工业机器人技术第2章　工业机器人机构.ppt

2.1　机器人末端操作器　　机器人必须有“手”，这样它才能根据电脑发出的“命令”执行相应的动作。“手”不仅是一个执行命令的机构，它还应该具有识别的功能，这就是我们通常所说的“触觉”。机器人的手一般由方形的手掌和节状的手指组成。为了使机器人手具有触觉，在手掌和手指上都装有带有弹性触点的触敏元件(如灵敏的弹簧测力计)；如果要感知冷暖，则还可以装上热敏元件。当手指触及物体时，触敏元件发出接触信号；否则就不发出信号。在各指节的连接轴上装有精巧的电位器(一种利用转动来改变电路的电阻而输出电流信号的元件)，它能把手指的弯曲角度转换成“外形弯曲信息”。把外形弯曲信 息和各指节产生的接触信息一起送入电子计算机，通过计算就能迅速判断机械手所抓的物体的形状和大小。现在，机器人手已经具有了灵巧的指、腕、肘和肩胛关节，能灵活自如地伸缩摆动，手腕也会转动弯曲。通过手指上的传感器还能感觉出抓握的东西的重量，可以说机器人手已经具备了人手的许多功能。　　图2.1所示为人类手腕的两个B(Bend)关节。在实际情况中，有许多时候并不一定需要这样复杂的多节人工指。 图 2.1　人类手腕的两个B关节 　　用在工业上的机器人的手我们一般称之为末端操作器，它是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头等)并进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，并大致可分为以下几类：　　(1) 夹钳式取料手；　　(2) 吸附式取料手；　　(3) 专用操作器及转换器；　　(4) 仿生多指灵巧手;　　(5) 其他手。 　　 2.1.1　夹钳式取料手　　夹钳式手部与人手相似，是工业机器人广为应用的一种手部形式。它一般由手指(手爪)和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成，如图2.2所示，并能通过手爪的开闭动作实现对物体的夹持。 图 2.2　夹钳式手部的组成 　　1. 手指　　手指是直接与工件接触的部件。手部松开和夹紧工件，就是通过手指的张开与闭合来实现的。机器人的手部一般有两个手指，也有3个或多个手指，其结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。　　指端的形状通常有两类：V型指和平面指。如图2.3所示的3种V型指端的形状，用于夹持圆柱形工件。如图2.4所示的平面指为夹钳式手的指端，一般用于夹持方形工件(具有两个平行平面)，板形或细小棒料。另外，尖指和薄、长指一般用于夹持小型或柔性工件。其中，薄指一般用于夹持位于狭窄工作场地的细小工件，以避免和周围障碍物相碰；长指一般用于夹持炽热的工件，以免热辐射对手部传动机构的影响。 图 2.4　夹钳式手的指端 (a) 平面指；(b) 尖指；(c) 特形指 　　指面的形状常有光滑指面、齿形指面和柔性指面等。光滑指面平整光滑，用来夹持已加工表面，避免已加工表面受损。齿形指面的指面刻有齿纹，可增加夹持工件的磨擦力，以确保夹紧牢靠，多用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品。柔性指面内镶橡胶、泡沫、石棉等物，有增加磨擦力、保护工件表面、隔热等作用，一般用于夹持已加工表面、炽热件，也适于夹持薄壁件和脆性工件。 　　2. 传动机构　　传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。该机构根据手指开合的动作特点分为回转型和平移型。回转型又分为一支点回转和多支点回转；根据手爪夹紧是摆动还是平动，又可分为摆动回转型和平动回转型。　　1) 回转型传动机构　　夹钳式手部中使用较多的是回转型手部，其手指就是一对杠杆，一般再同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、蜗轮蜗杆或螺杆等机构组成复合式杠杆传动机构，用以改变传动比和运动方向等。 　　图2.5(a)所示为单作用斜楔式回转型手部结构简图。斜楔向下运动，克服弹簧拉力，使杠杆手指装着滚子的一端向外撑开，从而夹紧工件；斜楔向上移动，则在弹簧拉力作用下使手指松开。手指与斜楔通过滚子接触可以减少摩擦力，提高机械效率，有时为了简化，也可让手指与斜楔直接接触。也有如图2.5(b)所示的结构。 图 2.5　斜楔杠杆式手部结构 (a) 单作用斜楔式回转型手部结构；(b) 另一种手部结构 　　图2.6所示为滑槽式杠杆回转型手部简图，杠杆形手指4的一端装有V形指5，另一端则开有长滑槽。驱动杆1上的圆柱销2套在滑槽内，当驱动连杆同圆柱销一起作往复运动时,即可拨动两个手指各绕其支点(铰销3)作相对回转运动，从而实现手指的夹紧与松开动作。 图 2.6　滑槽式杠杆回转型手部简图 　　图2.7所示为双支点连杆杠杆式手部简图。驱动杆2末端与连杆4由铰销3铰接，当驱动杆2作直线往复运动时，则通过连杆推动两杆手指各绕其支点作回转运动，从而使手指松开或闭合。 图 2.7　双支点连杆杠杆式手部