自動機與自動線第四章機器人與機器手

自動機與自動線第四章機器人與機器手第一頁，共33頁。

學習目的隨著機電一體化技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，在越來越多的自動機和自動線上，都采用了各種類型的工業(yè)機械手，來幫助實現(xiàn)自動化并進一步提高自動化程度。本章通過對工業(yè)機械手的組成和分類以及工業(yè)機械手典型結構等內容的介紹，列舉了工業(yè)機械手的應用實例、工業(yè)機械手常用的傳動機構、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的特點以及傳感器的分類等等，使學生能夠對工業(yè)機械手的構成及工作原理有一個大致的了解，掌握鑒別和選用工業(yè)機械手的方法。第二頁，共33頁。4.1工業(yè)機械手及機器人的組成和分類4.2手爪的類型及結構4.3手腕的選用及手臂的典型結構4.4工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)4.5工業(yè)機械手舉例第三頁，共33頁。工業(yè)機械手是模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運工件或操作工具的自動機械裝置。在工業(yè)生產中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機器人是用來進行搬運材料、零件、工具等可再編程的多功能機械手，或通過不同程序的調用來完成各種工作任務的特殊裝置第四頁，共33頁。4.1.1工業(yè)機械手的組成工業(yè)機械手主要由執(zhí)行機構、驅動機構、控制系統(tǒng)和機座等四部分組成。

1.執(zhí)行機構(1)手爪(2)手腕(3)手臂(4)立柱(5)行走機構2.驅動機構3.控制系統(tǒng)4.機座第五頁，共33頁。工業(yè)機器人由三大部分六個子系統(tǒng)組成。三大部分是：機械部分、傳感部分、控制部分。六個子系統(tǒng)是：驅動系統(tǒng)、機械結構構系統(tǒng)(機械部分)，感受系統(tǒng)、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)(傳感部分)，人機交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)(控制部分)。第六頁，共33頁。1.按使用范圍分(1)專用機械手(2)通用機械手2.按驅動方式分(1)機械手驅動方式分類①機械傳動機械手②液壓傳動機械手③氣動傳動機械手④電力傳動機械手第七頁，共33頁。

電動：音圈電機、直線電機直線型液壓：活塞液壓缸氣壓：伸縮軟管、氣缸

電動：直流伺服電機、交流伺服電機、步進電機旋轉型液壓：旋轉馬達氣壓：氣壓馬達、渦輪(3)機器人驅動方式的特點及比較第八頁，共33頁。1)五種基本坐標式機器人：直角坐標式機器人、圓柱坐標式機器人、球坐標式機器人、關節(jié)坐標式機器人、平面關節(jié)式機器人。2)兩種冗余自由度結構機器人：整體控制的柔軟臂機器人(也稱象鼻子機器人)、每一關節(jié)獨立控制的冗余自由度機器人。3)模塊化結構機器人第九頁，共33頁。型號與名稱機械結構形式自由度數(shù)說明臂、腕等共有幾個運動自由度運動范圍指各運動自由度的行程范圍。一般是以爪中心為名義端點來計算。運動速度指最大速度或平均速度，或各運動自由度的速度。抓取重量表示機器人負荷能力的參數(shù)。通常用最大速度時腕部最大負荷（N）表示。驅動方式說明采用何種方式（液壓、氣動、電動等）驅動以及驅動機構狀況。定位精度這是衡量工業(yè)機械手工作質量的重要指標。一般指重復定位精度。定位精度與位置控制方式、運動部件本身的精度和剛度、抓重、運動速度等因素有密切關系。動力源說明電源、氣壓、液壓等動力的規(guī)格、功率等。第十頁，共33頁。4.2.1手爪結構分類1.機械手指型按手爪上的指數(shù)分為二指型和三指型，大多數(shù)為二指型。按手爪數(shù)目分為單爪型和多爪型。2.真空型及磁鐵型3.萬能手爪第十一頁，共33頁。1.連桿型圖4-3滑塊-搖桿機構第十二頁，共33頁。第十三頁，共33頁。圖4-7齒輪--齒條型氣動手爪第十四頁，共33頁。圖4-9凸輪驅動型手爪第十五頁，共33頁。

圖4-10螺旋驅動型手爪第十六頁，共33頁。1.真空吸盤型(1)擠壓排氣式吸盤圖4-11擠壓排氣式吸盤第十七頁，共33頁。(2)擴散負壓式吸盤圖4-12擴散負壓式噴嘴結構第十八頁，共33頁。(3)真空泵式吸盤2.電磁吸盤型4.2.4新型手爪1.可吹脹手爪圖4-13可吹脹手爪第十九頁，共33頁。2.軟性手爪圖4-14軟性手爪第二十頁，共33頁。3.三手指型圖4-15三指手爪示意圖第二十一頁，共33頁。4.3.1手腕的選用手腕是連接手爪和手臂的構件，它具有獨立的自由度，為了使機械手適應被夾持物的不同要求，選用手腕時，要考慮下列兩個因素：1.自由度的選取(1)在手臂運動范圍內，能滿足抓取和傳送工件時，就盡量不選用手腕動作，這樣可以使手腕結構簡化，制造方便，降低成本，提高精度。(2)對被抓取的工件有轉位(或俯仰)要求(例如工件要求定位后轉位90o或180o)時，可增加手腕的回轉動作，因為用手臂完成回轉動作時，慣性大，會影響定位精度。(3)有時為了裝卸工件，可令手腕增加橫移動作。第二十二頁，共33頁。圖4-16手腕運動示意圖第二十三頁，共33頁。1.直線(伸縮、升降)運動機構

(1)往復直線缸（2）直線感應電機(簡稱直線電機)（3）其他機械式直線機構2.回轉(擺動)運動機構(1)葉片式擺動缸(2)齒輪齒條機構第二十四頁，共33頁。工業(yè)機器人傳動機構是用來將原動機發(fā)出的機械能傳遞給關節(jié)或其它工作部分，以實現(xiàn)機器人各種必要的運動。工業(yè)機器人常用的傳動方案機器人中常用的傳動機構有齒輪傳動、螺旋傳動、帶及鏈傳動等。第二十五頁，共33頁。4.4.1機器人控制系統(tǒng)的特點4.4.2機器人控制系統(tǒng)的基本要求4.4.3機器人控制系統(tǒng)的分類1.程序控制系統(tǒng)2.按照外界狀態(tài)進行控制的系統(tǒng)3.適應控制系統(tǒng)4.4.4工業(yè)機器人的傳感器第二十六頁，共33頁。4.5.1盤式工件提升機械手圖4-26吸盤式機械手工作過程示意圖第二十七頁，共33頁。圖4-28嵌裝工件用機械手第二十八頁，共33頁。第二十九頁，共33頁。(a)工件夾持(b)工件插裝第三十頁，共33頁。工業(yè)機械手是指在工業(yè)生產中應用的、能按預定的要求模仿人手的部分動作的自動機械裝置。工業(yè)機械手主要由執(zhí)行機構（如手爪手腕等）、驅動機構（如氣壓液壓等）、控制系統(tǒng)（如保存或記憶指令信息等）及機座這四部分組成。工業(yè)機械手可按使用范圍或驅動方式來分類，也可按運動方式來分，即有“直角坐標型機械手”、“圓柱坐標型機械手”、“球坐標型機械手”以及“多關節(jié)型機械手”。工業(yè)機械手的手爪類型確定，主要是根據(jù)被抓取工件的形狀、材料、結構等來決定的。通常有機械手指型、真空型、磁鐵型和萬能手爪型等多種型式。構成機械手指的運動機構常見的有連桿機構、齒輪-齒條機構、凸輪機構和螺旋機構等。第三十一頁，共33頁。吸盤型抓取機構適用于一些不宜或不便使用機械手指抓取的工件，主要類型是真空吸盤型和電磁機構吸盤型兩種。為了使手腕的動作既能適應被抓取的工件的不同要求，又