機械手驅(qū)動機構(gòu)簡介

驅(qū)動機構(gòu)

液壓驅(qū)動式

液壓驅(qū)動式機械手通常由液動機（各種油缸、油馬達）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅(qū)動系統(tǒng)，由驅(qū)動機械手執(zhí)行機構(gòu)進行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達幾百千克以上），其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動、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)動式

氣壓驅(qū)動系統(tǒng)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(jié)構(gòu)簡單、造價較低、維修方便。但難以進行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。

電氣驅(qū)動式

電力驅(qū)動是機械手使用得最多的一種驅(qū)動方式。其特點是電源方便，響應快，驅(qū)動力較大（關節(jié)型的持重已達400kg），信號檢測、傳動、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動電機一般采用步進電機，直流伺服電機（AC）為主要的驅(qū)動方式。由于電機速度高，通常須采用減速機構(gòu)（如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構(gòu)等）。有此機械手已開始采用無減速機構(gòu)的大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速電機進行直接驅(qū)動（DD）這既可使機構(gòu)簡化，又可提高控制精度。

機械驅(qū)動式

機械驅(qū)動只用于動作固定的場合。一般用凸輪連桿機構(gòu)來實現(xiàn)規(guī)定的動作。其特點是動作確實可靠，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，即液-氣或電-液混合驅(qū)動。

編輯

機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(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。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，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。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時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或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。

機械手動力學執(zhí)行機構(gòu)

機械手的執(zhí)行機構(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)孔中裝有傳動軸，可把運用傳給手腕，以轉(zhuǎn)動、伸曲手腕、開閉手指。

機械手手部的構(gòu)造系模仿人的手指，分為無關節(jié)、固定關節(jié)和自由關節(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)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和大小的夾頭以適應操作的需要。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

手臂的作用是引導手指準確地抓住工件，并運送到所需的位置上。為了使機械手能夠正確地工作，手臂的3個自由度都要精確地定位。

3、軀干軀干是安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機構(gòu)的支架 。

機械手動力學驅(qū)動機構(gòu)

機械手所用的驅(qū)動機構(gòu)主要有4種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。其中以液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動用得最多。

1、液壓驅(qū)動式

液壓驅(qū)動式機械手通常由液動機（各種油缸、油馬達）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅(qū)動系統(tǒng)，由驅(qū)動機械手執(zhí)行機構(gòu)進行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達幾百千克以上），其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動、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)動式

其驅(qū)動系統(tǒng)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(jié)構(gòu)簡單、造價較低、維修方便。但難以進行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。

3、電氣驅(qū)動式電力驅(qū)動是機械手使用得最多的一種驅(qū)動方式。其特點是電源方便，響應快，驅(qū)動力較大（關節(jié)型的持重已達400kg），信號檢測、傳動、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動電機一般采用步進電機，直流伺服電機（AC）為主要的驅(qū)動方式。由于電機速度高，通常須采用減速機構(gòu)（如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構(gòu)等）。有些機械手已開始采用無減速機構(gòu)的大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速電機進行直接驅(qū)動（DD）這既可使機構(gòu)簡化，又可提高控制精度。

4、機械驅(qū)動式

機械驅(qū)動只用于動作固定的場合。一般用凸輪連桿機構(gòu)來實現(xiàn)規(guī)定的動作。其特點是動作確實可靠，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，即液-氣或電-液混合驅(qū)動。

機械手動力學控制系統(tǒng)

機械手控制的要素包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度、加減速度等。機械手的控制分為點位控制和連續(xù)軌跡控制兩種。

控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設計采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手進行工作程序的存儲方式有分離存儲和集中存儲兩種。分離存儲是將各種控制因素的信息分別存儲于兩種以上的存儲裝置中，如順序信息存儲于插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存儲于時間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等；集中存儲是將各種控制因素的信息全部存儲于一種存儲裝置內(nèi)，如磁帶、磁鼓等。這種方式使用于順序、位置、時間、速度等必須同時控制的場合，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使用；穿孔帶容納的程序長度可不受限制，但如果發(fā)生錯誤時就要全部更換；穿孔卡的信息容量有限，但便于更換、保存，可重復使用；磁蕊和磁鼓僅適用于存儲容量較大的場合。至于選擇哪一種控制元件，則根據(jù)動作的復雜程序和精確程序來確定。對動作復雜的機械手，采用求教再現(xiàn)型控制系統(tǒng)。更復雜的機械手采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計算機或微處理機控制的系統(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，每一個凸輪分配給一個運動軸，轉(zhuǎn)鼓運動一周便完成一個循環(huán)。 2100433B

有軌運行有兩種驅(qū)動方式：自行式和牽引式；自行式的特點是運行驅(qū)動機構(gòu)在運行部分上，靠主動輪與軌道間的附著力驅(qū)動，構(gòu)造簡單，布置方便，應用很廣。缺點:自重較大，驅(qū)動力有限，不能產(chǎn)生較大的加速度，不能用于玻度較大的場合。

牽引式的特點：運行驅(qū)動機構(gòu)裝在運行部分之外，自重小，驅(qū)動力不受限制。缺點：牽引鋼絲繩壽命短，維修麻煩，運行阻力大。所以用要求自重小或坡度大的場合。

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

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

長期以來，機器人手臂的動力學分析一直是難以很好解決的問題，主要表現(xiàn)在數(shù)學建模復雜，運算量大，難以實現(xiàn)實時控制等方面。這樣就限制了機器人的設計和應用性能，制約了精確的軌跡跟蹤。而動力學仿真軟件的應用無疑對提高機器人的設計性能、降低設計成本、減少產(chǎn)品開發(fā)時間提供了幫助，并為機械手的控制研究奠定了基礎。

機器人手臂的動力學建模有很多種方法，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等對接而得到了廣泛應用。而且它不涉及約束力，直接建立主動力與運動的關系，在機器人系統(tǒng)動力學特性的分析上有明顯的優(yōu)勢。