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​搬运机械手知识科普 贤集网工业机器人频道

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工业生产中应用的用以搬运或操作的能自动抓取的自动机械装置称为工业机械手,由程序控制其运行轨迹和操作,外形模仿人手形状。

  普通机械手由控制系统、驱动系统和执行系统三部分组成,此外安装有检测装置,智能机械手的组成还有智能系统和感觉系统。机械手的控制主要是在位置识别、运动方向以及是否需要抓取的判断(无料情况下),任务是将工件从某处搬到某处,由双线圈三位电磁阀气动缸驱动机械手完成上下左右移动及抓取和松开动作。

  较简易搬运机械手设计

  简易机械手设计首先考虑的应用,完成什么工作,是搬运物料还是切割、装配等。考虑机械手的组成:执行机构、驱动系统、控制系统。执行机构由手部、手腕、手臂、行走机构等部件完成。

  ①手部 根据物件形状有夹持式和吸附式。夹持式手部由手指和传力机构组成,其中手指根据运动形式有回转型和平移型,前者应用较多。手指结构需要根据被抓物件的形状、重量、尺寸选择,通常有平面、V形面、曲面手指;还有外夹式、内撑式;还分为双指式、多指式及双手双指式。传力机构有滑槽杠杆式、连杆杠杆式等等。

  ②腕部 腕部的作用是连接手部和臂部,调节方位,从而增大机械手的应用范围,腕部能让机械手更加灵巧。通常腕部有回转运动和上下摆动即可满足工作需求,此外还可有左右摆动功能。也可以不要腕部,直接用臂部运动驱动手部搬运工件。

  ③臂部 手臂是支撑腕部和手部的部件,带动其做空间运动。臂部需要将手部送到任意范围内。臂部需要具有至少三个自由度:手臂的伸缩、左右旋转、升降。如上文所说,手臂动作由驱动机构液压气缸及其他传动机构实现。

  自由度和坐标形式设计

  ①自由度

  机械手设计中,自由度是主要参数,自由度即整机、手臂、手腕相对于固定坐标系的独立运动。有几个独立运动就有几个自由度。每一个运动部件对应固定坐标系具有的独立运动称为自由度。每个构件对应固定坐标系最多有6个自由度,即XYZ三个方向独立的往复运动,绕XYZ轴三个独立的回转运动。工业机械手的自由度数越多,动作就越灵活,应用也就越广。

  ②坐标形式 机械手坐标形式有:直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节式。 选择哪种坐标形式要通过方案选择,根据生产工艺、精度、空间等确定。直角坐标式手臂运动系由三个直线运动组成,包括X轴的伸缩、Z轴的升降、Y轴的横移。结构简单、定位精度高,缺点是占地面积达,灵活性差。圆柱坐标式机械手手臂运动系由两个直线运动和一个回转组成,即X轴的伸缩、Y轴的升降和Z轴的回转。相对直角坐标式占地面积小、活动范围小,定位精度高,应用广泛。球坐标式机械手手臂运动系由一个直线运动和两个回转组成。即X轴的伸缩、Y轴的俯仰、Z轴的回转。该机械手做俯仰运动能抓取地面上的物件,通常在手腕设置上下摆动,使其手部保持水平状态,动作灵活,占地面积小工作范围大。关节式机械手手臂可做多个方向转动,类似人的手臂,由大小两臂和立柱组成,大小两臂之间的联动称为肘关节,大臂与立柱之间的连接为肩关节,所有关节由铰链构成实现转动。大臂俯仰、小臂俯仰、大臂回转。工作范围大、动作灵活、通用性强。

  驱动机构选取

  驱动机构是工业机械手重要组成部分,决定了机械手的性能及价格。有4种:液压、气动、电动、机械驱动。以下仅简约表述液压机构驱动机械手的几个优缺点:①油管连接液压传动方便灵活布置传动机构;②重量轻、结构紧凑、惯性小;③较大范围内实现无极调速;④传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定;⑤液压装置容易实现过载保护;⑥液压传动容易实现自动化。缺点:①液压系统漏油因素影响平稳性;②液压传动对油温变化较敏感,不宜在温度变化大的环境下工作;③要求液压元件及配合件制造精度高、加工工艺复杂;④需要单独能源;⑤排除故障难度大。

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