| 機械臂的工作原理和分類 |
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一、機械手的組成及分類 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。1、執(zhí)行機構(gòu)：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構(gòu)。 ① 手部：是機械手與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務。 ② 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。 ③ 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 ④ 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱通常為固定不動的。 ⑤ 機座：是機械手的基礎部分。機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支承和聯(lián)接的作用。 2、驅(qū)動系統(tǒng)：機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。 3、控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng) ，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機構(gòu)按規(guī)定的要求進行工作，并檢測其正確與否。一般常見的為電器與電子回路控制，計算機控制系統(tǒng)也不斷增多。 工業(yè)機械手的分類可以按所承擔的作業(yè)的特點、功能、驅(qū)動方式和控制方式分類。 1、根據(jù)所承擔的作業(yè)的特點，工業(yè)機械手可分為以下三類： ① 承擔搬運工作的機械手：這種機械手在主要工藝設備運行時，用來完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工夾具。 ② 生產(chǎn)工業(yè)用機械手：可用于完成工藝過程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。 ③ 通用工業(yè)機械手：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)。 2、按功能分類 ① 專用機械手：它是附屬于主機的具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。 專用機械手具有動作少，工作對象單一，結(jié)構(gòu)簡單，實用可靠和造價低等特點，適用于大批大量的自動化生產(chǎn)，如自動機床，自動線的上、下料機械手和“加工中心”附屬的自動換刀機械手。 ② 通用機械手：又稱工業(yè)機器人。它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強的特點，適用于不斷變換品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。 ③ 示教再現(xiàn)機械手：采用示教法編程的通用機械手。所謂示教，即由人通過手動控制，“拎著”機械手做一遍操作示范，完成全部動作后，其儲存裝置即能記憶下來。機械手可按示范操作的程序行程進行重復的再現(xiàn)工作。 3、 按驅(qū)動方式分。液壓傳動機械手；氣壓傳動機械手；機械傳動機械手。 4、 按控制方式分。a）固定程序機械手：控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點定位。b)可編程序機械手：控制系統(tǒng)是一個可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變。 二、機械手的定位方式 1.機械擋塊定位 工業(yè)用機械手常用的定位方式主要是機械擋塊定位。機械擋塊定位是在行程終點設置機械擋塊，當機械手經(jīng)減速運行到終點時，緊靠擋塊而定位。 若定位前已減速，定位時驅(qū)動壓力未撤除，在這種情況下，機械擋塊定位能達到較高的重復精度。一般可高于±0.5mm，若定位時關閉驅(qū)動油路而去掉工作壓力，這時機械手可能被擋塊碰回一個微小距離，因而定位精度變低。 2.氣壓定位 氣壓傳動機械手是以空氣為主要動力源，通過氣壓裝置來驅(qū)動機械手運動的。其優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速，成本低，動力源環(huán)保無污染。缺點是：定位沖擊大，速度穩(wěn)定性差，抓取力小。因此適用于高速度、小負載的場合。下面以沖床機械手為例，介紹機械手的氣壓定位方式。 沖床就是一臺沖壓式壓力機。在國民生產(chǎn)中，沖壓工藝由于比較傳統(tǒng)機械加工來說有節(jié)約材料和能源，效率高，對操作者技術(shù)要求不高及通過各種模具應用可以做出機械加工所無法達到的產(chǎn)品這些優(yōu)點，因而它的用途越來越廣泛。但沖床的人工操作比較危險，工作環(huán)境噪音大，危險性高，所以適合使用機械手來實現(xiàn)自動化沖壓。 沖壓機械手最需要解決的問題就是如何將材料精確放到模具內(nèi)，所以，材料定位方式顯得最為重要。我們通過三個方面來保證材料定位精準： 1）通過氣動裝置不斷拍打材料是之到達精準的工作位置。材料在自動升降機內(nèi)，左上角是固定的定位邊，右下角有氣動定位裝置，不斷拍打材料。 2）采用伺服電機驅(qū)動，重復運動精度是0.08mm，保證連續(xù)運動位置的精準。 3）沖壓模具內(nèi)設置錐形定位柱，材料放到模具后，可以導向，讓位置精準。 3.液壓定位 液壓傳動機械手是以液體壓力為主要動力源，通過液壓裝置來驅(qū)動機械手運動的。其優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，動作靈敏，運動平穩(wěn)，抓取力大。缺點是：對密封裝置的要求十分嚴格，由于油溫的敏感性，不宜用于溫度過高或過低的場合，并且成本較高。由于上述不足，通常采用電液伺服閥來實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，從而獲得良好的定位精度。 二、機械手的定位誤差的幾個影響因素 機械手定位，要在三維空間里分析。機械手的定位實際上是若干線量和角量定位的組合。在許多較簡單情況下，單個量值可能是主要的影響因素。主要由以下7個因素：1、定位方式：不同的定位方式影響因素不同。如機械擋塊定位時，定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時的速度等因素有關。2、定位速度：定位速度對定位精度影響很大。這是因為定位速度不同時，必須耗散的運動部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，控制驅(qū)動系統(tǒng)使運動部件適時減速。3、精度：機械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對定位精度有直接影響。4、剛度：機械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時，因易產(chǎn)生振動，定位精度一般較低。5、運動件的重量：運動件的重量包括機械手本身的重量和被抓物的重量。運動件重量的變化對定位精度影響較大。通常，運動件重量增加時，定位精度降低。因此，設計時不僅要減小運動部件本身的重量，而且要考慮工作時抓重變化的影響。6、驅(qū)動源：液壓、氣壓的壓力波動及電壓、油溫、氣溫的波動都會影響機械手的重復定位精度。因此，采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)油溫措施。如用蓄能器穩(wěn)定油壓，用加熱器或冷卻器控制油溫，低速時，用溫度、壓力補償流量控制閥控制。7、控制系統(tǒng)：開關控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個不相同的。這不僅是因為各種控制元件的精度和靈敏度不同，而且也與位置反饋裝置的有無有關。
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