《機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)》PPT課件.ppt

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1.2機(jī)器人末端操作器(機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)),機(jī)器人的末端操作器也叫做末端執(zhí)行器，它包含兩大部分：手部與專用操作器。手部是裝在機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。它具有模仿人手動(dòng)作的功能,并安裝于機(jī)器人手臂的前端。人的手有兩種含義：第一種含義是醫(yī)學(xué)上把包括上臂、手腕在內(nèi)的整體叫做手；第二種含義是把手掌和手指部分叫做手。機(jī)器人的手部接近于第二種含義。專用操作器：各種工具,1.2.1.機(jī)器人手部的功能及組成,功能它的主要功能是：抓住工件，握持工件，釋放工件。抓住在給定的目標(biāo)位置和期望姿態(tài)上抓住工件，工件在手爪內(nèi)必須具有可靠的定位，保持工件與手爪之間準(zhǔn)確的相對(duì)位姿，并保證機(jī)器人后續(xù)作業(yè)的準(zhǔn)確性。握持確保工件在搬運(yùn)過(guò)程中或零件在裝配過(guò)程中定義了的位置和姿態(tài)的準(zhǔn)確性。釋放在指定點(diǎn)上除去手爪和工件之間的約束關(guān)系。組成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，手指,1.2.2.機(jī)器人手部的特點(diǎn),(1)手部與手腕相連處可拆卸。手部與手腕有機(jī)械接口，也可能有電、氣、液接頭，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)對(duì)象不同時(shí)，可以方便地拆卸和更換手部。(2)手部是機(jī)器人末端操作器。它可以像人手那樣具有手指，也可以是不具備手指的手；可以是類人的手爪，也可以是進(jìn)行專業(yè)作業(yè)的工具，比如裝在機(jī)器人手腕上的噴漆槍、焊接工具等。(3)手部的通用性比較差。機(jī)器人手部通常是專用的裝置，比如：一種手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面相近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。(4)手部是一個(gè)獨(dú)立的部件。假如把手腕歸屬于手臂，那么機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的三大件就是機(jī)身、手臂和手部(末端操作器)。手部對(duì)于整個(gè)工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)是完成作業(yè)好壞、作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一。具有復(fù)雜感知能力的智能化手爪的出現(xiàn)，增加了工業(yè)機(jī)器人作業(yè)的靈活性和可靠性。,1.2.3.機(jī)器人手部的分類,由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)等不同,因此機(jī)器人取料手是多種多樣的,大致可分為以下幾類:(1)夾鉗式取料手；(2)吸附式取料手；(3)仿生多指靈巧手；(4)其它手。,1.2.3.1夾鉗式取料手,夾鉗式手部與人手相似,是工業(yè)機(jī)器人廣為應(yīng)用的一種手部形式。它一般由手指(手爪)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及連接與支承元件組成,如圖1.2.1所示,能通過(guò)手爪的開(kāi)閉動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的夾持。,圖1.2.1夾鉗式手部的組成,1.手指手指是直接與工件接觸的部件。手部松開(kāi)和夾緊工件,就是通過(guò)手指的張開(kāi)與閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人的手部一般有兩個(gè)手指,也有三個(gè)或多個(gè)手指,其結(jié)構(gòu)形式常取決于被夾持工件的形狀和特性。按兩種情況分析：指端的形狀與指面的形狀。指端的形狀通常有兩類:V型指和平面指。如圖1.2.2所示的三種V型指的形狀,用于夾持圓柱形工件。如圖1.2.3所示的平面指為夾鉗式手的指端,一般用于夾持方形工件(具有兩個(gè)平行平面),板形或細(xì)小棒料。另外，尖指和薄、長(zhǎng)指一般用于夾持小型或柔性工件。其中,薄指一般用于夾持位于狹窄工作場(chǎng)地的細(xì)小工件,以避免和周圍障礙物相碰;長(zhǎng)指一般用于夾持熾熱的工件,以免熱輻射對(duì)手部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的影響。,圖1.2.2V型指端形狀(a)固定V型；(b)滾柱V型；(c)自定位式V型,圖1.2.3夾鉗式手的指端,思考：平面手爪夾持圓柱工件,平面手爪夾持圓柱工件，盡管夾緊力足夠大，在工件和手爪接觸面上有足夠的摩擦力來(lái)支承工件重量，但是從運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，約束條件是不夠的，不能保證工件在手爪上的準(zhǔn)確定位。,指面的形狀常有光滑指面、齒形指面和柔性指面等。光滑指面平整光滑,用來(lái)夾持已加工表面,避免已加工表面受損。齒形指面的指面刻有齒紋,可增加夾持工件的磨擦力,以確保夾緊牢靠,多用來(lái)夾持表面粗糙的毛坯或半成品。柔性指面內(nèi)鑲橡膠、泡沫、石棉等物,有增加磨擦力、保護(hù)工件表面、隔熱等作用,一般用于夾持已加工表面、熾熱件,也適于夾持薄壁件和脆性工件。,1.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開(kāi)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)根據(jù)手指開(kāi)合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型又分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)和多支點(diǎn)回轉(zhuǎn)。根據(jù)手爪夾緊是擺動(dòng)還是平動(dòng),又可分為擺動(dòng)回轉(zhuǎn)型和平動(dòng)回轉(zhuǎn)型。(1)回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。夾鉗式手部中較多的是回轉(zhuǎn)型手部,其手指就是一對(duì)杠桿,一般再同斜楔、滑槽、連桿、齒輪、蝸輪蝸桿或螺桿等機(jī)構(gòu)組成復(fù)合式杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu),用以改變傳動(dòng)比和運(yùn)動(dòng)方向等。,圖1.2.4斜楔杠桿式手部,圖1.2.5所示為滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型手部簡(jiǎn)圖,杠桿形手指4的一端裝有V形指5,另一端則開(kāi)有長(zhǎng)滑槽。驅(qū)動(dòng)桿1上的圓柱銷2套在滑槽內(nèi),當(dāng)驅(qū)動(dòng)連桿同圓柱銷一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),即可撥動(dòng)兩個(gè)手指各繞其支點(diǎn)(鉸銷3)作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)手指的夾緊與松開(kāi)動(dòng)作。,圖1.2.5滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型手部,圖1.2.6所示為雙支點(diǎn)連桿杠桿式手部簡(jiǎn)圖。驅(qū)動(dòng)桿2末端與連桿4由鉸銷3鉸接,當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿2作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),則通過(guò)連桿推動(dòng)兩桿手指各繞其支點(diǎn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而使手指松開(kāi)或閉合。,圖1.2.6雙支點(diǎn)連桿杠桿式手部,圖1.2.7所示為齒輪齒條直接傳動(dòng)的齒輪杠桿式手部的結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)桿2末端制成雙面齒條,與扇齒輪4相嚙合,而扇齒輪4與手指5固連在一起,可繞支點(diǎn)回轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)齒條作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),即可帶動(dòng)扇齒輪回轉(zhuǎn),從而使手指松開(kāi)或閉合。,圖1.2.7齒條齒輪杠桿式手部,(2)平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。平移型夾鉗式手部是通過(guò)手指的指面作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或平面移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)張開(kāi)或閉合動(dòng)作的,常用于夾持具有平行平面的工件(如冰箱等)。其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,不如回轉(zhuǎn)型手部應(yīng)用廣泛。直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu):實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)移動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多,常用的斜楔傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等均可應(yīng)用于手部結(jié)構(gòu)。如圖1.9所示中，(a)為斜楔平移機(jī)構(gòu),(b)為連桿杠桿平移結(jié)構(gòu),(c)為螺旋斜楔平移結(jié)構(gòu)。它們既可是雙指型的,也可是三指(或多指)型的;既可自動(dòng)定心,也可非自動(dòng)定心。,圖1.2.8直線平移型手部,平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)：圖1.2.9所示為幾種平面平行平移型夾鉗式手部的簡(jiǎn)圖。它們的共同點(diǎn)是:都采用平行四邊形的鉸鏈機(jī)構(gòu)雙曲柄鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)手指平移。其差別在于分別采用齒條齒輪、蝸桿蝸輪、連桿斜滑槽的傳動(dòng)方法。,圖1.2.9四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部結(jié)構(gòu),3.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),手指式手部通常采用氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和電磁來(lái)驅(qū)動(dòng)手指的開(kāi)合。氣動(dòng)手爪：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容易維修，而且開(kāi)合迅速，重量輕。缺點(diǎn)：空氣介質(zhì)的可壓縮性，使爪鉗位置控制比較復(fù)雜。,液動(dòng)手爪：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：成本稍高。電動(dòng)手爪：優(yōu)點(diǎn)：手指開(kāi)合電機(jī)的控制與機(jī)器人控制可以共用一個(gè)系統(tǒng)，。缺點(diǎn)：夾緊小，開(kāi)合時(shí)間長(zhǎng)，電磁手爪：優(yōu)點(diǎn)：控制信號(hào)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：夾緊的電磁力與爪鉗的行程有關(guān)，只能用在開(kāi)合距離小的場(chǎng)合。,1.2.3.2吸附式取料手1.氣吸附式取料手原理：氣吸附式取料手是利用吸盤(pán)內(nèi)的壓力和大氣壓之間的壓力差而工作的。分類：按形成壓力差的方法,可分為真空吸附、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸式等幾種。優(yōu)缺點(diǎn)：氣吸式取料手與夾鉗式取料手相比,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于薄片狀物體的搬運(yùn)更有其優(yōu)越性(如板材、紙張、玻璃等物體),廣泛應(yīng)用于非金屬材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求物體表面較平整光滑,無(wú)孔無(wú)凹槽。,1)真空吸附取料手圖1.2.10所示為真空吸附取料手的結(jié)構(gòu)原理。其真空的產(chǎn)生是利用真空泵,真空度較高。主要零件為碟形橡膠吸盤(pán)1,通過(guò)固定環(huán)2安裝在支承桿4上,支承桿由螺母5固定在基板6上。取料時(shí),碟形橡膠吸盤(pán)與物體表面接觸,橡膠吸盤(pán)在邊緣既起到密封作用,又起到緩沖作用,然后真空抽氣,吸盤(pán)內(nèi)腔形成真空,吸取物料。放料時(shí),管路接通大氣,失去真空,物體放下。為避免在取、放料時(shí)產(chǎn)生撞擊,有的還在支承桿上配有彈簧緩沖。為了更好地適應(yīng)物體吸附面的傾斜狀況,有的在橡膠吸盤(pán)背面設(shè)計(jì)有球鉸鏈。真空吸附取料手有時(shí)還用于微小無(wú)法抓取的零件,如圖1.2.11所示。,圖1.2.10真空吸附取料手,圖1.2.11微小零件取料手(a)墊圈取料手；(b)鋼球取料手,圖1.2.12各種真空吸附取料手,2)氣流負(fù)壓吸附取料手氣流負(fù)壓吸附取料手如圖1.2.13所示。氣流負(fù)壓吸附取料手是利用流體力學(xué)的原理,當(dāng)需要取物時(shí),壓縮空氣高速流經(jīng)噴嘴5時(shí),其出口處的氣壓低于吸盤(pán)腔內(nèi)的氣壓,于是腔內(nèi)的氣體被高速氣流帶走而形成負(fù)壓,完成取物動(dòng)作;當(dāng)需要釋放時(shí),切斷壓縮空氣即可。這種取料手需要壓縮空氣,工廠里較易取得,故成本較低。,圖1.2.13氣流負(fù)壓吸附取料手,3)擠壓排氣式取料手?jǐn)D壓排氣式取料手如圖1.2.14所示。其工作原理為:取料時(shí)吸盤(pán)壓緊物體,橡膠吸盤(pán)變形,擠出腔內(nèi)多余的空氣,取料手上升,靠橡膠吸盤(pán)的恢復(fù)力形成負(fù)壓,將物體吸住;釋放時(shí),壓下拉桿3,使吸盤(pán)腔與大氣相連通而失去負(fù)壓。該取料手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但吸附力小,吸附狀態(tài)不易長(zhǎng)期保持。,圖1.2.14擠壓排氣式取料手,1.磁吸附式取料手磁吸附式取料手是利用電磁鐵通電后產(chǎn)生的電磁吸力取料,因此只能對(duì)鐵磁物體起作用;另外,對(duì)某些不允許有剩磁的零件要禁止使用。所以,磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。電磁鐵工作原理如圖1.2.15(a)所示。當(dāng)線圈1通電后,在鐵心2內(nèi)外產(chǎn)生磁場(chǎng),磁力線穿過(guò)鐵心,空氣隙和銜鐵3被磁化并形成回路,銜鐵受到電磁吸力F的作用被牢牢吸住。實(shí)際使用時(shí),往往采用如圖1.2.15(b)所示的盤(pán)式電磁鐵,銜鐵是固定的,銜鐵內(nèi)用隔磁材料將磁力線切斷,當(dāng)銜鐵接觸磁鐵物體零件時(shí),零件被磁化形成磁力線回路,并受到電磁吸力而被吸住。,圖1.2.15電磁鐵工作原理,圖1.2.16所示為盤(pán)狀磁吸附取料手的結(jié)構(gòu)圖。鐵心1和磁盤(pán)3之間用黃銅焊料焊接并構(gòu)成隔磁環(huán)2,既焊為一體又將鐵心和磁盤(pán)分隔,這樣使鐵心1成為內(nèi)磁極,磁盤(pán)3成為外磁極。其磁路由殼體6的外圈,經(jīng)磁盤(pán)3、工件和鐵心,再到殼體內(nèi)圈形成閉合回路,以此吸附工件。鐵心、磁盤(pán)和殼體均采用810號(hào)低碳鋼制成,可減少剩磁,并在斷電時(shí)不吸或少吸鐵屑。蓋5為用黃銅或鋁板制成的隔磁材料,用以壓住線圈11,防止工作過(guò)程中線圈的活動(dòng)。擋圈7、8用以調(diào)整鐵心和殼體的軸向間隙,即磁路氣隙,在保證鐵心正常轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下,氣隙越小越好,氣隙越大，則電磁吸力會(huì)顯著地減小,因此,一般取0.10.3mm。在機(jī)器人手臂的孔內(nèi)可做軸向微量地移動(dòng),但不能轉(zhuǎn)動(dòng)。鐵心1和磁盤(pán)3一起裝在軸承上,用以實(shí)現(xiàn)在不停車的情況下自動(dòng)上下料。,圖1.2.16盤(pán)狀磁吸附取料手結(jié)構(gòu),圖1.2.17所示為幾種電磁式吸盤(pán)吸料示意圖。圖(a)為吸附滾動(dòng)軸承底座的電磁式吸盤(pán);圖(b)為吸取鋼板的電磁式吸盤(pán);圖(c)為吸取齒輪用的電磁式吸盤(pán);圖(d)為吸附多孔鋼板用的電磁式吸盤(pán)。,圖1.2.17幾種電磁式吸盤(pán)吸料示意圖,1.2.3.3仿生多指靈巧手1.柔性手為了能對(duì)不同外形的物體實(shí)施抓取,并使物體表面受力比較均勻,因此研制出了柔性手。如圖1.2.22所示為多關(guān)節(jié)柔性手腕,每個(gè)手指由多個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成。手指?jìng)鲃?dòng)部分由牽引鋼絲繩及摩擦滾輪組成,每個(gè)手指由兩根鋼絲繩牽引,一側(cè)為握緊,另一側(cè)為放松。驅(qū)動(dòng)源可采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓、氣動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)。柔性手腕可抓取凹凸不平的外形并使物體受力較為均勻。圖1.2.23所示為用柔性材料做成的柔性手。一端固定,一端為自由端的雙管合一的柔性管狀手爪,當(dāng)一側(cè)管內(nèi)充氣體或液體、另一側(cè)管內(nèi)抽氣或抽液時(shí)形成壓力差,柔性手爪就向抽空側(cè)彎曲。此種柔性手適用于抓取輕型、圓形物體,如玻璃器皿等。,圖1.2.22多關(guān)節(jié)柔性手腕,圖1.2.23柔性手,1.多指靈巧手機(jī)器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指靈巧手。如圖1.2.24所示,多指靈巧手有多個(gè)手指,每個(gè)手指有3個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),每一個(gè)關(guān)節(jié)的自由度都是獨(dú)立控制的。因此,幾乎人手指能完成的各種復(fù)雜動(dòng)作它都能模仿,諸如擰螺釘、彈鋼琴、作禮儀手勢(shì)等動(dòng)作。在手部配置觸覺(jué)、力覺(jué)、視覺(jué)、溫度傳感器,將會(huì)使多指靈巧手達(dá)到更完美的程度。多指靈巧手的應(yīng)用前景十分廣泛,可在各種極限環(huán)境下完成人無(wú)法實(shí)現(xiàn)的操作,如核工業(yè)領(lǐng)域、宇宙空間作業(yè),在高溫、高壓、高真空環(huán)境下作業(yè)等。,圖1.2.24多指靈巧手,多指靈巧手視頻,1.2.3.4其它手1.彈性力手爪彈性力手爪的特點(diǎn)是其夾持物體的抓力是由彈性元件提供的,不需要專門(mén)的驅(qū)動(dòng)裝置,在抓取物體時(shí)需要一定的壓入力,而在卸料時(shí),則需要一定的拉力。圖1.2.25所示為幾種彈性力手爪的結(jié)構(gòu)原理圖。圖1.2.25(a)所示的手爪有一個(gè)固定爪,另一個(gè)活動(dòng)爪6靠壓簧4提供抓力,活動(dòng)爪繞軸5回轉(zhuǎn),空手時(shí)其回轉(zhuǎn)角度由平面2、3限制。抓物時(shí),爪6在推力作用下張開(kāi),靠爪上的凹槽和彈性力抓取物體;卸料時(shí),需固定物體的側(cè)面,手爪用力拔出即可。,圖1.2.25彈性力手爪,1.擺動(dòng)式手爪擺動(dòng)式手爪的特點(diǎn)是在手爪的開(kāi)合過(guò)程中,其爪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是繞固定軸擺動(dòng)的,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用較廣,適合于圓柱表面物體的抓取。圖1.2.26所示為一種擺動(dòng)式手爪的結(jié)構(gòu)原理圖。這是一種連桿擺動(dòng)式手爪,活塞桿移動(dòng),并通過(guò)連桿帶動(dòng)手爪回繞同一軸擺動(dòng),完成開(kāi)合動(dòng)作。,圖1.2.26擺動(dòng)式手爪的結(jié)構(gòu)原理圖,圖1.2.27所示為自重式手部結(jié)構(gòu),要求工件對(duì)手指的作用力的方向應(yīng)在手指回轉(zhuǎn)軸垂直線的外側(cè),使手指趨向閉合。用這種手部結(jié)構(gòu)來(lái)夾緊工件是依靠工件本身的重量來(lái)實(shí)現(xiàn)的,工件越重,握力越大。手指的開(kāi)合動(dòng)作由鉸接活塞油缸實(shí)現(xiàn)。該手部結(jié)構(gòu)適用于傳輸垂直上升或水平移動(dòng)的重型工件。,圖1.2.27自重式手部結(jié)構(gòu),圖1.2.28所示為彈簧外卡式手部結(jié)構(gòu)。手指1的夾放動(dòng)作是依靠手臂的水平移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)頂桿2與工件端面相接觸時(shí),壓縮彈簧3,并推動(dòng)拉桿4向右移動(dòng),使手指1繞支承軸回轉(zhuǎn)而夾緊工件。卸料時(shí)手指1與卸料槽口相接觸,使手指張開(kāi),頂桿2在彈簧3的作用下將工件推入卸料槽內(nèi)。這種手部適用于抓取輕小環(huán)形工件,如軸承內(nèi)座圈等。,圖1.2.28彈簧外卡式手部結(jié)構(gòu),3.勾托式手部圖1.2.29所示為勾托式手部結(jié)構(gòu)示意圖。勾托式手部并不靠夾緊力來(lái)夾持工件,而是利用工件本身的重量,通過(guò)手指對(duì)工件的勾、托、捧等動(dòng)作來(lái)托持工件。應(yīng)用勾托方式可降低對(duì)驅(qū)動(dòng)力的要求,簡(jiǎn)化手部結(jié)構(gòu),甚至可以省略手部驅(qū)動(dòng)裝置。該手部適用于在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)搬運(yùn)大型笨重的工件或結(jié)構(gòu)粗大而質(zhì)量較輕且易變形的物體。勾托式手部又有手部無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)裝置兩種類型。,圖1.2.29勾托式手部示意圖(a)無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置的手部；(b)有驅(qū)動(dòng)裝置的手部,1.2.4專用操作器及轉(zhuǎn)換器1.專用末端操作器機(jī)器人是一種通用性很強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)備,可根據(jù)作業(yè)要求完成各種動(dòng)作,再配上各種專用的末端操作器后,就能完成各種動(dòng)作。如在通用機(jī)器人上安裝焊槍就成為一臺(tái)焊接機(jī)器人,安裝擰螺母機(jī)則成為一臺(tái)裝配機(jī)器人。目前有許多由專用電動(dòng)、氣動(dòng)工具改型而成的操作器,如圖1.2.18所示,有擰螺母機(jī)、焊槍、電磨頭、電銑頭、拋光頭、激光切割機(jī)等。所形成的一整套系列供用戶選用,使機(jī)器人能勝任各種工作。,圖1.2.18還有一個(gè)裝有電磁吸盤(pán)式換接器的機(jī)器人手腕,電磁吸盤(pán)直徑60mm,質(zhì)量為1kg,吸力1100N,換接器可接通電源、信號(hào)、壓力氣源和真空源,電插頭有18芯,氣路接頭有5路。為了保證聯(lián)接位置精度,設(shè)置了兩個(gè)定位銷。在各末端操作器的端面裝有換接器座,平時(shí)陳列于工具架上,需要使用時(shí)機(jī)器人手腕上的換接器吸盤(pán)可從正面吸牢換接器座,接通電源和氣源,然后從側(cè)面將末端操作器退出工具架,機(jī)器人便可進(jìn)行作業(yè)。,圖1.2.18各種專用末端操作器和電磁吸盤(pán)式換接器,1.換接器或自動(dòng)手爪更換裝置使用一臺(tái)通用機(jī)器人,要在作業(yè)時(shí)能自動(dòng)更換不同的末端操作器,就需要配置具有快速裝卸功能的換接器。換接器由兩部分組成:換接器插座和換接器插頭,分別裝在機(jī)器腕部和末端操作器上,能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人對(duì)末端操作器的快速自動(dòng)更換。專用末端操作器換接器的要求主要有:同時(shí)具備氣源、電源及信號(hào)的快速聯(lián)接與切換;能承受末端操作器的工作載荷;在失電、失氣情況下,機(jī)器人停止工作時(shí)不會(huì)自行脫離;具有一定的換接精度等。,圖1.2.19所示為氣動(dòng)換接器和專用末端操作器庫(kù)。該換接器也分成兩部分:一部分裝在手腕上,稱為換接器;另一部分裝在末端操作器上,稱為配合器。利用氣動(dòng)鎖緊器將兩部分進(jìn)行聯(lián)接,并具有就位指示燈以表示電路、氣路是否接通。,圖1.2.19氣動(dòng)換接器與專用末端操作器庫(kù),圖1.2.20專用末端操作器庫(kù),3.多工位換接裝置某些機(jī)器人的作業(yè)任務(wù)相對(duì)較為集中,需要換接一定量的末端操作器,又不必配備數(shù)量較多的末端操作器庫(kù)。這時(shí)，可以在機(jī)器人手腕上設(shè)置一個(gè)多工位換接裝置。例如,在機(jī)器人柔性裝配線某個(gè)工位上,機(jī)器人要依次裝配如墊圈、螺釘?shù)葞追N零件,裝配采用多工位換接裝置,可以從幾個(gè)供料處依次抓取幾種零件,然后逐個(gè)進(jìn)行裝配,既可以節(jié)省幾臺(tái)專用機(jī)器人,也可以避免通用機(jī)器人頻繁換接操作器和節(jié)省裝配作業(yè)時(shí)間。,多工位換接裝置如圖1.2.21所示,就像數(shù)控加工中心的刀庫(kù)一樣,可以有棱錐型和棱柱型兩種形式。棱錐型換接裝置可保證手爪軸線和手腕軸線一致,受力較合理,但其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜;棱柱型換接器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,但其手爪軸線和手腕軸線不能保持一致,受力不良。,圖1.2.21多工位末端操作器換接裝置(a)棱錐型；(b)棱柱型,1.2.6.手爪設(shè)計(jì)和選用的要求,手爪設(shè)計(jì)和選用最主要的是滿足功能上的要求，具體來(lái)說(shuō)要在下面幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)查，提出設(shè)計(jì)參數(shù)和要求。,(1)被抓握的對(duì)象物手爪設(shè)計(jì)和選用首先要考慮的是什么樣的工件要被抓握。因此，必須充分了解工件的幾何形狀、機(jī)械特性。1)幾何參數(shù)有：工件尺寸可能給予抓握表面的數(shù)目可能給予抓握表面的位置和方向夾持表面之間的距離夾持表面的幾何形狀2)機(jī)械特性有以下方面：質(zhì)量材料固有穩(wěn)定性表面質(zhì)量和品質(zhì)表面狀態(tài)工件溫度,(2)物料饋送器或儲(chǔ)存裝置與機(jī)器人配合工作的零件饋送器或儲(chǔ)存裝置對(duì)手爪必需的最小和最大爪鉗之間的距離以及必需的夾緊力都有要求，同時(shí)，還應(yīng)了解其它可能的不確定的因素對(duì)手爪工作的影響。(3)機(jī)器人作業(yè)順序一臺(tái)機(jī)器人在齒輪箱裝配作業(yè)中需要搬運(yùn)齒輪和軸，并進(jìn)行裝配，雖然手部可以既抓握齒輪也可以?shī)A持軸，但是，不同零件所需的夾緊力和爪鉗張開(kāi)距離是不同的，手部設(shè)計(jì)上要考慮到被夾持對(duì)象物的順序。在必要的時(shí)候?？刹捎枚嘀甘肿Γ栽黾邮植孔鳂I(yè)的柔性。,(4)手爪和機(jī)器人匹配手爪一般用法蘭式機(jī)械接口與手腕相連接，手爪自重也增加了機(jī)械臂的載荷，這兩個(gè)問(wèn)題必須給予仔細(xì)考慮。手爪是可以更換的，手爪形式可以不同，但是與手腕的機(jī)械接口必須相同，這就是接口匹配。手爪自重不能太大，機(jī)器人能抓取工件的重量是機(jī)器人承載能力減去手爪重量。手爪自重要與機(jī)器人承載能力匹配。(5)環(huán)境條件在作業(yè)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境狀況很重要，比如高溫、水、油等環(huán)境會(huì)影響手爪工作。一個(gè)鍛壓機(jī)械手要從高溫爐內(nèi)取出紅熱的鍛件坯必須保證手爪的開(kāi)合、驅(qū)動(dòng)在高溫環(huán)境中均能正常工作。,