機(jī)械臂的工作原理和分類(lèi)
機(jī)械臂的工作原理和分類(lèi)
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      一、機(jī)械手的組成及分類(lèi)

      機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。
      1、執(zhí)行機(jī)構(gòu):包括手部、手腕、手臂和立柱等部件,有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。
      ① 手部:是機(jī)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(jī)構(gòu)所構(gòu)成,手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。
      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(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動(dòng)的。
      ⑤ 機(jī)座:是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上,故起支承和聯(lián)接的作用。
      2、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。常用的有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。
      3、控制系統(tǒng):控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng) ,它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作,并檢測(cè)其正確與否。一般常見(jiàn)的為電器與電子回路控制,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。
      工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi)可以按所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)、功能、驅(qū)動(dòng)方式和控制方式分類(lèi)。
      1、根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn),工業(yè)機(jī)械手可分為以下三類(lèi):
      ① 承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)械手:這種機(jī)械手在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí),用來(lái)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(jī)械手:可用于完成工藝過(guò)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(jī)械手:其用途廣泛,可以完成各種工藝作業(yè)。
      2、按功能分類(lèi)
      ① 專(zhuān)用機(jī)械手:它是附屬于主機(jī)的具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。 專(zhuān)用機(jī)械手具有動(dòng)作少,工作對(duì)象單一,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn),適用于大批大量的自動(dòng)化生產(chǎn),如自動(dòng)機(jī)床,自動(dòng)線(xiàn)的上、下料機(jī)械手和“加工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。
      ② 通用機(jī)械手:又稱(chēng)工業(yè)機(jī)器人。它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。具有程序可變、工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)的特點(diǎn),適用于不斷變換品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。
      ③ 示教再現(xiàn)機(jī)械手:采用示教法編程的通用機(jī)械手。所謂示教,即由人通過(guò)手動(dòng)控制,“拎著”機(jī)械手做一遍操作示范,完成全部動(dòng)作后,其儲(chǔ)存裝置即能記憶下來(lái)。機(jī)械手可按示范操作的程序行程進(jìn)行重復(fù)的再現(xiàn)工作。
      3、 按驅(qū)動(dòng)方式分。液壓傳動(dòng)機(jī)械手;氣壓傳動(dòng)機(jī)械手;機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手。
      4、 按控制方式分。a)固定程序機(jī)械手:控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器。程序簡(jiǎn)單,程序數(shù)少,而且是固定的,行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。b)可編程序機(jī)械手:控制系統(tǒng)是一個(gè)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(jī)械手的定位方式
      1.機(jī)械擋塊定位
      工業(yè)用機(jī)械手常用的定位方式主要是機(jī)械擋塊定位。機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊,當(dāng)機(jī)械手經(jīng)減速運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí),緊靠擋塊而定位。
      若定位前已減速,定位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力未撤除,在這種情況下,機(jī)械擋塊定位能達(dá)到較高的重復(fù)精度。一般可高于±0.5mm,若定位時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)油路而去掉工作壓力,這時(shí)機(jī)械手可能被擋塊碰回一個(gè)微小距離,因而定位精度變低。
      2.氣壓定位
      氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以空氣為主要?jiǎng)恿υ矗ㄟ^(guò)氣壓裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的。其優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,動(dòng)作迅速,成本低,動(dòng)力源環(huán)保無(wú)污染。缺點(diǎn)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(fù)載的場(chǎng)合。下面以沖床機(jī)械手為例,介紹機(jī)械手的氣壓定位方式。
      沖床就是一臺(tái)沖壓式壓力機(jī)。在國(guó)民生產(chǎn)中,沖壓工藝由于比較傳統(tǒng)機(jī)械加工來(lái)說(shuō)有節(jié)約材料和能源,效率高,對(duì)操作者技術(shù)要求不高及通過(guò)各種模具應(yīng)用可以做出機(jī)械加工所無(wú)法達(dá)到的產(chǎn)品這些優(yōu)點(diǎn),因而它的用途越來(lái)越廣泛。但沖床的人工操作比較危險(xiǎn),工作環(huán)境噪音大,危險(xiǎn)性高,所以適合使用機(jī)械手來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化沖壓。
      沖壓機(jī)械手最需要解決的問(wèn)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(guò)三個(gè)方面來(lái)保證材料定位精準(zhǔn):
      1)通過(guò)氣動(dòng)裝置不斷拍打材料是之到達(dá)精準(zhǔn)的工作位置。材料在自動(dòng)升降機(jī)內(nèi),左上角是固定的定位邊,右下角有氣動(dòng)定位裝置,不斷拍打材料。
      2)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),重復(fù)運(yùn)動(dòng)精度是0.08mm,保證連續(xù)運(yùn)動(dòng)位置的精準(zhǔn)。
      3)沖壓模具內(nèi)設(shè)置錐形定位柱,材料放到模具后,可以導(dǎo)向,讓位置精準(zhǔn)。
      3.液壓定位
      液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液體壓力為主要?jiǎng)恿υ矗ㄟ^(guò)液壓裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的。其優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)緊湊,動(dòng)作靈敏,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),抓取力大。缺點(diǎn)是:對(duì)密封裝置的要求十分嚴(yán)格,由于油溫的敏感性,不宜用于溫度過(guò)高或過(guò)低的場(chǎng)合,并且成本較高。由于上述不足,通常采用電液伺服閥來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制,從而獲得良好的定位精度。
      二、機(jī)械手的定位誤差的幾個(gè)影響因素
      機(jī)械手定位,要在三維空間里分析。機(jī)械手的定位實(shí)際上是若干線(xiàn)量和角量定位的組合。在許多較簡(jiǎn)單情況下,單個(gè)量值可能是主要的影響因素。主要由以下7個(gè)因素:1、定位方式:不同的定位方式影響因素不同。如機(jī)械擋塊定位時(shí),定位精度與擋塊的剛度和碰接擋塊時(shí)的速度等因素有關(guān)。2、定位速度:定位速度對(duì)定位精度影響很大。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r(shí),必須耗散的運(yùn)動(dòng)部件的能量不同。通常,為減小定位誤差應(yīng)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(dòng)系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)部件適時(shí)減速。3、精度:機(jī)械手的制造精度和安裝調(diào)速精度對(duì)定位精度有直接影響。4、剛度:機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度低時(shí),因易產(chǎn)生振動(dòng),定位精度一般較低。5、運(yùn)動(dòng)件的重量:運(yùn)動(dòng)件的重量包括機(jī)械手本身的重量和被抓物的重量。運(yùn)動(dòng)件重量的變化對(duì)定位精度影響較大。通常,運(yùn)動(dòng)件重量增加時(shí),定位精度降低。因此,設(shè)計(jì)時(shí)不僅要減小運(yùn)動(dòng)部件本身的重量,而且要考慮工作時(shí)抓重變化的影響。6、驅(qū)動(dòng)源:液壓、氣壓的壓力波動(dòng)及電壓、油溫、氣溫的波動(dòng)都會(huì)影響機(jī)械手的重復(fù)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(shí),用溫度、壓力補(bǔ)償流量控制閥控制。7、控制系統(tǒng):開(kāi)關(guān)控制、電液比例控制和伺服控制的位置控制精度是個(gè)不相同的。這不僅是因?yàn)楦鞣N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(wú)有關(guān)。





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