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1、機(jī)器人手部結(jié)構(gòu),主講周蘭,引言：,工業(yè)機(jī)器人的手部也叫末端操作器，它直接裝在工業(yè)機(jī)器人的手腕上用于夾持工件或讓工具按照規(guī)定的程序完成指定的工作。,一、手部的特點(diǎn),,1手部與手腕相連處可拆卸：,手部與手腕處有可拆卸的機(jī)械接口：根據(jù)夾持對(duì)象的不同，手部結(jié)構(gòu)會(huì)有差異，通常一個(gè)機(jī)器人配有多個(gè)手部裝置或工具，因此要求手部與手腕處的接頭具有通用性和互換性。手部可能還有一些電、氣、液的接口：由于手部的驅(qū)動(dòng)方式不同造成。對(duì)這些部件的接口一定要求具有互換性。,2手部是末端操作器：,可以具有手指，也可以不具有手指；可以有手爪，也可以是專用工具。,末端操作器圖例（1）：,每個(gè)手指有三個(gè)或四個(gè)關(guān)節(jié)。技術(shù)關(guān)鍵是手指之間

2、的協(xié)調(diào)控制。,,末端操作器圖例（2）：,3手部是一個(gè)獨(dú)立的部件：,工業(yè)機(jī)器人通常分為三個(gè)大的部件：機(jī)身、手臂（含手腕）、手部。手部對(duì)整個(gè)機(jī)器人完成任務(wù)的好壞起著關(guān)鍵的作用，它直接關(guān)系著夾持工件時(shí)的定位精度、夾持力的大小等。,4手部的通用性比較差：,工業(yè)機(jī)器人的手部通常是專用裝置：一種手爪往往只能抓住一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面相近的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。,二、手部的設(shè)計(jì)要求,具有足夠的夾持力。保證適當(dāng)?shù)膴A持精度：手指應(yīng)能順應(yīng)被夾持工件的形狀，應(yīng)對(duì)被夾持工件形成所要求的約束?？紤]手部自身的大小、形狀、機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)自由度：主要是根據(jù)作業(yè)對(duì)象的大小、形狀、位置、姿態(tài)、重量、硬度和表

3、面質(zhì)量等來綜合考慮。智能化手部還應(yīng)配有相應(yīng)的傳感器：由于感知手爪和物體之間的接觸狀態(tài)、物體表面狀況和夾持力的大小等，以便根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)整等。,三、手部的構(gòu)成,主要有手指、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。,四、手部的分類,,1按用途分：,手爪：具有一定的通用性。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，工件必須有可靠的定位，保持工件和手爪之間的準(zhǔn)確的相對(duì)位置關(guān)系，以保持機(jī)器人后續(xù)作業(yè)的準(zhǔn)確性。握?。捍_保工件在搬運(yùn)過程中或零件裝配過程中定義了的位置和姿態(tài)的準(zhǔn)確性。釋放：在指定位置結(jié)束手部和工件之間的約束關(guān)系。工具：進(jìn)行作業(yè)的專用工具。,工件的定位和夾緊：,,

4、F,,2按夾持方式分：,外夾式：手部與被夾件的外表面相接觸。內(nèi)撐式：手部與工件的內(nèi)表面相接觸。內(nèi)外夾持式：手部與工件的內(nèi)、外表面相接觸。,夾持方式圖例：,,,,Z,X,Y,,3按手爪的運(yùn)動(dòng)形式分：,回轉(zhuǎn)型：當(dāng)手爪夾緊和松開物體時(shí)，手指作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被抓物體的直徑大小變化時(shí)，需要調(diào)整手爪的位置才能保持物體的中心位置不變。平動(dòng)型：手指由平行四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，當(dāng)手爪夾緊和松開物體時(shí)，手指姿態(tài)不變，作平動(dòng)。平移型：當(dāng)手爪夾緊和松開工件時(shí)，手指作平移運(yùn)動(dòng)，并保持夾持中心的固定不變，不受工件直徑變化的影響。,回轉(zhuǎn)型圖例：,壓縮彈簧,拉伸彈簧,,,,,,,,,平動(dòng)型圖例：,,,,,,,,動(dòng)作分解：,作業(yè)：用作圖

5、法分析當(dāng)主動(dòng)件左移才處于某個(gè)位置時(shí)，手指所處的位置。,平移型圖例：,,該絲桿的螺紋具有什么特點(diǎn)？,此時(shí)手部是張開還是合攏？,4按夾持原理分：,手指式：外夾式、內(nèi)撐式、內(nèi)外夾持式。平移式、平動(dòng)式、旋轉(zhuǎn)式。二指式、多指式。單關(guān)節(jié)式、多關(guān)節(jié)式。吸盤式：負(fù)壓吸盤：真空式、噴氣式、擠氣式。磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。,五、典型結(jié)構(gòu),,1機(jī)械式手爪結(jié)構(gòu)：,氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)手爪：氣缸驅(qū)動(dòng)活塞平移齒條移動(dòng)扇形齒輪擺動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)手爪平動(dòng)其它四種機(jī)械式手爪機(jī)構(gòu)：,氣動(dòng)手爪圖例：,問題：1、分析手部的運(yùn)動(dòng)。2、手部作的是什么類型運(yùn)動(dòng)？,,機(jī)械手爪圖例：,齒輪齒條式手爪,重力式手爪,滑槽式手爪,撥桿杠桿式手爪,,,,,,

6、,,,,,,2電磁吸盤(1)：,電磁吸盤的結(jié)構(gòu)：主要由磁盤、防塵蓋、線圈、殼體等組成。工作原理：夾持工件：線圈通電空氣間隙的存在線圈產(chǎn)生大的電感和啟動(dòng)電流周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)（通電導(dǎo)體一定會(huì)在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)）吸附工件放開工件：線圈斷電磁吸力消失工件落位,2電磁吸盤(2)：,適用范圍：適用于用鐵磁材料做成的工件；不適合于由有色金屬和非金屬材料制成的工件。適合于被吸附工件上有剩磁也不影響其工作性能的工件。適合于定位精度要求不高的工件。適合于常溫狀況下工作。鐵磁材料高溫下的磁性會(huì)消失。,電磁吸盤圖例:,,3真空式吸盤：,構(gòu)成:由真空泵、電磁閥、電機(jī)和吸盤等構(gòu)成。工作原理：形成真空吸附工件：電機(jī)真空泵3電磁閥左

7、側(cè)從吸盤5處抽氣釋放工件：電機(jī)、泵停轉(zhuǎn)大氣經(jīng)6口4電磁閥左側(cè)3電磁閥右側(cè)送氣至吸盤5處,真空吸盤控制系統(tǒng)圖例：,1DT,2DT,,,,,,,真空吸盤結(jié)構(gòu)圖例：,4自適應(yīng)吸盤：,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該吸盤具有一個(gè)球關(guān)節(jié)，使吸盤能傾斜自如，適應(yīng)工件表面傾角的變化。,5異形吸盤：,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：可用來吸附雞蛋、錐頸瓶等物件。擴(kuò)大了真空吸盤在機(jī)器人上的應(yīng)用。,6噴氣式吸盤：,工作原理：壓縮空氣進(jìn)入噴嘴后，利用伯努利效應(yīng)，當(dāng)壓縮空氣剛進(jìn)入時(shí)，由于噴嘴口逐漸縮小，致使氣流速度逐漸增加。當(dāng)管路截面收縮到最小處時(shí)，氣流速度達(dá)到臨界速度，然后噴嘴管路的截面逐漸增加，使與橡膠皮碗相連的吸氣口處，造成很高的氣流速度而形成負(fù)壓。應(yīng)用：在工廠一般都有空壓站，噴氣式吸盤在工廠得到廣泛的應(yīng)用。,噴氣式吸盤圖例：,,7擠氣式吸盤：,主要構(gòu)成：吸盤架、壓蓋、密封墊、吸盤工作原理：,擠氣式吸盤工作原理圖：,,六、手部結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例,,1平行指手爪機(jī)構(gòu)：,工作原理：回轉(zhuǎn)動(dòng)力源1和6驅(qū)動(dòng)構(gòu)件2和5順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過平行四邊形機(jī)構(gòu)帶動(dòng)手指3和4作平動(dòng)，夾緊或釋放工件。,2設(shè)有檢測(cè)開關(guān)的手爪裝置：,工作原理：手爪裝有限位開關(guān)5和7。在指爪4沿垂直方向接近工件6的過程中，限位開關(guān)檢測(cè)手爪與工件的相對(duì)位置。當(dāng)工件接觸限位開關(guān)時(shí)發(fā)信號(hào)，汽缸通過連桿3驅(qū)動(dòng)指爪夾緊工件。,4上料吸盤（1）：,4上料吸盤（2）：,