机器人手部设计.pptVIP

§4-5手部设计 一、概述 工业机器人的手部(Hand)也叫做末端操作器(End-effector)，它是装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。人的手有两种含义：第一种含义是医学上把包括上臂、手腕在内的整体叫做手；第二种含义是把手掌和手指部分叫做手。工业机器人的手部接近于第二种含义。 工业机器人手部的特点： (1)手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、液接头，当工业机器人作业对象不同时，可以方便地拆卸和更换手部。 (2)手都是工业机器人末端操作器。它可以像人手那样具有手指，也可以是不具备手指的手；可以是类人的手爪，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。 (3)手部的通用性比较差。工业机器人手部通常是专用的装置，比如：一种手爪往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务。 　　(4)手部是一个独立的部件。假如把手腕归属于手臂，那么工业机器人机械系统的三大件就是机身、手臂和手部(未端操作器)。手部对于整个工业机器人来说是完成作业好坏、作业柔性好坏的关键部件之一。具有复杂感知能力的坦l能化手爪的出现，增加了工业机器人作业的灵活性和可靠性。 　　有一种弹钢琴的表演机器人的手部已经与人手十分相近，具有多个多关节手指,一个手的自由度达到20余个，每个自由度独立驱动。目前工业机器人手部的自由度还比较少，把具备足够驱动力量的多个驱动源和关节安装在紧凑的手部里是十分困难的。本节主要介绍和讨论手爪(Gripper)式手部的原理和设计，因为它具有一定的通用性。而喷漆枪、焊具之类的专用工具(Specialtooi)是行业性专业工具，不予介绍。 二、手部的分类 1.按用途分 　　(1)手爪。具有一定的通用性，它的主要功能是：抓住工件，握持工件，释放工件。 　　抓住——在给定的目标位置和期望姿态上抓住工件，工件在手爪内必须具有可靠的定位，保持工件与手爪之间准确的相对位，以保证机器人后续作业的准确性。 　　握持——确保工件在搬运过程中或零件在装配过程中定义了的位置和姿态的准确性。 　　释放——在指定点上除去手爪和工件之间的约束关系。图4-46所示的手爪夹持圆柱工件，尽管夹紧力足够大，在工件和手爪接触面上有足够的摩擦力来支承工件重量，但是从运动学观点来看，约束条件是不够的，不能保证工件在手爪上的准确定位。 (2)工具。是进行某种作业的专用工具，如喷漆枪，焊具等，如图4-47所示。 2.按夹持原理分 　　图4-48所示为机械类、磁力类和真空类三种手爪的分类。机械类手爪有靠摩擦力夹持和吊钩承重两类，前者是有指手爪，后者是无指手爪。产生夹紧力的驱动源可以有气动、液动、电动和电磁四种。磁力类手爪主要是磁力吸盘，有电磁吸盘和永磁吸盘两种。真空类手爪是真空式吸盘，根据形成真空的原理可分为真空吸盘、气流负压吸盘、挤气负压吸盘三种。磁力手爪及真空手爪是无指手爪。 3.按手指或吸盘数目分 　　机械手爪可分为：二指手爪、多指手瓜。 　　机械手爪按手指关节分：单关节手指手爪、多关节手指手爪。 　　吸盘式手爪按吸盘数目分：单吸盘式手爪、多吸盘式手爪。 　　图4-49所示为一种三指手爪的外形图，每个手指是独立驱动的。这种三指手爪与二指手瓜相比可以抓取像立方体、圆柱体、球体等不同形状的物体。图4-50所示为一种多关节柔性手指手爪，它的每个手指具有若干个被动式关节(PassivejointS)，每个关节不是独立驱动。在拉紧夹紧钢丝绳后柔性手指环抱住物体，因此这种柔性手指手爪对物体形状有一种适应性。但是，这种柔性手指并不同于各个关节独立驱动的多关节手指。 4.按智能化分 　　(1)普通式手爪。手爪不具备传感器。 　　(2)智能化手爪。手爪具备一种或多种传感器，如力传感器、触觉传感器、滑觉传感器等，手爪与传感器集成成为智能化手爪(IntelligentGrippers)。 三、手爪设计和选用的要求 手爪设计和选用最主要的是满足功能上的要求，具体来说要在下面几个方面进行调查，提出设计参数和要求。 1.被抓握的对象物 　　手爪设计和选用首先要考虑的是什么样的工件要被抓握。因此,必须充分了解工件的几何形状、机械特性。 2.物料的馈送器或存储装置 　　与机器人配合工作的零件馈送器或储存装置对手爪必需的最小和最大爪钳之间的距离以及必需的夹紧力都有要求，同时，还应了解其它可能的不确定的因素对手爪工作的影响。 3.机器人作业顺序 　　一台机器人在齿轮箱装配作业中需要搬运齿轮和轴，并进行装配，虽然手部可以既抓握齿轮也可以夹持轴，但是，不同零件所需的夹紧力和爪钳张开距离是不同的，手部设计上要考虑到被夹持对象物的顺序