機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)

機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，為實現(xiàn)不同的目的（功能）需要采用不同形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要有機(jī)械式、電子式、激光和電動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品主要功能的一個重要環(huán)節(jié)，它要能夠保證按時、準(zhǔn)確地完成預(yù)期的動作，并且要求具有動態(tài)特性好、響應(yīng)速度快、精度高、靈敏度高等特點(diǎn)。下面對常用的3種執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡單介紹。機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.熱變形執(zhí)行機(jī)構(gòu)熱變形式執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于微動機(jī)構(gòu)，該類機(jī)構(gòu)利用電熱元件作為動力源，通過電熱元件通電后產(chǎn)生的熱變形實現(xiàn)微小位移。熱變形式執(zhí)行機(jī)構(gòu)可利用變壓器、變阻器等來調(diào)節(jié)傳動桿的加熱速度，以實現(xiàn)對位移速度和微進(jìn)給量的控制。為了使傳動桿恢復(fù)到原來的位置（或使運(yùn)動件復(fù)位），可利用壓縮空氣或乳化液流經(jīng)傳動桿的內(nèi)腔使之冷卻。熱變形式執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有高剛度和無間隙的優(yōu)點(diǎn)，并可通過控制加熱電流來得到所需微量位移。但由于熱慣性以及冷卻速度難以精確控制等原因，這種微動系統(tǒng)只適用于行程較短，頻率不高的場合。機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.磁致伸縮式執(zhí)行機(jī)構(gòu)磁致伸縮式執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用某些材料在磁場作用下具有改變尺寸的磁致伸縮效應(yīng)來實現(xiàn)微量位移。其特征為重復(fù)精度高，無間隙，剛度好，轉(zhuǎn)動慣量小，工作穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；但由于工程材料的磁致伸縮量有限，該類機(jī)構(gòu)所提供的位移量很小，如100mm長的鐵鈷礬棒，磁致伸縮只能伸長7μm，因而該類機(jī)構(gòu)適用于精確位移調(diào)整、切削刀具的磨損補(bǔ)償及自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人是一種自動控制，可重復(fù)編程，多功能、多自由度操作機(jī)，它能搬運(yùn)物料、工件或操作工具以及完成其他各種作業(yè)的設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器裝在操作機(jī)手腕的前端，是直接實現(xiàn)操作功能的機(jī)構(gòu)。末端執(zhí)行器因用途不同而結(jié)構(gòu)各異，一般可分為機(jī)械夾持器、特種末端執(zhí)行器、萬能手（也稱為靈巧手）3類。1)機(jī)械夾持器機(jī)械夾持器是工業(yè)機(jī)器人中最常用的一種末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)械夾持器首先應(yīng)有一定的力約束和形狀約束，以保證被夾工件在移動、停留和裝入過程中不改變形態(tài)。當(dāng)需要松開工件時，應(yīng)完全松開。另外，它還應(yīng)保證工件夾持形態(tài)及工件位置偏差在給定的公差帶內(nèi)。

機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械夾持器常用壓縮空氣作為動力源，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)手指的運(yùn)動。根據(jù)手指夾持工件時的運(yùn)動軌跡的不同，機(jī)械夾持器可有下述幾種類型：（1）圓弧開合型夾持器。在傳動機(jī)構(gòu)帶動下，手指指端的運(yùn)動軌跡為圓弧，如圖1-58所示。圖1-58（a）中采用凸輪傳動機(jī)構(gòu)，圖1-58（b）中采用連桿機(jī)構(gòu)作為傳動機(jī)構(gòu)，夾持器工作時，兩手指繞支點(diǎn)作圓弧運(yùn)動，同時對工件進(jìn)行夾持和定心。這類夾持器對工件被夾持部位的尺寸有嚴(yán)格要求，否則可能會造成工件狀態(tài)失常。

圖1-58

圓弧開合型夾持器機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)（2）圓弧平行開合型夾持器。圓弧平行開合型夾持器兩手指工作時作平行開合運(yùn)動，而指端運(yùn)動軌跡為一圓弧。如圖1-59所示為采用平行四邊形傳動機(jī)構(gòu)帶動手指的平行開合夾持器的兩種情況，其中圖1-59（a）所示機(jī)構(gòu)在夾持時指端前進(jìn)，圖1-59（b）所示機(jī)構(gòu)在夾持時指端后退。圖1-59

圓弧平行開合型夾持器機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)（3）直接平行開合型夾持器。直接平行開合型夾持器兩手指的運(yùn)動軌跡為直線，且兩指夾持面始終保持平行，如圖1-60所示。圖1-60（a）中采用凸輪傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)兩手指的平行開合，在各指的滑塊上開有斜形凸輪槽，當(dāng)活塞桿上下運(yùn)動時，通過裝在其末端的滾子在凸輪槽中運(yùn)動，實現(xiàn)手指的平行夾持運(yùn)動。圖1-60（b）中采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)實現(xiàn)兩手指的平行開合，當(dāng)活塞末端的齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)時，手指上的齒條作直線運(yùn)動，從而使兩手指平行開合，用來夾持工件。圖1-60

直線平行開合型夾持器機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)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)，如圖1-61所示為一些特種末端執(zhí)行器的應(yīng)用實例。下面簡單介紹其中的兩種。圖1-61

特種末端執(zhí)行器機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）真空吸附手。工業(yè)機(jī)器人中常把真空吸附手（見圖1-61a）與負(fù)壓發(fā)生器組成一個工作系統(tǒng)，如圖1-62所示，通過控制電磁換向閥的開合可實現(xiàn)對工件的吸附和脫開。它結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，且吸附作業(yè)具有一定柔性，這樣即使工件有尺寸偏差和位置偏差也不會影響吸附手的工作，如圖1-63所示。它常用于小件搬運(yùn)，也可根據(jù)工件形狀、尺寸、質(zhì)量大小的不同將多個真空吸附手組合使用。圖1-62

負(fù)壓真空吸附手1—吸附手；2—送進(jìn)缸；3—電磁換向閥；4—調(diào)壓單元；5—負(fù)壓發(fā)生器；6—空氣凈化過濾器圖1-63

真空吸附手的柔順性機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)（2）電磁吸附手。它利用通電線圈的磁場對可磁化材料的作用力來實現(xiàn)對工件的吸附作用。它同樣具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等特點(diǎn)，但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，因此，可用于搬運(yùn)較大的可磁化性材料的工件。

吸附手的形式根據(jù)吸附工件表面形狀來設(shè)計。圖1-61（e）中電磁吸附手用于吸附有平坦表面的工件。如圖1-64所示的電磁吸附手可用于吸附不同表面形狀的工件，這種吸附手在吸附部位裝有磁粉