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

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計第3章執(zhí)行裝置及伺服電動機3.1常用執(zhí)行裝置及分析3.2執(zhí)行裝置設(shè)計3.3伺服電動機目錄CONTENTS概述 傳動裝置是起傳遞機械運動能量的作用或起轉(zhuǎn)換運動軌跡、運動參數(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、運動導向，以及將機械有效能傳入工藝過程。對于直線運動，執(zhí)行裝置工作臺、刀架、輸送帶等；對于回轉(zhuǎn)運動有主軸、轉(zhuǎn)臺等；對于組合運動有機械手等。重難點分析1.常用的執(zhí)行裝置及結(jié)構(gòu)特點2.能夠根據(jù)實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、完成預定的操作過程，如機器人的手部完成夾放工件、操持焊槍進行焊接、車床的主軸和刀架完成切削加工、縫紉機的機頭穿針引線、打印機的打印機構(gòu)完成打印操作等。（2）作用于機器內(nèi)部，完成某種控制動作。如照相機的自動對焦機構(gòu)、發(fā)動機中的離合器移動機構(gòu)、自動秤的秤錘移動機構(gòu)等。執(zhí)行系統(tǒng)的功能歸納起來有：夾持、搬運、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)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)是位于動力元件和傳動系統(tǒng)之后的機械裝置，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現(xiàn)所需的運動。3.1常用執(zhí)行裝置及分析3.1.5工業(yè)機器人末端執(zhí)行器工業(yè)機器人是一種自動控制、可重復編程、多功能、多自由度的操作機,是搬運工件或操作工具以及完成各種作業(yè)的機電一體化設(shè)備,工業(yè)機器人末端執(zhí)行器(或稱手部)是其執(zhí)行裝置。工業(yè)機器人末端執(zhí)行器因其用途不同而結(jié)構(gòu)各異,一般可分為機械夾持器、特種末端執(zhí)行器和靈巧手3類。1．機械夾持器機械夾持器應(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，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，不改變姿態(tài)。當需要松開工件時，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)行裝置及分析機械夾持器通常以壓縮空氣作動力源，經(jīng)傳動機構(gòu)實現(xiàn)手指的運動。根據(jù)手指夾持工件時的運動軌跡的不同，機械夾持器分為：1）圓弧開合型該類夾持器在傳動機構(gòu)帶動下，手指指端的運動軌跡為圓弧。如圖3-11所示，圖a采用凸輪機構(gòu)，圖b采用連桿機構(gòu)作為傳動件。3.1常用執(zhí)行裝置及分析夾持器工作時，兩手指繞支點作圓弧運動，同時對工件進行夾緊和定心。這類夾持器對工件被夾持部位的尺寸有嚴格要求，否則可能會造成工件狀態(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做平行開合運動,而指端運動軌跡為圓弧。圖3-12所示的夾持器是采用平行四邊形傳動機構(gòu)帶動手指的平行開合的兩種情況,圖3-12a所示機構(gòu)在夾持時指端前進,圖3-12b所示機構(gòu)在夾持時指端后退。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動軌跡為直線,且兩手指夾持面始終保持平行,如圖3-13所示,圖3-13a采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)兩手指的平行開合,在各手指的滑動塊2上開有斜形凸輪槽5,當活塞桿1上下運動時,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中運動,實現(xiàn)手指6的平行夾持運動。圖3-13b采用齒輪齒條機構(gòu),當活塞桿齒條7帶動齒輪8旋轉(zhuǎn)時,手指10上的齒條做直線運動,從而使兩手指10平行開合,以夾持工件。機械夾持器根據(jù)作業(yè)的需要形式繁多，有時為了抓取特別復雜形體的工件，還設(shè)計有特種手指機構(gòu)的夾持器，如具有鋼絲繩滑輪機構(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)機器人中常把真空吸附手與負壓發(fā)生器組成一個工作系統(tǒng)（如圖3-15所示），控制電磁換向閥的開合可實現(xiàn)對工件的吸附和脫開。

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影響吸附手的工作。它常用于小件搬運，也可根據(jù)工件形狀、尺寸、重量的不同將多個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，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。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，當線圈通電勵磁后，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—勵磁線圈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)的機器人末端執(zhí)行器。它可以適應(yīng)物體外形的變化,對物體施加任意方向、任意大小的夾持力,可滿足對任意形狀、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.搬運裝置搬運是把一個工件從一個位置移動到另一個位置，對搬運路線沒有明確要求。圖4?5所示的車門開啟機構(gòu)，車門關(guān)閉時位置在BB，這是初始位置；車門開啟時位置在B1B1，這是最終位置。用擺桿搖塊機構(gòu)（1?2?3?5）和擺桿滑塊機構(gòu)（3?4?6?5）組合，可實現(xiàn)車門的兩個位置。原動件為活塞2，它作往復運動；車門裝在連桿3上，它隨連桿3作平面運動?；钊?伸縮到兩個極限位置，車門就會從初始位置運動到最終位置。(a)搬運前工件的位置(b)搬運后工件的位置圖4?6扁平工件撇運裝置1.滑塊；2.導銷；3.剛性連桿；4.導板；5.齒條；6.小齒輪；7.氣缸；8.曲柄；9.搬運頭；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位置移動到另一個位置。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的活塞是主動件，它作往復直線運動。當活塞向左運動時，推動棘爪壓縮彈簧向左移動，棘爪撥動棘輪逆時針轉(zhuǎn)動，與棘輪裝在一根軸上的鏈條輸送裝置的鏈輪，就帶動鏈條1運動，從而實現(xiàn)裝在鏈條上的裝配輸送帶的運動。當活塞向右運動時，棘爪在彈簧作用下回位，棘輪不轉(zhuǎn)，裝配輸送帶靜止。這樣就可實現(xiàn)裝配輸送帶的間歇運動。圖4?8是一個直線導軌式輸送裝置，工件1被振動式貯料斗送到直線振動器中，然后進入導軌3，通過曲柄搖桿機構(gòu)使搖桿4往復擺動，與曲柄搖桿機構(gòu)相連的是搖桿滑塊機構(gòu)，可使滑塊即棘爪2往復移動，實現(xiàn)工件的間歇移動。圖4?8直線導軌式輸送裝置1.工件；2.棘爪；3.導軌；4.搖桿；5.偏心輪4.分度與轉(zhuǎn)位裝置如用于加工齒輪時的分度，六角車床刀架的轉(zhuǎn)位換刀，轉(zhuǎn)臺式裝配機械的工作臺的分度與轉(zhuǎn)位等。圖4?9所示為用棘輪機構(gòu)帶動的回轉(zhuǎn)工作臺。棘輪2、分度盤1和工作臺裝在同一個立軸上；有兩個氣缸4和5；氣缸4通過棘爪3推動棘輪2每次轉(zhuǎn)過若干個齒（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。圖4?9棘輪機構(gòu)帶動的回轉(zhuǎn)工作臺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是凸輪機構(gòu)帶動的回轉(zhuǎn)工作臺。凸輪轉(zhuǎn)動使連桿5和驅(qū)動板4作擺動。由驅(qū)動銷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