《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課件 第4章第一節(jié) 執(zhí)行裝置

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)第3章執(zhí)行裝置及伺服電動(dòng)機(jī)3.1常用執(zhí)行裝置及分析3.2執(zhí)行裝置設(shè)計(jì)3.3伺服電動(dòng)機(jī)目錄CONTENTS概述 傳動(dòng)裝置是起傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量的作用或起轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)參數(shù)或增速和增大轉(zhuǎn)矩的作用。執(zhí)行裝置的作用則是夾持物料、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，以及將機(jī)械有效能傳入工藝過程。對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行裝置工作臺(tái)、刀架、輸送帶等；對(duì)于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有主軸、轉(zhuǎn)臺(tái)等；對(duì)于組合運(yùn)動(dòng)有機(jī)械手等。重難點(diǎn)分析1.常用的執(zhí)行裝置及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.能夠根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的執(zhí)行裝置。執(zhí)行系統(tǒng)組成及分類執(zhí)行系統(tǒng)的功能（1）作用于外界、完成預(yù)定的操作過程，如機(jī)器人的手部完成夾放工件、操持焊槍進(jìn)行焊接、車床的主軸和刀架完成切削加工、縫紉機(jī)的機(jī)頭穿針引線、打印機(jī)的打印機(jī)構(gòu)完成打印操作等。（2）作用于機(jī)器內(nèi)部，完成某種控制動(dòng)作。如照相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)中的離合器移動(dòng)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)秤的秤錘移動(dòng)機(jī)構(gòu)等。執(zhí)行系統(tǒng)的功能歸納起來有：夾持、搬運(yùn)、輸送、分度、轉(zhuǎn)位、檢測與施力等。執(zhí)行系統(tǒng)的組成（1）執(zhí)行構(gòu)件執(zhí)行構(gòu)件是執(zhí)行系統(tǒng)中直接完成工作任務(wù)的零部件。（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是位于動(dòng)力元件和傳動(dòng)系統(tǒng)之后的機(jī)械裝置，它一方面要作用于執(zhí)行構(gòu)件，另一方面要在一定的約束下實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。3.1常用執(zhí)行裝置及分析3.1.5工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人是一種自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機(jī),是搬運(yùn)工件或操作工具以及完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化設(shè)備,工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器(或稱手部)是其執(zhí)行裝置。工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器因其用途不同而結(jié)構(gòu)各異,一般可分為機(jī)械夾持器、特種末端執(zhí)行器和靈巧手3類。1．機(jī)械夾持器機(jī)械夾持器應(yīng)具備的基本功能是它應(yīng)具有夾持和松開的功能。夾持器夾持工件時(shí)，應(yīng)有一定的力約束和形狀約束，以保證被夾工件在移動(dòng)、停留和裝入過程中，不改變姿態(tài)。當(dāng)需要松開工件時(shí)，應(yīng)完全松開。此外，它還應(yīng)保證工件夾持誤差在給定的公差范圍內(nèi)。3.1常用執(zhí)行裝置及分析機(jī)械夾持器通常以壓縮空氣作動(dòng)力源，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手指的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡的不同，機(jī)械夾持器分為：1）圓弧開合型該類夾持器在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下，手指指端的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。如圖3-11所示，圖a采用凸輪機(jī)構(gòu)，圖b采用連桿機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)件。3.1常用執(zhí)行裝置及分析夾持器工作時(shí)，兩手指繞支點(diǎn)作圓弧運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行夾緊和定心。這類夾持器對(duì)工件被夾持部位的尺寸有嚴(yán)格要求，否則可能會(huì)造成工件狀態(tài)失常。3.1常用執(zhí)行裝置及分析2)圓弧平行開合型該類夾持器兩手指工作時(shí)做平行開合運(yùn)動(dòng),而指端運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。圖3-12所示的夾持器是采用平行四邊形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)手指的平行開合的兩種情況,圖3-12a所示機(jī)構(gòu)在夾持時(shí)指端前進(jìn),圖3-12b所示機(jī)構(gòu)在夾持時(shí)指端后退。3.1常用執(zhí)行裝置及分析3)直線平行開合型該類夾持器手指的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線,且兩手指夾持面始終保持平行,如圖3-13所示,圖3-13a采用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩手指的平行開合,在各手指的滑動(dòng)塊2上開有斜形凸輪槽5,當(dāng)活塞桿1上下運(yùn)動(dòng)時(shí),通過裝在其末端的滾子4在3.1常用執(zhí)行裝置及分析凸輪槽1中運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)手指6的平行夾持運(yùn)動(dòng)。圖3-13b采用齒輪齒條機(jī)構(gòu),當(dāng)活塞桿齒條7帶動(dòng)齒輪8旋轉(zhuǎn)時(shí),手指10上的齒條做直線運(yùn)動(dòng),從而使兩手指10平行開合,以夾持工件。機(jī)械夾持器根據(jù)作業(yè)的需要形式繁多，有時(shí)為了抓取特別復(fù)雜形體的工件，還設(shè)計(jì)有特種手指機(jī)構(gòu)的夾持器，如具有鋼絲繩滑輪機(jī)構(gòu)的多關(guān)節(jié)柔性手指夾持器、膨脹式橡膠手袋手指夾持器等。3.1常用執(zhí)行裝置及分析2．特種末端執(zhí)行器

特種末端執(zhí)行器供工業(yè)機(jī)器人完成某類特定的作業(yè)，圖2-54列舉了一些特種末端執(zhí)行器的應(yīng)用實(shí)例。下面簡單介紹其中的兩種。圖3-14a真空吸附手，亦即通常所說的真空吸盤。工業(yè)機(jī)器人中常把真空吸附手與負(fù)壓發(fā)生器組成一個(gè)工作系統(tǒng)（如圖3-15所示），控制電磁換向閥的開合可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的吸附和脫開。

3.1常用執(zhí)行裝置及分析它結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，且吸附作業(yè)具有一定柔順性（如圖3-16所示），這樣即使工件有尺寸偏差和位置偏差也不會(huì)影響吸附手的工作。它常用于小件搬運(yùn)，也可根據(jù)工件形狀、尺寸、重量的不同將多個(gè)真空吸附手組合使用。

電磁吸附手，亦即通常所說的電磁吸盤。它利用通電線圈的磁場對(duì)可磁化材料的作用力來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的吸附作用。它同樣具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，但其最特殊的是：它吸附工件的過程是從不接觸工件開始的，工件與吸附手接觸之前處于漂浮狀態(tài)，即吸附過程由極大的柔順狀態(tài)突變到低的柔順狀態(tài)。這種吸附手的吸附力是由通電線圈的磁場提供的，所以可用于搬運(yùn)較大的可磁化性材料的工作。

3.1常用執(zhí)行裝置及分析

吸附手的形式根據(jù)被吸附工件表面形狀來設(shè)計(jì)。圖3-14e所示的電磁吸附手用于吸附平坦表面的工件。圖3-17所示的電磁吸附手可用于吸附不同的曲面工件，這種吸附手在吸附部位裝有磁粉袋，線圈通電前將可變形的磁粉袋貼在工件表面上，當(dāng)線圈通電勵(lì)磁后，在磁場作用下，磁粉袋端部外形固定成被吸附工件的表面形狀，從而達(dá)到吸附不同表面形狀工件的目的。

3.1常用執(zhí)行裝置及分析圖3-14特種末端執(zhí)行器a)真空吸附手b)噴槍c)空氣袋膨脹手d)弧焊焊槍e)電磁吸附手f)點(diǎn)焊槍1—工件3.1常用執(zhí)行裝置及分析圖3-16真空吸附手的柔順性a)高柔順狀態(tài)b)低柔順狀態(tài)1—真空吸附手3.1常用執(zhí)行裝置及分析圖3-17具有磁粉袋的吸附手1—?jiǎng)?lì)磁線圈2—磁粉袋3—工件3.1常用執(zhí)行裝置及分析3.靈巧手它是一種模仿人手制作的多指、多關(guān)節(jié)的機(jī)器人末端執(zhí)行器。它可以適應(yīng)物體外形的變化,對(duì)物體施加任意方向、任意大小的夾持力,可滿足對(duì)任意形狀、不同材質(zhì)的物體的操作和抓持要求,但由于其控制、操作系統(tǒng)技術(shù)難度較大,雖然目前國內(nèi)外對(duì)其研究十分重視,卻仍處在研制階段。3.1常用執(zhí)行裝置及分析圖3-18靈巧手2.搬運(yùn)裝置搬運(yùn)是把一個(gè)工件從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，對(duì)搬運(yùn)路線沒有明確要求。圖4?5所示的車門開啟機(jī)構(gòu)，車門關(guān)閉時(shí)位置在BB，這是初始位置；車門開啟時(shí)位置在B1B1，這是最終位置。用擺桿搖塊機(jī)構(gòu)（1?2?3?5）和擺桿滑塊機(jī)構(gòu)（3?4?6?5）組合，可實(shí)現(xiàn)車門的兩個(gè)位置。原動(dòng)件為活塞2，它作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；車門裝在連桿3上，它隨連桿3作平面運(yùn)動(dòng)?；钊?伸縮到兩個(gè)極限位置，車門就會(huì)從初始位置運(yùn)動(dòng)到最終位置。(a)搬運(yùn)前工件的位置(b)搬運(yùn)后工件的位置圖4?6扁平工件撇運(yùn)裝置1.滑塊；2.導(dǎo)銷；3.剛性連桿；4.導(dǎo)板；5.齒條；6.小齒輪；7.氣缸；8.曲柄；9.搬運(yùn)頭；10.真空吸頭；11.工件3.輸送裝置輸送是按給定的路線將工件從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置。按照輸送路線的不同，可分為直線輸送，環(huán)形輸送，空間輸送。圖4?7是一個(gè)間歇式的直線輸送裝置。圖4?7間歇式直線輸送裝置1.鏈條；2.鏈輪；3.棘輪；4.氣缸；5.棘爪氣缸4的活塞是主動(dòng)件，它作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)棘爪壓縮彈簧向左移動(dòng)，棘爪撥動(dòng)棘輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與棘輪裝在一根軸上的鏈條輸送裝置的鏈輪，就帶動(dòng)鏈條1運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)裝在鏈條上的裝配輸送帶的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，棘爪在彈簧作用下回位，棘輪不轉(zhuǎn)，裝配輸送帶靜止。這樣就可實(shí)現(xiàn)裝配輸送帶的間歇運(yùn)動(dòng)。圖4?8是一個(gè)直線導(dǎo)軌式輸送裝置，工件1被振動(dòng)式貯料斗送到直線振動(dòng)器中，然后進(jìn)入導(dǎo)軌3，通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)使搖桿4往復(fù)擺動(dòng)，與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)相連的是搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，可使滑塊即棘爪2往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的間歇移動(dòng)。圖4?8直線導(dǎo)軌式輸送裝置1.工件；2.棘爪；3.導(dǎo)軌；4.搖桿；5.偏心輪4.分度與轉(zhuǎn)位裝置如用于加工齒輪時(shí)的分度，六角車床刀架的轉(zhuǎn)位換刀，轉(zhuǎn)臺(tái)式裝配機(jī)械的工作臺(tái)的分度與轉(zhuǎn)位等。圖4?9所示為用棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。棘輪2、分度盤1和工作臺(tái)裝在同一個(gè)立軸上；有兩個(gè)氣缸4和5；氣缸4通過棘爪3推動(dòng)棘輪2每次轉(zhuǎn)過若干個(gè)齒（轉(zhuǎn)過的齒數(shù)可以改變）；氣缸5使定位栓6深入分度盤1的槽中進(jìn)行定位，也可以使定位栓6從分度盤1的槽中取出，使分度盤松動(dòng)。圖4?9棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)1.分度盤；2.棘輪；3.棘爪；4.分度氣缸；5.定位氣缸；6.定位栓圖4?10是凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)使連桿5和驅(qū)動(dòng)板4作擺動(dòng)。由驅(qū)動(dòng)銷2使分度盤3回轉(zhuǎn)分度，定位銷1則使分度盤定位。圖4?10凸輪