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1、机器人手部结构主讲 周兰引言:n工业机器人的手部也叫末端操作器, 它直接装在工业机器人的手腕上用于 夹持工件或让工具按照规定的程序完 成指定的工作。一、手部的特点1手部与手腕相连处可拆卸:n手部与手腕处有可拆卸的机械接口: 根据夹持对象的不同,手部结构会有 差异,通常一个机器人配有多个手部 装置或工具,因此要求手部与手腕处 的接头具有通用性和互换性。n手部可能还有一些电、气、液的接口 :由于手部的驱动方式不同造成。对 这些部件的接口一定要求具有互换性 。2手部是末端操作器:n可以具有手指,也可以不具有手指手指; 可以有手爪,也可以是专用工具工具。 末端操作器图例(1):每个手指有三个或 四个关
2、节。技术关 键是手指之间的协 调控制。末端操作器图例(2):3手部是一个独立的部件:n工业机器人通常分为三个大的部件: 机身、手臂(含手腕)、手部。手部 对整个机器人完成任务的好坏起着关 键的作用,它直接关系着夹持工件时 的定位精度、夹持力的大小等。4手部的通用性比较差:n工业机器人的手部通常是专用装置:一 种手爪往往只能抓住一种或几种在形状 、尺寸、重量等方面相近的工件;一种 工具只能执行一种作业任务。二、手部的设计要求n具有足够的夹持力。n保证适当的夹持精度:n手指应能顺应被夹持工件的形状,应对被夹持工件形 成所要求的约束。n考虑手部自身的大小、形状、机构和运动自由度 :n主要是根据作业对
3、象的大小、形状、位置、姿态、重 量、硬度和表面质量等来综合考虑。n智能化手部还应配有相应的传感器:n由于感知手爪和物体之间的接触状态、物体表面状况 和夹持力的大小等,以便根据实际工况进行调整等。三、手部的构成主要有手指、驱动机构和传动机构组成 。 四、手部的分类1按用途分:n手爪:具有一定的通用性。主要功能是:抓住 工件、握持工件、释放工件。n n抓住抓住:在给定的目标位置和期望姿态上抓住工件, 工件必须有可靠的定位,保持工件和手爪之间的准 确的相对位置关系,以保持机器人后续作业的准确 性。n握住:确保工件在搬运过程中或零件装配过程中定 义了的位置和姿态的准确性。n释放:在指定位置结束手部和工
4、件之间的约束关系 。n工具:进行作业的专用工具。工件的定位和夹紧:F2按夹持方式分: n外夹式:n手部与被夹件的外表面相接触。n内撑式:n手部与工件的内表面相接触。n内外夹持式:n手部与工件的内、外表面相接触。夹持方式图例:ZXY3按手爪的运动形式分:n回转型:n当手爪夹紧和松开物体时,手指作回转运动。当 被抓物体的直径大小变化时,需要调整手爪的位 置才能保持物体的中心位置不变。n平动型:n手指由平行四杆机构传动,当手爪夹紧和松开物 体时,手指姿态不变,作平动。n平移型:n当手爪夹紧和松开工件时,手指作平移运动,并 保持夹持中心的固定不变,不受工件直径变化的 影响。回转型图例:压缩弹簧拉伸弹簧
5、平动型图例:动作分解:作业:用作图法分析当主 动件左移才处于某 个位置时,手指所 处的位置。平移型图例:该丝杆的螺纹具有什么特点?此时手部是张开还是合拢?4按夹持原理分: n手指式:n外夹式、内撑式、内外夹持式。n平移式、平动式、旋转式。n二指式、多指式。n单关节式、多关节式。n吸盘式:n负压吸盘:真空式、喷气式、挤气式。n磁力吸盘:永磁吸盘、电磁吸盘。五、典型结构1机械式手爪结构:n气动驱动手爪手爪:n气缸驱动活塞平移齿条移动扇形齿轮摆 动连杆机构摆动手爪平动n其它四种机械式手爪机构: 气动手爪图例:问题:1、分析手部的运动。2、手部作的是什么类型运动?机械手爪图例:齿轮齿条式手爪重力式手爪
6、滑槽式手爪拨杆杠杆式手爪2电磁吸盘(1): n电磁吸盘的结构: n主要由磁盘、防尘盖、线圈、壳体等组成。n工作原理:n夹持工件:n线圈通电空气间隙的存在线圈产生大的电感和启 动电流周围产生磁场(通电导体一定会在周围产生 磁场)吸附工件n放开工件:n线圈断电磁吸力消失工件落位2电磁吸盘(2): n适用范围:n适用于用铁磁材料做成的工件;不适合于 由有色金属和非金属材料制成的工件。n适合于被吸附工件上有剩磁也不影响其工 作性能的工件。n适合于定位精度要求不高的工件。n适合于常温状况下工作。铁磁材料高温下 的磁性会消失。电磁吸盘图例:3真空式吸盘:n构成:n由真空泵、电磁阀、电机和吸盘等构成。n工作
7、原理:n形成真空吸附工件:n电机真空泵3电磁阀左侧从吸盘5处抽 气n释放工件:n电机、泵停转大气经6口 4电磁阀左侧 3电磁阀右侧送气至吸盘5处真空吸盘控制系统图例:1DT2DT真空吸盘结构图例:4自适应吸盘:n结构特点:该吸盘具有一个 球关节,使吸盘 能倾斜自如,适 应工件表面倾角 的变化。5异形吸盘:n结构特点:可用来吸附鸡蛋 、锥颈瓶等物件 。扩大了真空吸 盘在机器人上的 应用。6喷气式吸盘:n工作原理:n压缩空气进入喷嘴后,利用伯努利效应,当压缩 空气刚进入时,由于喷嘴口逐渐缩小,致使气流 速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时,气 流速度达到临界速度,然后喷嘴管路的截面逐渐 增加,使
8、与橡胶皮碗相连的吸气口处,造成很高 的气流速度而形成负压。n应用:n在工厂一般都有空压站,喷气式吸盘在工厂得到 广泛的应用。喷气式吸盘图例:7挤气式吸盘:n主要构成:n吸盘架、压盖 、密封垫、吸 盘n工作原理:挤气式吸盘工作原理图:六、手部结构的应用实例1平行指手爪机构:n工作原理:回转动力源1和6 驱动构件2和5顺 时针或逆时针旋 转,通过平行四 边形机构带动手 指3和4作平动, 夹紧或释放工件 。2设有检测开关的手爪装置:n工作原理:手爪装有限位开 关5和7。在指爪 4沿垂直方向接 近工件6的过程 中,限位开关检 测手爪与工件的 相对位置。当工 件接触限位开关 时发信号,汽缸 通过连杆3驱动 指爪夹紧工件。4上料吸盘(1):4上料吸盘(2):