《工業(yè)機器人技術》課件-工業(yè)機器人(2)-機構

1.手部工業(yè)機器人機構2.手腕3.手臂4.基座1.手部也稱末端操作器它是機器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進行操作的部件，它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質及表面狀態(tài)的不同，應具有足夠的夾持（吸附）力。要具有一定的開閉角度應保證工件可靠定位要有足夠的強度和剛度，又要結構緊湊、重量輕、效率高要有一定的通用性能適度工作環(huán)境1.手部-設計注意事項夾鉗式取料手1.手部-結構分類吸附式取料手仿生多指靈巧手1.手部-夾鉗式取料手1.手指;2.傳動機構;3.驅動裝置;4.支架;5.工件

特殊形狀的手指尖指和薄、長指，一般用于夾持小型或柔性工件，其中薄指一般用于夾持位于狹窄工作場地的細小工件，以避免和周圍障礙物相碰，長指一般用于夾持熾熱的工件，以免熱輻射對手部傳動機構的影響。1.手部-夾鉗式取料手-手指V型指端形狀(a)固定V型(b)滾柱V型(c)自定位式V型平面指，一般用于夾持方型工件（具有二個平行平面），板形或細小棒料光滑指面：面平整光滑，用來夾持已加工表面，避免已加工表面受損；齒形指面：指面刻有齒紋，可增加夾持工件的磨擦力，以確保夾緊牢靠，多用來夾持表面粗糙的毛坯或半成品柔性指面：指面內鑲橡膠、泡沫、石棉等物，有增加磨擦力，保護工件表面，隔熱等作用，一般用于夾持已加工表面、熾熱件，也適于夾持薄壁件和脆性工件。1.手部-手指-指面加緊力Fn和驅動力Fp之間的計算公式為：這種末端執(zhí)行器由于楔塊面和滾子間為滾動接觸,摩擦力小,活動靈活,且結構簡單,但加緊力小,適用于輕載場合.1.手部-傳動機構-斜楔杠桿式1—杠桿2—彈簧3—滾子4—楔快5—驅動器視頻加緊力Fn和驅動力Fp之間的計算公式為:

在驅動力Fp一定時,α增大,則夾緊力Fn增大,但這將加大桿2(即活塞桿)的行程和滑槽的長度,導致結構尺寸加大.1.手部-傳動機構-滑槽杠桿式1—支架2—桿3—圓柱銷4—杠桿視頻加緊力FN和驅動力Fp之間的計算公式為:由式可知,b,c和驅動力Fp一定時,加緊力FN與α角的余切成正比.當α角較小時,可得到較大的加緊力.當α=0時,鉗爪已閉合到最小極限位置.若此時鉗爪的加緊力還不足以加緊工件,此時桿1再向下移,鉗爪反而會松開,為避免這種情況出現(xiàn),對不同尺寸規(guī)格的工件可以更換鉗爪.這種結構的加緊方式可以產生較大的加緊力.其缺點是:鉗爪的張開角較小.毛坯尺寸公差對加緊力的影響較大.1.手部-傳動機構-連桿杠桿式1—桿2—連桿3—擺動鉗爪4—調整墊片視頻加緊力FN和驅動力Fp之間的計算公式為:由式可知,當Fp和R/L一定時,FN將隨α的增大而增大,當α=0時,加緊力為極小值.1.手部-傳動機構-齒輪齒條平行連桿式平移型1—扇形齒輪2—齒條桿3—電磁式驅動器4—機座5、6—連桿7—鉗爪視頻鉗爪上撐緊力FN和驅動器1作用在推桿2上的推力Fp之間的計算公式為:本公式是按配置三個鉗爪的狀況得出的,內撐夾持器多用于內孔薄壁零件的夾持.1.手部-傳動機構-內撐連桿杠桿式1—驅動器2—桿3—鉗爪視頻1.手部-傳動機構-彈性手爪彈性力手爪的特點是其夾持物體的抓力是由彈性元件提供的，不需要專門的驅動裝置，在抓取物體時需要一定的壓入力，而在卸料時，則需要一定的拉力。1.手部-傳動機構-多關節(jié)柔性手爪1.手部-傳動機構-氣液手爪1.手部-吸附式磁吸附式氣吸式視頻：埃斯頓剪切流水線上的應用1.手部-吸附式-氣吸附氣吸附式取料手是利用吸盤內的壓力和大氣壓之間的壓力差而工作的。氣吸式取料手與夾鉗式取料手指相比，具有結構簡單、重量輕、吸附力分布均勻等優(yōu)點。對于薄片狀物體的搬運更具有其優(yōu)越性（如板材、紙張、玻璃等物體），廣泛應用于非金屬材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求物體表面較平整光滑，無孔無凹槽，根據(jù)不同作業(yè)情況,可以做成單吸盤、雙吸盤、多吸盤或特殊形狀的吸盤.真空吸附氣流負壓吸附擠壓排氣吸附1.手部-吸附式-真空吸附利用真空泵，真空度較高。主要零件為碟形橡膠吸盤1，通過固定環(huán)2安裝在支承桿4上，支承桿由螺母5固定在基板6上。取料時，碟形橡膠吸盤與物體表面接觸，橡膠吸盤在邊緣既起到密封作用，又起到緩沖作用，然后真空抽氣，吸盤內腔形成真空，吸取物料。放料時，管路接通大氣，失去真空，物體放下。為避免在取放料時產生撞擊，有的還在支承桿上配有彈簧緩沖。1.橡膠吸盤2.固定環(huán)3.墊片

4.支承桿5.螺母6.基板

視頻1.手部-吸附式-氣流負壓吸附利用流體力學的原理，當需要取物時，壓縮空氣高速流經噴嘴5時，其出口處的氣壓低于吸盤腔內的氣壓，于是腔內的氣體被高速氣流帶走而形成負壓，完成取物動作，當需要釋放時，切斷壓縮空氣即可。這種取料手需要壓縮空氣，工廠里較易取得，故成本較低。1.橡膠吸盤2.心套3.透氣螺釘4.支承桿5.噴嘴6.噴嘴套視頻2Y1得電，左位工作，壓縮空氣從P口進入真空發(fā)生器產生主射流，主射流卷吸周圍靜止的氣體一起向前流動，從R口流出。于是在射流的周圍形成了一個低壓區(qū)，接收室內的氣體被吸進來與其相融合在一起流出，再接受室內及吸頭處形成一定負壓將工件吸起，當負壓達到一定值時，2B1=1發(fā)訊，搖臂轉向下一站。2Y1失電，右位工作，無壓縮空氣進入真空發(fā)生器，不能形成負壓，2B1=0，將工件放下。1.手部-吸附式-氣流負壓吸附應用視頻視頻1.手部-吸附式-擠壓排氣吸附靠向下力將吸盤3內的空氣排出,使其內部形成負壓,將工件4吸住.靠擋塊(或外力F的作用)碰撞壓蓋1的上部,使密封墊2抬起,進入空氣,釋放工件.有結構簡單,重量輕,成本低的優(yōu)點,但吸力不大,多用于吸取尺寸不大,薄而輕的物體.視頻1.手部-吸附式-磁吸附磁吸附式取料手是利用電磁鐵通電后產生的電磁吸力取料，因此只能對鐵磁物體起作用，另外，對某些不允許有剩磁的零件要禁止用，所以，磁吸附取料手的使用有一定的局限性1.手部-吸附式-磁吸附工作原理當線圈1通電后，在鐵心2內外產生磁場，磁力線以過鐵心，空氣隙和銜鐵3被磁化并形成回路。銜鐵受到電磁吸力F的作用被牢牢吸住。實際使用時，往往采用如圖(b)所示的盤式電磁鐵，銜鐵是固定的，銜鐵內用隔磁材料將磁力線切斷，當銜鐵接觸磁鐵物體零件時，零件被磁化形成磁力線回路并受到電磁吸力而被吸住。1.手部-吸附式-磁吸附圖2-34具有磁粉袋的吸附手1.手部-吸附式-磁吸附視頻手部設計實例手部設計實例手腕--設計要求1、力求手腕部件結構緊湊，減少其重量和體積。2、不應盲目增加手腕的自由度。3、為提高手腕動作的準確性，應提高傳動的剛度。4、設置限位開關和機械擋塊，以防止超限2.手腕圖2.31手腕的自由度(a)手腕的自由度；(b)手腕的俯仰；(c)手腕的偏轉；(d)腕部坐標系

為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間三個坐標軸X、Y、Z的轉動，即具有翻轉、俯仰和偏轉三個自由度，如圖所示。通常也把手腕的翻轉叫做Roll，用R表示；把手腕的俯仰叫做Pitch，用P表示；把手腕的偏轉叫Yaw，用Y表示手腕—單自由度(a)R手腕(b)B手腕(c)T手腕圖(a)是一種翻轉(Roll)關節(jié)，它把手臂縱軸線和手腕關節(jié)軸線構成共軸形式，這種R關節(jié)旋轉角度大，可達到360o以上。圖(b)、(c)是一種折曲(Bend)關節(jié)，關節(jié)軸線與前后兩個連接件的軸線相垂直。這種B關節(jié)因為受到結構上的干涉，旋轉角度小，大大限制了方向角。圖2.31(d)所示為移動關節(jié)。手腕—單自由度(1)

二自由度手腕可以由一個R關節(jié)和一個B關節(jié)組成BR手腕(見圖2.33(a))；也可以由兩個B關節(jié)組成BB(見圖2.33(b))但是不能由兩個R關節(jié)組成RR手腕，因為兩個R共軸線，所以退化了生個自由度，實際只構成了單自由度手腕(見圖2.33(c))二自由度手腕(a)BR手腕(b)BB手腕(c)RR手腕手腕—單自由度圖2.34(a)所示是通常見到的BBR手腕，使手部具有俯仰、偏轉和翻轉運動，即RPY運動。圖2.34(b)所示是一個B關節(jié)和兩個R關節(jié)組成的BRR手腕，為了不使自由度退化，使手部莉RPY運動，第一個R關節(jié)必須如圖偏置。圖2.34(c)所示是三個R關節(jié)組成的RRR手腕，它也可以實現(xiàn)手部RPY運動。圖2.34(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，實際上它是不采用的。此外，B關節(jié)和R關節(jié)排列的次序不同，也會產生不同的效果，也產生了其它形式的三自由度手腕。為了使手腕結構緊湊，通常把兩個B關節(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。

圖2.34三自由度手腕(a)BBR手腕(b)BRR手腕(c)RRR手腕(d)BBB手腕手腕設計舉例圖為Moog公司的一種液壓直接驅動手腕，設計緊湊巧妙。M1、M2、M3是液壓馬達，直接驅動手腕的偏轉、俯仰和翻轉三個自由度軸。手臂手臂的組成及作用手臂是工業(yè)機器人機械結構的主要部件，它可作伸縮、升降、擺動或回轉運動。手臂由小臂(橫臂)和大臂(立柱)組成。小臂的前端裝有手腕和手指，沒有手腕時，可直接裝手指。手臂是支持手指和手腕部分的機構，并承受工件和本身的重量，故總的重量較大。其結構性能、工作范圍、承受能力和動作精度直接影響機器人的工作性能。手臂的設計要求1、運動速度要高、慣性要小承載能力要大，剛性要高，自重要輕。偏重力矩要小，動作要靈活手臂的位置精度要高手臂要有一定的通用性要采取相應的耐環(huán)境措施手臂(a)、(b)單臂式(c)雙臂式(d)懸掛式手臂--結構形式1．雙作用缸2．活塞桿3．導向桿4，導向套

5．支承座6．手腕7．手部人類手腕的兩個B關節(jié)手臂—直線運動機構

1.活塞桿2.升降缸體3.導向套4.齒輪5.連接蓋6.機座7.齒條活塞8.連接板手臂—升降和回轉運動機構1.較接活塞油缸;2.連桿(即活塞桿);3.手臂(既曲桿);4.支承架;5.6.定位螺釘手臂—一種雙臂機器臂機構1.電動機；2..蝸桿；3..臂架；4..絲杠；5..蝸輪；6..箱體；7..花鍵套手臂絲杠螺母傳動的手臂升降機構手臂—俯仰1.手臂2.夾置