自动机与自动线第四章机器人与机器手

1、 学习目的 随着机电一体化技术的不断发展和创新，在越来越多的自动机和自动线上，都采用了各种类型的工业机械手，来帮助实现自动化并进一步提高自动化程度。本章通过对工业机械手的组成和分类以及工业机械手典型结构等内容的介绍，列举了工业机械手的应用实例、工业机械手常用的传动机构、驱动系统和控制系统的特点以及传感器的分类等等，使学生能够对工业机械手的构成及工作原理有一个大致的了解，掌握鉴别和选用工业机械手的方法。v4.1工业机械手及机器人的组成和分类v4.2手爪的类型及结构v4.3 手腕的选用及手臂的典型结构v4.4 工业机器人的控制系统v4.5 工业机械手举例v工业机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序

2、、轨迹和要求实现自动抓取、搬运工件或操作工具的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。工业机器人是用来进行搬运材料、零件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特殊装置 v4.1.1工业机械手的组成v 工业机械手主要由执行机构、驱动机构、控制系统和机座等四部分组成。v 1.执行机构v(1)手爪 (2)手腕 (3)手臂 (4)立柱 (5)行走机构 v2.驱动机构v3.控制系统v4.机座 v工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。六个子系统是：驱动系统、机械结构构系统(机械部分)，感受系统、机器人-环境交互系统(

3、传感部分)，人机交互系统、控制系统(控制部分)。v1.按使用范围分v(1)专用机械手 (2)通用机械手 v2.按驱动方式分v(1)机械手驱动方式分类v机械传动机械手液压传动机械手 气动传动机械手 电力传动机械手 v 电动：音圈电机、直线电机v直线型 液压：活塞液压缸v 气压：伸缩软管、气缸v 电动：直流伺服电机、交流伺服电机、 步进电机v旋转型 液压：旋转马达v 气压：气压马达、涡轮v(3)机器人驱动方式的特点及比较v1)五种基本坐标式机器人：直角坐标式机器人、圆柱坐标式机器人、球坐标式机器人、关节坐标式机器人、平面关节式机器人。v2)两种冗余自由度结构机器人：整体控制的柔软臂机器人(也称象鼻

4、子机器人)、每一关节独立控制的冗余自由度机器人。v3)模块化结构机器人 v型号与名称v机械结构形式v自由度数 说明臂、腕等共有几个运动自由度v运动范围 指各运动自由度的行程范围。一般是以爪中心为名义端点来计算。v运动速度 指最大速度或平均速度，或各运动自由度的速度。v抓取重量 表示机器人负荷能力的参数。通常用最大速度时腕部最大负荷（N）表示。v驱动方式 说明采用何种方式（液压、气动、电动等）驱动以及驱动机构状况。v定位精度 这是衡量工业机械手工作质量的重要指标。一般指重复定位精度。定位精度与位置控制方式、运动部件本身的精度和刚度、抓重、运动速度等因素有密切关系。v动力源 说明电源、气压、液压等

5、动力的规格、功率等。v4.2.1手爪结构分类v1.机械手指型v 按手爪上的指数分为二指型和三指型，大多数为二指型。v按手爪数目分为单爪型和多爪型。 v2.真空型及磁铁型v3.万能手爪v1.连杆型v图4-3 滑块-摇杆机构v图4-7 齿轮-齿条型气动手爪 v图4-9 凸轮驱动型手爪 v 图4-10 螺旋驱动型手爪 v1.真空吸盘型v(1)挤压排气式吸盘 v图4-11 挤压排气式吸盘 v(2)扩散负压式吸盘 v图4-12 扩散负压式喷嘴结构 v(3)真空泵式吸盘 v2.电磁吸盘型v4.2.4新型手爪v1.可吹胀手爪v图4-13 可吹胀手爪 v2.软性手爪v图4-14 软性手爪 v3.三手指型v图4

6、-15 三指手爪示意图v4.3.1手腕的选用v手腕是连接手爪和手臂的构件，它具有独立的自由度，为了使机械手适应被夹持物的不同要求，选用手腕时，要考虑下列两个因素：v1.自由度的选取v(1)在手臂运动范围内，能满足抓取和传送工件时，就尽量不选用手腕动作，这样可以使手腕结构简化，制造方便，降低成本，提高精度。v(2)对被抓取的工件有转位(或俯仰)要求(例如工件要求定位后转位90或180)时，可增加手腕的回转动作，因为用手臂完成回转动作时，惯性大，会影响定位精度。v(3)有时为了装卸工件，可令手腕增加横移动作。v图4-16 手腕运动示意图 v1.直线(伸缩、升降)运动机构v (1)往复直线缸 v（2

7、）直线感应电机(简称直线电机) v（3）其他机械式直线机构 v2.回转(摆动)运动机构v(1)叶片式摆动缸 v(2)齿轮齿条机构 v工业机器人传动机构是用来将原动机发出的机械能传递给关节或其它工作部分，以实现机器人各种必要的运动。v工业机器人常用的传动方案v机器人中常用的传动机构有齿轮传动、螺旋传动、带及链传动等。v4.4.1机器人控制系统的特点v4.4.2机器人控制系统的基本要求v4.4.3机器人控制系统的分类v1.程序控制系统 v2.按照外界状态进行控制的系统 v3.适应控制系统 v4.4.4工业机器人的传感器v4.5.1盘式工件提升机械手v图4-26 吸盘式机械手工作过程示意图v图4-2

8、8 嵌装工件用机械手v (a) 工件夹持 (b)工件插装 v工业机械手是指在工业生产中应用的、能按预定的要求模仿人手的部分动作的自动机械装置。v工业机械手主要由执行机构（如手爪手腕等）、驱动机构（如气压液压等）、控制系统（如保存或记忆指令信息等）及机座这四部分组成。v工业机械手可按使用范围或驱动方式来分类，也可按运动方式来分，即有“直角坐标型机械手”、“圆柱坐标型机械手”、“球坐标型机械手”以及“多关节型机械手”。v工业机械手的手爪类型确定，主要是根据被抓取工件的形状、材料、结构等来决定的。通常有机械手指型、真空型、磁铁型和万能手爪型等多种型式。v构成机械手指的运动机构常见的有连杆机构、齿轮-齿条机构、凸轮机构和螺旋机构等。v吸盘型抓取机构适用于一些不宜或不便使用机械手指抓取的工件，主要类型是真空吸盘型和电磁机构吸盘型两种。v为了使手腕的动作既能适应被抓取的工件的不同要求，又能简化运动轨迹，在选取的时候要充分考虑自由度和手腕的结构等问