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1、第八章自动供料装置和工业机器人第一节自动供料装置概述第二节自动供料装置结构第三节工业机器人概述第四节工业机器人的机械结构第五节工业机器人的应用1第一节自动供料装置概述图8-1自动供料装置1料斗2定向机构3料道4料仓5隔料器6上料机构7剔除器8传动装置一、自动供料装置的分类和组成2第一节自动供料装置概述表8-1自动供料装置的组成及其作用二、件料供料装置特点和应用范围3第一节自动供料装置概述1.料斗式自动供料装置2.料仓式半自动供料装置三、自动供料装置使用要点1)供料装置的构造应尽可能简单可靠，并避免因夹紧位置不正确或送料长度不足等原因产生废品或发生事故。2)供料装置应有一定的调整范围。3)满足工
2、件的一些特殊要求，例如对一些轻薄零件或易碎的零件，其夹紧卡爪应采用较软的材料且夹紧力应能进行调整，以保证被夹持工件变形小和不破碎。4第二节自动供料装置结构一、定向机构1.定向机构的工作方法(1)抓取法定向机构通过运动抓取工件的一些特殊表面如凸肩、内孔、凹槽等，使之定向排列。(2)型孔选取法利用定向机构上一定形状尺寸的孔穴进行筛选分离，只有与型孔位置及形状一致的工件，才能通过而获得定向排列。(3)剔除法在工件的运行过程中，利用工件尺寸外形差别或重心位置不同来剔除定向不正确的工件。2.常用定向机构5第二节自动供料装置结构图8-2钩子式定向机构1受料管2转盘3钩子4隔板6第二节自动供料装置结构图8-
3、3链板式定向机构a)抓取圆柱类工件b)抓取圆片、圆环类工件c)抓取螺钉类工件1储料仓2工件3取料链板7第二节自动供料装置结构图8-4转筒滑槽式定向机构1取料板2转筒3工件4定向滑槽5棘轮剔除器8第二节自动供料装置结构图8-5径向槽式定向机构1带径向槽的转盘2受料槽3挡板9第二节自动供料装置结构图8-6转盘型孔式定向机构1圆盘2圆环3转筒4料斗5柱套6工件7轴8带轮9储料槽10第二节自动供料装置结构图8-7带径向槽的二次定向机构1料斗内壁2带缺口的圆盘3径向内槽4搅拌叶片二、料斗11第二节自动供料装置结构图8-8料斗的形状a)斜放的圆柱形b)锥形c)矩形12第二节自动供料装置结构图8-9直槽式的
4、振动上料装置1料槽2工件3弹簧片4电磁铁5基座1.振动式料斗13第二节自动供料装置结构图8-10振动式料斗自动上料装置1圆筒2筒底3、5连接块4板弹簧6底盘7导向轴8弹簧9、10支架11支座12支承盘13调节螺钉14铁心线圈15衔铁14第二节自动供料装置结构图8-11杯状工件的定向结构15第二节自动供料装置结构图8-12带肩工件的定向结构(一)16第二节自动供料装置结构图8-13带肩工件的定向结构(二)17第二节自动供料装置结构图8-14带台阶工件的定向结构18第二节自动供料装置结构图8-15回转式料斗a)滚筒式b)磁力式2.回转式料斗19第二节自动供料装置结构3.往复滑块式料斗图8-16往复
5、滑块式料斗20第二节自动供料装置结构图8-17喷油搅拌式料斗4.喷油搅拌式料斗5.喷气式料斗21第二节自动供料装置结构图8-18喷气式料斗三、料仓22第二节自动供料装置结构图8-19靠工件自重送进的料仓a)直线式b)曲线式c)螺旋式d)料斗式e)辅助料箱装置23第二节自动供料装置结构图8-20强制送进的料仓a)重锤式b)弹簧式c)摩擦式d)链式e)轮式2.强制送进的料仓24第二节自动供料装置结构四、搅动器图8-21挂料现象和具有竖直壁的料斗a)拱形堵塞b)单竖直壁料斗c)双竖直壁料斗25第二节自动供料装置结构图8-22拱形消除器a)杠杆式b)凸轮式c)电磁振动式d)棘齿式1拱形消除器2料仓3工
6、件五、剔除器六、分路器26第二节自动供料装置结构图8-23扇块式料斗七、送料槽27第二节自动供料装置结构图8-24剔除器a)杠杆式b)棘轮式c)扇形遮板式d)扇形滑动式28第二节自动供料装置结构图8-25分路器a)自重式b)外力式c)电磁式d)滑块式29第二节自动供料装置结构图8-26滚道a)开式b)闭式c)可调式30第二节自动供料装置结构图8-27滑道a)、b)V形c)、d)圆形e)半圆形八、隔料器31第二节自动供料装置结构图8-28导轨式滑道a)、b)双轨式c)单轨式32第二节自动供料装置结构图8-29槽形滑道a)闭式b)开式33第二节自动供料装置结构图8-30滚子道a)轮式b)辊式c)轴
7、承式1)具有往复运动的隔离器(图8-31a、b、c)。34第二节自动供料装置结构2)具有摇摆运动的隔离器(图8-31d、e)。3)具有回转运动的隔离器(图8-31f、g、h)。图8-31隔离器的结构形式a)、b)、c)往复运动隔离器d)、e)摇摆运动隔离器f)、g)、h)回转运动隔离器35第二节自动供料装置结构九、上料器1.往复运动的上料机构图8-32车床用直线往复式上料机构1床身2工件3上料手4料仓5气缸36第二节自动供料装置结构8M33.tif37第二节自动供料装置结构图8-33自重式直线上料机构2.摆动运动的上料机构38第二节自动供料装置结构图8-34滚丝机用摇摆式上料机构1滚丝轮2工件
8、3压板4摇摆式上料机构39第二节自动供料装置结构图8-35间歇旋转运动上料机构1顶尖2料槽3间歇旋转圆盘4料仓5工件3.旋转运动上料机构40第二节自动供料装置结构8M36.tif41第二节自动供料装置结构图8-36旋转运动上料器42第二节自动供料装置结构图8-37复合运动上料机构a)主轴上料装置b)用六角刀架作上料装置1料仓2工件3夹料器4主轴43第二节自动供料装置结构图8-38弹簧夹持上料器4.复合运动上料机构44第三节工业机器人概述一、机器人技术的发展及工业机器人定义1.机器人发展概况2.工业机器人的定义二、机器人的分类1.按“代”分类(1)第一代工业机器人包含可编程序机器人、固定程序(即
9、上下料机)机器人，以及示教再现式工业机器人。(2)第二代工业机器人具有视觉、触觉等传感器和摄像机、计算机组成的“手眼”协调系统。(3)第三代工业机器人即所谓“智能机器人”。2.按机器人功能分类45第三节工业机器人概述(1)顺序控制型机器人采用顺序控制器，按事先编制的指令完成预定的动作序列。(2)示教再现型机器人操作人员示范地“教”机器人完成某项作业的全过程，机器人的记忆装置(如磁盘、磁带或随机储存器)按一定速度记录下机器人沿轨迹运动时经过点的全部位置姿态信息和操作内容。(3)数据机器人它以机器人语言为工具。(4)自适应型机器人是在计算机控制的基础上，采用了环境感觉(如视觉、触觉等)反馈。(5)
10、智能机器人它是最高水平的机器人，它除了具有感知环境和简单的适应环境功能外，还具有较强的识别理解环境功能，决策规划功能以及功能完备的人机接口，即具有人的某些智能。46第三节工业机器人概述3.按机器人运动控制方式分类(1)点位控制机器人在预定点处准确控制机器端部的位置和姿态，完成预定操作要求。(2)连续路径控制机器人其端部在作业空间的运动过程都是处于精确控制之下，不仅可以使得手部位置沿着任意形状的空间曲线进行运动，而手部沿曲线轨迹上各点的姿态也可以通过腕关节的运动得到控制。4.按坐标形式分类(见图8-39)(1)圆柱坐标型(回转)机器人如图8-39a所示，这种运动形式的工业机器人，臂部不仅能沿X、
11、Z坐标直线移动，同时能绕Z坐标回转，运动范围是以Z轴为轴线的空心圆柱体。(2)直角坐标型(直移)机器人47第三节工业机器人概述图8-39工业机器人的坐标系a)圆柱坐标型b)直角坐标型c)极坐标型d)关节型(3)极坐标型(球坐标)机器人如图8-39c所示，48第三节工业机器人概述这种运动形式的工业机器人，臂部由一个直线运动和两个回转运动组成，其运动范围是一个空心球体。(4)关节型机器人如图8-39d所示，关节型工业机器人，臂部由大、小臂组成，具有人手臂的某些特征。三、工业机器人的主要特性表示方法1.坐标系49第三节工业机器人概述图8-40工业机器人的坐标系50第三节工业机器人概述图8-416轴机
12、器人的工作空间2.机械结构类型3.工作空间51第四节工业机器人的机械结构一、工业机器人的构成图8-42工业机器人系统的组成1机座2控制装置3操作机52第四节工业机器人的机械结构二、手部1.手部的功能和分类图8-43机械夹持式手部a)单支点回转型b)双支点回转型c)平移外夹型d)回转内撑型53第四节工业机器人的机械结构2.夹持式手部的结构(1)夹持式手部的类型1)按运动形式可分为回转式和平移式。2)按手指关节可分为无关节型、固定关节型和自由关节型。3)按指端形状可分为V型、平面型和其他形状。4)按指面形状可分为光滑型、齿型和柔性型。(2)夹持式手部的常见结构1)回转式54第四节工业机器人的机械结
13、构 滑槽杠杆式结构图8-44所示为滑槽杠杆双支点回转式手部，杠杆形手指5的一端为V形指，另一端开有长滑槽，驱动杆2上的圆柱销3套在滑槽内。当驱动杆连同圆柱销作往复直线运动时，即可带动手指绕其支点销轴4，作相对转动，实现手指的夹紧与松开。滑槽杠杆式手部结构简单，制造容易，可得到较大的开闭角，其定心精度主要受滑槽的制造精度影响，机构无自锁性能，需靠外力锁紧，一般用于夹持中小型工件。55第四节工业机器人的机械结构图8-44滑槽杠杆回转式结构1支架2驱动杆3圆柱销4销轴5杠杆形手指56第四节工业机器人的机械结构图8-45斜楔杠杆回转式结构1杠杆形手指2弹簧3滚子4楔块5驱动器 斜楔杠杆式结构图8-45
14、所示为单作用斜楔杠杆回转式手部，57第四节工业机器人的机械结构楔块4向下运动，克服弹簧力，使杠杆形手指1装有滚轮的一端向外撑开，手指夹紧工件。楔块向上运动，在弹簧力作用下，手指松开。楔块杠杆式手部结构简单，制造方便，影响定心精度的主要因素是斜楔面的对称性，其承载能力比滑槽杠杆式大，一般用于夹持中小型工件。 连杆杠杆式结构图8-46所示为双支点回转型连杆杠杆式手部，驱动杆1末端与连杆2由销铰接，连杆的另一端与杠杆形手指3铰接。当驱动杆作直线往复运动时，通过连杆推动杠杆手指绕支点O1、O2作回转运动，使手指闭合或松开。连杆杠杆式手部结构，承载能力较大，开闭范围不大，其定心精度受连杆两侧的对称性影响
15、，机构环节多，定心精度比斜楔杠杆式差，多用于夹持大型工件。58第四节工业机器人的机械结构2)平移式 齿轮齿条平移连杆式结构如图8-47所示，驱动力Fp推动齿条杆和两个扇形齿轮，扇形齿轮带动平行四边形的铰链机构驱动两钳爪平移，以夹紧和松开工件。该结构因铰链和构件较多，传动效率较低，为保证有足够的强度，平行四边形杆件不宜细长。8M46.tif59第四节工业机器人的机械结构图8-46连杆杠杆回转式结构1驱动杆2连杆3杠杆形手指4销轴60第四节工业机器人的机械结构图8-47齿轮齿条平移连杆式结构1扇形齿轮2齿条杆3驱动器4机座5、6连杆7钳爪 左右旋丝杠式结构如图8-48所示，61第四节工业机器人的机
16、械结构由驱动电动机带动两端旋向相反的丝杠，钳爪沿导轨作平移运动。这种夹持器可配置单独的伺服电动机或步进电动机驱动，方便地通过编程控制电动机的旋转来夹紧和松开不同尺寸规格的工件。如果采用滚珠丝杠和滚动导轨，能得到很高的重复定位精度(可达0.005mm)。平移型钳爪可使工件自动定心，但其结构复杂，制造费用高。62第四节工业机器人的机械结构8M48.tif63第四节工业机器人的机械结构图8-48左右旋丝杠平移式结构1驱动电动机2左右旋丝杆3导轨4钳爪64第四节工业机器人的机械结构图8-49叉托式手部3.钩托式和弹簧式手部结构65第四节工业机器人的机械结构(1)简单叉托式这是最简单的手指，是一种固定的
17、钩托式手部，见图8-49。(2)机构实现钩托图8-50所示为一种自身无单独驱动装置的钩托式结构，它借助臂部的动力使手部向下运动，触杆3碰触工件后，传动齿条1和齿轮2，使与齿轮固接在一起的手爪闭合，然后靠人力使操纵杆6下降，带动凸块4落入凸轮5的缺口，卡住凸轮，手爪闭锁完成钩托动作。66第四节工业机器人的机械结构图8-50齿条传动钩托式结构1齿条2齿轮3触杆4凸块5凸轮6操纵杆7弹簧67第四节工业机器人的机械结构8M51.tif68第四节工业机器人的机械结构图8-51齿轮杠杆钩托式结构1液压缸2齿轮3杠杆形手指4销轴69第四节工业机器人的机械结构8M52.tif70第四节工业机器人的机械结构图8
18、-52弹簧杠杆式结构1弹簧2定位块3杠杆形手指4工件(3)弹簧式图8-52所示为弹簧杠杆式结构。4.吸盘式手部结构(1)空气负压吸盘它靠负压吸附工件。1)挤气式如图8-53a所示，在外力作用下，使富于弹性的吸盘3受压变形，腔内空气从密封盖2处排出。71第四节工业机器人的机械结构图8-53空气负压吸盘结构a)挤气式b)真空式c)喷气式1压杆2密封盖3吸盘4工件2)真空式采用真空泵抽气，使吸盘内腔形成真空而产生吸力，72第四节工业机器人的机械结构如图8-53b所示。3)喷气式如图8-53c所示，压缩空气通入喷嘴，喷嘴处的高速气流使其附近及吸盘内腔形成负压而产生对工件的吸附作用。图8-54气缸驱动的
19、真空吸盘1臂部2腕部3吸盘架4吸盘5导向杆6活塞杆7弹簧73第四节工业机器人的机械结构(2)磁力吸盘结构简单，但仅能吸附导磁性材料制造的工件。1.液压(气)缸驱动的腕部结构(1)具有一个自由度的摆动液压缸驱动的腕部结构图8-56所示为采用摆动液压缸驱动作回转运动的腕部结构。图8-55磁力吸盘1线圈2铁心3工件4内盘体5隔磁物6外盘面7盘体74第四节工业机器人的机械结构图8-56摆动液压缸驱动的腕部结构1活塞2、4油路3、7进、排油孔5定片6动片(2)齿条齿轮液压缸驱动的腕部结构腕部结构采用齿条齿轮液压75第四节工业机器人的机械结构缸驱动，能克服采用摆动液压缸时的密封困难、易泄露、输出转矩不稳定
20、、摆动角度小等缺点。(3)平移运动的腕部结构腕部通常采用液压缸驱动平移结构来满足直线移动的需要。图8-57腕部平移结构1拖板2调整压板3轴承4腕架5轴承销6、7内六角螺钉8双头活塞9缸体10密封圈11圆柱销76第四节工业机器人的机械结构2.机械传动的腕部结构(1)具有二个自由度的机械传动腕部结构如图8-58所示，手腕的驱动电动机经减速器，通过链条6传动、使链轮4、轴10和锥齿轮9、11旋转并带动轴14做回转，其转角为1；通过链条7、由链轮5直接带动手腕壳体8回转，实现手腕绕轴10的摆动，其回转角为。图8-58二个自由度的机械传动腕部结构1、2、3、12、13轴承4、5链轮6、7链条8壳体9、1
21、1锥齿轮10、14轴15法兰盘77第四节工业机器人的机械结构图8-59三个自由度的机械传动腕部1、2、3、4、5、6、7、11、12、13、14、15齿轮8手部9、10、16壳体(2)具有三个自由度的机械传动腕部结构图8-59所示为其传动机78第四节工业机器人的机械结构构简图。1)手爪回转运动，当B、T轴不动，S轴以ns转动时，经齿轮1、3、2、4、5、6将回转运动传给手爪8轴上的锥齿轮7，实现手爪的回转运动n7(转向如图示)。2)手腕摆动运动及其诱导运动，当B、S轴不动，T轴以nT转动时，直接驱动回转壳体10绕T轴转动，实现手腕的摆动运动nT。3)手腕俯仰运动及其诱导运动，当S、T轴不动，B
22、轴以nB转动时，经齿轮15、13、14、12将运动传给锥齿轮11，驱动壳体9实现俯仰运动n9(转向如图示)。四、臂部79第四节工业机器人的机械结构图8-60液压缸驱动的臂部结构1活塞杆2液压缸3手臂端部4手臂支架5导轨6中间机座7、9齿轮8挡块10行程开关11摆动液压缸80第四节工业机器人的机械结构图8-61采用倍增机构的伸缩臂结构1气缸2活塞杆3齿轮4固定齿条5伸缩臂6手部81第四节工业机器人的机械结构图8-62多关节式臂部结构M伺服电动机B制动闸R谐波齿轮减速器回转角82第四节工业机器人的机械结构图8-63俯仰臂结构1耳叉2销轴3轴承4摆动缸5手臂6活塞杆7导向套8俯仰缸9立柱10动片11
23、轴套12定片83第五节工业机器人的应用一、工业机器人的适用场合1)在危险、不安全或有害健康的工作环境中替代人，这是选用工业机器人的重要原因之一。2)在重复的工作循环中，若工作循环的运动和顺序用工业机器人替代人可获得比人高的重复精度和一致性，或可达到高的生产率时，应考虑选用工业机器人。3)人难于装卸的场合。4)多班次作业，可考虑用工业机器人代替人工作业。5)在一些生产场合，生产批量和操作工位变换多，生产班次又长，当变换频度大，人不能适应时，应考虑采用可编程机器人完成作业。6)现有的工业机器人多数没有“视觉”功能。84第五节工业机器人的应用二、工业机器人的应用条件三、工业机器人的应用1.装配图8-
24、64装配作业的工业机器人1工业机器人2轴承3轴4压力机5套6垫圈7法兰8螺母9传送带85第五节工业机器人的应用1)装配过程的材料搬运。2)把轴类零件插入孔内，尤其是用于间隙很小的精密配合或装入后拧紧螺钉，如图所示。3)把所需零件从零件箱中取出，供装配。4)在印刷电路板装插元件。2.喷漆3.焊接86第五节工业机器人的应用图8-65吸尘器装配系统中双臂智能机器人17固定摄像机8转动摄像机9抓握手臂10感知手臂1113吸尘器零部件14完成装配的吸尘器87第五节工业机器人的应用图8-66喷漆作业的工业机器人1工装板2循环拖动链条3工件识别站4工件5行程开关6、7、8、9、10喷漆机器人88第五节工业机器人的应用图8-67焊接作业的工业机器人1工业机器人2传送带3汽车壳体4.物料传输89第五节工业机器人的应用图8-68柔性加工单元中的工业机器人90第五节工业机器人的应用图8-69车削加工单元中的工业机器人5.铸造6.冲压91第五节工业机器人的应用7.机械加工图8-70柔性加工系统中的工业机器人1拉床2车床3插齿机4剃齿机5存储架6工业机器人7修毛刺机92
