原理方案设计

即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持 式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部 由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构 件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简 单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构 比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响 其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构 取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物 件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V 形面的和曲面的:手 指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。 而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力 机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆 式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 2）手腕 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即 姿势) 3）手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带 动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置.工业 机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮 齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、 气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。
用 液 压 油 作 传 于 1000kPa(10 和火灾危险，直流
安全性 动介质，在一定 个大气压)时应 有刷电动机换向
条 件 下 有 火 灾 注 意 设 备 的 抗 时有火花，对环境
危险
压性
的防爆性能较差
对 环 境 的 液压系统易漏 排气时有噪
无
影响
油，对环境有污 声
染
适用于重载、低 适 用 于 中 小 负 适用于中小负载、
原理方案设计 功能分析
机械手的机械系统主要由执行机构和驱动－传动系统组成。执行 机构是机械手赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组 成，由驱动－传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作任 务。驱动－传动系统主要包括驱动机构和传动系统。驱动机构提 供机器人各关节所需要的动力，传动系统则将驱动力转换为满足 机械手各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。机械手分为机 械系统、驱动系统和控制系统三大部分。 1．控制系统 此系统是控制驱动机构工作从而实现按预定程序进行工作的机 构，并通过位置检测的反馈来检测工作的精度，从而保证能正确 实现机械手的运动，迅速准确的完成机械手的运动，包括程序控 制部分和行程反馈部分。控制系统是支配着工业机械手按规定的 要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系 统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制 和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人 们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及 时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时 可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出 报警信号。控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构 的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通
模拟化，易实现 模拟化，易实现 好，噪声低，电动
结 构 性 能 直接驱动。功率 直接驱动。功率 机一般需配置减
及体积 /质量比大，体 /质量比大，体 速装置，除 DD 电
积 小 ， 结 构 紧 积 小 ， 结 构 紧 动机外，难以直接
凑，密封问题较 凑，密封问题较 驱动，结构紧凑，
大
小
无密封问题
防爆性能较好， 防爆性能好，高 设备自身无爆炸
控制性能 精度较高，输出 果差，低速不易 位，反应灵敏，可
功率大，可无级 控制，难以实现 实现高速、高精度
调 速 ， 反 应 灵 高速、高精度的 的连续轨迹控制，
敏，可实现连续 连续轨迹控制 伺服特性好，控制
轨迹控制
系统复杂
wenku.baidu.com响应速度
很高
较高
很高
结构适当，执行 结构适当，执行 伺服电动机易于
机构可标准化、 机构可标准化、 标准化，结构性能
速驱动，电液伺 载驱动、精度要 要求具有较高的
在 工 业 机 服系统适用于 求较低的有限 位置控制精度和
器 人 中 应 喷涂机器人、点 点 位 程 序 控 制 轨迹控制精度、速
用范围 焊 机 器 人 和 托 机器人，如冲压 度较高的机器人，
运机器人
机 器 人 本 体 的 如 AC 伺服喷涂机
气动平衡及装 器人、点焊机器
4）立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂
的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手 的立 I 因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 功能树
控制系统（一）
外观图简图
位形检测
控制系统（二）
驱动 传动 装置
执行 机构
智能系统
工作对象
配 机 器 人 气 动 人、弧焊机器人、
夹具
装配机器人等
成本 液 压 元 件 成 本 成本低
成本高
较高
维 修 及 使 方便，但油液对
用
环境温度有一
定要求
方便
较复杂
机器人驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求 有：
1）．单位质量的输出功率要高，效率也要高，控制精度较高； 2）．反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要 大，能够进行频繁地起、制动，正、反转切换； 3）．驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小； 4）．安全可靠； 5）．操作和维护方便； 基于上述驱动系统的特点和机器人驱动系统的设计要求，本 次设计采用液压驱动的方式对机器人进行驱动。 用来为各个部件的运动提供动力，是实现一切运动的动力来 源，有气动、液动电动和机械式四种形式，根据设计要求和各自 的优点和缺点，本机械手采用液压驱动实现，五个自由度。 3．执行系统 执行机构是完成各种动作的总称，具体包括以下几个部分 1）手部
过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位
置。
2．驱动系统
表 2.1 三种驱动方式的特点对照
内容
驱动方式
液压驱动
气动驱动
电机驱动
输出功率 很大，压力 大，压力范围为
较大
范围为 50～
48～60Pa
140Pa
利 用 液 体 的 不 气体压缩性大， 控制精度高，功率
可压缩性，控制 精度低，阻尼效 较大，能精确定