主頁 > 新聞動態（tài） > 機械手組成執行機構及工作原理的應用（yòng）解析 2021-12-31

機械手組成執行機構及工作（zuò）原理的應用解析

機械手是一種能模（mó）仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。特點是可以通過編程來完成各種預期的（de）作（zuò）業（yè），構造（zào）和性能上兼有人和機械手機器各自的（de）優（yōu）點（diǎn）。
機（jī）械手是最早出現的工業（yè）機器人，也是最早出現的現代機器人，它可代替人的繁重勞（láo）動以實現生產的機（jī）械化和自動化，能在有害環境下操作（zuò）以保護人身安全（quán），因而（ér）廣（guǎng）泛應用於機械製造、冶金、電子、輕（qīng）工和（hé）原子能等部門。
一、機械手的主要組成及執行機構
1.機械手的主要組（zǔ）成

機械手主要由執（zhí）行機構、驅動機構和控製係統三大部分組成。手部是（shì）用（yòng）來抓持工（gōng）件（jiàn）（或工具）的部件（jiàn），根據被抓（zhuā）持物件的形狀、尺（chǐ）寸、重（chóng）量、材（cái）料和作業要求而（ér）有多種結構形式，如（rú）夾持型、托持型和吸附型（xíng）等。運動機（jī）構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或複合運（yùn）動來實現規定的動作，改變被抓（zhuā）持物（wù）件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨（dú）立運動方（fāng）式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度（dù）。自由度是機械手設（shè）計的關鍵參數。自由度越多，機械手的（de）靈活性越大，通用性越廣，其結構也（yě）越複雜。一般專用機械手有2～3個自由度。控製係統是通過對機械手每個自由（yóu）度（dù）的電機的控製，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩定的閉環控製（zhì）。控製係統的（de）核心通（tōng）常是由單片機或dsp等微控製芯片構（gòu）成，通過對其編程實現所要功能（néng）。
2.機械（xiè）手的執行機（jī）構

機械手的執（zhí）行機（jī）構分為手（shǒu）部、手臂、軀幹；
1)手部
手（shǒu）部安裝在手臂的前端。手臂的內孔中裝有傳動軸，可把運用傳給手腕，以轉動、伸（shēn）曲手腕、開閉（bì）手指。
機械手手部的構造係模仿人（rén）的手指，分為無關節、固定關節和自由關節（jiē）3種。手指的數量又可分為（wéi）二指、三指、四指等，其中以二指（zhǐ）用的最多。可根據夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和大小的（de）夾頭（tóu）以適應操作的（de）需要。所謂沒（méi）有手指的手部，一般都是指真空吸盤或磁性吸盤。
2)手臂
手臂的作用是引導手指準（zhǔn）確地抓住工（gōng）件，並運送到所需的位置上。為了使機械手（shǒu）能夠正確地（dì）工作，手臂的3個（gè）自由度都要精確地定位。
3)軀幹軀幹是安裝手臂、動力源和各種執行機構的支架。
3.機械手（shǒu）的驅動機構

機械手所用的驅動機構主要有4種（zhǒng）：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和（hé）機械驅動。
1)液壓驅動式（shì）
液壓驅動式機械手通常由液（yè）動機（各種油缸（gāng）、油馬達）、伺服閥、油（yóu）泵、油箱（xiāng）等組成驅動係統，由驅動機械手（shǒu）執行機（jī）構進行工作（zuò）。通常它的具有很（hěn）大的抓舉能（néng）力（高達幾百千克以上），其特點是結構緊湊、動作平穩、耐衝（chōng）擊、耐震動、防爆性好，但液（yè）壓元件要求有較高的製造精度和密封性能，否則漏油將汙染環境。
2)氣（qì）壓驅動式
其驅動係統通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機組成，其特點是氣源方便、動作迅速、結構簡單、造（zào）價較（jiào）低、維修方便。但難（nán）以進行速度控（kòng）製，氣壓不可太（tài）高，故抓舉（jǔ）能力較低。
3)電氣驅動式
電力驅動是機械手（shǒu）使用得（dé）最多的一種驅動方式。其特點是電源（yuán）方便，響應快，驅動力較大（關節型的持重已達400kg），信號檢測、傳動、處理方便，並可采用多種靈活（huó）的控製方案。驅動電機一般采用步進電（diàn）機，直（zhí）流伺服電機（AC）為主要的（de）驅動方式。由於電機速度高，通常（cháng）須采用減速機構（如（rú）諧波傳動（dòng）、RV擺線針輪傳動（dòng）、齒輪傳動、螺旋（xuán）傳動和多杆機構等（děng））。有些機械手已開始采用無（wú）減速機構的大轉矩、低轉速電機進行直接驅動（DD）這既可使機構簡化（huà），又可提高控製（zhì）精度。
4)機械驅動式
機械驅動（dòng）隻用於動作固定的場合。一般用凸輪連杆（gǎn）機構來（lái）實現規定的動作。其（qí）特點是（shì）動作確實可靠，工（gōng）作速度高，成本低，但不易於調整。其他還有采（cǎi）用（yòng）混合驅動，即液-氣或電-液混合驅動。
二、機械手的（de）控製係統

機（jī）械手控製的要素（sù）包括（kuò）工（gōng）作順序、到（dào）達位置、動作時間、運動速度（dù）、加減速度等。機械手的控（kòng）製分為點位控製和連續軌跡控製兩（liǎng）種。
控製係統可根據動作（zuò）的要求（qiú），設計采用數字順序控製。它首先要編製程序加以存儲，然（rán）後再根據規定的程序，控製機械手進行工作程序的存儲方式有分（fèn）離存儲和集中存儲兩種。分離存儲是將各種控製因素的信息分（fèn）別存儲於兩種以上的存儲裝置中，如順序信息存儲於插銷板、凸輪轉鼓、穿孔（kǒng）帶內；位置信息存儲於時間繼電器、定速回轉鼓等；集中存儲是將各種控（kòng）製因素的信息全部存儲於一種存儲裝置內，如磁帶、磁鼓（gǔ）等。這（zhè）種方式使用於順序、位置、時間、速（sù）度等必須同時控製的場合，即連續（xù）控製的情況下使用。
其中插銷板使用（yòng）於（yú）需要迅速改變（biàn）程序的場合（hé）。換一種程序（xù）隻需抽換一種（zhǒng）插銷板限可，而（ér）同一（yī）插件又可以反複使（shǐ）用；穿孔帶容納的程序長度可不（bú）受限製，但如果發生錯誤時（shí）就要全部更（gèng）換；穿孔（kǒng）卡的信息容量有限，但便於更換、保（bǎo）存，可（kě）重複使用；磁蕊和磁鼓僅適用於存儲容量較（jiào）大的場合。至於選擇哪一種控製元件，則根據動作的複雜程序和精確程序來確定。對動作複雜的機械手，采用求教再現（xiàn）型控製係統。更複雜的機械手采用數（shù）字控製係統、小型計（jì）算機或（huò）微處理機控製的（de）係統。控製（zhì）係統（tǒng）以插銷板用的最多，其次是凸輪轉（zhuǎn）鼓。它裝（zhuāng）有許（xǔ）多凸輪，每一個凸輪分配給一個運動軸，轉鼓運動一周便完成一個循環。
三、機（jī）械（xiè）手的工作原理及應用

機械手主（zhǔ）要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件（jiàn），根據被抓持物件（jiàn）的形狀、尺（chǐ）寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托（tuō）持（chí）型和吸附型等。運動（dòng）機構使手部（bù）完成各種轉（zhuǎn）動(擺動)、移動或複合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式（shì），稱為（wéi）機械手的自（zì）由度。自由度是機（jī）械手設計的（de）關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也（yě）越複雜。一般專用機械手有2～3個（gè）自由度。
工業機器人機械手能模仿人手和臂（bì）的某（mǒu）些動作功能，用（yòng）以按固定（dìng）程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機（jī）械手是最早出現的工業機（jī）器人，也是最早出現的現代機器人，它可（kě）代替人的（de）繁重勞動以實現生（shēng）產的機械化和自動化，能在有害環境下操作（zuò）以保護人身安全，因而廣泛應用於機械製造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
四（sì）、機械手實（shí）訓裝（zhuāng）置的（de）設計及故障演示（shì）

本設備為坐標式（shì）機械手，可完成機械手旋轉（zhuǎn）、手臂垂直上下移動、手（shǒu）臂水平移動，手爪旋轉四個自由度的位置（zhì）精確控製。同時配置（zhì）晶體管式可編（biān）程控製器，用於對整個機械手進行複雜的位置（zhì）控製。通過在該實訓裝置上（shàng）的實訓和操作，學生（shēng）可熟練掌握PLC高級指令、傳感器、旋轉編碼器、氣（qì）動控製、步進電機、氣動手指（zhǐ）、直流電機、精確機械位置傳動等技術的綜合應（yīng）用。

1.主要技術參數：

1)電源輸入（rù）：三相（xiàng）五線 AC 380V±10% 50Hz

2)滾珠（zhū）絲杠有（yǒu）效行程：400mm

3)外形尺（chǐ）寸：1200×780×840mm

4)電（diàn）腦桌尺（chǐ）寸：600×530×1000mm

5)整機功耗：≤1KW

6)安全保護措（cuò）施：具有接地保護、漏電（diàn）保（bǎo）護功（gōng）能，安全性符合相關的國家標準（zhǔn）。采用高絕緣（yuán）的安（ān）全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線。

2.實訓功能

1)可（kě）編程控製器高級指令編程實訓

2)步進電機應用技術的掌握和實訓

3)光電傳感器應用技能的掌握和實

4)氣動技術應用的掌握和實（shí）訓