動方式來分手腕按驅(qū)動方式來分,可分為直接驅(qū)

22、動手腕和遠距離傳動手腕。 （1）直接驅(qū)動手腕如圖所示為一種液壓直接驅(qū)動BBR手腕, 設(shè)計緊湊巧妙。 M1、M2、M3是液壓馬達, 直接驅(qū)動手腕的偏轉(zhuǎn)、 俯仰和翻轉(zhuǎn)三個自由度軸。第38頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三（2）遠距離傳動手腕 如圖所示為一種遠距離傳動的RBR手腕。這種遠距離傳動的好處是可以把尺寸、重量都較大的驅(qū)動源放在遠離手腕處, 有時放在手臂的后端作平衡重量用,這不僅減輕了手腕的整體重量, 而且改善了機器人的整體結(jié)構(gòu)的平衡性。 第39頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三RRR型手腕三根轉(zhuǎn)動軸內(nèi)外套在同一轉(zhuǎn)動軸線上，最外面的轉(zhuǎn)動軸套

23、直接驅(qū)動整個手腕轉(zhuǎn)動，中間的軸套驅(qū)動斜置的中間關(guān)節(jié)運動，中心軸驅(qū)動第三個滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。PUMA 262機器人第40頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三四、典型結(jié)構(gòu)第41頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三1擺動液壓缸（又稱回轉(zhuǎn)液壓缸）： 結(jié)構(gòu)： 由缸體、隔板、葉片、花鍵套等主要部件構(gòu)成。其中葉片7固定在轉(zhuǎn)子上，用花鍵將轉(zhuǎn)子與驅(qū)動軸連接，用螺栓2將隔板與缸體連接。工作原理： 在密封的缸體內(nèi)，隔板與活動葉片之間圍成兩個油腔，相當油缸中的無桿腔和有桿腔。液壓力作用在活動葉片的端面上，對傳動軸中心產(chǎn)生力矩使被驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。擺動缸轉(zhuǎn)角在270左右。第42頁，共1

24、53頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三擺動液壓缸結(jié)構(gòu)圖：第43頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三2單自由度回轉(zhuǎn)運動手腕 ：結(jié)構(gòu)特點： 機器人手部的張合是由氣缸驅(qū)動的，而手腕的回轉(zhuǎn)運動則由回轉(zhuǎn)液壓缸實現(xiàn)。工作原理：將夾緊汽缸的外殼與擺動油缸的動片連接在一起，當擺動液壓缸中不同的油腔中進油時，即可實現(xiàn)手腕不同方向的擺動。第44頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三單回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動手腕圖例：問題：手部轉(zhuǎn)軸是與油缸的什么部件相聯(lián)？第45頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三3雙回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動手腕 ：結(jié)構(gòu)特點：采用雙回轉(zhuǎn)油缸

25、驅(qū)動，一個帶動手腕作俯仰運動，另一個油缸帶動手腕作回轉(zhuǎn)運動。V-V視圖表示的回轉(zhuǎn)缸中動片帶動回轉(zhuǎn)油缸的剛體，定片與固定中心軸聯(lián)結(jié)實現(xiàn)俯仰運動；L-L視圖表示回轉(zhuǎn)缸中動片與回轉(zhuǎn)中心軸聯(lián)結(jié)，定片與油缸缸體聯(lián)結(jié)實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。第46頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三雙回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動手腕圖例：第47頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三3輪系驅(qū)動的二自由度BR手腕： 結(jié)構(gòu)特點： 由輪系驅(qū)動可實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)和俯仰運動，其中手腕的回轉(zhuǎn)運動由傳動軸S傳遞，手腕的俯仰運動由傳動軸B傳遞。第48頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三輪系驅(qū)動二自由度

26、手腕圖例（1）：回轉(zhuǎn)運動： 軸S旋轉(zhuǎn)錐齒輪副Z1、Z2錐齒輪副Z3、Z4手腕與錐齒輪Z4為一體手腕實現(xiàn)繞C軸的旋轉(zhuǎn)運動俯仰回轉(zhuǎn)第49頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三輪系驅(qū)動二自由度手腕圖例（2）：俯仰運動： 軸B旋轉(zhuǎn)錐齒輪副Z5、Z6軸A旋轉(zhuǎn)手腕殼體7與軸A固聯(lián)手腕實現(xiàn)繞A軸的俯仰運動第50頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三輪系驅(qū)動二自由度手腕圖例（3）：附加回轉(zhuǎn)運動： 軸S不轉(zhuǎn)而B軸回轉(zhuǎn)錐齒輪Z3不轉(zhuǎn)錐齒輪Z3、Z4相嚙合迫使Z4繞C軸線有一個附加的自轉(zhuǎn)，即為附加回轉(zhuǎn)運動。附加回轉(zhuǎn)運動在實際使用時應(yīng)予以考慮。必要時應(yīng)加以利用或補償。第51

27、頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三輪系驅(qū)動二自由度手腕圖例（4）：思考題： 圖中所示的情況，當S軸不輸入，只有B軸輸入時，腕部存在哪些運動，為什么？第52頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三4輪系驅(qū)動的三自由度手腕： 結(jié)構(gòu)特點：該機構(gòu)為由齒輪、鏈輪傳動實現(xiàn)的偏轉(zhuǎn)、俯仰和回轉(zhuǎn)三個自由度運動的手腕結(jié)構(gòu)。第53頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三輪系驅(qū)動三自由度手腕圖例（1）：回轉(zhuǎn)運動：軸S旋轉(zhuǎn)齒輪副Z10/Z23、Z23/Z11錐齒輪副Z12、Z13錐齒輪副Z14、Z15手腕與錐齒輪Z15為一體手腕實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動俯仰回轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)第

28、54頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三輪系驅(qū)動三自由度手腕圖例（2）：俯仰運動：軸B旋轉(zhuǎn)齒輪副Z24/Z21，Z21/Z22齒輪副Z20、Z16齒輪副Z16、Z17齒輪副Z17、Z18軸19旋轉(zhuǎn)手腕殼體與軸19固聯(lián)實現(xiàn)手腕的俯仰運動第55頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三輪系驅(qū)動三自由度手腕圖例（3）：偏轉(zhuǎn)運動：油缸1中的活塞左右移動帶動鏈輪2旋轉(zhuǎn)錐齒輪副Z3/Z4帶動花鍵軸5、6旋轉(zhuǎn)花鍵軸6與行星架9連在一起帶動行星架及手腕作偏轉(zhuǎn)運動第56頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三輪系驅(qū)動三自由度手腕圖例（4）：附加俯仰運

29、動：軸B、軸S不轉(zhuǎn)而T軸回轉(zhuǎn)齒輪Z23、Z21不轉(zhuǎn)當行星架回轉(zhuǎn)時迫使齒輪Z22繞齒輪Z21的過程中自轉(zhuǎn)經(jīng)過Z20、Z16、Z17、Z18實現(xiàn)附加俯仰運動第57頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三輪系驅(qū)動三自由度手腕圖例（5）：附加回轉(zhuǎn)運動：軸B、軸S不轉(zhuǎn)而T軸回轉(zhuǎn)齒輪Z23、Z21不轉(zhuǎn)當行星架回轉(zhuǎn)時迫使齒輪Z11繞齒輪Z23的過程中自轉(zhuǎn)經(jīng)過Z12、Z13、Z14、Z15實現(xiàn)附加回轉(zhuǎn)運動第58頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三思考題： 1、當B軸、T軸分別回轉(zhuǎn)時，手腕存在哪些運動，為什么？ 2、齒輪24、22所在的軸能否做成一體，為什么？ 3、齒

30、輪17作的什么運動？俯仰運動輪系屬于什么輪系，試分析其運動。第59頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三腕部的典型結(jié)構(gòu)單自由度回轉(zhuǎn)運動手腕 回轉(zhuǎn)油缸或氣缸直接驅(qū)動實現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運動。 圖所示是采用回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動的單自由度腕部結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，運動靈活，響應(yīng)快，精度高等 缺點:回轉(zhuǎn)角度受限制，一般小于270。 回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動的單自由度腕部結(jié)構(gòu)1回轉(zhuǎn)油缸；2定片；3腕回轉(zhuǎn)軸；4動片；5手腕第60頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三二自由度手腕1) 雙回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動的腕部圖示是采用兩個軸線互相垂直的回轉(zhuǎn)油缸的腕部結(jié)構(gòu)。VV剖面為腕部擺動回轉(zhuǎn)

31、油缸，工作時，動片6帶動擺動回轉(zhuǎn)油缸5使整個腕部繞固定中心軸3擺動。LL剖面為腕部回轉(zhuǎn)油缸，工作時，回轉(zhuǎn)軸7帶動回轉(zhuǎn)中心軸2，實現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運動?；剞D(zhuǎn)與擺動的二自由度腕部結(jié)構(gòu)l手腕；2中心軸；3固定中心軸；4定片；5擺動回轉(zhuǎn)油缸；6動片；7回轉(zhuǎn)軸；8回轉(zhuǎn)油缸第61頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三二自由度手腕2) 齒輪傳動二自由度腕部 a)手腕的回轉(zhuǎn)運動由傳動軸S傳遞，軸S驅(qū)動錐齒輪1回轉(zhuǎn)，并帶動錐齒輪2、3、4轉(zhuǎn)動。因手腕與錐齒輪4為一體，從而實現(xiàn)手部繞C軸的回轉(zhuǎn)運動。 b)手腕的俯仰由傳動軸B傳遞，軸B驅(qū)動錐齒輪5回轉(zhuǎn)，并帶動錐齒輪6繞A軸回轉(zhuǎn)，因手腕的殼體7與傳

32、動軸A用銷子連接為一體，從而實現(xiàn)手腕的俯仰運動。第62頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三第63頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，傳動扭矩大，能提高機器人的工作性能。示教型機器人中較多地采用缺點:手腕有一個誘導(dǎo)運動，采取補償措施，消除誘導(dǎo)運動。誘導(dǎo)運動：當S軸不轉(zhuǎn)而B軸回轉(zhuǎn)時，B軸除帶動手腕繞A軸上下擺動外，還帶動錐齒輪4也繞A軸作轉(zhuǎn)動。由于5軸不轉(zhuǎn)，故錐齒輪3不轉(zhuǎn)，但錐齒輪4與3相嚙合，因此，迫使錐齒輪4繞C軸線有一個附加的自轉(zhuǎn)，即為手腕的附加回轉(zhuǎn)運動。因手腕俯仰運動引起的手腕附加回轉(zhuǎn)運動被稱為誘導(dǎo)運動，這在考慮手腕的回

33、轉(zhuǎn)運動時應(yīng)予以注意。第64頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三4.3 機器人手部第65頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三一、手部的特點1手部與手腕相連處可拆卸2手部是末端操作器3手部是一個獨立的部件4手部的通用性比較差第66頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三1手部與手腕相連處可拆卸手部與手腕處有可拆卸的機械接口： 根據(jù)夾持對象的不同，手部結(jié)構(gòu)會有差異，通常一個機器人配有多個手部裝置或工具，因此要求手部與手腕處的接頭具有通用性和互換性。手部可能還有一些電、氣、液的接口：由于手部的驅(qū)動方式不同造成。對這些部件的接口一定要求

34、具有互換性。第67頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三2手部是末端操作器可以具有手指，也可以不具有手指；可以有手爪，也可以是專用工具。 第68頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三3手部是一個獨立的部件工業(yè)機器人通常分為三個大的部件：機身、手臂（含手腕）、手部。手部對整個機器人完成任務(wù)的好壞起著關(guān)鍵的作用，它直接關(guān)系著夾持工件時的定位精度、夾持力的大小等。第69頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三4手部的通用性比較差工業(yè)機器人的手部通常是專用裝置：一種手爪往往只能抓住一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面相近的工件；一種工具只能

35、執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。第70頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三二、手部的分類1按用途分2. 按夾持原理分類第71頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三1按用途分手爪：具有一定的通用性。主要功能是：抓住工件、握持工件、釋放工件。抓?。涸诮o定的目標位置和期望姿態(tài)上抓住工件，工件必須有可靠的定位，保持工件和手爪之間的準確的相對位置關(guān)系，以保持機器人后續(xù)作業(yè)的準確性。握持：確保工件在搬運過程中或零件裝配過程中的位置和姿態(tài)的準確性。釋放：在指定位置結(jié)束手部和工件之間的約束關(guān)系。工具：進行作業(yè)的專用工具。第72頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分

36、，星期三2. 按夾持原理分類1)鉗爪式（機械式）2)吸附式：氣吸式：真空式、噴氣式、擠氣式。磁吸式：永磁吸盤、電磁吸盤。第73頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三4.1.2 鉗爪式手部機構(gòu)概述一、鉗爪式手部機構(gòu)的分類二、鉗爪式手部機構(gòu)的組成三、鉗爪式手部機構(gòu)的選用要點第74頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三一、鉗爪式手部機構(gòu)的分類1按夾持方式分類2按手爪的運動形式分第75頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三1按夾持方式分 外夾式手部與被夾件的外表面相接觸。內(nèi)撐式手部與工件的內(nèi)表面相接觸。內(nèi)外夾持式手部與工件的內(nèi)、外表面相

37、接觸。第76頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三夾持方式圖例ZXY第77頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三2按手爪的運動形式分：回轉(zhuǎn)型當手爪夾緊和松開物體時，手指作回轉(zhuǎn)運動。當被抓物體的直徑大小變化時，需要調(diào)整手爪的位置才能保持物體的中心位置不變。平動型手指由平行四桿機構(gòu)傳動，當手爪夾緊和松開物體時，手指姿態(tài)不變，作平動。平移型當手爪夾緊和松開工件時，手指作平移運動，并保持夾持中心的固定不變，不受工件直徑變化的影響。第78頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三回轉(zhuǎn)型圖例第79頁，共153頁，2022年，5月20日，19點3

38、2分，星期三平動型圖第80頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三平移型圖例第81頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三二、鉗爪式手部機構(gòu)的組成一般的鉗爪式手部由以下三部分組成1.手指手指是直接與工件接觸的部件，手部松開和夾緊工件都是通過手指的張開和閉合來實現(xiàn)的。2.傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)是向手指傳遞運動和動力，從而完成夾緊與松開的動作的機構(gòu)3.驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置是向傳動機構(gòu)提供動力的裝置。按驅(qū)動方式的不同，可有液壓、氣壓和電動等幾種。第82頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三第83頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，

39、星期三三、鉗爪式手部機構(gòu)的選用要點1應(yīng)具有足夠的夾緊力2應(yīng)具有足夠的張開角3應(yīng)能保證工件的可靠定位4應(yīng)具有足夠的強度和剛度5應(yīng)適應(yīng)被抓取對象的要求6盡可能具有一定的通用性第84頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三1應(yīng)具有足夠的夾緊力機器人的手部機構(gòu)靠鉗爪夾緊工件后便把工件從一個位置移動到另一個位置，由于工件本身的重量以及移動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動等，鉗爪必須具有足夠大的夾緊力。才能防止工件在移動過程中脫落。一般要求夾緊力為工件重是的23倍。第85頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三2應(yīng)具有足夠的張開角鉗爪為了抓取和松開工件，必須具有足夠大的張開

40、角度來適應(yīng)較大的直徑范圍，而且夾持工件的中心位置變化要小(即定位誤差要小）。對于移動式鉗爪要有足夠大的移動范圍。第86頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三3應(yīng)能保證工件的可靠定位為了使鉗爪和被夾持的工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選用相應(yīng)的鉗爪形狀來定位，如圓柱形工件經(jīng)常采用具有“V”鉗口的手爪，以便自動定心。 第87頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三4應(yīng)具有足夠的強度和剛度鉗爪除受到被夾持工件的反作用力外，還會受到在運動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強度和剛度會發(fā)生折斷和變形，因此對于受力較大的鉗爪應(yīng)進行必要的強

41、度和剛度計算。 第88頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三5應(yīng)適應(yīng)被抓取對象的要求 適應(yīng)工件的形狀：工件的形狀為圓柱形形，則采用帶“V”型鉗口的手爪；工件為圓弧形則選用圓弧形二指或三指手爪；對于特殊形狀的工件應(yīng)設(shè)計與工件相適應(yīng)的手爪。 適應(yīng)工件被抓取部位的尺寸：工件被抓取部位的尺寸盡可能是不變的，若加工尺寸有變化，那么鉗爪應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求。工件表面質(zhì)量要求高的，對鉗爪應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如加軟墊等。 要適應(yīng)工作位置的狀況：如工作位置較窄小時可用薄片形鉗爪。 第89頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三6盡可能具有一定的通用性鉗爪一般專用性較強，

42、在可能的情況下，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件的更換。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的要求，可將鉗爪制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的鉗爪部件及附件來擴大手部機構(gòu)的使用范圍，也可在設(shè)計時適當選取其結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)以擴大其使用范圍。 第90頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三4.1.3 鉗爪式手部機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及夾緊力的分析與計算一、撥桿杠桿式鉗爪二、滑槽杠桿式鉗爪三、斜楔杠桿式鉗爪四、齒輪齒條杠桿式鉗爪五、齒輪齒條平行連桿式鉗爪六、連桿杠桿式鉗爪第91頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三一、撥桿杠桿式鉗爪1.結(jié)構(gòu)形式及工作原理2.夾緊力的分析與計算第92頁，共153頁，202

43、2年，5月20日，19點32分，星期三如圖2-16a所示，活塞桿上的撥叉推動撥桿回轉(zhuǎn)，帶動一對嚙合齒輪，使與齒輪剛性連接的鉗爪合攏與分開 第93頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三 設(shè)活塞桿上的撥叉作用于撥桿上的力為 ，齒輪1作用于齒輪2上的力為 ( )，夾緊力為 ，圖2-16b和c分別為撥桿與鉗爪的受力圖，根據(jù)平衡條件 和 可知 因為 與 互為反力，即 所以 （2-1）第94頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三二、滑槽杠桿式鉗爪1.結(jié)構(gòu)形式及工作原理2.夾緊力的分析與計算第95頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三 如圖2

44、17a所示，拉桿2端部固定安裝著圓柱銷3，當拉桿2向上拉時，圓柱銷就在兩個鉗爪4的滑槽中移動，帶動鉗爪4繞 與 兩回轉(zhuǎn)支點回轉(zhuǎn)夾緊工件。拉桿2向下推時，使鉗爪4松開工件。 第96頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三 設(shè) 為作用在拉桿2上的驅(qū)動力； 為鉗爪的夾緊力，鉗爪的尺寸關(guān)系如圖217a所示。下面分析圓柱銷3和鉗爪4的受力情況。在拉桿2作用下，圓柱銷3向上的拉力為 ，并作用于圓柱銷的中心點 ，設(shè)兩鉗爪的滑槽對圓柱銷的作用力為 、 ，其力的方向垂直于滑槽軸線 或 ，指向點 ，其延長線分別交于 、 兩點，如圖217b所示。三角形 和三角形 均為直角三角形，故 。根據(jù)圓柱銷

45、的平衡條件 可知則 第97頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三如圖2一l7c所示，圓柱銷對鉗爪的反作用力為 ，其大小與 相等，即 = ，且方向相反。工件對鉗爪的反作用力大小等于夾緊力 ，按照鉗爪的平衡條件 得因為 所以 （2-2） 第98頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三式中 a-鉗爪回轉(zhuǎn)支點 （或 ）到對稱中心線的距離； b-鉗爪回轉(zhuǎn)支點到“V”型鉗口中心線的距離； -滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點（ 與 ）間連線的夾角。從式（2-2）可知，在驅(qū)動力一定的情況下，增大 ，則夾緊力 也隨之增大，但 過大會導(dǎo)致拉桿（有時即為活塞桿）的行程過大，以及鉗爪滑槽

46、部分尺寸長度增大，使手部結(jié)構(gòu)加大，所以一般取 為宜。第99頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三三、斜楔杠桿式鉗爪1.結(jié)構(gòu)形式及工作原理2.夾緊力的分析與計算第100頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三圖218a所示為單斜楔式鉗爪。它是靠斜楔3推動磙子2并帶動鉗爪1繞回轉(zhuǎn)支點 與 回轉(zhuǎn)，夾緊工件。當斜楔后移時，靠彈簧的拉力使鉗爪松開。裝在鉗爪上端的磙子2與斜楔3的接觸為滾動接觸。 第101頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三當斜楔向下推時，如其驅(qū)動力為 ，而兩個磙子2對于斜楔的作用力為 和 ，且 ，其力的方向垂直于斜楔面，并

47、通過磙子的中心 和點，如圖218b所示。根據(jù)斜楔的平衡條件 得則 斜楔3對于鉗爪的反作用力為 ，其方向與 的方向相反，大小相等，即 。工件反作用于鉗爪的力大小等于夾緊力 （方向相反），如圖218c所示。按鉗爪的平衡條件 得第102頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三則 因為 所以 （2-3） 式中 a支點 （或 ）到磙子回轉(zhuǎn)中心 （或 ）的距離； b支點 （或 ）到夾緊力 作用線的距離； 驅(qū)動源產(chǎn)生的驅(qū)動力（N）； 斜楔角之半角。此種機構(gòu)，因斜楔與磙子之間為滾動接觸，故摩擦力小，活動靈敏。但夾緊力不大，適用于輕載場合。 第103頁，共153頁，2022年，5月20日，1

48、9點32分，星期三四、齒輪齒條杠桿式鉗爪1.結(jié)構(gòu)形式及工作原理2.夾緊力的分析與計算第104頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三如圖219a所示，拉桿通過齒條拉動一對扇形齒輪，使與扇形齒輪剛性聯(lián)接的鉗爪夾緊，反之松開。彈簧的拉力保證了齒條與扇形齒輪單面接觸，使動作平穩(wěn)。 第105頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三設(shè)作用在拉桿上的驅(qū)動力為 ，鉗爪的夾緊力為 ，尺寸關(guān)系如圖所示。拉桿向上拉時，扇形齒輪對齒條兩個反作用力 和 (且 )，方向與拉力相反，如圖219b所示。根據(jù)平衡條件 可知 第106頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，

49、星期三又如圖219c所示，鉗爪的扇形齒輪受到齒條的拉力為 ，其大小等于 。工件對鉗爪的反作用力為 ，其大小與 等同。根據(jù)鉗爪的平衡條件 得 即 所以 （2-4）式中 扇形齒輪的分度圓半徑； 回轉(zhuǎn)支點 到“V”型鉗口中心線的距離。第107頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三五、齒輪齒條平行連桿式鉗爪1.結(jié)構(gòu)形式及工作原理2.夾緊力的分析與計算如圖220a所示，由驅(qū)動源以力 拉動拉桿1，帶動拉桿下部齒條與兩個扇形齒輪，繞支點 與 轉(zhuǎn)動，因連桿3與扇形齒輪剛性聯(lián)接，故驅(qū)動鉗爪夾緊工件，反之松開工件。 第108頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三第109

50、頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三拉桿受力如圖220c所示。根據(jù)平衡條件 得因為 所以 扇形齒輪-連桿-鉗爪的受力圖如圖2-20b所示。 為齒條對扇形齒輪的反作用力，且 ， 為工件對鉗爪的反作用力且 。根據(jù)平衡條件 可知即 第110頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三又因 所以 （2-5）式中 扇形齒輪的分度圓半徑； 連桿長度； 連桿中心線與夾緊力作用線之垂線的夾角。由公式(25)可知，當只 一定時， 隨 的增大而增大。當 0時，夾緊力 。第111頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三六、連桿杠桿式鉗爪1.結(jié)構(gòu)形式及工作原

51、理2.夾緊力的分析與計算第112頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三如圖221a所示，連桿的兩頭用銷釘分別與杠桿和拉桿的端部聯(lián)接。當拉桿上下移動時，帶動鉗爪夾緊與松開。 第113頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三當拉桿2的驅(qū)動力為 時，兩連桿對于拉桿的作用力為 和 (且 )，其方向沿連桿兩鉸鏈的連線，指向O點，與水平方向成 角，如圖2-21b所示，按拉桿的平衡條件 得則 第114頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三連桿對扛桿的作用力為 ，因連桿為二力桿，所以 與 大小相等，即 ，且方向相反。設(shè)工件對鉗爪的反作用力為(與夾

52、緊力大小相同，方向如圖所示)。如圖221c所示。根據(jù)杠桿的平衡條件 得 因為 所以 （2-6）式中 、 均如圖所示。第115頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三4.1.4 鉗爪式手部機構(gòu)驅(qū)動力的計算一、拉緊裝置的原理二、驅(qū)動力的計算第116頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三一、拉緊裝置的原理1.開閉式2.長開式3.長閉式第117頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三二、驅(qū)動力的計算驅(qū)動力的計算，就是計算手部機構(gòu)夾緊工件時，拉緊油缸的驅(qū)動力 ，以便于進一步確定拉緊油缸的活塞直徑。當用不同的手部機構(gòu)夾緊同一種工件時，由于各手部

53、機構(gòu)的增力倍數(shù)不同，所需拉緊油缸的驅(qū)動力也不同。當手部機構(gòu)選定后，由于工件的方位不同(如工件水平放置或垂直放置)，鉗爪的受力狀態(tài)不一樣。因而所需拉緊油缸的驅(qū)動力也不一樣。圖237a為兩鉗爪式手部機構(gòu)，由于驅(qū)動力 使一對平行鉗口對被夾持的工件產(chǎn)生兩個作用力 ，當忽略工件重量時(即相當于夾緊一塊握力表)，這兩個力大小相等，力 稱力由驅(qū)動力 產(chǎn)生的夾緊力。第118頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三1. 當量夾緊力的概念與性質(zhì) 2. 驅(qū)動力的計算步驟第119頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三“當量夾緊力”的概念所謂當量夾緊力，就是指把重量為G的工件，

54、按某一方位夾緊(如圖為水平方位放置)，可以求得其拉緊油缸具有的最小驅(qū)動力，這個最小驅(qū)動力所能產(chǎn)生的夾緊力，就稱為工件在這個方位的當量夾緊力。第120頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三“當量夾緊力”的性質(zhì) 當量夾緊力的數(shù)值與具體的手部機構(gòu)方案無關(guān)，只與工件的重量G和它相對于鉗爪的放置方位有關(guān)。證明如下；第121頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三 (1)首先求 與 的關(guān)系如圖237a所示，當驅(qū)動力推動活塞桿移動一小段距離 時，兩個鉗爪都相應(yīng)產(chǎn)生一微小轉(zhuǎn)角 ，依據(jù)虛功原理，驅(qū)動力 所做功( )和夾緊力 所做功應(yīng)相等，即第122頁，共153頁，202

55、2年，5月20日，19點32分，星期三(2)當量夾緊力與工件重量之關(guān)系。如圖237b所示，當鉗爪水平夾緊重力為G的工件時。根據(jù)工件的平衡條件?？傻玫?23頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三 可以看出：上下鉗爪對工件的夾緊力并不相等，且隨驅(qū)動力的增大而增大，但 和 的差值永遠為工件之重量G。如 時。驅(qū)動力最小，這個最小驅(qū)動力可以由下述方法求出：將 代入上式得由 所產(chǎn)生的夾緊力 ，即為當量夾緊力。第124頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三驅(qū)動力的計算步驟(1)根據(jù)鉗爪夾持工件的方位，查出當量夾緊力計算公式，根據(jù)已知工件重量G，求出當量夾緊力 。(

56、2)根據(jù)鉗爪的傳動機構(gòu)方案，通過夾緊力計算公式可導(dǎo)出驅(qū)動力P的計算公式。(3)把已求得的當量夾緊力代入求P的計算公式中，求得最小驅(qū)動力 (等于P)。(4)根據(jù)實際情況，所采用的 應(yīng)大于 第125頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三第126頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三實例： 某液壓驅(qū)動手部機構(gòu)如圖238所示，工件只作水平和垂直平移，它的移動進度為500 ，移動加速度為1000 ，工件重量G為98N，“V”型鉗口的夾角為120度， ，試求：拉緊油缸的驅(qū)動力P和第127頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三鉗爪式手部機構(gòu)的

57、定位誤差分析 在工業(yè)生產(chǎn)自動化的進程中，工業(yè)機器人的應(yīng)用逐日增多。當用鉗爪式手部機構(gòu)搬運和裝卸工件時，往往因工件直徑的變化而引起工件軸心相對于要求的定位中心有一定偏差，這個偏差量既為定位誤差。當合理選取其結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)時， 可以將定位誤差控制在較小范圍內(nèi)，這就有可能在滿足定位精度的的條件下，盡量采用較簡單的手部機構(gòu)并減少其調(diào)整工作以適應(yīng)成組工藝的要求。對于幾種典型的手部機構(gòu)的定位誤差分析如下。第128頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三一、移動式鉗爪的定位誤差第129頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三二、單支點回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差 回轉(zhuǎn)式鉗爪是

58、較簡單的手部機構(gòu)在多品種小批量自動化生產(chǎn)中，如果用它抓取不同尺寸的工件，將產(chǎn)生定位誤差 如圖所示。但是當選擇合理的結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)時，可以使定位誤差控制在較小范圍內(nèi)。第130頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三(1)不帶偏轉(zhuǎn)角的鉗爪第131頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三如果工件半徑在 至 范圍內(nèi)變化，其最大定位誤差（當 ， ，并以 為要求定位中心時）為第132頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三(2)具有偏轉(zhuǎn)角的鉗爪第133頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三為了看出半徑 的變化對 的影響，將上

59、式簡化成第134頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三令 ，當 時， 有極小值 。 的變化曲線是以 為界左右對稱的雙曲線，如圖所示。第135頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三顯然，當 或 時，即 和 在圖形對稱點 的同一側(cè)，其定位誤差如圖所示。 第136頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三當 時，即 和 在圖形對稱點 的兩側(cè)，其定位誤差如圖所示為 和 中的最大者（以對稱點為要求的定位中心）。 第137頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三 上邊的討論是已知鉗口尺寸時的定位誤差計算，在設(shè)計鉗爪式手部機構(gòu)

60、時，是按給定的 和 來確定鉗爪各部尺寸的。為了減少定位誤差，一方面可加長鉗爪體長 ，但過長，手部機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸就會變大。另一方面，可選取合適的偏轉(zhuǎn)角 ，使定位誤差能控制在最小范圍內(nèi)。這時的偏轉(zhuǎn)角 稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。最佳偏轉(zhuǎn)角第138頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三如圖所示，若使 處在 和 正中間時，即使 時，就可使定位誤差最小。已知 ，則可求得最佳偏轉(zhuǎn)角 為第139頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三第140頁，共153頁，2022年，5月20日，19點32分，星期三例1 某機器人的手部機構(gòu)為單支點回轉(zhuǎn)式鉗爪為減少調(diào)整工作，執(zhí)行兩種工件的上料任