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一個平行爪 機械手 的 合規(guī)性 效應 作者： 籍：荷蘭 出處： 2002年 荷蘭代爾夫特設計學院 摘要 ： 本文討論了平行爪 機械手 的機械 合規(guī) 性 效應 。在研究專用 機械手 設計的一個案例中，分析了兩種不同設計元素 對兼容特性的影響 —— 預加載彈簧的彈性和由摩擦引起的 阻力 。這種 機械手 通過操縱半自動旋鎖來保護海輪貨物集裝箱。這種 適應 性效應能有效的減少偏差和對 機械手 的過載。 關鍵字：機械合規(guī)性 扭鎖操作 預裝載彈簧 摩擦力 1 介紹 ： 機械手 在夾具的幫助下抓取和操作對象。 通常把被操作的對象放在一個指定的位置，機器人可以抓取住并將其移動到另一個指定的位置 。當開始的抓取位置和最后放置的目的位置是能由外部干擾而移動的沉重剛體時， 抓取 就會出現(xiàn) 困難 。如果 機械手 無法 在 抓取和釋放中適應這種動作 ，那么這種運動的巨大力量就會被傳遞到機械手本身，可能導致機械手破壞。因此，機械手應該變成靈活的或者能適應復雜僵硬的環(huán)境。 通過標準的終端效應或夾具， 適應 性可以引入到機械手中。這個可以用不同的方法來實現(xiàn)。我們在文獻中能發(fā)現(xiàn)各種各樣的關于 機械手 合規(guī) 性的主題，這些都主要集中在對通用夾具和精細操作 的控制理論 中。在這種環(huán)境中 適應 性被調查用于剛度模型，而且可以引入遠程合規(guī)中心。這些調查借助特殊的傳感器和執(zhí)行器的可靠力量和可能的位置控制把合規(guī)性整合進控制系統(tǒng)。這種形式的電子控制的通用夾持器可以管理許多不同的任務和對象。 這是與被設計用于特定任務和對象的有特殊用途的端部執(zhí)行器相反的，通過利用簡單的傳感器和與以機械形式的合規(guī)性效應相結合的執(zhí)行器，一種有效的、可靠的、強大的 機械手 就能產生，這種 機械手 能夠適應運動（以有限制的方式）的 握 持點。適應這種形式的合規(guī)性夾具配置已被證明很難在文獻中找到。 本文給出了在 夾持器的機械合規(guī) 效應影響下的 一個 觀點。這是一個對夾具設計的案例研究。作為例子，它 討論了兩種不同的機械 合規(guī) 模式 。這個例子由一個用于操縱半自動旋鎖的平行爪 機械手 配置組成。 2 扭鎖機械手的背景 機械手被要求能自動連接和從 和到 集裝箱的底部角配件移除半自動旋鎖。在左邊圖 1 所示為一種半自動的扭鎖 ， 這種類型的扭鎖是一種綁扎設備，用于固定海域航行貨柜船舶的甲板。它由一本體，一上部和下部旋轉錐和一個 用于錐位置手動操作 的手柄組成 。 通過下側錐體的旋轉的解鎖， 上部錐體可以被插入到右圖所示的 底部的角鑄件。因為它的孔的形狀相匹配，所 以最上方的領口修正成的孔的角鑄件。當錐體旋轉回其原始位置時，旋轉式鎖銷被固定在底部的角鑄件，手柄是用于手動操作，如果它被拉到該軸旋轉時，錐體就連接在一起。 為了這種固定過程的自動化和反向操作這種夾具必須被設計成能 通過其脖子上的足夠的抓力來抓取不同類型的旋鎖 。 當機械手 定位在開放式 平行 爪扭鎖 時， 平行爪也必須 打 開的足夠大來防止和錐體發(fā)生碰撞 因為它會通過 連接線 被懸掛在空氣中或擱在 有氣動輪胎的 軋制 底盤上，所以這種容器能夠在 由于外部干擾而產生的 抓取和釋放操作中 移動。 風就是一個干擾的例子，它能夠在集裝箱的側面上產生波動力量，這可能會導致振蕩運動 。由于大型集裝箱（ 30 噸）的可能的運動和結構堅固的扭鎖 ，這種 機械手 將必須是兼容的，以防止對自身或對機器的其他部件造成破壞。機械合規(guī)性有助于解決在集圖 1 半自動扭鎖和邊角集裝箱 裝箱上的移動抓取點的問題，也有助于保持必要的控制系統(tǒng)簡單化。 因為 軸環(huán) 是不同的扭鎖設計 中 常見的元素 ，所以它 被選擇作為 與夾具 接觸的 表面 。它必須適應標準化的角鑄件的孔，所以形狀和大小大體相同。盡管孔的寬度的公差只允許被控制在 米以內，但在實踐中發(fā)現(xiàn)，軸環(huán)的寬度可以取在 57 毫米和 62 毫米 之間。 在這 5 毫米的范圍內，軸環(huán)的尺寸必須對夾具的可靠性操作加以考慮。 這是在扭鎖操作過程中必須要保證的最小 的作用力，可以用于所有軸口的 類型。 在圖 2a 中顯示了在抓取過程中由鉗口施加的作用力。套環(huán)側上產生的摩擦力必須足夠大，以補償在扭鎖上產生的靜態(tài)和動態(tài)的力。在與軸環(huán)表面平行的方向上必須進行補償?shù)目偟淖饔昧Γ?小是 200 N，這是通過確定由操作器和靜電引力造成的動態(tài)力計算出來的?？恐鵀?）的摩擦系數(shù)可以計算每個的鉗口施加的抓取力，如下 圖 2b 顯示了 在打開和閉合位置的夾爪 。它顯示 了在打開的夾具的定位中機械爪必須打開多大的距離。 因為圓錐直徑大于凸緣的寬度，所以在圓錐體和機械手之間必須有足夠的間隙以防止碰撞。為了得到一個間隙為 15 毫米的位移的鉗口，機械手必須具有 40 毫米。 3 找到一個合適的夾具配置 圖 3a 闡述了現(xiàn)有的能夠產生一個相當大的夾緊力和大位移的夾持器，它由兩個由雙作用氣缸驅動的平行機械爪組成。連接到氣缸的 s 活塞桿是一個雙齒條圖 2 扭鎖抓取力和必要的抓取行程 齒輪，它能驅動兩個部分扇區(qū)的小齒輪。 兩對 對稱平行布置閉 合聯(lián)系是直接安裝在行星小齒輪上的部分扇區(qū)和提供加緊力的。 這樣的設計只適合應用于就被抓 取物體的寬度具有兼容的行為，如果被抓取的對象大于閉合鉗口之間的距離，它們將會 在全部關閉之前與對象接觸，因此在關閉操作的期間，活塞將不會移動到結束位置， 它使抓取不同尺寸的物體變成可能。然而，檢測閉合位置的機械爪將變得更加困難。這需要一種特殊的檢測方法如作用力檢測 將要求測量閉合位置。 如圖 3a 所示的機械手結構圖中，在圖 3b 中機械手可以被給予額外的約束。 為了在水平方向能夠得到約束，預加載的彈簧已經被添加到機械手中 。預載彈簧提供了兩個好處，首先，所有需要建立足夠的抓力的行程會變短。如果預壓被設置為所需的最小的抓取 力， 那機械手在抓取到對象之后，彈簧幾乎不需要一段安全抓取的距離 。第二，需要抓取的最小的力在傳感器的幫助下能保證，檢測到端部位置的氣壓缸 。如果機械爪之間的抓取對象到達氣缸閉合行程的末端，那彈簧必須受壓，而且抓取力必須 至少等于設定的預緊力。 圖 3 平行機械手合規(guī)性配置