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如何设计数控车床机械手末端执行器?

供稿:中国工控网 2017/11/9 10:41:28

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  看过数控车床机械手视频或者接触过机械手是应该都知道,车床机械手可替代人工进行工作,机械的末端装置就相当于人手在工作,而且,时间周期都是固定,能很好的按要求指令完成生产任务。下面,就说说数控机械手厂家是如何设计机械手末端执行器的。

  一、首先,我们要明白,数控车床机械手机器人夹持器(手爪)的驱动方式主要有三种

  1.液压驱动方式

  液压驱动系统传动刚度大,可实现连续位置控制。

  2.电动驱动方式

  电动驱动手爪应用也较为广泛。这种手爪,一般采用直流伺服电机或步进电机,并需要减速器以获得足够大的驱动力和力矩。电动驱动方式可实现手爪的力与位置控制。但是,这种驱动方式不能用于有防爆要求的条件下,因为电机有可能产生火花和发热。

  3.气动驱动方式

  这种驱动系统是用电磁阀来控制手爪的运动方向,用气流调节阀来调节其运动速度。由于气动驱动系统价格较低,所以气动夹持器在工业中应用较为普遍。另外,由于气体的可压缩性,使气动手爪的抓取运动具有一定的柔顺性,这一点是抓取动作十分需要的。

  二、数控车床机械手末端执行器的设计要求

  车床机械手末端执行器是安装在机器人手腕上用来进行某种操作或作业的附加装置。车床机械手末端执行器的种类很多,以适应机器人的不同作业及操作要求。末端执行器可分为搬运用、加工用和测量用等。

  1.搬运用末端执行器是指各种夹持装置,用来抓取或吸附被搬运的物体。

  2.加工用末端执行器是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机器人附加装置,用来进行相应的加工作业。

  3.测量用末端执行器是装有测量头或传感器的附加装置,用来进行测量及检验作业。

  在设计车床机械手末端执行器时,应注意以下问题;

  1.数控车床机械手末端执行器是根据机器人作业要求来设计的。一个新的末端执行器的出现,就可以增加一种机器人新的应用场所。因此,根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机器人末端执行器,将不断的扩大机器人的应用领域。

  2.车床机械手末端执行器的重量、被抓取物体的重量及操作力的总和机器人容许的负荷力。因此,要求机器人末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。

  3.数控车床机械手末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。万能末端执行器在结构上很复杂,甚至很难实现,例如,仿人的万能机器人灵巧手,至今尚未实用化。目前,能用于生产的还是那些结构简单、万能性不强的机器人末端执行器。从工业实际应用出发,应着重开发各种专用的、高效率的机器人末端执行器,加之以末端执行器的快速更换装置,以实现机器人多种作业功能,而不主张用一个万能的末端执行器去完成多种作业。因为这种万能的执行器的结构复杂且造价昂贵。

  4.通用性和万能性是两个概念,万能性是指一机多能,而通用性是指有限的末端执行器,可适用于不同的机器人,这就要求末端执行器要有标准的机械接口(如法兰),使末端执行器实现标准化和积木化。

  5.机器人末端执行器要便于安装和维修,易于实现计算机控制。用计算机控制最方便的是电气式执行机构。因此,工业机器人执行机构的主流是电气式,其次是液压式和气压式(在驱动接口中需要增加电-液或电-气变换环节)。

  三、数控车床机械手夹持器的典型结构

  1.楔块杠杆式手爪

  利用楔块与杠杆来实现手爪的松、开,来实现抓取工件。

  2.滑槽式手爪

  当活塞向前运动时,滑槽通过销子推动手爪合并,产生夹紧动作和夹紧力,当活塞向后运动时,手爪松开。这种手爪开合行程较大,适应抓取大小不同的物体。

  3.连杆杠杆式手爪

  这种手爪在活塞的推力下,连杆和杠杆使手爪产生夹紧(放松)运动,由于杠杆的力放大作用,这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常与弹簧联合使用。

  4.齿轮齿条式手爪

  这种手爪通过活塞推动齿条,齿条带动齿轮旋转,产生手爪的夹紧与松开动作。

  5.平行杠杆式手爪

  采用平行四边形机构,因此不需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动,比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多。

审核编辑(王静)
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