关节式自动上下料机械手设计摘要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。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。在设计机器人末端执行器时，应注意以下问题.机器人末端执行器是根据机器人作业要求来设计的。个新的末端执行器的出现，就可以增加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。.机器人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。.机器人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。.通用性和万能性是两个概念，万能性是指机多能，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。.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。机器人夹持器的运动和驱动方式机器人夹持器及机器人手爪。般工业机器人手爪，多为双指手爪。按手指的运动方式，可分为回转型和移动型，按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。机器人夹持器手爪的驱动方式主要有三种.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定的柔顺性，这点是抓取动作十分需要的。.电动驱动方式电动驱动手爪应用也较为广泛。这种手爪，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。.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。机器人夹持器的典型结构.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。.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。.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。.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。.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。设计具体采用方案结合具体的工作情况，本设计采用连杆杠杆式的手爪。驱动活塞往复移动，通过活塞杆端部齿条，中间齿条及扇形齿条使手指张开或闭合。手指的最小开度由加工工件的直径来调定。本设计按照工件的直径为来设计。手爪的具体结构形式如图所示图机械手末端执行手爪结构图.机械手的机械传动机构的设计工业机器人传动机构设计应注意的问题机器人是由多级联杆和关节组成的多自由度的空间运动机构。除直接驱动型机器人以外，机器人各联杆及各关节的运动都是由驱动器经过各种机械传动机构进行驱动的。机器人所采用的传动机构与般机械的传动机构相类似。常用的机械传动机构主要有螺旋传动齿轮传动同步带传动高速带传动等。由于传动部件直接影响着机器人的精度稳定性和快速响应能力，因此，应设计和选择满足传动间隙小，精度高，低摩擦体积小重量轻运动平稳响应速度快传递转矩大谐振频率高以及与伺服电动机等其它环节的动态性能相匹配等要求的传动部件。在设计机器人的传动机构时要注意以下问题.为了提高机器人的运动速度及控制精度，要求机器人各运动部件的重量要轻，惯量要小。因此，机器人的传动机构要力求结构紧凑，重量轻，体积小。.在传动链及运动副中要采用间隙调整机构，以减小反向空回所造成的运动误差。.系统传动部件的静摩擦力应尽可能小，动摩擦力应是尽可能小的正斜率，若为负斜率则易产生爬行，精度降低，寿命减小。因此，要采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如滚珠丝杠副滚动导向支承等。.缩短传动链，提高传动与支承刚度，如用预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动和支承刚度采用大扭矩宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接，以减小中间传动机构丝杠的支承设计采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。.选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力。.缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙减少支承变形等措施。.适当的阻尼比，机械零件产生共振时，系统的阻尼越大，最大振幅就越小，且衰减越快但大阻尼也会使系统的失动量和反转误差增大，稳态误差增大，精度降低。故在设计时要使传动机构的阻尼合适。工业机器人常用的传动机构形式.齿轮传动机构在机器人中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮，圆锥齿轮，谐波齿轮，摆线针轮及蜗轮蜗杆传动等。机器人系统中齿轮传动设计的些问题齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择。齿轮传动部件是转矩转速和转向的变换器用于伺服系统的齿轮减速器是个力矩变换器。齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间的位移及转矩转速的匹配要求，其输入电动机为高转速，低转矩，而输出则为低转速，高转矩。故齿轮传动系统要有足够的刚度，还要求其转动惯量尽量小，以便在获得同加速度时所需的转矩小，即在同驱动功率时，其加速度响应最大。齿轮的啮合间隙会造成传动死区失动量，若该死区是闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常使系统产生低频振荡，因此要尽量采用齿侧间隙小，精度高的齿轮为尽量降低制造成本，要采用调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙，从而提高传动精度和系统的稳定性。各级传动比的最佳分配原则。当计算出传动比后，为使减速系统结构紧凑，满足动态性能和提高传动精度的要求，要对各级传动比进行合理的分配，原则如下．输出轴转角误差最小原则。为了提高齿轮传动系统的运动精度，各级传动比应按“先小后大”的原则分配，以便降低齿轮的加工误差安装误差及回转误差对输出转角精度的影响。设齿轮传动中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角误差为，则式中第个齿轮所具有的转角误差第个齿轮的转轴至级输出轴的传动比。则四级齿轮传动系统的各级齿轮的转角误差.换算到末级输出轴上的总转角误差为由此可知总转角误差主要取决于最末级齿轮的转角误差和传动比的大小。因此，在设计中最末两级的传动比应取大些，并尽量提高其加工精度。．等效转动惯量最小原则。利用该原则设计的齿轮系统要使换算到电动机轴上的等效转动惯量最小，各级传动比也是按照“先小后大”的次序分配，以使其结构紧凑。具体而言有几点