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文档简介
1、1n手腕手腕n联接手臂和手部的结构部件联接手臂和手部的结构部件n主要作用主要作用 确定手部的作业方向确定手部的作业方向n具有具有 - - 独立的自由度独立的自由度n满足手部满足手部 - - 完成复杂的姿态完成复杂的姿态4.4.手腕结构手腕结构2n确定手部的作业方向确定手部的作业方向 需要三个自由度需要三个自由度n1 1)臂转)臂转 绕小臂轴线方向旋转绕小臂轴线方向旋转n2 2)手转)手转 使手部绕自身的方向旋转使手部绕自身的方向旋转n3 3)腕摆)腕摆 使手部相对于臂进行摆动使手部相对于臂进行摆动3n常用常用 - - 手腕结构手腕结构n图图 a an腕部关节配置腕部关节配置 - - 臂转,腕摆
2、,手转结构臂转,腕摆,手转结构n图图 b bn腕部关节配置腕部关节配置 - - 臂转,双腕摆,手转结构臂转,双腕摆,手转结构4n腕部关节配置图腕部关节配置图5n腕部结构设计腕部结构设计n要满足要满足 - - 传动灵活、结构紧凑轻巧、避免干涉传动灵活、结构紧凑轻巧、避免干涉n多数机器人多数机器人 - - 腕部结构的驱动部分安排在小臂上腕部结构的驱动部分安排在小臂上n设法使设法使 个电动机的运动个电动机的运动 - - 传递到同轴旋转的心传递到同轴旋转的心轴和多层套筒上轴和多层套筒上n运动传入腕部后运动传入腕部后 - - 再分别实现各个动作再分别实现各个动作n6n机器人进行机器人进行 - - 精密装
3、配作业中精密装配作业中n被装配零件被装配零件 - - 不一致不一致n工件的定位夹具,机器人的定位精度工件的定位夹具,机器人的定位精度 - - 不能满足装不能满足装配要求时配要求时n会导致会导致 - - 装配困难装配困难n这时提出这时提出 - - 装配动作的柔顺性要求装配动作的柔顺性要求7n柔顺装配技术柔顺装配技术n检测检测、控制的角度采取不同搜索方法、控制的角度采取不同搜索方法 边校正边装配边校正边装配n手爪上装视觉、力传感器等检测元件手爪上装视觉、力传感器等检测元件 - - 主动柔顺装配主动柔顺装配n缺点缺点 - - 价格较贵、装配速度较慢价格较贵、装配速度较慢n机械结构角度手腕部配置柔顺环
4、节机械结构角度手腕部配置柔顺环节 被动柔顺装配被动柔顺装配n优点优点 结构简单、价格便宜、装配速度较快结构简单、价格便宜、装配速度较快8n柔顺手腕柔顺手腕9n柔顺手腕动作过程柔顺手腕动作过程n插入装配中插入装配中 工件局部被卡住时工件局部被卡住时n受到阻力受到阻力 使柔顺手腕起作用使柔顺手腕起作用n手爪有手爪有 微小的修正量微小的修正量n工件工件 - - 能顺利的插入能顺利的插入10n手部手部n最重要的执行机构最重要的执行机构n从功能和形态从功能和形态 - - 可分可分n工业机器人的手部工业机器人的手部n仿人机器人手部仿人机器人手部n常用的手部常用的手部 - - 可分(按握持原理)可分(按握持
5、原理)n夹持类夹持类n吸附类吸附类5.5.手部机构手部机构11n1)1)夹持类夹持类n夹持类手部夹持类手部 - - 可分可分n夹钳式夹钳式n托勾式托勾式n弹簧式弹簧式n夹持类手部夹持类手部 - - 可分(按手指夹持工作时运动方式不可分(按手指夹持工作时运动方式不同同 )n手指回转型手指回转型n指面平移型指面平移型12n(1)(1)夹钳式夹钳式n夹钳式夹钳式 工业机器人最常用的手部形式工业机器人最常用的手部形式n夹钳式手部夹钳式手部 - - 组成组成n手指手指n传动机构传动机构n驱动装置驱动装置n支架支架13n夹钳式手部的组成夹钳式手部的组成14n 手指手指n直接与工件接触的构件直接与工件接触的
6、构件n手部松开和夹紧工件手部松开和夹紧工件 通过手指的张开和闭合来实通过手指的张开和闭合来实现现n一般机器人手部一般机器人手部 - - 只有两个手指只有两个手指, ,少数有三个或多个少数有三个或多个n结构型式结构型式 常取决于被夹持工件的形状和特性常取决于被夹持工件的形状和特性15na) a) 指端的形状指端的形状n指端指端 - - 手指上直接与工件接触的部位手指上直接与工件接触的部位n结构形状结构形状 - - 取决与工件的形状取决与工件的形状n指端指端 - - 类型类型nV V 形指形指n平面指平面指n尖指或薄尖指或薄、长指、长指n特形指特形指16n夹钳式手的指端夹钳式手的指端17nV V
7、形指形指n用于用于 - - 夹持圆柱形工件夹持圆柱形工件n特点特点 夹紧平稳可靠夹紧平稳可靠, ,夹持误差小夹持误差小n平面指平面指n用于用于 - - 夹持方形工件夹持方形工件 ( (具有两个平行表面具有两个平行表面),),板形或板形或细小棒料细小棒料18n尖指尖指n用于用于 夹持小型或柔性工件夹持小型或柔性工件n薄指薄指n用于用于 夹持位于狭窄工作场地的细小工件夹持位于狭窄工作场地的细小工件n避免避免 - - 和周围障碍物相碰和周围障碍物相碰19n长指长指n用于用于 - - 夹持炽热工件夹持炽热工件n避免避免 - - 热辐射对手部传动机构的影响热辐射对手部传动机构的影响n特形指特形指n用于用
8、于 - - 夹持形状不规则的工件夹持形状不规则的工件20nb) b) 指面形式指面形式n根据工件形状、大小及被夹持部位材料软硬、表面性根据工件形状、大小及被夹持部位材料软硬、表面性质不同质不同 - - 手指的指面有手指的指面有n光滑指面光滑指面n齿型指面齿型指面n柔型指面柔型指面21n光滑指面光滑指面n指面指面 - - 平整光滑平整光滑n用来夹持已加工表面用来夹持已加工表面 - - 避免已加工表面受损伤避免已加工表面受损伤n齿型指面齿型指面n指面指面 - - 刻有齿纹刻有齿纹n可增加与夹持工件间的摩擦力可增加与夹持工件间的摩擦力 - - 确保夹紧可靠确保夹紧可靠n多用来夹持多用来夹持 表面粗糙
9、的毛坯或半成品表面粗糙的毛坯或半成品22n柔型指面柔型指面n指面镶衬指面镶衬 - - 橡胶、泡沫、石棉等物橡胶、泡沫、石棉等物n作用作用 - - 增加摩擦力、保护表面、隔热等增加摩擦力、保护表面、隔热等n用来夹持用来夹持 - - 已加工表面、炽热件、薄壁件已加工表面、炽热件、薄壁件、脆性件、脆性件23nc) c) 手指材料手指材料n夹钳式手部手指材料可选夹钳式手部手指材料可选 - - 一般碳素钢和合金结构钢一般碳素钢和合金结构钢n为手指经久耐用为手指经久耐用 可镶嵌硬质合金可镶嵌硬质合金n高温作业的手指高温作业的手指 可选用耐热钢可选用耐热钢n腐蚀性气体环境下工作的手指腐蚀性气体环境下工作的手
10、指n可镀铬或进行搪瓷处理可镀铬或进行搪瓷处理n可选用可选用 - - 耐腐蚀的玻璃钢或聚四氟乙烯耐腐蚀的玻璃钢或聚四氟乙烯24n 传动机构传动机构n向手指传递向手指传递 - - 运动和动力运动和动力n实现实现 - - 夹紧和松开动作的机构夹紧和松开动作的机构n主要有主要有n回转型传动机构回转型传动机构n平移型传动机构平移型传动机构25n 回转型传动机构回转型传动机构n夹钳式手部中较多的是夹钳式手部中较多的是 - - 回转型手部回转型手部n手指手指 - - 一对一对( (或几对或几对) )杠杆杠杆n同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、蜗轮蜗杆或螺杆等机构同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、蜗轮蜗杆或螺杆等机构组成组成
11、 - - 复合式杠杆传动机构复合式杠杆传动机构n改变改变 - - 传力比、传动比及运动方向传力比、传动比及运动方向26n回转型传动机构回转型传动机构 - - 包括包括n斜楔杠杆式斜楔杠杆式n滑槽式杠杆滑槽式杠杆回转型回转型n双支点双支点连杆杠杆式连杆杠杆式n齿条齿轮杠杆式齿条齿轮杠杆式27n单作用斜楔式单作用斜楔式回转型手部的结构简图回转型手部的结构简图28na) a) 斜楔杠杆式斜楔杠杆式n斜楔斜楔 2 2 向下运动向下运动 克服弹簧克服弹簧 5 5 拉力拉力n杠杆手指装着滚子杠杆手指装着滚子 3 3 的一端向外撑开的一端向外撑开 夹紧工件夹紧工件 8 8n斜楔向上移动斜楔向上移动, ,弹簧
12、拉力作用下弹簧拉力作用下 手指手指 7 7 松开松开n手指与斜楔通过滚子接触手指与斜楔通过滚子接触 可减小摩擦力可减小摩擦力, ,提高效率提高效率n有时为简化结构有时为简化结构 可让手指与斜楔直接相接触可让手指与斜楔直接相接触29n滑槽式杠杆双支点滑槽式杠杆双支点回转型手部的简图回转型手部的简图30nb) b) 滑槽式杠杆滑槽式杠杆回转型回转型n手指手指 4 4 的一端装有的一端装有 V V 型指型指 5 ,5 ,另一端有长滑槽另一端有长滑槽n驱动杆驱动杆 1 1 上的圆柱销上的圆柱销 2 2 套在滑槽内套在滑槽内n驱动连杆同圆柱销作往复运动时驱动连杆同圆柱销作往复运动时, ,可拨动两个手指各
13、可拨动两个手指各绕其支点绕其支点( (铰销铰销 3)3)作相对回转运动作相对回转运动 实现手指对工实现手指对工件件 6 6 的夹紧与松开动作的夹紧与松开动作n活动环节较多活动环节较多 配合间隙的影响不可忽视配合间隙的影响不可忽视n机构无自锁性能机构无自锁性能 靠驱动力锁紧靠驱动力锁紧31n双支点双支点回转型连杆杠杆式手部的简图回转型连杆杠杆式手部的简图32nc) c) 双支点双支点连杆杠杆式连杆杠杆式n驱动杆驱动杆 2 2 末端与连杆末端与连杆 4 4 由铰销由铰销 3 3 铰接铰接n驱动杆驱动杆 2 2 作直线往复运动时作直线往复运动时 - - 通过连杆推动手指各通过连杆推动手指各绕支点绕支
14、点 7 7 作回转运动作回转运动n使手指使手指 - - 松开或闭合松开或闭合n活动环节较多活动环节较多 定心精度比斜楔传动差定心精度比斜楔传动差33n齿条直接传动的齿轮杠杆式手部的结构简图齿条直接传动的齿轮杠杆式手部的结构简图34nd) d) 齿条齿轮杠杆式齿条齿轮杠杆式n驱动杆驱动杆 2 2 末端制成双面齿条末端制成双面齿条 与扇形齿轮与扇形齿轮 4 4 相啮相啮合合n扇形齿轮扇形齿轮 4 4 与手指与手指 5 5 固连在一起固连在一起 可绕支点回转可绕支点回转n驱动力推动齿条作直线往复运动驱动力推动齿条作直线往复运动 - - 可带动扇形齿轮回可带动扇形齿轮回转转n使手指使手指 - - 闭合
15、或松开闭合或松开35n 平移型传动机构平移型传动机构n平移型夹钳式手部平移型夹钳式手部 通过手指的指面作直线往复运通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作动或平面移动来实现张开或闭合动作n常用于夹持常用于夹持 平行平面的工件平行平面的工件( (如箱体如箱体) )n结构较复杂结构较复杂 不如回转型应用广泛不如回转型应用广泛n根据结构可分根据结构可分 平面平行移动机构平面平行移动机构、直线往复移动、直线往复移动机构机构36n平移型夹钳式手部的简图平移型夹钳式手部的简图37na) a) 四连杆机构平移型手部四连杆机构平移型手部n驱动器驱动器 1 1 和驱动元件和驱动元件 2 2 带
16、动平行四边形铰链机构带动平行四边形铰链机构 ( 3 ( 3 为主动摇杆为主动摇杆,4 ,4 为从动摇杆为从动摇杆) - ) - 实现手指平移实现手指平移n缺点缺点 n机构的构件较多机构的构件较多n传动效率低传动效率低n机构内部受力情况不同机构内部受力情况不同38n常用常用 - - 实现直线往复移动的机构实现直线往复移动的机构n斜楔传动斜楔传动n齿条传动齿条传动n螺旋传动螺旋传动39n连杆杠杆平移结构连杆杠杆平移结构40n 驱动装置驱动装置n向传动机构提供向传动机构提供 - - 动力的装置动力的装置n按驱动方式不同按驱动方式不同 - - 可分可分n液压驱动液压驱动n气动驱动气动驱动n电动驱动电动
17、驱动n机械驱动机械驱动41n 支架支架n使手部与机器人的腕或臂相联接使手部与机器人的腕或臂相联接n联接和支承元件联接和支承元件n有关部分有关部分 - - 成一个整体成一个整体42n2) 2) 钩托式手部钩托式手部n利用手指对工件钩利用手指对工件钩、托、捧等动作、托、捧等动作来来 - - 托持工件托持工件n优点优点 可降低驱动力的要求可降低驱动力的要求, ,简化手部结构简化手部结构, ,可省略可省略手部驱动装置手部驱动装置n适用于适用于 水平面和垂直面内作低速移动的搬运工作水平面和垂直面内作低速移动的搬运工作n钩托式手部可分钩托式手部可分 无驱动装置型无驱动装置型、有驱动装置型有驱动装置型43n
18、无驱动装置的钩托式手部无驱动装置的钩托式手部44na) a) 无驱动装置的钩托式手部无驱动装置的钩托式手部n手部在臂的带动下手部在臂的带动下 - - 向下移动向下移动n手部下降到一定位置时手部下降到一定位置时 齿条齿条 1 1 下端碰到撞块下端碰到撞块n臂部继续下移臂部继续下移 齿条带动齿轮齿条带动齿轮 2 2 旋转旋转, ,手指手指 3 3 进进入工件钩托部位入工件钩托部位n手指托持工件时手指托持工件时 销子销子 4 4 在弹簧力作用插入齿条在弹簧力作用插入齿条缺口缺口, ,保持手指的钩托状态使手臂携带工件离开原始保持手指的钩托状态使手臂携带工件离开原始位置位置n完成钩托任务后完成钩托任务后
19、 电磁铁将销子向外拔出电磁铁将销子向外拔出, ,手指呈手指呈自由状态自由状态, ,可继续下个工作循环程序可继续下个工作循环程序45n有驱动装置的钩托式手部有驱动装置的钩托式手部46nb) b) 有驱动装置的钩托式手部有驱动装置的钩托式手部n依靠机构内力依靠机构内力 平衡工件重力平衡工件重力, ,保持托持状态保持托持状态n驱动液压缸驱动液压缸 5 5 以较小的力驱动杠杆手指以较小的力驱动杠杆手指 6 6 和和 7 7 回转回转 使手指闭合至托持工件的位置使手指闭合至托持工件的位置n手指和工件的接触点均在回转支点手指和工件的接触点均在回转支点 的外侧的外侧 因此手指托持工件后因此手指托持工件后,
20、,工件本身重量不会使手指自工件本身重量不会使手指自行松脱行松脱 21,OO47n3) 3) 弹簧式手部弹簧式手部n靠弹簧力的作用靠弹簧力的作用 - - 夹紧工件夹紧工件n手部不需要专用驱动装置手部不需要专用驱动装置 结构简单结构简单n特点特点 工件进入手指和从手指中取下都是强制进行工件进入手指和从手指中取下都是强制进行n缺点缺点 弹簧力有限弹簧力有限, ,只适于夹持轻小工件只适于夹持轻小工件48n弹簧片手指弹性手爪弹簧片手指弹性手爪49n弹簧片手指弹性手爪弹簧片手指弹性手爪n手臂带动夹钳向坯料推进时手臂带动夹钳向坯料推进时 弹簧片弹簧片 3 3 受到压力受到压力自动张开自动张开n工件进入钳内工
21、件进入钳内 受弹簧作用自动夹紧受弹簧作用自动夹紧n工件传送到指定位置工件传送到指定位置 手指不会将工件松开手指不会将工件松开n先工件固定后先工件固定后 手部后退手部后退, ,强迫手指撑开后留下工强迫手指撑开后留下工件件n适用于适用于 定心精度不高的场合定心精度不高的场合50n2) 2) 吸附类吸附类n吸附式手部吸附式手部 靠吸附力取料靠吸附力取料n根据吸附力不同有根据吸附力不同有 气吸附、磁吸附气吸附、磁吸附n适应于适应于 大平面大平面( (单面接触无法抓取单面接触无法抓取) )、易碎、易碎( (玻璃、玻璃、磁盘磁盘) )、微小、微小( (不易抓取不易抓取) )的物体的物体n使用面使用面 -
22、- 较大较大51n(1) (1) 气吸式气吸式n气吸式手部气吸式手部 由吸盘由吸盘( (一个或几个一个或几个) )、吸盘架、进排、吸盘架、进排气系统组成气系统组成n优点优点n结构简单结构简单n重量轻重量轻n使用方便可靠使用方便可靠n工件表面没有损伤工件表面没有损伤52n缺点缺点n要求要求 - - 工件与吸盘接触部位光滑平整、清洁、被吸工件与吸盘接触部位光滑平整、清洁、被吸工件材质致密、没有透气空隙工件材质致密、没有透气空隙n按形成压力差的方法按形成压力差的方法 - - 可分可分n真空气吸真空气吸n气流负压气吸气流负压气吸n挤压排气负压气吸挤压排气负压气吸53n真空气吸附手部结构真空气吸附手部结
23、构54n真空气吸附手部真空气吸附手部n真空产生真空产生 利用真空泵利用真空泵, ,真空度较高真空度较高n主要零件主要零件 蝶形吸盘蝶形吸盘 1, 1, 通过固定环通过固定环 2 2 安装在支安装在支承杆承杆 4 4 上上, , 支承杆由螺母支承杆由螺母 5 5 固定在基板固定在基板 6 6 上上n取料时取料时 橡胶吸盘与物体表面接触橡胶吸盘与物体表面接触, ,橡胶吸盘的边橡胶吸盘的边缘起密封作用缘起密封作用, ,又起到缓冲作用又起到缓冲作用, ,然后真空抽气然后真空抽气, ,吸盘吸盘内腔形成真空内腔形成真空, ,实施吸附取料实施吸附取料n放料时放料时 管路接通大气管路接通大气, ,失去真空失去
24、真空, ,物体放下物体放下55n气流负压吸附手部结构气流负压吸附手部结构56n气流负压吸附手部气流负压吸附手部n利用利用 - - 流体力学原理流体力学原理n取物时取物时 压缩空气高速流经喷嘴压缩空气高速流经喷嘴 5 5 时时, ,出口处的气出口处的气压低于吸盘腔内的气压压低于吸盘腔内的气压, ,腔内气体被高速气流带走形腔内气体被高速气流带走形成负压成负压, ,完成取物动作完成取物动作n释放时释放时 切断压缩空气即可切断压缩空气即可n优点优点 - - 成本较低成本较低57n挤压排气式手部结构挤压排气式手部结构58n挤压排气式手部挤压排气式手部n取料时取料时 吸盘吸盘 1 1 压紧物体压紧物体,
25、,橡胶吸盘变形橡胶吸盘变形, ,挤出腔挤出腔内多余空气内多余空气, ,手部上升手部上升, ,靠橡胶吸盘恢复力形成负压将靠橡胶吸盘恢复力形成负压将物体吸住物体吸住n释放时释放时 压下推杆压下推杆 3,3,使吸盘腔与大气连通失去负使吸盘腔与大气连通失去负压压n优点优点 - - 结构简单结构简单n缺点缺点 - - 要防止漏气要防止漏气, ,不宜长期停顿不宜长期停顿59n(2) (2) 磁吸式磁吸式n磁吸式手部磁吸式手部 利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附工件磁力来吸附工件, ,应用广应用广n优点优点n有较大的单位面积吸力有较大的单位面积吸力n工件表面粗糙度及通孔、沟槽等无特殊要求工件表面粗糙度及通孔、沟槽
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