[工学]机械制造装备设计之工业机械手

机械制造装备设计,工业机械手,12.1概述12.2手部 12.3手腕 12.4手臂 12.5应用实例,12.1概述,12.1.1 机械手的组成 12.1.2 机械手的运动12.1.3 机械手的分类12.1.4 机械手的主要参数,12.1.1机械手的组成,1. 执行机构：,执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。,手部 手腕 手臂 立柱 机座,12.1.1机械手的组成,1. 执行机构：,机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的动力装置,液压式驱动 气压式驱动 电力式驱动 机械式驱动,2.驱动系统：,12.1.1机械手的组成,1. 执行机构：,是机械手动作的指挥系统，用来控制动作的顺序（程序）、位置和时间、速度和加速度等。,2.驱动系统：,3. 控制系统,12.1.1机械手的组成,1. 执行机构：,控制执行机构的运动位置，可随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，使执行机构以一定的精度达到设定位置。,2.驱动系统：,3. 控制系统,4. 位置检测装置,12.1.2 机械手的运动,手臂的运动： 伸缩运动A、回转运动B、上下摆动（即俯仰）C、升降运动D。手腕的运动： 回转运动F、上下摆动G、左右摆动H。手部的运动： 夹紧和松开。整机主体的运动： 整机行走E。,12.1.3 机械手的分类,按用途可分 ：,通用机械手 专用机械手,12.1.3 机械手的分类,按用途可分 ：,液压驱动机械手 气压驱动机械手 电力驱动机械手 机械驱动机械手,按驱动方式分：,12.1.3 机械手的分类,按用途可分 ：,点位控制机械手 连续轨迹控制机械手,按驱动方式分：,按控制方式分：,12.1.3 机械手的分类,按用途可分 ：,直角坐标式 圆柱坐标式 球坐标式 关节坐标式,按驱动方式分：,按控制方式分：,运动坐标形式分：,直角坐标机械手,主机架由三个相互正交的平移轴组成，手臂可作前后伸缩、上下升降和左右横移三个动作。具有结构简单、定位精度高的特点。,圆柱坐标机械手,由立柱和一个安装在立柱上的水平臂组成，手臂可作前后伸缩、上下升降和绕立柱转动三个动作。这种结构占据空间位置小，活动范围大。,球坐标机械手,由回转机座、俯仰铰链和伸缩臂组成，手臂可作前后伸缩、上下摆动（俯仰）和左右摆动三个动作。,能以简单的机构得到较大的工作范围。,关节坐标机械手,由大小两手臂和立柱等机构组成，大小臂间的联结为肘关节，大臂和立柱间的联结为肩关节，可实现三个方向的旋转运动。,具有动作灵活、运动惯性小、动作范围大等优点。,12.1.3机械手的主要参数,抓取重量,又称臂力是指机械手所能抓取或搬运物件的最大重量；对其他参数如行程范围、运动速度、坐标形式和缓冲装置的设计均有影响；机械手最基本的参数。,12.1.3机械手的主要参数,抓取重量,运动速度反映了机械手的生产水平，影响机械手的运动周期和工作效率，很多机械手由于速度低而限制了它的使用范围。影响机械手动作快慢的两个主要运动是手臂的伸缩和回转运动。速度大小与机械手的驱动方式、定位方式、抓重大小和行程距离有关系,运动速度,12.1.3机械手的主要参数,抓取重量,通用机械手的手臂回转应尽可能大些，回转行程范围应大于180，使机械手具有一定的通用性；手臂伸缩行程及工作半径要适宜，太大会增加手臂悬伸量，相应的偏重力矩和转动惯量也增加，且刚性降低，对于定位精度也难以保证。,运动速度,行程范围,12.1.3机械手的主要参数,抓取重量,指机械手的运动部件从某一起始位置运动到预期的另一位置时所到达的实际位置的准确程度。定位精度的高低取决于位置控制方式以及机械手运动部件本身的精度和刚度，并和抓取重量、运动速度等因素也有密切关系。定位精度包括位置设定精度和重复定位精度两种，一般所说的定位精度是指重复定位精度。,运动速度,行程范围,定位精度,12.2手部,设计要求 夹持式手部 吸附式手部,手部是机械手直接抓取和握紧物件或夹持专用工具执行作业任务的部件，因此手部的结构和尺寸应依据作业任务要求来设计，从而形成了多种多样的结构型式。它安装在手臂的前端，可以模仿人手动作。,12.2.1设计要求,手指握力的大小要适宜 应保证工件能顺利地进入或脱开手指 应具有足够的强度和刚度，并且自身重量轻 动作迅速、灵活、准确，通用机械手还要求更换手部方便,12.2.2夹持式手部,夹持式手部是由驱动装置、传动机构和手指（或手爪）等组成。 驱动装置多半用活塞缸。传动机构常用连杆机构、滑槽杠杆机构、齿轮齿条机构等。 手指通常是两指，也有多指等形式。 指端是手指上直接与被夹持工件接触的部位，它的结构形状取决于工件的形状，如图12.4所示。手部结构按模仿人手手指的动作，可分为回转型、移动型等型式。,回转型的连杆传动手部结构,移动型的齿轮齿条传动手部结构,12.2.3吸附式手部,吸附式手部是靠吸附力抓取物料，它适用于抓取大平面、易碎、微小等类型的物料。吸附式手部有真空负压吸盘和电磁吸盘两种。,真空负压吸盘,用橡胶或软塑料制成碗状，使之在吸盘中形成真空而把工件吸附住应用于抓取薄板工件及弧形壳体工件等。特点是结构简单、重量轻、表面吸附力分布均匀，但对吸取的工件表面要求平整而无孔洞，它不宜吸取过重的工件。,电磁吸盘,电磁吸盘是采用电磁铁，通过磁场吸力作用吸取工件。结构简单，但只适用于磁性材料工件，不能在高温下应用。,12.3手腕,手腕是连接手部和手臂的部件 ；作用是调整或改变手部的方位；一般手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动即可满足工作要求，若有特殊要求可增加手腕左右摆动或横向移动。,手腕设计时要注意的问题：,可以由手臂完成的动作，尽量不设置手腕。 手腕结构尽可能简化，对不需要三维自由度的手腕，可采用两个或一个回转运动。 手腕处的结构要求紧凑、重量轻，手腕的驱动装置多采用分离式。,12.4手臂,手臂是支持手部和手腕的部件 作用是把物料运送到工作范围内的给定位置上。手臂一般能够完成伸缩运动、左右回转、升降或上下摆动（即俯仰）运动，其运动形式有直线运动、回转运动以及二者的复合运动。,手臂设计应注意的问题：,满足工作范围、灵活性、抓重以及定位精度的要求；应使手臂刚度大、重量轻，保证手臂准确工作并具有一定的定位精度。 应使手臂运动速度快、惯性小、动作灵活。 应使手臂传动准确、导向性好。 输油（气）管道的布置应合理，不妨碍机械手的运动且使手臂外形整齐，结构紧凑。 其他要求，如高温作业，应考虑热辐射的影响；粉尘场合应设有防尘装置等。,手臂常用机构的结构,手臂直线运动机构 手臂回转运动机构 手臂复合运动机构,1手臂直线运动机构,手臂的伸缩、升降及横向（或纵向）移动均属于直线运动。 常用的实现手臂直线运动的机构有活塞缸和齿轮齿条机构、丝杠螺母机构以及活塞缸和连杆机构等。 图12.16所示为采用齿轮齿条机构的手臂结构，可以实现自动导向并使手臂移动的距离和速度有定值的增加。,2.手臂回转运动机构,常用的实现回转运动的机构有叶片式回转缸、连杆机构、齿轮传动和链轮传动机构等。 图12.17是采用活塞油缸和连杆机构的一种双臂机械手手臂的结构图。,3手臂复合运动机构,具有复合运动的手臂，其动作程序一般是固定而不可调的。 采用复合运动的手臂不但可简化结构，增加工作的可靠性，而且相应的简化了驱动系统和控制系统。 常用的实现复合运动的机械传动机构有齿轮机构、凸轮机构和连杆机构等。,12.5应用,工业机械手主