【文章內(nèi)容簡介】 及表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，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)計對象為物料搬運(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手指的張開與閉合來實現(xiàn)的。該設(shè)計采用兩個手指，其外形如圖所示：傳動機(jī)構(gòu)是向手指傳遞運(yùn)動和動力，以實現(xiàn)夾緊和松開動作的機(jī)構(gòu)。根據(jù)手指開合的動作特點分為回轉(zhuǎn)型和平移形。本文采用回轉(zhuǎn)型傳動機(jī)構(gòu)。（只畫出了一半，另一半關(guān)于中心線對稱）。 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)。通過兩個機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動ＤＥ的來回擺動，從而實現(xiàn)手指的開合運(yùn)動。圖中的黑線和藍(lán)線表示機(jī)構(gòu)運(yùn)行的兩個極限位置。為便于手指的順利合攏，可以在兩個手指之間設(shè)置一個彈簧，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。．３ 驅(qū)動方式該機(jī)器人一共具有四個獨立的傳動關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動，一共需要五個動力源。機(jī)器人常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動三種類型。這三種方法各有所長，：　液壓驅(qū)動：（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，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(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，以實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大.(5)安全性 防爆性能好，用液壓做傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險。（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，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點焊機(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，但油液對環(huán)境溫度有一定要求。氣動驅(qū)動：（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，以實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小。（5） 安全性防爆性能好，高于1000kPa(10個大氣壓)時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性。（6） 對環(huán)境的影響排氣時有噪聲。（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、精度要求較低的有限點位程序控制機(jī)器人，如沖壓器機(jī)器人本體的氣動平衡及裝配機(jī)器人氣動夾具。（8） 成本維修及使用成本方便。電機(jī)驅(qū)動：（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，電動機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動機(jī)外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題。（5） 安全性設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險，直流有刷電動機(jī)換向時有火花，對環(huán)境防爆性能較差。（6） 對環(huán)境的影響無。（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)動系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，通常對機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有：（1） 驅(qū)動系統(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)動慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁的起、制動，正反轉(zhuǎn)切換；（3） 驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要?。唬?） 安全可靠；（5） 操作和維護(hù)方便；（6） 對環(huán)境無污染，噪聲要??；（7） 經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積?；谏鲜鲵?qū)動系統(tǒng)的缺點和機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求，本文選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動的方式對機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動。 傳動方案的確定 傳動方案分析：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)動電機(jī)和小臂的回轉(zhuǎn)軸共線。小臂的傳動方案與大臂的傳動方案相同，這樣雖然結(jié)構(gòu)上較為簡單，但對大臂產(chǎn)生了一定的不利影響并且對轉(zhuǎn)矩的計算也會較為麻煩。第三個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方案。同步齒形帶具有精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比恒定等特點。但對安裝的精度要求較高，負(fù)載能力也很有限并且不能實現(xiàn)反向自鎖，需要另加斷電保護(hù)裝置。手抓結(jié)構(gòu)采用較為簡單的氣動控制直線運(yùn)動的手爪。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)動模式，故此結(jié)構(gòu)較為簡單。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)動電機(jī)對大臂所產(chǎn)生的附加彎矩的條件下，對大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計特別做了加強(qiáng)處理。第三個自由度為絲杠螺母的升降運(yùn)動，采用的傳動方式是電機(jī)軸經(jīng)過一級齒輪減速，再驅(qū)動滑動絲杠，利用滑動絲杠的大減速比的特點，達(dá)到控制上升的速度不至于過快。同時選擇單頭的滑動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，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)桿式氣動機(jī)械手，這一機(jī)械手的造價低廉、結(jié)構(gòu)簡單、針對此處所抓取的工件的特點是不易變形的金屬工件，所以對夾緊力的要求不是太高，故采用氣動機(jī)械手爪完全可以達(dá)到設(shè)計要求。方案三： 如圖24所示，第一自由度采用步進(jìn)電機(jī)加減速裝置的傳動模式。大臂與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之間采用諧波減速器傳遞動力。小臂的驅(qū)動電機(jī)考慮到它的重量會對大臂造成較大的附加彎矩則把小臂的驅(qū)動電機(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。第三個自由度采用滾珠絲杠并配以電機(jī)加減速器驅(qū)動的傳動方案，這是利用了滾珠絲杠的傳動