工业机器人的末端执行器

工业机器人的手部也称末端执行器,它是装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行 作业的部件。对于整个工业机器人来说手部是完成作业好坏、作业柔性优劣的关键部件 之一。工业机器人的手部可以像人手那样具有手指,也可以是不具备手指的手;可以 是类人的手爪,也可以是进行专业作业的工具,例如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊 接工具等

1. 手爪的驱动 机械手爪的作用是抓住工件、握持工件和释放工件。通常采用气动、液动、电动和电 磁来驱动手指的开合,气动手爪目前得到广泛的应用,主要由于气动手爪具有结构简单、成本低、

容易维修,而且开合迅速,质量轻,其缺点在于空气 介质的可压缩性,使爪钳位置控制比较复杂。液压驱动手爪成 本要高些。电动手爪的优点在于手指开合电机的控制与机器人 控制共用一个系统,但是夹紧力比气动手爪、液压手爪小,相 比而言开合时间要稍长。如图2-8所示为一种气动手爪,汽缸4 中压缩空气推动活塞3使连杆齿条2做往复运动,经扇形齿轮1 带动平行四边形机构,使爪钳5平行地快速开合。

2.手爪的传动机构

驱动源的驱动力通过传动机构驱使爪钳开合并产生夹紧力。 对于传动机构有运动要求和夹紧力要求。如图2-8及图2-9 (a) 所示的平行连杆式手爪和齿轮齿条式手爪可保持爪钳平行运动,夹持宽度变化大。对夹紧 力要求是爪钳开合度不同时夹紧力能保持不变。

3.爪钳 爪钳是与工件直接接触的部分。

它们的形状和材料对夹紧力有很大影响。夹紧工件的 接触点越多,所要求的夹紧力越小,对夹持工件来说更显得安全。图2-10所示是具有 V 形爪钳表面的手爪,有四条折线与工件相接触,形成力封闭形式的夹持状态。

二、磁力吸盘

磁力吸盘有电磁吸盘和永磁吸盘两种。

磁力吸盘是在手部装上电磁铁,通过磁场吸力 把工件吸住。图2-11为电磁吸盘的结构示意图。线圈通电后产生磁性吸力将工件吸住,

断电后磁吸力消失将工件松开。若采用永久磁铁作为吸盘,则必须是强迫性取下工件。电 磁吸盘只能吸住铁磁材料制成的工件,吸不住有色金属和非金属材料的工件。磁力吸盘的 缺点是被吸取工件有剩磁,吸盘上常会吸附一些铁屑,致使不能可靠地吸住工件。对于不 准有剩磁的场合,不能选用磁力吸盘,可用真空吸盘,例如钟表及仪表零件。另外高温条 件下不宜使用磁力吸盘,主要在于钢、铁等磁性物质在723℃以上时磁性会消失。

三、真空式吸盘

真空式吸盘主要用在搬运体积大、质量轻的如冰箱壳体、汽车壳体等零件;也广泛用 在需要小心搬运的物件如显像管、平板玻璃等。真空式吸盘对工件表面要求平整光滑、干 燥清洁、能气密。

根据真空产生的原理,可分为三种。

1. 真空吸盘 图2-12所示为产生负压的真空吸盘控制系统。采用真空泵能保证吸盘内持续产生负 压。吸盘吸力取决于吸盘与工件表面的接触面积和吸盘内外压差,另外与工件表面状态也 有十分密切的关系,它影响负压的泄漏。 2.气流负压吸盘 气流负压吸盘的工作原理如图2-13所示。压缩空气进入喷嘴后,利用伯努利效应使 橡胶皮碗内产生负压。在工厂一般都有空压机或空压站,空压机气源比较容易解决,不用 专为机器人配置真空泵,因此气流负压吸盘在工厂使用方便。

3.挤气负压吸盘

挤气负压吸盘结构如图2-14所示。

当吸盘压向工件表面 时,将吸盘内空气挤出;松开时,去除压力,吸盘恢复弹性变 形使吸盘内腔形成负压,将工件牢牢吸住,机械手即可进行工 件搬运;到达目标位置后,可用碰撞力或用电磁力使压盖2动 作,使空气进入吸盘腔内,释放工件。这种挤气负压吸盘不需 要真空泵也不需要压缩空气气源,比较经济方便,但是可靠性 比真空吸盘和气流负压吸盘差