1、1n手腕手腕n聯接手臂和手部的結構部件聯接手臂和手部的結構部件n主要作用主要作用 確定手部的作業方向確定手部的作業方向n具有具有 - - 獨立的自由度獨立的自由度n滿足手部滿足手部 - - 完成復雜的姿態完成復雜的姿態4.4.手腕結構手腕結構2n確定手部的作業方向確定手部的作業方向 需要三個自由度需要三個自由度n1 1）臂轉）臂轉 繞小臂軸線方向旋轉繞小臂軸線方向旋轉n2 2）手轉）手轉 使手部繞自身的方向旋轉使手部繞自身的方向旋轉n3 3）腕擺）腕擺 使手部相對于臂進行擺動使手部相對于臂進行擺動3n常用常用 - - 手腕結構手腕結構n圖圖 a an腕部關節配置腕部關節配置 - - 臂轉，腕擺

2、，手轉結構臂轉，腕擺，手轉結構n圖圖 b bn腕部關節配置腕部關節配置 - - 臂轉，雙腕擺，手轉結構臂轉，雙腕擺，手轉結構4n腕部關節配置圖腕部關節配置圖5n腕部結構設計腕部結構設計n要滿足要滿足 - - 傳動靈活、結構緊湊輕巧、避免干涉傳動靈活、結構緊湊輕巧、避免干涉n多數機器人多數機器人 - - 腕部結構的驅動部分安排在小臂上腕部結構的驅動部分安排在小臂上n設法使設法使 個電動機的運動個電動機的運動 - - 傳遞到同軸旋轉的心傳遞到同軸旋轉的心軸和多層套筒上軸和多層套筒上n運動傳入腕部后運動傳入腕部后 - - 再分別實現各個動作再分別實現各個動作n6n機器人進行機器人進行 - - 精密裝

3、配作業中精密裝配作業中n被裝配零件被裝配零件 - - 不一致不一致n工件的定位夾具，機器人的定位精度工件的定位夾具，機器人的定位精度 - - 不能滿足裝不能滿足裝配要求時配要求時n會導致會導致 - - 裝配困難裝配困難n這時提出這時提出 - - 裝配動作的柔順性要求裝配動作的柔順性要求7n柔順裝配技術柔順裝配技術n檢測檢測、控制的角度采取不同搜索方法、控制的角度采取不同搜索方法 邊校正邊裝配邊校正邊裝配n手爪上裝視覺、力傳感器等檢測元件手爪上裝視覺、力傳感器等檢測元件 - - 主動柔順裝配主動柔順裝配n缺點缺點 - - 價格較貴、裝配速度較慢價格較貴、裝配速度較慢n機械結構角度手腕部配置柔順環

4、節機械結構角度手腕部配置柔順環節 被動柔順裝配被動柔順裝配n優點優點 結構簡單、價格便宜、裝配速度較快結構簡單、價格便宜、裝配速度較快8n柔順手腕柔順手腕9n柔順手腕動作過程柔順手腕動作過程n插入裝配中插入裝配中 工件局部被卡住時工件局部被卡住時n受到阻力受到阻力 使柔順手腕起作用使柔順手腕起作用n手爪有手爪有 微小的修正量微小的修正量n工件工件 - - 能順利的插入能順利的插入10n手部手部n最重要的執行機構最重要的執行機構n從功能和形態從功能和形態 - - 可分可分n工業機器人的手部工業機器人的手部n仿人機器人手部仿人機器人手部n常用的手部常用的手部 - - 可分（按握持原理）可分（按握持

5、原理）n夾持類夾持類n吸附類吸附類5.5.手部機構手部機構11n1)1)夾持類夾持類n夾持類手部夾持類手部 - - 可分可分n夾鉗式夾鉗式n托勾式托勾式n彈簧式彈簧式n夾持類手部夾持類手部 - - 可分（按手指夾持工作時運動方式不可分（按手指夾持工作時運動方式不同同 ）n手指回轉型手指回轉型n指面平移型指面平移型12n(1)(1)夾鉗式夾鉗式n夾鉗式夾鉗式 工業機器人最常用的手部形式工業機器人最常用的手部形式n夾鉗式手部夾鉗式手部 - - 組成組成n手指手指n傳動機構傳動機構n驅動裝置驅動裝置n支架支架13n夾鉗式手部的組成夾鉗式手部的組成14n 手指手指n直接與工件接觸的構件直接與工件接觸的

6、構件n手部松開和夾緊工件手部松開和夾緊工件 通過手指的張開和閉合來實通過手指的張開和閉合來實現現n一般機器人手部一般機器人手部 - - 只有兩個手指只有兩個手指, ,少數有三個或多個少數有三個或多個n結構型式結構型式 常取決于被夾持工件的形狀和特性常取決于被夾持工件的形狀和特性15na) a) 指端的形狀指端的形狀n指端指端 - - 手指上直接與工件接觸的部位手指上直接與工件接觸的部位n結構形狀結構形狀 - - 取決與工件的形狀取決與工件的形狀n指端指端 - - 類型類型nV V 形指形指n平面指平面指n尖指或薄尖指或薄、長指、長指n特形指特形指16n夾鉗式手的指端夾鉗式手的指端17nV V

7、形指形指n用于用于 - - 夾持圓柱形工件夾持圓柱形工件n特點特點 夾緊平穩可靠夾緊平穩可靠, ,夾持誤差小夾持誤差小n平面指平面指n用于用于 - - 夾持方形工件夾持方形工件 ( (具有兩個平行表面具有兩個平行表面),),板形或板形或細小棒料細小棒料18n尖指尖指n用于用于 夾持小型或柔性工件夾持小型或柔性工件n薄指薄指n用于用于 夾持位于狹窄工作場地的細小工件夾持位于狹窄工作場地的細小工件n避免避免 - - 和周圍障礙物相碰和周圍障礙物相碰19n長指長指n用于用于 - - 夾持熾熱工件夾持熾熱工件n避免避免 - - 熱輻射對手部傳動機構的影響熱輻射對手部傳動機構的影響n特形指特形指n用于用

8、于 - - 夾持形狀不規則的工件夾持形狀不規則的工件20nb) b) 指面形式指面形式n根據工件形狀、大小及被夾持部位材料軟硬、表面性根據工件形狀、大小及被夾持部位材料軟硬、表面性質不同質不同 - - 手指的指面有手指的指面有n光滑指面光滑指面n齒型指面齒型指面n柔型指面柔型指面21n光滑指面光滑指面n指面指面 - - 平整光滑平整光滑n用來夾持已加工表面用來夾持已加工表面 - - 避免已加工表面受損傷避免已加工表面受損傷n齒型指面齒型指面n指面指面 - - 刻有齒紋刻有齒紋n可增加與夾持工件間的摩擦力可增加與夾持工件間的摩擦力 - - 確保夾緊可靠確保夾緊可靠n多用來夾持多用來夾持 表面粗糙

9、的毛坯或半成品表面粗糙的毛坯或半成品22n柔型指面柔型指面n指面鑲襯指面鑲襯 - - 橡膠、泡沫、石棉等物橡膠、泡沫、石棉等物n作用作用 - - 增加摩擦力、保護表面、隔熱等增加摩擦力、保護表面、隔熱等n用來夾持用來夾持 - - 已加工表面、熾熱件、薄壁件已加工表面、熾熱件、薄壁件、脆性件、脆性件23nc) c) 手指材料手指材料n夾鉗式手部手指材料可選夾鉗式手部手指材料可選 - - 一般碳素鋼和合金結構鋼一般碳素鋼和合金結構鋼n為手指經久耐用為手指經久耐用 可鑲嵌硬質合金可鑲嵌硬質合金n高溫作業的手指高溫作業的手指 可選用耐熱鋼可選用耐熱鋼n腐蝕性氣體環境下工作的手指腐蝕性氣體環境下工作的手

10、指n可鍍鉻或進行搪瓷處理可鍍鉻或進行搪瓷處理n可選用可選用 - - 耐腐蝕的玻璃鋼或聚四氟乙烯耐腐蝕的玻璃鋼或聚四氟乙烯24n 傳動機構傳動機構n向手指傳遞向手指傳遞 - - 運動和動力運動和動力n實現實現 - - 夾緊和松開動作的機構夾緊和松開動作的機構n主要有主要有n回轉型傳動機構回轉型傳動機構n平移型傳動機構平移型傳動機構25n 回轉型傳動機構回轉型傳動機構n夾鉗式手部中較多的是夾鉗式手部中較多的是 - - 回轉型手部回轉型手部n手指手指 - - 一對一對( (或幾對或幾對) )杠桿杠桿n同斜楔、滑槽、連桿、齒輪、蝸輪蝸桿或螺桿等機構同斜楔、滑槽、連桿、齒輪、蝸輪蝸桿或螺桿等機構組成組成

11、 - - 復合式杠桿傳動機構復合式杠桿傳動機構n改變改變 - - 傳力比、傳動比及運動方向傳力比、傳動比及運動方向26n回轉型傳動機構回轉型傳動機構 - - 包括包括n斜楔杠桿式斜楔杠桿式n滑槽式杠桿滑槽式杠桿回轉型回轉型n雙支點雙支點連桿杠桿式連桿杠桿式n齒條齒輪杠桿式齒條齒輪杠桿式27n單作用斜楔式單作用斜楔式回轉型手部的結構簡圖回轉型手部的結構簡圖28na) a) 斜楔杠桿式斜楔杠桿式n斜楔斜楔 2 2 向下運動向下運動 克服彈簧克服彈簧 5 5 拉力拉力n杠桿手指裝著滾子杠桿手指裝著滾子 3 3 的一端向外撐開的一端向外撐開 夾緊工件夾緊工件 8 8n斜楔向上移動斜楔向上移動, ,彈簧

12、拉力作用下彈簧拉力作用下 手指手指 7 7 松開松開n手指與斜楔通過滾子接觸手指與斜楔通過滾子接觸 可減小摩擦力可減小摩擦力, ,提高效率提高效率n有時為簡化結構有時為簡化結構 可讓手指與斜楔直接相接觸可讓手指與斜楔直接相接觸29n滑槽式杠桿雙支點滑槽式杠桿雙支點回轉型手部的簡圖回轉型手部的簡圖30nb) b) 滑槽式杠桿滑槽式杠桿回轉型回轉型n手指手指 4 4 的一端裝有的一端裝有 V V 型指型指 5 ,5 ,另一端有長滑槽另一端有長滑槽n驅動桿驅動桿 1 1 上的圓柱銷上的圓柱銷 2 2 套在滑槽內套在滑槽內n驅動連桿同圓柱銷作往復運動時驅動連桿同圓柱銷作往復運動時, ,可撥動兩個手指各

13、可撥動兩個手指各繞其支點繞其支點( (鉸銷鉸銷 3)3)作相對回轉運動作相對回轉運動 實現手指對工實現手指對工件件 6 6 的夾緊與松開動作的夾緊與松開動作n活動環節較多活動環節較多 配合間隙的影響不可忽視配合間隙的影響不可忽視n機構無自鎖性能機構無自鎖性能 靠驅動力鎖緊靠驅動力鎖緊31n雙支點雙支點回轉型連桿杠桿式手部的簡圖回轉型連桿杠桿式手部的簡圖32nc) c) 雙支點雙支點連桿杠桿式連桿杠桿式n驅動桿驅動桿 2 2 末端與連桿末端與連桿 4 4 由鉸銷由鉸銷 3 3 鉸接鉸接n驅動桿驅動桿 2 2 作直線往復運動時作直線往復運動時 - - 通過連桿推動手指各通過連桿推動手指各繞支點繞支

14、點 7 7 作回轉運動作回轉運動n使手指使手指 - - 松開或閉合松開或閉合n活動環節較多活動環節較多 定心精度比斜楔傳動差定心精度比斜楔傳動差33n齒條直接傳動的齒輪杠桿式手部的結構簡圖齒條直接傳動的齒輪杠桿式手部的結構簡圖34nd) d) 齒條齒輪杠桿式齒條齒輪杠桿式n驅動桿驅動桿 2 2 末端制成雙面齒條末端制成雙面齒條 與扇形齒輪與扇形齒輪 4 4 相嚙相嚙合合n扇形齒輪扇形齒輪 4 4 與手指與手指 5 5 固連在一起固連在一起 可繞支點回轉可繞支點回轉n驅動力推動齒條作直線往復運動驅動力推動齒條作直線往復運動 - - 可帶動扇形齒輪回可帶動扇形齒輪回轉轉n使手指使手指 - - 閉合

15、或松開閉合或松開35n 平移型傳動機構平移型傳動機構n平移型夾鉗式手部平移型夾鉗式手部 通過手指的指面作直線往復運通過手指的指面作直線往復運動或平面移動來實現張開或閉合動作動或平面移動來實現張開或閉合動作n常用于夾持常用于夾持 平行平面的工件平行平面的工件( (如箱體如箱體) )n結構較復雜結構較復雜 不如回轉型應用廣泛不如回轉型應用廣泛n根據結構可分根據結構可分 平面平行移動機構平面平行移動機構、直線往復移動、直線往復移動機構機構36n平移型夾鉗式手部的簡圖平移型夾鉗式手部的簡圖37na) a) 四連桿機構平移型手部四連桿機構平移型手部n驅動器驅動器 1 1 和驅動元件和驅動元件 2 2 帶

16、動平行四邊形鉸鏈機構帶動平行四邊形鉸鏈機構 ( 3 ( 3 為主動搖桿為主動搖桿,4 ,4 為從動搖桿為從動搖桿) - ) - 實現手指平移實現手指平移n缺點缺點 n機構的構件較多機構的構件較多n傳動效率低傳動效率低n機構內部受力情況不同機構內部受力情況不同38n常用常用 - - 實現直線往復移動的機構實現直線往復移動的機構n斜楔傳動斜楔傳動n齒條傳動齒條傳動n螺旋傳動螺旋傳動39n連桿杠桿平移結構連桿杠桿平移結構40n 驅動裝置驅動裝置n向傳動機構提供向傳動機構提供 - - 動力的裝置動力的裝置n按驅動方式不同按驅動方式不同 - - 可分可分n液壓驅動液壓驅動n氣動驅動氣動驅動n電動驅動電動

17、驅動n機械驅動機械驅動41n 支架支架n使手部與機器人的腕或臂相聯接使手部與機器人的腕或臂相聯接n聯接和支承元件聯接和支承元件n有關部分有關部分 - - 成一個整體成一個整體42n2) 2) 鉤托式手部鉤托式手部n利用手指對工件鉤利用手指對工件鉤、托、捧等動作、托、捧等動作來來 - - 托持工件托持工件n優點優點 可降低驅動力的要求可降低驅動力的要求, ,簡化手部結構簡化手部結構, ,可省略可省略手部驅動裝置手部驅動裝置n適用于適用于 水平面和垂直面內作低速移動的搬運工作水平面和垂直面內作低速移動的搬運工作n鉤托式手部可分鉤托式手部可分 無驅動裝置型無驅動裝置型、有驅動裝置型有驅動裝置型43n

18、無驅動裝置的鉤托式手部無驅動裝置的鉤托式手部44na) a) 無驅動裝置的鉤托式手部無驅動裝置的鉤托式手部n手部在臂的帶動下手部在臂的帶動下 - - 向下移動向下移動n手部下降到一定位置時手部下降到一定位置時 齒條齒條 1 1 下端碰到撞塊下端碰到撞塊n臂部繼續下移臂部繼續下移 齒條帶動齒輪齒條帶動齒輪 2 2 旋轉旋轉, ,手指手指 3 3 進進入工件鉤托部位入工件鉤托部位n手指托持工件時手指托持工件時 銷子銷子 4 4 在彈簧力作用插入齒條在彈簧力作用插入齒條缺口缺口, ,保持手指的鉤托狀態使手臂攜帶工件離開原始保持手指的鉤托狀態使手臂攜帶工件離開原始位置位置n完成鉤托任務后完成鉤托任務后

19、 電磁鐵將銷子向外拔出電磁鐵將銷子向外拔出, ,手指呈手指呈自由狀態自由狀態, ,可繼續下個工作循環程序可繼續下個工作循環程序45n有驅動裝置的鉤托式手部有驅動裝置的鉤托式手部46nb) b) 有驅動裝置的鉤托式手部有驅動裝置的鉤托式手部n依靠機構內力依靠機構內力 平衡工件重力平衡工件重力, ,保持托持狀態保持托持狀態n驅動液壓缸驅動液壓缸 5 5 以較小的力驅動杠桿手指以較小的力驅動杠桿手指 6 6 和和 7 7 回轉回轉 使手指閉合至托持工件的位置使手指閉合至托持工件的位置n手指和工件的接觸點均在回轉支點手指和工件的接觸點均在回轉支點 的外側的外側 因此手指托持工件后因此手指托持工件后,

20、,工件本身重量不會使手指自工件本身重量不會使手指自行松脫行松脫 21,OO47n3) 3) 彈簧式手部彈簧式手部n靠彈簧力的作用靠彈簧力的作用 - - 夾緊工件夾緊工件n手部不需要專用驅動裝置手部不需要專用驅動裝置 結構簡單結構簡單n特點特點 工件進入手指和從手指中取下都是強制進行工件進入手指和從手指中取下都是強制進行n缺點缺點 彈簧力有限彈簧力有限, ,只適于夾持輕小工件只適于夾持輕小工件48n彈簧片手指彈性手爪彈簧片手指彈性手爪49n彈簧片手指彈性手爪彈簧片手指彈性手爪n手臂帶動夾鉗向坯料推進時手臂帶動夾鉗向坯料推進時 彈簧片彈簧片 3 3 受到壓力受到壓力自動張開自動張開n工件進入鉗內工

21、件進入鉗內 受彈簧作用自動夾緊受彈簧作用自動夾緊n工件傳送到指定位置工件傳送到指定位置 手指不會將工件松開手指不會將工件松開n先工件固定后先工件固定后 手部后退手部后退, ,強迫手指撐開后留下工強迫手指撐開后留下工件件n適用于適用于 定心精度不高的場合定心精度不高的場合50n2) 2) 吸附類吸附類n吸附式手部吸附式手部 靠吸附力取料靠吸附力取料n根據吸附力不同有根據吸附力不同有 氣吸附、磁吸附氣吸附、磁吸附n適應于適應于 大平面大平面( (單面接觸無法抓取單面接觸無法抓取) )、易碎、易碎( (玻璃、玻璃、磁盤磁盤) )、微小、微小( (不易抓取不易抓取) )的物體的物體n使用面使用面 -

22、- 較大較大51n(1) (1) 氣吸式氣吸式n氣吸式手部氣吸式手部 由吸盤由吸盤( (一個或幾個一個或幾個) )、吸盤架、進排、吸盤架、進排氣系統組成氣系統組成n優點優點n結構簡單結構簡單n重量輕重量輕n使用方便可靠使用方便可靠n工件表面沒有損傷工件表面沒有損傷52n缺點缺點n要求要求 - - 工件與吸盤接觸部位光滑平整、清潔、被吸工件與吸盤接觸部位光滑平整、清潔、被吸工件材質致密、沒有透氣空隙工件材質致密、沒有透氣空隙n按形成壓力差的方法按形成壓力差的方法 - - 可分可分n真空氣吸真空氣吸n氣流負壓氣吸氣流負壓氣吸n擠壓排氣負壓氣吸擠壓排氣負壓氣吸53n真空氣吸附手部結構真空氣吸附手部結

23、構54n真空氣吸附手部真空氣吸附手部n真空產生真空產生 利用真空泵利用真空泵, ,真空度較高真空度較高n主要零件主要零件 蝶形吸盤蝶形吸盤 1, 1, 通過固定環通過固定環 2 2 安裝在支安裝在支承桿承桿 4 4 上上, , 支承桿由螺母支承桿由螺母 5 5 固定在基板固定在基板 6 6 上上n取料時取料時 橡膠吸盤與物體表面接觸橡膠吸盤與物體表面接觸, ,橡膠吸盤的邊橡膠吸盤的邊緣起密封作用緣起密封作用, ,又起到緩沖作用又起到緩沖作用, ,然后真空抽氣然后真空抽氣, ,吸盤吸盤內腔形成真空內腔形成真空, ,實施吸附取料實施吸附取料n放料時放料時 管路接通大氣管路接通大氣, ,失去真空失去

24、真空, ,物體放下物體放下55n氣流負壓吸附手部結構氣流負壓吸附手部結構56n氣流負壓吸附手部氣流負壓吸附手部n利用利用 - - 流體力學原理流體力學原理n取物時取物時 壓縮空氣高速流經噴嘴壓縮空氣高速流經噴嘴 5 5 時時, ,出口處的氣出口處的氣壓低于吸盤腔內的氣壓壓低于吸盤腔內的氣壓, ,腔內氣體被高速氣流帶走形腔內氣體被高速氣流帶走形成負壓成負壓, ,完成取物動作完成取物動作n釋放時釋放時 切斷壓縮空氣即可切斷壓縮空氣即可n優點優點 - - 成本較低成本較低57n擠壓排氣式手部結構擠壓排氣式手部結構58n擠壓排氣式手部擠壓排氣式手部n取料時取料時 吸盤吸盤 1 1 壓緊物體壓緊物體,

25、,橡膠吸盤變形橡膠吸盤變形, ,擠出腔擠出腔內多余空氣內多余空氣, ,手部上升手部上升, ,靠橡膠吸盤恢復力形成負壓將靠橡膠吸盤恢復力形成負壓將物體吸住物體吸住n釋放時釋放時 壓下推桿壓下推桿 3,3,使吸盤腔與大氣連通失去負使吸盤腔與大氣連通失去負壓壓n優點優點 - - 結構簡單結構簡單n缺點缺點 - - 要防止漏氣要防止漏氣, ,不宜長期停頓不宜長期停頓59n(2) (2) 磁吸式磁吸式n磁吸式手部磁吸式手部 利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產生的利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產生的磁力來吸附工件磁力來吸附工件, ,應用廣應用廣n優點優點n有較大的單位面積吸力有較大的單位面積吸力n工件表面粗糙度及通孔、溝槽等無特殊要求工件表面粗糙度及通孔、溝槽