【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 多樣的，大致可分為以下幾類： （ 1）夾鉗式取料手 （ 2）吸附式取料手 （ 3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器 （ 4）仿生多指靈巧手 本文設(shè)計(jì)對(duì)象為物料搬運(yùn)機(jī)器人，并不需要復(fù)雜的多指人工指，只需 要設(shè)計(jì)能從不同角度抓取工件的鉗形指。 手指是直接與工件接觸的部件。手指松開和加緊工件是通過(guò)手指的張開與閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)手指，其外形如圖所示： 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。根據(jù)手指開合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移形。本文采用回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖 為初步設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （只畫出了一半，另一半關(guān)于中心線對(duì)稱）。 在圖中， O為電機(jī)輸出軸，曲柄ＯＡ、連桿ＡＢ、滑塊Ｂ和支架結(jié)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：滑塊Ｂ、連桿ＢＣ、搖桿ＣＥ和支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。通過(guò)兩個(gè) 機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動(dòng)ＤＥ的來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的開合運(yùn)動(dòng)。 圖中的黑線和藍(lán)線表示機(jī)構(gòu)運(yùn)行的兩個(gè)極限位置。 為便于手指的順利合攏，可以在兩個(gè)手指之間設(shè)置一個(gè)彈簧，這樣還可以提供適當(dāng)?shù)膴A緊力。 另外，在選用電機(jī)的時(shí)候，要使電機(jī)的功率 足以克服彈簧的收縮和張開，并且提供足夠加緊物體的力。 ２ .３．３ 驅(qū)動(dòng)方式 該機(jī)器人一共具有四個(gè)獨(dú)立的傳動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，一共需要五個(gè)動(dòng)力源。 機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類型。這三種方法各有所長(zhǎng)，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見表２ .１： 表２ .１三 種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照 液壓驅(qū)動(dòng)： （ 1）輸出功率 很大，壓力范圍為 50140Pa，利用液體不可縮性，控制精度較高。 （ 2）控制性能 輸出功率大，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 （ 3）響應(yīng)速度 很高 (4)結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行結(jié)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較大 . (5)安全性 防爆性能好，用液壓做傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn)。 （ 6）在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于 噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人。 （ 7）成本維修及使用 液壓元件成本較高方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求 。 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)： （ 1） 輸出功率 大，壓力范圍為 4860Pa，最大可達(dá) Pa 氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速。 （ 2） 控制性能 不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制。 （ 3） 響應(yīng)速度 較高。 （ 4） 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較小 。 （ 5） 安全性 防爆性能好，高于 1000kPa(10 個(gè)大氣壓 )時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性。 （ 6） 對(duì)環(huán)境的影響 排氣時(shí)有噪 聲。 （ 7） 在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用范圍 適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人，如沖壓器機(jī)器人本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)器人氣動(dòng)夾具。 （ 8） 成本維修及使用 成本方便。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)： （ 1） 輸出功率 較大控制精度，功率較大， 能精確定位，反應(yīng)靈敏。 （ 2） 控制性能 可實(shí)現(xiàn)高速、高精度連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜。 （ 3） 響應(yīng)速度 很高。 （ 4） 結(jié)構(gòu)性能及體積 伺服電機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除 DD 電動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問(wèn)題。 （ 5） 安全性 設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī) 換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境防爆性能較差。 （ 6） 對(duì)環(huán)境的影響 無(wú)。 （ 7）在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)器人，如 AC 伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等。 （ 8）成本維修及使用 成本高較復(fù)雜。 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有： （ 1） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； （ 2） 反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁的起、制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)切換； （ 3） 驅(qū)動(dòng)盡可能靈活， 位移偏 差 和速度偏差要??； （ 4） 安全可靠； （ 5） 操作和維護(hù)方便； （ 6） 對(duì)環(huán)境無(wú)污染，噪聲要??； （ 7） 經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積 。 基于上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本文選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 傳動(dòng)方案的確定 傳動(dòng)方案分析 ： 1 方案一： 第一、二、自由度均采用伺服電機(jī)加減 速器的結(jié)構(gòu)形式。大臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和小臂的回轉(zhuǎn)軸共線。小臂的傳動(dòng)方案與大臂的傳動(dòng)方案相同，這樣雖然結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單，但對(duì) 大臂產(chǎn)生了一定的不利影響并且對(duì)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算也會(huì)較為麻煩。第三個(gè)自由度即就是升降機(jī)結(jié)構(gòu)采用電機(jī)步進(jìn)電機(jī)加同步齒形帶的傳動(dòng)方案。同步齒形帶具有精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比恒定等特點(diǎn)。但對(duì)安裝的精度要求較高，負(fù)載能力也很有限并且不能實(shí)現(xiàn)反向自鎖，需要另加斷電保護(hù)裝置。手抓結(jié)構(gòu) 采用較為簡(jiǎn)單的氣動(dòng)控制直線運(yùn)動(dòng)的手爪。 2方案二 ： 第一 二自由度均采用交流伺服電機(jī)加減速器的驅(qū)動(dòng)模式，故此結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。電機(jī)和小臂的關(guān)節(jié)軸是同一方向的。這是在充分考慮到小臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)大臂所產(chǎn)生的附加彎矩的條件下，對(duì)大臂的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)特別做了加強(qiáng)處理。第三個(gè)自由度為絲杠螺母的升降運(yùn)動(dòng)，采用的傳動(dòng)方式是電機(jī)軸經(jīng)過(guò)一級(jí)齒輪減速，再驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)絲杠，利用滑動(dòng)絲杠的大減速比的特點(diǎn)，達(dá)到控制上升的速度不至于過(guò)快。同時(shí)選擇單頭的滑動(dòng)絲杠具有很好的自鎖性能，從而在系統(tǒng)突然斷電的情況下，不致使此自由度方向上發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而保證了結(jié)構(gòu)的安全 。第四自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也是采用電機(jī)加諧波減速器的結(jié)構(gòu)形式。手爪采用目前廣泛采用的而且技術(shù)成熟的連桿導(dǎo)桿式氣動(dòng)機(jī)械手，這一機(jī)械手的造價(jià)低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、針對(duì)此處所抓取的工件的特點(diǎn)是不易變形的金屬工件，所以對(duì)夾緊力的要求不是太高， 故采用氣動(dòng)機(jī)械手爪完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 方案三： 如圖 24所示，第一自由度采用步進(jìn)電機(jī)加減速裝置的傳動(dòng)模式。大臂與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之間采用諧波減速器傳遞動(dòng)力。小臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)考慮到它的重量會(huì)對(duì)大臂造成較大的附加彎矩則把小臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在大臂的回轉(zhuǎn)軸的軸線方向，電機(jī)輸出軸與小臂的回轉(zhuǎn)軸之間通過(guò)同步齒形帶相連接，保證了小臂回轉(zhuǎn)的精度。但這樣就使的小臂的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多段承受彎矩的軸 ，并且電機(jī)軸也承受了一定的彎矩。第三個(gè)自由度采用滾珠絲杠并配以電機(jī)加減速器驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方案，這是利用了滾珠絲杠的傳動(dòng)精度高， 并且是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，而不需要中間環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但滾珠絲杠必須附加自鎖裝置以確保能夠做到斷電保護(hù)。滾珠絲杠的造價(jià)高，重量也較重，因此在滾珠絲杠的材料選擇方面而要求加工材料要較輕，并且滾珠絲杠需要電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也較大，自身減速比較小 。機(jī)器人的手爪部分仍然采用較為常用的氣缸配合連桿式氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，其作用與方案一所述的相同。 伺服驅(qū)動(dòng)與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的比較 （ 1）低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速是容易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，振動(dòng)頻率與負(fù)載情況以及與驅(qū)動(dòng)器的性能有關(guān)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低