第2章 上料自动化4

1、2022-5-28武汉理工大学机电学院1五、上料机械手五、上料机械手1 基本结构基本结构2 主要规格参数主要规格参数3 典型手部型式典型手部型式2022-5-28武汉理工大学机电学院22022-5-28武汉理工大学机电学院3三大类三大类主要用于工件的装卸、装主要用于工件的装卸、装配、输送的夹持，以实现配、输送的夹持，以实现机床作业自动化和工位间机床作业自动化和工位间输送工件。输送工件。专用机械手专用机械手通用机械手通用机械手架空式机械手架空式机械手专用机械手专用机械手与一般自动上料装置一样，是附属于机床的辅助装置。与一般自动上料装置一样，是附属于机床的辅助装置。为特定的作业需要而设计制造的，与

2、机床的工作循环相为特定的作业需要而设计制造的，与机床的工作循环相配合，由机床控制系统进行控制。配合，由机床控制系统进行控制。自由度较少，结构不太复杂。自由度较少，结构不太复杂。是一种独立的自动化装置，动作程序可以改变，工作范围是一种独立的自动化装置，动作程序可以改变，工作范围可以调整以适应不同的要求。可以调整以适应不同的要求。结构和控制都比较复杂。结构和控制都比较复杂。通用机械手通用机械手是一种自动线的输送方式，它不仅能自动装卸工件，而且是一种自动线的输送方式，它不仅能自动装卸工件，而且担负工位间的传送工作，结构原理与专用机械手无原则区担负工位间的传送工作，结构原理与专用机械手无原则区别。别。

3、传动与控制与自动线的传动系统和控制系统有联系。传动与控制与自动线的传动系统和控制系统有联系。架空式机械手架空式机械手机械手类型机械手类型2022-5-28武汉理工大学机电学院4机械手为了完成装卸工件的各个动作，必须具有一定的自由度。机械手为了完成装卸工件的各个动作，必须具有一定的自由度。 机械手在工作空间中，所具有的沿三个坐标轴移动或绕轴转动的独立机械手在工作空间中，所具有的沿三个坐标轴移动或绕轴转动的独立运动数。运动数。主要用于工件的装卸、装主要用于工件的装卸、装配、输送的夹持，以实现配、输送的夹持，以实现机床作业自动化和工位间机床作业自动化和工位间输送工件。输送工件。1、机械手的基本结构、

4、机械手的基本结构2022-5-28武汉理工大学机电学院5工业机器人工业机器人铰接臂机械手1计算机控制器2液压装置3和电力装置42022-5-28武汉理工大学机电学院6机器人各部分的功用 当机械手的大臂、小臂和手按指令有规律地运动时，手端夹持器（图中未示出）便将物料搬运到预定的位置。 在这部机器中，机械手是传递运动和执行任务的装置是机器的主体部分， 电力装置和液压装置提供动力， 计算机实施控制。2022-5-28武汉理工大学机电学院7手部手部用来抓起和夹持工件。用来抓起和夹持工件。其结构和形状取决于工件的形状和大小。其结构和形状取决于工件的形状和大小。一般不计在机械手的运动自由度之内一般不计在机

5、械手的运动自由度之内主要用于工件的装卸、装主要用于工件的装卸、装配、输送的夹持，以实现配、输送的夹持，以实现机床作业自动化和工位间机床作业自动化和工位间输送工件。输送工件。腕部腕部用来联结手部和臂部，用来改变工件的方向用来联结手部和臂部，用来改变工件的方向回转回转180、掉、掉头等。头等。对于运动自由度少结构简单的机械手，常常没有腕部结构。对于运动自由度少结构简单的机械手，常常没有腕部结构。臂部臂部用来支承手部和腕部。用来支承手部和腕部。是空间运动自由度最多的部分是空间运动自由度最多的部分从取料位置到机床的上料位从取料位置到机床的上料位置之间的动作。置之间的动作。机械手的基本结构机械手的基本结

6、构2022-5-28武汉理工大学机电学院8关节（关节（Joint）：即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。）：即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。连杆连杆（Link）：）：机器人手臂上机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。被相邻两关节分开的部分。2022-5-28武汉理工大学机电学院9自由度（自由度（Degree of freedom） ：或者称坐标轴数，是指描述物：或者称坐标轴数，是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指关节的自体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。由度一般不包括在内。刚度（刚度（Stif

7、fness）：机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。）：机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）之比来度量。它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）之比来度量。2022-5-28武汉理工大学机电学院10定位精度（定位精度（Positioning accuracy）：指）：指机器人末端参考点实际到达的位置与所机器人末端参考点实际到达的位置与所需要到达的理想位置之间的差距。需要到达的理想位置之间的差距。重复性（重复性（Repeatability）或重复精度：）或重复精度： 在相同的位置指令下，机器人连续重在相同的位置指令下，机器人连续重复若干次其位置的

8、分散情况。它是衡复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度，即重复度。量一列误差值的密集程度，即重复度。oo2022-5-28武汉理工大学机电学院11工作空间（工作空间（Working space）：）：机器人机器人手腕参考点或末端操作器安装点（不手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能到达的所有空包括末端操作器）所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操作器本身间区域，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。所能到达的区域。2022-5-28武汉理工大学机电学院12/55注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样。（a）

9、表示手指（末端执行器）；）表示手指（末端执行器）；（b）表示垂直、升降运动；）表示垂直、升降运动；（c）表示水平伸缩运动；）表示水平伸缩运动；（d）表示回转运动；）表示回转运动；（e）表示俯仰运动。）表示俯仰运动。 2022-5-28武汉理工大学机电学院13直角坐标式直角坐标式圆柱坐标式圆柱坐标式球坐标式球坐标式2022-5-28武汉理工大学机电学院14关节坐标式关节坐标式（a）直接驱动型）直接驱动型（b）平行连杆型）平行连杆型（c）偏置型）偏置型（d）平面型）平面型2022-5-28武汉理工大学机电学院151234561234562022-5-28武汉理工大学机电学院162 2、主要规格参数

10、、主要规格参数u抓重抓重(又称臂力又称臂力)：额定抓取重量或称额定负荷，：额定抓取重量或称额定负荷，单位为单位为kg(必要时注明限定运动速度下的抓重必要时注明限定运动速度下的抓重)。 u自由度数目和坐标形式自由度数目和坐标形式 u定位方式：定位方式： u驱动方式驱动方式 u手臂运动参数手臂运动参数 u手指夹持范围手指夹持范围(mm)和握力和握力(N) u定位精度定位精度 2022-5-28武汉理工大学机电学院17结构形式结构形式真空吸盘式真空吸盘式电磁式电磁式机械式：夹钳式机械式：夹钳式 机械手的手部是结构型式最多的部分，它既决定于被机械手的手部是结构型式最多的部分，它既决定于被抓起的工件的结

11、构形状、尺寸和重量，同时其夹爪的传动抓起的工件的结构形状、尺寸和重量，同时其夹爪的传动方式要与臂部和腕部的传动方式相适应方式要与臂部和腕部的传动方式相适应3、典型手部型式及传动、典型手部型式及传动机械机械气动气动液压液压传动方式传动方式2022-5-28武汉理工大学机电学院18增力比增力比PFKN夹爪的驱动力夹爪的驱动力 P 与其获得的夹紧力与其获得的夹紧力 FN 之比之比 2022-5-28武汉理工大学机电学院19滑槽杠杆式手指滑槽杠杆式手指 2022-5-28武汉理工大学机电学院20连杆杠杆式手指连杆杠杆式手指 2022-5-28武汉理工大学机电学院21手部的型式与传动手部的型式与传动20

12、22-5-28武汉理工大学机电学院22手部的型式与传动手部的型式与传动2022-5-28武汉理工大学机电学院23手部的型式与传动手部的型式与传动2022-5-28武汉理工大学机电学院241. 滑槽杠杆式手部滑槽杠杆式手部2022-5-28武汉理工大学机电学院252.齿轮齿条式手部齿轮齿条式手部3.滑块杠杆式手部滑块杠杆式手部2022-5-28武汉理工大学机电学院264.斜斜楔楔杠杠杆杆式式5.移动型连杆式手部移动型连杆式手部2022-5-28武汉理工大学机电学院276.齿轮齿条式手部齿轮齿条式手部7.内涨斜块式手部内涨斜块式手部8.连杆杠杆式手部连杆杠杆式手部2022-5-28武汉理工大学机电

13、学院28手手指指类类型：型：2022-5-28武汉理工大学机电学院29u电磁式吸盘电磁式吸盘u气吸式吸盘气吸式吸盘常见的另两种手部常见的另两种手部: :滚滚动动轴轴承承座座圈圈钢钢板板齿齿轮轮多多孔孔钢钢板板双吸头吸盘双吸头吸盘多吸头吸盘多吸头吸盘吸取瓦楞板吸取瓦楞板双吸头吸盘双吸头吸盘双吸头架式吸盘双吸头架式吸盘多吸头板式吸盘多吸头板式吸盘2022-5-28武汉理工大学机电学院30其它手部其它手部:2022-5-28武汉理工大学机电学院312022-5-28武汉理工大学机电学院322022-5-28武汉理工大学机电学院33回转型和平移型手指回转型和平移型手指 2022-5-28武汉理工大学机

14、电学院34夹钳式手指设计的基本要求夹钳式手指设计的基本要求 u 具有足够的夹紧力具有足够的夹紧力u 具有一定的开闭角度，便于抓起和退出工件具有一定的开闭角度，便于抓起和退出工件u 保证工件能准确定心或定位，使之能顺利安保证工件能准确定心或定位，使之能顺利安装到机床夹具中装到机床夹具中u 尽可能结构紧凑、重量轻，有利于减轻臂部尽可能结构紧凑、重量轻，有利于减轻臂部的负载的负载u 应根据条件考虑通用性。应根据条件考虑通用性。2022-5-28武汉理工大学机电学院35机械手的运动分析机械手的运动分析主要用于工件的装卸、装主要用于工件的装卸、装配、输送的夹持，以实现配、输送的夹持，以实现机床作业自动化

15、和工位间机床作业自动化和工位间输送工件。输送工件。2022-5-28武汉理工大学机电学院36机械手的运动分析机械手的运动分析主要用于工件的装卸、装主要用于工件的装卸、装配、输送的夹持，以实现配、输送的夹持，以实现机床作业自动化和工位间机床作业自动化和工位间输送工件。输送工件。机械手装卸料的过程都可以分解成若干个简单的运动。机械手装卸料的过程都可以分解成若干个简单的运动。2022-5-28武汉理工大学机电学院37机械手的运动分析机械手的运动分析主要用于工件的装卸、装主要用于工件的装卸、装配、输送的夹持，以实现配、输送的夹持，以实现机床作业自动化和工位间机床作业自动化和工位间输送工件。输送工件。

16、机械手装卸料的过程除机械手装卸料的过程除了由一些简单的直线往复、了由一些简单的直线往复、摆动往复和回转运动组合外，摆动往复和回转运动组合外，也可以利用某些传动机构使也可以利用某些传动机构使之完成连续的复合运动之完成连续的复合运动简化机械手的传动系统。简化机械手的传动系统。2022-5-28武汉理工大学机电学院38主要用于工件的装卸、装主要用于工件的装卸、装配、输送的夹持，以实现配、输送的夹持，以实现机床作业自动化和工位间机床作业自动化和工位间输送工件。输送工件。机械机械气动气动液压。液压。传动方式传动方式机械传动机械传动用凸轮、杠杆、齿用凸轮、杠杆、齿轮齿条等机构实现轮齿条等机构实现预定的动作。预定的动作。动作顺序可靠，调动作顺序可靠，调整不够灵活。整不够灵活。机械手的传动机械手的传动2022-5-28武汉理工大学机电学院39气压传动气压传动动作速度高，惯性较大，动作速度高，惯性较大，容易引起冲击和送料不容易引起冲击和送料不准。准。必须设置缓冲装置。必须设置缓冲装置。（液