機(jī)械手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

液壓驅(qū)動(dòng)式

液壓驅(qū)動(dòng)式機(jī)械手通常由液動(dòng)機(jī)（各種油缸、油馬達(dá)）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由驅(qū)動(dòng)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達(dá)幾百千克以上），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動(dòng)、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。

氣壓驅(qū)動(dòng)式

氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)組成，其特點(diǎn)是氣源方便、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、維修方便。但難以進(jìn)行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。

電氣驅(qū)動(dòng)式

電力驅(qū)動(dòng)是機(jī)械手使用得最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大（關(guān)節(jié)型的持重已達(dá)400kg），信號(hào)檢測(cè)、傳動(dòng)、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)（AC）為主要的驅(qū)動(dòng)方式。由于電機(jī)速度高，通常須采用減速機(jī)構(gòu)（如諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)等）。有此機(jī)械手已開始采用無減速機(jī)構(gòu)的大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速電機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)（DD）這既可使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，又可提高控制精度。

機(jī)械驅(qū)動(dòng)式

機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于動(dòng)作固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。其特點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，工作速度高，成本低，但不易于調(diào)整。

其他還有采用混合驅(qū)動(dòng)，即液-氣或電-液混合驅(qū)動(dòng)。

編輯

機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)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(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。

機(jī)械手動(dòng)力學(xué)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為手部、手臂、軀干；

1、手部

手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔中裝有傳動(dòng)軸，可把運(yùn)用傳給手腕，以轉(zhuǎn)動(dòng)、伸曲手腕、開閉手指。

機(jī)械手手部的構(gòu)造系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)3種。手指的數(shù)量又可分為二指、三指、四指等，其中以二指用的最多?？筛鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和大小的夾頭以適應(yīng)操作的需要。所謂沒有手指的手部，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(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的3個(gè)自由度都要精確地定位。

3、軀干軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架 。

機(jī)械手動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)械手所用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有4種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)用得最多。

1、液壓驅(qū)動(dòng)式

液壓驅(qū)動(dòng)式機(jī)械手通常由液動(dòng)機(jī)（各種油缸、油馬達(dá)）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由驅(qū)動(dòng)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達(dá)幾百千克以上），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動(dòng)、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。

2、氣壓驅(qū)動(dòng)式

其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)組成，其特點(diǎn)是氣源方便、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、維修方便。但難以進(jìn)行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。

3、電氣驅(qū)動(dòng)式電力驅(qū)動(dòng)是機(jī)械手使用得最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大（關(guān)節(jié)型的持重已達(dá)400kg），信號(hào)檢測(cè)、傳動(dòng)、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)（AC）為主要的驅(qū)動(dòng)方式。由于電機(jī)速度高，通常須采用減速機(jī)構(gòu)（如諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)等）。有些機(jī)械手已開始采用無減速機(jī)構(gòu)的大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速電機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)（DD）這既可使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，又可提高控制精度。

4、機(jī)械驅(qū)動(dòng)式

機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于動(dòng)作固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。其特點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，工作速度高，成本低，但不易于調(diào)整。其他還有采用混合驅(qū)動(dòng)，即液-氣或電-液混合驅(qū)動(dòng)。

機(jī)械手動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)

機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度、加減速度等。機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩種。

控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作程序的存儲(chǔ)方式有分離存儲(chǔ)和集中存儲(chǔ)兩種。分離存儲(chǔ)是將各種控制因素的信息分別存儲(chǔ)于兩種以上的存儲(chǔ)裝置中，如順序信息存儲(chǔ)于插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存儲(chǔ)于時(shí)間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等；集中存儲(chǔ)是將各種控制因素的信息全部存儲(chǔ)于一種存儲(chǔ)裝置內(nèi)，如磁帶、磁鼓等。這種方式使用于順序、位置、時(shí)間、速度等必須同時(shí)控制的場(chǎng)合，即連續(xù)控制的情況下使用。

其中插銷板使用于需要迅速改變程序的場(chǎng)合。換一種程序只需抽換一種插銷板限可，而同一插件又可以反復(fù)使用；穿孔帶容納的程序長(zhǎng)度可不受限制，但如果發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)就要全部更換；穿孔卡的信息容量有限，但便于更換、保存，可重復(fù)使用；磁蕊和磁鼓僅適用于存儲(chǔ)容量較大的場(chǎng)合。至于選擇哪一種控制元件，則根據(jù)動(dòng)作的復(fù)雜程序和精確程序來確定。對(duì)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手，采用求教再現(xiàn)型控制系統(tǒng)。更復(fù)雜的機(jī)械手采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)以插銷板用的最多，其次是凸輪轉(zhuǎn)鼓。它裝有許多凸輪，每一個(gè)凸輪分配給一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)鼓運(yùn)動(dòng)一周便完成一個(gè)循環(huán)。 2100433B

有軌運(yùn)行有兩種驅(qū)動(dòng)方式：自行式和牽引式；自行式的特點(diǎn)是運(yùn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行部分上，靠主動(dòng)輪與軌道間的附著力驅(qū)動(dòng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置方便，應(yīng)用很廣。缺點(diǎn):自重較大，驅(qū)動(dòng)力有限，不能產(chǎn)生較大的加速度，不能用于玻度較大的場(chǎng)合。

牽引式的特點(diǎn)：運(yùn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝在運(yùn)行部分之外，自重小，驅(qū)動(dòng)力不受限制。缺點(diǎn)：牽引鋼絲繩壽命短，維修麻煩，運(yùn)行阻力大。所以用要求自重小或坡度大的場(chǎng)合。

機(jī)械手可模仿人手和臂的某些動(dòng)作，按固定程序?qū)崿F(xiàn)抓取、裝配、搬運(yùn)等動(dòng)作。它是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能代替人類完成危險(xiǎn)作業(yè)。因此機(jī)械手廣泛應(yīng)用于易燃易爆物品的裝配、搬運(yùn)、拆卸、檢測(cè)，以及消防滅火、反恐防暴等高度危險(xiǎn)的環(huán)境。

傳統(tǒng)的剛性機(jī)械手為獲得良好的定位精度，盡量增加機(jī)械手構(gòu)件的剛度來減少振動(dòng)。由于高精度機(jī)械手的操作性受限于機(jī)械手的動(dòng)撓度，這樣導(dǎo)致定位工作滯后，機(jī)械手工作時(shí)能耗過大、運(yùn)行速度低、負(fù)載能力差、驅(qū)動(dòng)器的尺寸規(guī)格增大、成本增加等。為解決機(jī)械手操作的高速度與精確性的矛盾，柔性機(jī)械手應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)剛性機(jī)械手相比，柔性機(jī)械手具有質(zhì)量輕、體積小、速度高、負(fù)載能力強(qiáng)、能耗小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

長(zhǎng)期以來，機(jī)器人手臂的動(dòng)力學(xué)分析一直是難以很好解決的問題，主要表現(xiàn)在數(shù)學(xué)建模復(fù)雜，運(yùn)算量大，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制等方面。這樣就限制了機(jī)器人的設(shè)計(jì)和應(yīng)用性能，制約了精確的軌跡跟蹤。而動(dòng)力學(xué)仿真軟件的應(yīng)用無疑對(duì)提高機(jī)器人的設(shè)計(jì)性能、降低設(shè)計(jì)成本、減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間提供了幫助，并為機(jī)械手的控制研究奠定了基礎(chǔ)。

機(jī)器人手臂的動(dòng)力學(xué)建模有很多種方法，最為常見的有基于Lagrange方程的方法、Kane方法、旋轉(zhuǎn)代數(shù)法和Newton—Euler方法等。仿真軟件也多種多樣，如ADAMS、DADS、DISCOOS等。其中基于Lagrange方程的建模方法以編程方便，可以直接與通用的商業(yè)軟件如ANSYS、ADAMS等對(duì)接而得到了廣泛應(yīng)用。而且它不涉及約束力，直接建立主動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，在機(jī)器人系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的分析上有明顯的優(yōu)勢(shì)。