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机械手设计 机械手驱动

目前,应用最多的机械手的手臂结构总体可分为三大类,滑块连杆机构的关节型机械手臂结构,气动式积木机械手臂结构和纯关节型机械手臂结构。

关节型机械手臂应用最广,如铲车、吊车手臂都采用此类机构。其手臂采用平面内自由度滑块连杆机构,主要由机座,上臂气缸,下臂气缸,手腕气缸和末端执行机构组成。其中B、C、D 3个关节组成平面内的3个自由度,A为腰关节,构成空间内的第4个自由度。机械手的3个气缸分别用液压系统驱动,通过气缸内活塞的运动来驱动相应的滑块连杆机构,带动相应的臂部做往复运动。这种手臂结构的控制均由相应手臂部分的液压缸的活塞来完成,设计控制部分时只需相应设置相应液压缸的动作即可,但机械手臂的动作相对显得有些束缚,不是很灵活。

滑块连杆机构机械手臂。这种结构以升降缸作为手臂的支撑主干,以伸摆式汽缸作为执行部分的手臂结构,具有水平无杠杆沿X方向移动,垂直升降缸沿Y方向移动,伸缩缸沿Z 轴方向伸缩和伸摆式气缸绕Z 轴旋转四个自由度。由于手臂采用悬臂方式,活塞杆所承受的径向弯曲力矩较大,为解决这个问题,一般选用具有良好导向性能的高精度导轨型无杆缸和导向型伸缩缸。这种手臂结构动作原理比较简单,X方向的移动主要靠机械手工作台的移动来实现,Y和Z方向的移动则通过气功的伸缩运动来实现,满足自由度要求的同时,简化了手臂结构。

纯关节型机械手臂结构,由机身、肩关节、肘关节、腕摆动关节、臂旋转关节和腕弯曲关节组成,每个关节内部都有一台步进电机控制其关节的动作。

机械手整机可分为机身、大臂、小臂(含手腕) 部分。机身与大臂、大臂与小臂、小臂与手腕有3个旋转关节,以保证达到工作空间的任意位置,手腕中又有3个旋转关节:腕转、腕曲、腕摆,以实现末端操作器的任意空间姿态。手腕的端部为一个法兰,以连接末端操作器,这是一个通用性接口,以供用户配置多个手部装置或工具。这种手臂结构和滑块连杆机构的关节型手臂类似,但缺少了连杆,动作直接由内部的步进电机控制,机动性和灵活性更强,但内部控制结构相对复杂。