《机电一体化系统设计》课件 第4章第一节 执行装置

机电一体化系统设计第3章执行装置及伺服电动机3.1常用执行装置及分析3.2执行装置设计3.3伺服电动机目录CONTENTS概述 传动装置是起传递机械运动能量的作用或起转换运动轨迹、运动参数或增速和增大转矩的作用。执行装置的作用则是夹持物料、运动导向，以及将机械有效能传入工艺过程。对于直线运动，执行装置工作台、刀架、输送带等；对于回转运动有主轴、转台等；对于组合运动有机械手等。重难点分析1.常用的执行装置及结构特点2.能够根据实际情况选择合适的执行装置。执行系统组成及分类执行系统的功能（1）作用于外界、完成预定的操作过程，如机器人的手部完成夹放工件、操持焊枪进行焊接、车床的主轴和刀架完成切削加工、缝纫机的机头穿针引线、打印机的打印机构完成打印操作等。（2）作用于机器内部，完成某种控制动作。如照相机的自动对焦机构、发动机中的离合器移动机构、自动秤的秤锤移动机构等。执行系统的功能归纳起来有：夹持、搬运、输送、分度、转位、检测与施力等。执行系统的组成（1）执行构件执行构件是执行系统中直接完成工作任务的零部件。（2）执行机构执行机构是位于动力元件和传动系统之后的机械装置，它一方面要作用于执行构件，另一方面要在一定的约束下实现所需的运动。3.1常用执行装置及分析3.1.5工业机器人末端执行器工业机器人是一种自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机,是搬运工件或操作工具以及完成各种作业的机电一体化设备,工业机器人末端执行器(或称手部)是其执行装置。工业机器人末端执行器因其用途不同而结构各异,一般可分为机械夹持器、特种末端执行器和灵巧手3类。1．机械夹持器机械夹持器应具备的基本功能是它应具有夹持和松开的功能。夹持器夹持工件时，应有一定的力约束和形状约束，以保证被夹工件在移动、停留和装入过程中，不改变姿态。当需要松开工件时，应完全松开。此外，它还应保证工件夹持误差在给定的公差范围内。3.1常用执行装置及分析机械夹持器通常以压缩空气作动力源，经传动机构实现手指的运动。根据手指夹持工件时的运动轨迹的不同，机械夹持器分为：1）圆弧开合型该类夹持器在传动机构带动下，手指指端的运动轨迹为圆弧。如图3-11所示，图a采用凸轮机构，图b采用连杆机构作为传动件。3.1常用执行装置及分析夹持器工作时，两手指绕支点作圆弧运动，同时对工件进行夹紧和定心。这类夹持器对工件被夹持部位的尺寸有严格要求，否则可能会造成工件状态失常。3.1常用执行装置及分析2)圆弧平行开合型该类夹持器两手指工作时做平行开合运动,而指端运动轨迹为圆弧。图3-12所示的夹持器是采用平行四边形传动机构带动手指的平行开合的两种情况,图3-12a所示机构在夹持时指端前进,图3-12b所示机构在夹持时指端后退。3.1常用执行装置及分析3)直线平行开合型该类夹持器手指的运动轨迹为直线,且两手指夹持面始终保持平行,如图3-13所示,图3-13a采用凸轮机构实现两手指的平行开合,在各手指的滑动块2上开有斜形凸轮槽5,当活塞杆1上下运动时,通过装在其末端的滚子4在3.1常用执行装置及分析凸轮槽1中运动,实现手指6的平行夹持运动。图3-13b采用齿轮齿条机构,当活塞杆齿条7带动齿轮8旋转时,手指10上的齿条做直线运动,从而使两手指10平行开合,以夹持工件。机械夹持器根据作业的需要形式繁多，有时为了抓取特别复杂形体的工件，还设计有特种手指机构的夹持器，如具有钢丝绳滑轮机构的多关节柔性手指夹持器、膨胀式橡胶手袋手指夹持器等。3.1常用执行装置及分析2．特种末端执行器

特种末端执行器供工业机器人完成某类特定的作业，图2-54列举了一些特种末端执行器的应用实例。下面简单介绍其中的两种。图3-14a真空吸附手，亦即通常所说的真空吸盘。工业机器人中常把真空吸附手与负压发生器组成一个工作系统（如图3-15所示），控制电磁换向阀的开合可实现对工件的吸附和脱开。

3.1常用执行装置及分析它结构简单，价格低廉，且吸附作业具有一定柔顺性（如图3-16所示），这样即使工件有尺寸偏差和位置偏差也不会影响吸附手的工作。它常用于小件搬运，也可根据工件形状、尺寸、重量的不同将多个真空吸附手组合使用。

电磁吸附手，亦即通常所说的电磁吸盘。它利用通电线圈的磁场对可磁化材料的作用力来实现对工件的吸附作用。它同样具有结构简单，价格低廉等特点，但其最特殊的是：它吸附工件的过程是从不接触工件开始的，工件与吸附手接触之前处于漂浮状态，即吸附过程由极大的柔顺状态突变到低的柔顺状态。这种吸附手的吸附力是由通电线圈的磁场提供的，所以可用于搬运较大的可磁化性材料的工作。

3.1常用执行装置及分析

吸附手的形式根据被吸附工件表面形状来设计。图3-14e所示的电磁吸附手用于吸附平坦表面的工件。图3-17所示的电磁吸附手可用于吸附不同的曲面工件，这种吸附手在吸附部位装有磁粉袋，线圈通电前将可变形的磁粉袋贴在工件表面上，当线圈通电励磁后，在磁场作用下，磁粉袋端部外形固定成被吸附工件的表面形状，从而达到吸附不同表面形状工件的目的。

3.1常用执行装置及分析图3-14特种末端执行器a)真空吸附手b)喷枪c)空气袋膨胀手d)弧焊焊枪e)电磁吸附手f)点焊枪1—工件3.1常用执行装置及分析图3-16真空吸附手的柔顺性a)高柔顺状态b)低柔顺状态1—真空吸附手3.1常用执行装置及分析图3-17具有磁粉袋的吸附手1—励磁线圈2—磁粉袋3—工件3.1常用执行装置及分析3.灵巧手它是一种模仿人手制作的多指、多关节的机器人末端执行器。它可以适应物体外形的变化,对物体施加任意方向、任意大小的夹持力,可满足对任意形状、不同材质的物体的操作和抓持要求,但由于其控制、操作系统技术难度较大,虽然目前国内外对其研究十分重视,却仍处在研制阶段。3.1常用执行装置及分析图3-18灵巧手2.搬运装置搬运是把一个工件从一个位置移动到另一个位置，对搬运路线没有明确要求。图4−5所示的车门开启机构，车门关闭时位置在BB，这是初始位置；车门开启时位置在B1B1，这是最终位置。用摆杆摇块机构（1−2−3−5）和摆杆滑块机构（3−4−6−5）组合，可实现车门的两个位置。原动件为活塞2，它作往复运动；车门装在连杆3上，它随连杆3作平面运动。活塞2伸缩到两个极限位置，车门就会从初始位置运动到最终位置。(a)搬运前工件的位置(b)搬运后工件的位置图4−6扁平工件撇运装置1.滑块；2.导销；3.刚性连杆；4.导板；5.齿条；6.小齿轮；7.气缸；8.曲柄；9.搬运头；10.真空吸头；11.工件3.输送装置输送是按给定的路线将工件从一个位置移动到另一个位置。按照输送路线的不同，可分为直线输送，环形输送，空间输送。图4−7是一个间歇式的直线输送装置。图4−7间歇式直线输送装置1.链条；2.链轮；3.棘轮；4.气缸；5.棘爪气缸4的活塞是主动件，它作往复直线运动。当活塞向左运动时，推动棘爪压缩弹簧向左移动，棘爪拨动棘轮逆时针转动，与棘轮装在一根轴上的链条输送装置的链轮，就带动链条1运动，从而实现装在链条上的装配输送带的运动。当活塞向右运动时，棘爪在弹簧作用下回位，棘轮不转，装配输送带静止。这样就可实现装配输送带的间歇运动。图4−8是一个直线导轨式输送装置，工件1被振动式贮料斗送到直线振动器中，然后进入导轨3，通过曲柄摇杆机构使摇杆4往复摆动，与曲柄摇杆机构相连的是摇杆滑块机构，可使滑块即棘爪2往复移动，实现工件的间歇移动。图4−8直线导轨式输送装置1.工件；2.棘爪；3.导轨；4.摇杆；5.偏心轮4.分度与转位装置如用于加工齿轮时的分度，六角车床刀架的转位换刀，转台式装配机械的工作台的分度与转位等。图4−9所示为用棘轮机构带动的回转工作台。棘轮2、分度盘1和工作台装在同一个立轴上；有两个气缸4和5；气缸4通过棘爪3推动棘轮2每次转过若干个齿（转过的齿数可以改变）；气缸5使定位栓6深入分度盘1的槽中进行定位，也可以使定位栓6从分度盘1的槽中取出，使分度盘松动。图4−9棘轮机构带动的回转工作台1.分度盘；2.棘轮；3.棘爪；4.分度气缸；5.定位气缸；6.定位栓图4−10是凸轮机构带动的回转工作台。凸轮转动使连杆5和驱动板4作摆动。由驱动销2使分度盘3回转分度，定位销1则使分度盘定位。图4−10凸轮