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SCHUNK機械手構成和分類(lèi)

2023-01-31 11:52:26

  SCHUNK機械手構成和分類(lèi)

  機械手是一種能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能,用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預期的作業(yè),構造和性能上兼有人和機械手機器各自的。

  機械手是出現的工業(yè)機器人,也是出現的現代機器人,它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現的機械化和自動(dòng)化,能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全,因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。

  在現今的生活上,科技日新月益的進(jìn)展之下,機械人手臂與有人類(lèi)的手臂區別就在于靈活度與耐力度。也就是機械手的可以重復的做同一動(dòng)作在機械正常情況下永遠也不會(huì )覺(jué)得累!機械手臂的應用也將會(huì )越來(lái)越廣泛,機械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)設備,作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。工業(yè)機械手機器人的一個(gè)重要分支。

  按驅動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機械式。特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預期的作業(yè),構造和性能上兼有人和機械手機器各自的。

  機械手主要由執行機構、驅動(dòng)機構和控制系統三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件(或工具)的部件,根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式,如夾持型、托持型和吸附型等。運動(dòng)機構,使手部完成各種轉動(dòng)(擺動(dòng))、移動(dòng)或復合運動(dòng)來(lái)實(shí)現規定的動(dòng)作,改變被抓持物件的位置和姿勢。運動(dòng)機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動(dòng)方式,稱(chēng)為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有6個(gè)自由度。自由度是機械手設計的關(guān)鍵參數。自由度越多,機械手的靈活性越大,通用性越廣,其結構也越復雜。一般專(zhuān)用機械手有2~3個(gè)自由度??刂葡到y是通過(guò)對機械手每個(gè)自由度的電機的控制,來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息,形成穩定的閉環(huán)控制??刂葡到y的通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成,通過(guò)對其編程實(shí)現所要功能。

  執行機構

  機械手的執行機構分為手部、手臂、軀干;

  1、手部

  手部安裝在手臂的前端。手臂的內孔中裝有傳動(dòng)軸,可把運用傳給手腕,以轉動(dòng)、伸曲手腕、開(kāi)閉手指。

  機械手手部的構造系模仿人的手指,分為無(wú)關(guān)節、固定關(guān)節和自由關(guān)節3種。手指的數量又可分為二指、三指、四指等,其中以二指用的可根據夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和大小的夾頭以適應操作的需要。所謂沒(méi)有手指的手部,一般都是指真空吸盤(pán)或磁性吸盤(pán)。

  2、手臂

  手臂的作用是引導手指準確地抓住工件,并運送到所需的位置上。為了使機械手能夠正確地工作,手臂的3個(gè)自由度都要地定位。

  3、軀干軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執行機構的支架 [1]  。

  驅動(dòng)機構

  機械手所用的驅動(dòng)機構主要有4種:液壓驅動(dòng)、氣壓驅動(dòng)、電氣驅動(dòng)和機械驅動(dòng)。

  1、液壓驅動(dòng)式

  液壓驅動(dòng)式機械手通常由液動(dòng)機(各種油缸、油馬達)、伺服閥、油泵、油箱等組成驅動(dòng)系統,由驅動(dòng)機械手執行機構進(jìn)行工作。通常它的具有很大的抓舉能力(高達幾百千克以上),其特點(diǎn)是結構緊湊、動(dòng)作平穩、耐沖擊、耐震動(dòng)、防爆性好,但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能,否則漏油將污染環(huán)境。

  2、氣壓驅動(dòng)式

  其驅動(dòng)系統通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機組成,其特點(diǎn)是氣源方便、動(dòng)作迅速、結構簡(jiǎn)單、造價(jià)較、維修方便。但難以進(jìn)行速度控制,氣壓不可太高,故抓舉能力較。

  3、電氣驅動(dòng)式電力驅動(dòng)是機械手使用得的一種驅動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便,響應快,驅動(dòng)力較大(關(guān)節型的持重已達400kg),信號檢測、傳動(dòng)、處理方便,并可采用多種靈活的控制方案。驅動(dòng)電機一般采用步進(jìn)電機,直流伺服電機(AC)為主要的驅動(dòng)方式。由于電機速度高,通常須采用減速機構(如諧波傳動(dòng)、RV擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機構等)。有些機械手已開(kāi)始采用無(wú)減速機構的大轉矩、轉速電機進(jìn)行直接驅動(dòng)(DD)這既可使機構簡(jiǎn)化,又可提高控制精度。

  4、機械驅動(dòng)式

  機械驅動(dòng)只用于動(dòng)作固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機構來(lái)實(shí)現規定的動(dòng)作。其特點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí),工作速度高,成本,但不易于調整。其他還有采用混合驅動(dòng),即液-氣或電-液混合驅動(dòng)。

  控制系統

  機械手控制的要素包括工作順序、到達位置、動(dòng)作時(shí)間、運動(dòng)速度、加減速度等。機械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續軌跡控制兩種。

  控制系統可根據動(dòng)作的要求,設計采用數字順序控制。要編制程序加以存儲,然后再根據規定的程序,控制機械手進(jìn)行工作程序的存儲方式有分離存儲和集中存儲兩種。分離存儲是將各種控制因素的信息分別存儲于兩種以上的存儲裝置中,如順序信息存儲于插銷(xiāo)板、凸輪轉鼓、穿孔帶內;位置信息存儲于時(shí)間繼電器、定速回轉鼓等;集中存儲是將各種控制因素的信息全部存儲于一種存儲裝置內,如磁帶、磁鼓等。這種方式使用于順序、位置、時(shí)間、速度等必須同時(shí)控制的場(chǎng)合,即連續控制的情況下使用。

  其中插銷(xiāo)板使用于需要迅速改變程序的場(chǎng)合。換一種程序只需抽換一種插銷(xiāo)板限可,而同一插件又可以反復使用;穿孔帶容納的程序長(cháng)度可不受限制,但如果發(fā)生錯誤時(shí)就要全部更換;穿孔卡的信息容量有限,但便于更換、保存,可重復使用;磁蕊和磁鼓僅適用于存儲容量較大的場(chǎng)合。至于選擇哪一種控制元件,則根據動(dòng)作的復雜程序和程序來(lái)確定。對動(dòng)作復雜的機械手,采用求教再現型控制系統。更復雜的機械手采用數字控制系統、小型計算機或微處理機控制的系統??刂葡到y以插銷(xiāo)板用的,其次是凸輪轉鼓。它裝有許多凸輪,每一個(gè)凸輪分配給一個(gè)運動(dòng)軸,轉鼓運動(dòng)一周便完成一個(gè)循環(huán)。


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