(6.1)--2.1工业机器人机械结构.ppt

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1、机器人机械结构工业机器人机械结构1.工业机器人机械本体结构2.工业机器人减速机1.工业机器人机械本体结构武汉华中数控股份有限公司1.工业机器人机械本体结构工业机器人机械机构的组成1.手 部2.手 腕3.臂 部4.机 身武汉华中数控股份有限公司1.工业机器人机械机构的组成手部工业机器人为了进行作业，在手腕上配置了操作机构，有时也称为手爪或末端执行器手腕联接手部和手臂的部分，主要作用是改变手部的空间方向和将作业载荷传递到手臂臂部联接机身和手腕的部分，主要作用是改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，并将各种载荷传递到机座机身机器人的基础部分，起支承作用对固定式机器人，直接联接在地面基础上，对移动

2、式机器人，则安装在移动机构上武汉华中数控股份有限公司1.1手部机构（末端执行器）定义：机器人的手部是是最重要的执行机构，它是一个安装在机器人手臂上，使其能够拿起一个对象，并且具有处理，夹持，传输，放置和释放对象到一个准确位置等功能的机构。搬运机器人焊接机器人武汉华中数控股份有限公司工业机器人手部设计要求(1)不论是什么类型,末端执行器需要有满足作业需要的足够的夹持(吸附)力和所需的夹持位置精度。(2)应尽可能使末端执行器结构简单和紧凑，质量轻，以减轻手臂负荷。专用的末端执行器结构简单，工作效率高，而能够完成各种作业的“万能”末端执行器结构复杂，费用昂贵，因此提倡设计可快速更换的系列化、通用化专

3、用末端执行器.。1.1手部机构（末端执行器）武汉华中数控股份有限公司从功能和形态上看，它可分为a.工业型机器人手部b.仿人型机器人的手部（1）工业机器人手部类型根据结构和用途可以分为a.夹持类b.吸附类c.专用类（焊枪、喷嘴、电磨头等）1.1手部机构（末端执行器）武汉华中数控股份有限公司1.夹持类夹持类手部除常用的夹钳式外，还有脱钩式。此类手部按其手指夹持工件时的运动方式不同又可分为手指回转型和指面平移型。1.1手部机构（末端执行器）武汉华中数控股份有限公司(1)夹钳式1.1手部机构（末端执行器）夹钳式是工业机器人最常用的一种手部形式之一,一般夹钳式(见图2-13所示)由以下几部分组成:1)手

4、指2)传动机构3)驱动装置4)支架武汉华中数控股份有限公司(1)夹钳式手指：它是直接与工件接触的构件。手部松开和夹紧工件，就是通过手指的张开和闭合来实现的。一般情况下，机器人的手部只有两个手指，少数有三个或多个手指。它们的结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。武汉华中数控股份有限公司(1)夹钳式）指端的形状指端的形状通常有两类:V型指和平面指。V用于夹持圆柱形工件;平面指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。另外还有长指，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。武汉华中数控股份有限公司）指面形式指面的形状常有光滑指面、齿形指面和柔性指面等。a.光滑指面

5、平整光滑,用来夹持已加工表面,避免已加工表面受损。b.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。c.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。(1)夹钳式武汉华中数控股份有限公司传动机构：它是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。根据手指开合的动作特点分为回转型和平移型。(1)夹钳式）回转型传动机构夹钳式手部中较多的是回转型手部，其手指就是一对（或几对）杠杆，再同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、蜗轮蜗杆等机构组成复合式杠杆传动机构，来改变传动比

6、及运动方向等。1-壳体；2-斜楔驱动杆；3-滚子；4-圆柱销；5-拉簧；6-铰销；7-手指；8-工件斜楔杠杆式手部武汉华中数控股份有限公司(1)夹钳式1-驱动杆；2-圆柱销；3-铰销；4-手指；5-V形指；6-工件滑槽式杠杆回转型手部武汉华中数控股份有限公司(1)夹钳式武汉华中数控股份有限公司(1)夹钳式连杆杠杆机械手1-驱壳；2-驱动杆；3-中间齿轮；4-扇齿轮；5-手指；6-V形指；7-工件齿条齿轮杠杆式手部武汉华中数控股份有限公司(1)夹钳式武汉华中数控股份有限公司）平移型传动机构平移型夹钳式手部是通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作的，常用于夹持具有平行平面的工件

7、（如箱体等）。其结构较复杂，不如回转型应用广泛。平移型传动机构据其结构，大致可分平面平行移动机构和直线往复移动机构两种类型。武汉华中数控股份有限公司）平移型传动机构 直线往复移动机构:实现直线往复移动的机构很多,常用连杆杠杆、齿条传动、螺旋传动等均可应用于手部结构。连杆杠杆平移结构武汉华中数控股份有限公司 平面平行移动机构：如图所示为几种平面平行平移型夹钳式手部的简图。它们的共同点是:都采用平行四边形的铰链机构双曲柄铰链四连杆机构,以实现手指平移。其差别在于分别采用齿条齿轮、蜗杆蜗轮、连杆斜滑槽的传动方法。1-驱动器；2-驱动元件；3-主动摇杆；4-从动摇杆；5-手指四连杆机构平移型手部结构武

8、汉华中数控股份有限公司(2)钩拖式手部勾托式手部并不靠夹紧力来夹持工件，而是利用手指对工件钩、拖、捧等动作来拖持工件。应用钩拖方式可降低驱动力的要求，简化手部结构，甚至可以省略手部驱动装置。它适用于在水平面内和垂直面内作低速移动的搬运工作，尤其对大型笨重的工件或结构粗大而质量较轻且易变形的工件更为有利。无驱动装置有驱动装置武汉华中数控股份有限公司(2)钩拖式手部武汉华中数控股份有限公司(2)钩拖式手部无驱动装置工作原理：手部在臂的带动下向下移动，当手部下降到一定位置时齿条下端碰到撞块，臂部继续下移，齿条便带动齿轮旋转，手指即进入工件钩拖部位。手指拖持工件时，销子在弹簧力作用下插入齿条缺口，保持

9、手指的钩拖状态并可使手臂携带工件离开原始位置。在完成钩拖任务后，由电磁铁将销子向外拔出，手指又呈自由状态，可继续下个工作循环程序。武汉华中数控股份有限公司(2)钩拖式手部有驱动装置工作原理：依靠机构内力来平衡工件重力而保持拖持状态。驱动液压缸以较小的力驱动杠杆手指和回转，使手指闭合至拖持工件的位置。手指与工件的接触点均在其回转支点O1、O2的外侧，因此在手指拖持工件后，工件本身的重量不会使手指自行松脱。武汉华中数控股份有限公司2.吸附类(1)气吸式气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作的。按形成压力差的方法,可分为真空吸附、气流负压吸附、挤压排气式等几种。气吸式取料手与夹钳

10、式取料手相比,具有结构简单,重量轻,吸附力分布均匀等优点,对于薄片状物体的搬运更有其优越性(如板材、纸张、玻璃等物体),广泛应用于非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求物体表面较平整光滑,无孔无凹槽。为避免在取、放时产生撞击,有的还在支承杆上配有弹簧缓冲。武汉华中数控股份有限公司1)真空吸附式工作原理：碟形橡胶吸盘1,通过固定环2安装在支承杆4上,支承杆由螺母5固定在基板6上。其真空的产生利用真空泵。取料：真空抽气,吸盘内腔形成真空,吸取物料。橡胶吸盘既起到密封作用,又起到缓冲作用。放料：管路接通大气,失去真空,物体放下。(a)垫圈取料手；(b)钢球取料手ab微小零件取料手真空吸附式特点：

11、吸附力大工作可靠。但需要真空系统，成本高武汉华中数控股份有限公司2)气流负压吸附取物：利用流体力学的原理，压缩空气高速流经喷嘴5时,其出口处的气压低于吸盘腔内的气压,于是腔内的气体被高速气流带走而形成负压,完成取物动作;工作原理释放：切断压缩空气即可。特点：这种取料手需要压缩空气,工厂里较易取得,故成本较低。气流负压式取料手气路原理图武汉华中数控股份有限公司气流负压式取料手气路原理图当电磁阀得电时，压缩空气从真空发生器左侧进入并产生主射流，主射流卷吸 周围静止的气体一起向前流动，从真空发生器右口流出。于是在射流的周围形成一个低压区，接收室内的气体被吸进来与其融合一起流出，在接收室内及吸头处形成

12、负压，当负压达到一定值时，可将工件吸起来，此时压力开关可发出一个工件已被吸起的信号。当电磁阀失电时，无压缩空气进入真空发生器，不能形成负压，气爪将工件放下。1-橡胶皮吸盘；2-弹簧；3-拉杆武汉华中数控股份有限公司3)挤压排气式工作原理:取料：吸盘压紧物体,橡胶吸盘变形,挤出腔内多余的空气,取料手上升,靠橡胶吸盘的恢复力形成负压,将物体吸住;释放：压下拉杆3,使吸盘腔与大气相连通而失去负压。特点：该取料手结构简单,但吸附力小,吸附状态不易长期保持。武汉华中数控股份有限公司(2)磁吸式磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料,因此只能对铁磁物体起作用;另外,对某些不允许有剩磁的零件要禁

13、止使用。所以,磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。1-线圈；2-铁心；3-衔铁电磁铁工作原理当线圈1通电后，在铁心2内外产生磁场，磁力线穿过铁心、空气隙和衔铁3形成回路。衔铁收到电磁力F的作用被牢牢吸住。武汉华中数控股份有限公司(2)磁吸式几种电磁式吸盘吸料示意图abcda)吸附滚动轴承的电磁吸盘b)吸附钢板的电磁吸盘c)吸附钢板的电磁吸盘d)吸附多孔钢板的电磁吸盘武汉华中数控股份有限公司3 专用操作器及转换器（1）专用末端操作器机器人是一种通用性很强的自动化设备,可根据作业要求完成各种动作,再配上各种专用的末端操作器后,就能完成各种动作。如在通用机器人上安装焊枪就成为一台焊接机器人,安装拧螺

14、母机则成为一台装配机器人。武汉华中数控股份有限公司（2）换接器或自动手爪更换装置使用一台通用机器人,要在作业时能自动更换不同的末端操作器,就需要配置具有快速装卸功能的换接器。换接器由两部分组成:换接器插座和换接器插头,分别装在机器腕部和末端操作器上,能够实现机器人对末端操作器的快速自动更换。1-气动接口；2-定位销；3-电接头；4-电磁吸盘各种专用末端操作器和电磁吸盘式换接器武汉华中数控股份有限公司（2）换接器或自动手爪更换装置这是一个装有电磁吸盘式换接器的机器人手腕,换接器可接通电源、信号、压力气源和真空源。为了保证联接位置精度,设置了两个定位销。在各末端操作器的端面装有换接器座,平时陈列于

15、工具架上,需要使用时机器人手腕上的换接器吸盘可从正面吸牢换接器座,接通电源和气源,机器人便可进行作业。武汉华中数控股份有限公司该换接器也分成两部分:一部分装在手腕上,称为换接器;另一部分装在末端操作器上,称为配合器，利用气动锁紧器将两部分进行联接,并具有就位指示灯以表示电路、气路是否接通。（2）换接器或自动手爪更换装置气动换接器与专用末端操作器库武汉华中数控股份有限公司专用末端操作器换接器的要求主要有:同时具备气源、电源及信号的快速联接与切换;能承受末端操作器的工作载荷;在失电、失气情况下,机器人停止工作时不会自行脱离;具有一定的换接精度等。（2）换接器或自动手爪更换装置专用末端操作器库武汉华中数控股份有限公司1.2机器人手腕机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件,它的作用是调节或改变工件的方位,因而它具有独立的自由度,以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求。工业机器人一般需要6个自由度才能使手部达到目标位置并处于期望的姿态。为了使手部能处于空间任意方向,要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的转动,即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度。武汉华中数控股份有限公司手腕的自由度