機(jī)械手腕部畢業(yè)設(shè)計.doc

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1、機(jī)械手腕部畢業(yè)設(shè)計 摘要 機(jī)器人技術(shù)是綜合了許多學(xué)科的知識，例如計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)今研究領(lǐng)域十分重視的課題，機(jī)器人在很多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。機(jī)器人的應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志，因而受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，投入大量人力物力加以研究和應(yīng)用。 本文的主要任務(wù)和要解決的問題，是設(shè)計一臺六自由度的機(jī)器人，在已有的技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，通過分析，確定腕部的傳動系統(tǒng)，然后假設(shè)腕部末端的結(jié)構(gòu)，確定腕部的輸出功率，然后計算出腕部所需的電機(jī)。在確定電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對錐齒輪和傳動中所需的帶輪以及同步齒形帶進(jìn)行設(shè)計，并且對它

2、們進(jìn)行校核，確定所設(shè)計的腕部結(jié)構(gòu)能夠配合機(jī)器人的其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴漆動作。并用 CAD 軟件完成從建模到運(yùn)動學(xué)分析、應(yīng)力分析的全過程。需要全面理解機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計以及 CAD 制圖標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)的知識，并考慮其可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等性能。 本課設(shè)在已有理論基礎(chǔ)上，針對以往研究的不足，根據(jù)實(shí)際使用要求，確定采用六自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件繁多，需要用高端軟件配合進(jìn)行建模，裝配的工作，而我們現(xiàn)有的材料相當(dāng)有限，所以本課設(shè)只是設(shè)計了機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)并采用 CAD 繪制了其裝備和零件圖，并對其中某些零件的強(qiáng)度進(jìn)行了校核，使腕部的整體結(jié)構(gòu)能夠滿足工作的要求。關(guān)鍵詞:機(jī)

3、器人 腕部 目錄 1 緒論 ...............................................................................................................................1 1.1 機(jī)器人的組成 ................................................ 21.1.1 驅(qū)動裝置 ...................................................... 21.1.2 控制系統(tǒng) ..................

4、.................................... 21.1.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu) ...................................................... 21.2 機(jī)器人分類 ...................................................... 41.2.1 按用途分類 .................................................... 41.2.2 按控制形式分類 ................................................

5、41.2.3 按驅(qū)動方式分類 ................................................ 41.3 腕部結(jié)構(gòu)選形 .................................................... 51.3.1 單自由度手腕 .................................................. 61.3.2 兩自由度手腕 .................................................. 71.3.3 三自由度手腕 ...........................

6、....................... 81.3.4 裝配機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)選型 ........................................ 91.4 機(jī)器人設(shè)計 ..................................................... 112 末端執(zhí)行器 .........................................................................................................................122.1 夾持器 ..........

7、............................................... 122. 2 擬手指型執(zhí)行器 ................................................ 132. 3 吸式執(zhí)行器 .................................................... 133 腕部設(shè)計 .................................................................................................................

8、............153.1 手腕結(jié)構(gòu)的選擇 ................................................. 153.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)計算 ................................... 173.2.1 選擇電機(jī) ..................................................... 173.2.2 分配系統(tǒng)傳動比和動力參數(shù)的設(shè)計 ............................... 194 錐齒輪設(shè)計 ..................................

9、.......................................................................................234．1 確定錐齒輪的主要技術(shù)參數(shù) ...................................... 234．2 輪齒的受力分析和強(qiáng)度計算 ...................................... 245.選擇帶輪和齒形帶………….. ..............................................................................

10、...........265.1 帶輪的選擇 ..................................................... 265.2 齒形帶的設(shè)計 ................................................... 28總結(jié) .........................................................................................................................................31參考文獻(xiàn)..........

11、.......................................................................................................................32 1 緒論 機(jī)器人是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造中的一個重要組成部分。機(jī)器人顯著地提高了勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。因而受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，投入大量人力物力加以研究和應(yīng)用。 機(jī)器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人。

12、它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是除了具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。它可以靈活運(yùn)用在工業(yè)上的各個方面，如噴漆、焊接、搬運(yùn)等。第二類是需要人工操作的，稱為機(jī)械機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機(jī)器人來進(jìn)行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專用機(jī)器人，主要附屬于自動機(jī)床或自動線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在國外稱為“Mechanical Hand quot，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動除少數(shù)外，工作程序一般是固

13、定的，采用機(jī)械編程。因此是專用的。 本課題通過對通用機(jī)器人 smart6.50R 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和研究，完成對其腕部的設(shè)計，并借助 CAD/CAE 軟件完成從建模到運(yùn)動學(xué)分析、應(yīng)力分析的全過程。最終期望腕部與小臂、手部、大臂能夠協(xié)調(diào)工作，能夠完成各種現(xiàn)代工業(yè)加工過程中所要求的動作。 本課題的設(shè)計思路是：借助已有的通用機(jī)器人的腕部設(shè)計思想和方法，綜合考慮腕部機(jī)構(gòu)在機(jī)器人運(yùn)動中所起的作用和機(jī)器人的整體技術(shù)參數(shù)以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后選擇合理的機(jī)構(gòu)，確定傳動線路，然后對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，計算主要參數(shù)，并對部分零件進(jìn)行設(shè)計、組裝，綜合評價腕部系統(tǒng)。1.1 機(jī)器人組成 機(jī)器人主要由驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大

14、部分組成。1.1.1 驅(qū)動裝置 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動裝置包括驅(qū)動器和傳動機(jī)構(gòu)兩部分，它們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成一體。傳動機(jī)構(gòu)常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。驅(qū)動器通常有電機(jī)直流伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，交流伺服電機(jī)，液動和氣動裝置，目前使用最多的是交流伺服電機(jī)。1.1.2 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)一般由控制計算機(jī)和驅(qū)動裝置伺服控制器組成。后者控制各關(guān)節(jié)的驅(qū)動器，使各桿按一定的速度，加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動。前者則是要根據(jù)作業(yè)要求完成偏差，并發(fā)出指令控制各伺服驅(qū)動裝置使各桿件協(xié)調(diào)工作，同時還要完成環(huán)境狀況，周邊設(shè)備如電焊機(jī)，工卡具等之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。1.1.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由腰部、

15、基座、手部、腕部和臂部等運(yùn)動部件組成。 1 腰部 腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動再加上臂部的平面運(yùn)動，就能使腕部作空間運(yùn)動。腰部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差，運(yùn)動精度和平穩(wěn)性，對機(jī)器人的定位精度有決定性影響。 2 基座 基座是整個機(jī)器人的支持部分，有固定式和移動式兩種。該部件 必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性。 3手部 手部它具有人手某種單一動作的功能。由于抓取物件的形狀不同，手部有夾持式和吸附式等形式。 夾持式手部是由手指和傳力機(jī)構(gòu)所組成。 手指是直接與物件接觸的機(jī)構(gòu)。常用的手指運(yùn)動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。 吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁吸盤兩類。 對于輕小片狀零件、光滑

16、薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。 4腕部 腕部與手部相連，通常有 3 個自由度，多為輪系結(jié)構(gòu)，主要功用是帶動手部完成預(yù)訂的姿態(tài)，是操作機(jī)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部分。 5臂部 臂部用以連接腰部和腕部，通常由兩個臂桿小臂和大臂組成，用以帶動腕部作平面運(yùn)動。1.2 機(jī)器人分類1.2.1 按用途分類 1.專用機(jī)器人 專用機(jī)器人是專為一定設(shè)備服務(wù)的，簡單、實(shí)用，目前在生產(chǎn)中運(yùn)用比較廣泛。它一般只能完成一、二種特定的作業(yè)，如用來抓取和傳送工件。它的工作程序

17、是固定的，也可根據(jù)需要編制程序控制，以獲得多種工作程序，適應(yīng)多種作業(yè)的需要。 2.通用機(jī)器人 通用機(jī)器人是在專用機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它能對不同的物件完成多種動作，具有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯浴Ｋ且环N能獨(dú)立工作的自動化裝置。它的動作程序可以按照工作需要來改變，大都是采用計算機(jī)控制系統(tǒng)。1.2.2 按控制形式分類 1.點(diǎn)位控制型機(jī)器人 點(diǎn)位控制型機(jī)器人的運(yùn)動軌跡是空間二個點(diǎn)之間的聯(lián)接?？刂泣c(diǎn)數(shù)愈多，性能愈好。它基本能滿足于各種要求，結(jié)構(gòu)簡單。絕大部分機(jī)器人是點(diǎn)位控制型。 2.連續(xù)軌跡控制型機(jī)器人 這種機(jī)器人的運(yùn)動軌跡是空間的任意連續(xù)曲線，它能在三維空間中作極其復(fù)雜的動作，工作性能完善，但控制部分比較復(fù)

18、雜.1.2.3 按驅(qū)動方式分類 1.液壓機(jī)器人:輸出力大，傳動平穩(wěn)。 2.氣壓機(jī)器人:氣源方便，輸出力小，氣壓傳動速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但工作不太平穩(wěn)，沖擊大。 3.電動式機(jī)器人:電力驅(qū)動是目前機(jī)器人使用的最多的一種驅(qū)動方式，其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動力較大，信號檢測，傳遞，處理方便，可以采用多種靈活的控制方案。 4.機(jī)械式機(jī)器人:工作可靠，動作頻率高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但動作固定不可變。1.3 腕部結(jié)構(gòu)選型 手腕是操作機(jī)的小臂上臂和末端執(zhí)行器手爪之間的連接部件。其功用是利用自身的活動度確定被末端執(zhí)行器夾持物體的空間姿態(tài)，也可以說是確定末端行器的姿態(tài)。故手腕也稱作機(jī)器人的姿態(tài)機(jī)構(gòu)。對一

19、般商用機(jī)器人，末桿即與末端執(zhí)行器相聯(lián)結(jié)的桿都有獨(dú)立的自轉(zhuǎn)功能，若該桿再能在空間取任意方位，那么與之相聯(lián)的末端執(zhí)行器就可在空間去任意姿態(tài)，即達(dá)到完全靈活的境地。對于任一桿件的姿態(tài)即方向，可用兩個方位確定。如圖 1.1 所示 圖 1.1 末桿姿態(tài)示意圖 1．大臂 2.小臂 3.末桿L 在圖 1.1 中，末桿 L 的圖示姿態(tài)可以看作是由處于 x1 方向的原始位置先繞z1 在 x1 o1 y1 平面內(nèi)轉(zhuǎn)α、β角，然后在 a o1 與 z1 組成的垂直平面內(nèi)再向上轉(zhuǎn)β角得到的?？梢娛怯搔?、β兩角決定了末桿（L）的方向姿態(tài)。從理論上講，如果 0≤α≤360，0≤β≤360，則 L 在空間可取任意方向。如果

20、 L的自轉(zhuǎn)角γ也滿足 0≤γ≤360，我們就說該操作機(jī)具有最大的靈活度，即可自任意方向抓取物體并可把抓取的物體在空間擺成任意姿態(tài)。為了定量的說明操作機(jī)抓取和擺放物體的靈活度，我們定義組合靈活度dex為: dexα/360β/360γ/360xxxxxx 上式取“加”的形式，但一般不進(jìn)行加法運(yùn)算，因?yàn)榉珠_更能表現(xiàn)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 腕結(jié)構(gòu)最重要的評價指標(biāo)就是 dex 值。若為 3 個百分之百，該手腕就是最靈活的手腕。一般說來，α、β的最大值取 360，而γ值可取的更大一些，如果擰螺釘，最好γ無上限。 腕結(jié)構(gòu)是操作機(jī)中最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且因轉(zhuǎn)動系統(tǒng)互相干擾，更增加了腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計難度。腕部的設(shè)計要求是:重量

21、輕，dex 的組合值必須滿足工作要求并留有一定的裕量約 5—10，轉(zhuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單并有利于小臂對整機(jī)的靜力平衡。1.3.1 單自由度手腕 SCARA 水平關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人多采用單自由度手腕，該類機(jī)器人操作機(jī)的手腕只有繞垂直軸的一個旋轉(zhuǎn)自由度。為了減輕操作機(jī)的懸臂的重量，手腕的驅(qū)動電機(jī)固結(jié)在機(jī)架上。手腕轉(zhuǎn)動的目的在于調(diào)整裝配件的方位。由于轉(zhuǎn)動為兩級等徑輪齒形帶，所以大、小臂的轉(zhuǎn)動不影響末端執(zhí)行器的水平方位，而該方位的調(diào)整完全取決于腕傳動的驅(qū)動電機(jī)。這時確定末端執(zhí)行器方位的角度以機(jī)座坐標(biāo)系為基準(zhǔn)將是大小臂轉(zhuǎn)角以及腕轉(zhuǎn)角之和。1.3.2 兩自由度手腕 兩自由度手腕有兩種結(jié)構(gòu): 1）匯交式兩自由度 手腕

22、兩自由度手腕的末桿與小臂中線重合，兩個鏈輪對稱分配在兩邊。β≤200 γ≥360 dex 080100，如圖 1.3， 2）偏置式兩自由度手腕 手腕的末桿偏置在在小臂中線的一邊。 β≥360γ≥360，dex0100100優(yōu)點(diǎn)是腕部結(jié)構(gòu)緊湊，小臂橫向尺寸較小薄。 兩自由度的另兩種結(jié)構(gòu)。一種是將諧波減速器這置于碗部，驅(qū)動器通過齒 形帶帶動諧波，或經(jīng)錐齒輪再帶動諧波使末桿 L 獲得α. γ兩自由度運(yùn)動。另 一種則是將驅(qū)動電機(jī) 1 和諧波減速器連成一體，放于偏置的殼中直接帶動 L 完 成角轉(zhuǎn)動，β角則是由鏈傳動完成。 如圖 1.3 匯交式兩自由度 1- 法蘭 2-錐齒輪組 3-錐齒輪 4-彈簧 5、

23、8-鏈輪 6-軸承 7-殼體1.3.3 三自由度手腕 三自由度的手腕形式繁多。三自由度手腕是在兩自由度的基礎(chǔ)上加一個整個手腕相對于小臂的轉(zhuǎn)動自由度用角度參數(shù)α表示而形成的。當(dāng)不考慮結(jié)構(gòu)限制，即α、β、γ都能在 0～360范圍取值，末端執(zhí)行器的靈活度dex100100100，也就是說具有百分之百的靈活度。這就是說手爪可自任意方向接進(jìn)物體，也可將物體轉(zhuǎn)到任意姿勢。所以三自由度是“萬向”型手腕，可以完成兩自由度手腕很多無法完成的作業(yè)。近年來，大多數(shù)關(guān)節(jié)型機(jī)器人都采用了三自由度手腕。主要有兩類: 1匯交手腕或稱正交手腕它是α、β、γ的旋轉(zhuǎn)軸線匯交于一點(diǎn)。 2偏置式手腕它是α、β、γ的旋轉(zhuǎn)軸線互相垂直，

24、但不匯交于一點(diǎn)。 這兩類手腕都是把β、γ運(yùn)動的減速器安裝在手腕上，可簡化小臂結(jié)構(gòu)，但卻增加了手腕本身的重量和復(fù)雜程度。1.3.4 通用機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)選型 如圖 1.4 所示，是匯交式手腕或正交手腕，即α、β、γ的旋轉(zhuǎn)軸線匯交于一點(diǎn)?？梢钥闯觯姍C(jī)1經(jīng)錐齒輪副3 4和齒型帶傳動9 10 13再經(jīng)錐齒輪副5 6和諧波減速器16帶動法蘭17、機(jī)械接口轉(zhuǎn)動，完成末桿法蘭γ的運(yùn)動。電機(jī) 2 經(jīng)錐齒輪副7 8和齒型帶傳動11 12 14 通過諧波減速器帶動腕殼擺動，完成末桿 p 的運(yùn)動。整個手腕又由置于小臂后部的電機(jī)上圖未畫，經(jīng)過諧波傳動，帶動小臂作繞自身軸線的轉(zhuǎn)動，即α運(yùn)動。 圖 1.4 正交式手腕 減

25、速器的配置可以分為前置式和后置式。后置式有利于小臂的平衡。前置式加大了腕部的復(fù)雜程度和重量，對小臂乃至整機(jī)的平衡不利，但可簡化整個小臂的結(jié)構(gòu)，而且當(dāng)腕部使用同步齒形帶時，只能采用這種布置，因?yàn)辇X形帶只能用于高速級。這種布置還可簡化后面三個驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。對于平行軸轉(zhuǎn)動，減速器前置可以匹配小臂與手腕的幾何尺寸。如圖 1.4 所示，我選用:減速器的配置為前置式是把α、γ兩自由度的減速器裝在手腕內(nèi)。 電機(jī)配置也可以分為前置式和后置式。前置式有一個電機(jī)配置在手腕中，其最大優(yōu)點(diǎn)是大大簡化了小臂的結(jié)構(gòu)和傳動過程的軸線干擾，但加重了腕部。這種結(jié)構(gòu)較適合于小負(fù)荷操作機(jī)。必須指出，這種結(jié)構(gòu)的手腕也屬于非匯正交式

26、，由它構(gòu)成的六自由度操作機(jī)無解析解。電機(jī)后置式的驅(qū)動電機(jī)都布置在腕的后面。對于中小負(fù)載的操作機(jī)，電機(jī)可布置在臂的空腔中，而對于大負(fù)載操作機(jī)，由于電機(jī)重而且大，電機(jī)多布置在臂的后端，以減少臂的尺寸和前部重量，并與減速器一起對小臂起平衡作用。如圖 1.4 所示。1.4 機(jī)器人設(shè)計 機(jī)器人由操作機(jī)機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而

27、是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。: 在傳統(tǒng)的設(shè)計與制造過程中，通常要制造樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有時這些實(shí)驗(yàn)甚至是破壞性的。當(dāng)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷時，就要回頭修改設(shè)計并再用樣機(jī)驗(yàn)證。這一過程是冗長的，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計周期更加漫長，更不用談對市場的靈活反應(yīng)了。于是運(yùn)動分析—虛擬樣機(jī)技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生了。它可以使產(chǎn)品設(shè)計人員在虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬機(jī)器人的運(yùn)動及受力情

28、況，快速分析多種設(shè)計方案，進(jìn)行對物理樣機(jī)而言難以進(jìn)行或根本無法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，直到獲得最優(yōu)化的設(shè)計方案。這種方法不但可以縮短開發(fā)周期，而且設(shè)計質(zhì)量和效率也得到了很大的提高。 2 末端執(zhí)行器 末端執(zhí)行器是裝在機(jī)器人操作機(jī)的機(jī)械接口上，用于使機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)而專門設(shè)計的裝置。末端執(zhí)行器種類繁多，與機(jī)器人的用途密切相關(guān)，最常見的有用于抓拿物件的夾持器用于加工工件的銑刀，砂輪和激光切割器:用于焊接，噴涂用的焊槍，噴具由于質(zhì)量檢測的測量頭，傳感器。一般說來，一種新的作業(yè)需要一種新的末端執(zhí)行器，而一種新的末端執(zhí)行器的出現(xiàn)又往往為機(jī)器人開辟一種新的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，末端執(zhí)行器的分析和設(shè)計已形成了一個專門領(lǐng)域。這

29、里只簡要介紹幾種常用的抓拿物件的末端執(zhí)行器。2.1 夾持器 夾持器通常有兩個夾爪。根據(jù)不同的運(yùn)動形式，夾爪又可分為回轉(zhuǎn)式和平移式兩種類型。 1斜楔杠桿式夾持器。當(dāng)施以力 P 時，楔角為α的斜楔前進(jìn)，使夾爪閉合，夾緊物件，且當(dāng)α小于自鎖角時，即使β消失，被夾物件也不會滑脫。當(dāng)施以相反方向的力時，斜楔后退，夾爪在彈簧的作用下打開。由于夾爪做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，而回轉(zhuǎn)軸又是固定的，故當(dāng)夾持不同直徑的物件時，物件的中心線將沿對稱軸線移動，形成定位誤差。故使用這種夾持器時，機(jī)器人的應(yīng)用程序必須有補(bǔ)償功能。 2有定位補(bǔ)償?shù)母軛U式夾持器。這種夾持器的夾爪回轉(zhuǎn)銷軸可借助左右螺旋副平移其相對位置，所以通過調(diào)整螺旋可對不同

30、直徑的物體保持中心位置不變。 3平行移動式夾爪。當(dāng)施以壓力 P 時，齒輪在下條上滾動，并以兩倍的移動速度帶動上齒條移動，兩個齒條分別與兩個夾爪聯(lián)接。帶動夾爪平行地移動，起到夾持物件的作用。2.2 擬手指型執(zhí)行器 人手是最靈巧的夾持器，如果模擬人手結(jié)構(gòu)，就能制造出結(jié)構(gòu)最優(yōu)的夾持器。但由于人手自由度較多，驅(qū)動和控制都十分復(fù)雜，所以到目前為止，只制造出了一些原理樣機(jī)，離工業(yè)應(yīng)用還有一定差距。下面介紹幾種教有特色的擬手指型手抓。 1 UTACH/MIT 手抓。它有 4 個手指，可實(shí)現(xiàn)對握，每個手指有 3 個曲伸關(guān)節(jié)和一個擺動關(guān)節(jié)，共 16 個自由度。各關(guān)節(jié)采用繩輪驅(qū)動，驅(qū)動器后置。由于拇指對置，所以

31、4 個手指不能實(shí)現(xiàn)并掌操作，即 4 個手指不能放在一側(cè)實(shí)現(xiàn)全握式的抓拿物體。 2 3 指手爪。第一指相當(dāng)于拇指，只有一個曲伸關(guān)節(jié)，一個擺動關(guān)節(jié)和一個開合關(guān)節(jié)，其他兩指都有兩個曲伸關(guān)節(jié)，故共有 11 個自由度，也是驅(qū)動器后置。 3雙拇指手爪。每個手指都有 3 個曲伸關(guān)節(jié)。其中，外面兩指有擺動和轉(zhuǎn)動自由度，通過轉(zhuǎn)動，可以和中間指對置，也可與中指處于同側(cè)并掌中指無轉(zhuǎn)動自由度，故該手共有 14 個自由度。該手可以抓取或握取物件，由于使用了超小型電機(jī)和減速器，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動器前置配置即驅(qū)動器、減速器與手指配在一起，結(jié)構(gòu)緊湊，可作為一個部件安裝于機(jī)器人的機(jī)械接口上。2.3 吸式執(zhí)行器 吸式執(zhí)行器是目前應(yīng)用較多的一種執(zhí)行器，特別是用于搬運(yùn)機(jī)器人。該類執(zhí)行器可分磁吸和氣吸兩類。 1磁吸式手爪。它利用電磁場力和袋.