1. 液压机械手臂
用机械万向节和液压机件连接。
2. 液压机械手
机械手是在机械化,自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性(王希敏,1992)。在现代生产过程中,机械手被广泛的运用于自动生产线中,机械手虽然目前还不如人手那样灵活,但它具有能不断重复工作和劳动,不知疲劳,不怕危险,抓举重物的力量比人手力大的特点,因此,机械手已受到许多部门的重视,并越来越广泛地得到了应用。(王承义,1995)
机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是:机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁块的工件抓放机构,控制系统是示教形的。1962年,美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿照坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年,美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手,是后来国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学,麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业,定位误差小于±1毫米。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制。
目前,机械手大部分还属于第一代,主要依靠人工进行控制;改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。研究安装各种传感器,把感觉到的信息反馈,使机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系,并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环节
3. 液压机械臂的设计与制作
机械臂的工作原理:一般机构可由电力、液压、气动、人力驱动。机构有螺纹顶紧机构(如台虎钳)、斜锲压紧、导杆滑块机构(破碎机常用)、利用重力的自锁机构(如抓砖头的)等等。
还有简单的:如可用气(液压)缸直接夹紧的。 底座是用来安装和固定机器的。 油箱是装润滑油或液压油循环的。
升降位置检测器,要么是确定物体或机器部件是否位于某几个预定高度位置,要么是实时检测其高度的。
手臂回转升降机构就是机械臂在升降的同时也可以旋转的 手臂伸缩机构是机械臂伸出和缩回的 伸缩位置检测器作用基本等同于升降位置检测器,只是测量对象换了。
机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
4. 气动机械臂
机械手臂根据结构形式的不同分为多关节机械手臂,直角坐标系机械手臂,球坐标系机械手臂,极坐标机械手臂,柱坐标机械手臂等。
水平多关节机械手臂一般有三个主自由度,Z1转动,Z2转动,Z移动。通过在执行终端加装X转动,Y转动可以到达空间内的任何坐标点。直角坐标系机械手臂有三个主自由度。X移动,Y移动,Z移动组成,通过在执行终端加装X转动,Y转动,Z转动可以到达空间内的任何坐标点。
从驱动上来讲,主要采用的是液压驱动,即采用液压缸来驱动手臂运动。也可采用气动、电机传动等形式。
下面针对不同类型的机械臂,了解一下它们的自由度结构。
1、太空机械臂
以太空机械臂为例,一般它分为舱内机械臂和舱外机械臂两大类。一般舱内机械臂尺寸不大。对于舱外机械臂而言,一般从几米到几十米。针对不同的任务需求,自由度从5个到10个不等。通过利用机械臂的定位功能,通过不同形势手爪的使用,可以完成对于航天器舱内和舱外不同目标的拾取、搬运、定位和释放。
2、工业机器人机械臂
在工业机器人领域,设计中一般采取6个自由度。前三个自由度用来确定位置,后三个来确定姿态,实现机械臂的控制。6个自由度分别为:沿x轴平移,沿y轴平移,沿z轴平移,绕x轴转动,绕y轴转动,绕z轴转动。
一个基准面与工件底面重合,限制了工件沿z轴平移,绕x轴转动,绕y轴转动3个自由度;
二个基准面又与工件后侧面重合,限制了工件沿x轴移动,绕z轴转动2个自由度;
三基准面与工件另一个侧面重合,就把剩下的最后一个自由度:沿y轴移动限制了。
3、手术机器人机械臂
在医疗领域,不同于普通机器人机械臂,手术机器人的机械臂往往需要很高的精度。手术机器人的机械臂运动过程中,机械臂必须实现平稳顺滑,能够快速响应指令。一般手术机器人结构需要根据手术环境来调整,这样才能满足手术的不同要求。
达芬奇外科手术机器人的系统中的每一个机械臂具有7个自由度。其中,每个微器械具有独立的4个自由度,机械臂提供3个自由度,这样器械末端具有7个自由度。整体来说,其具有很高的灵活性。
一般来说,随着机械臂的自由度增加,运动灵活性会增加。但是,自由度却并非越高越好。一般的专用机械手只有2~4个自由度,而通用机械手则多数为3~6个自由度(不包手指的抓取动作)。
5. 液压机械手臂科学小制作原理
机械臂的工作原理:
一般机构可由电力、液压、气动、人力驱动。机构有螺纹顶紧机构(如台虎钳)、斜锲压紧、
导杆滑块机构(破碎机常用)、利用重力的自锁机构(如抓砖头的)等等。还有简单的:如可用气(液压)缸直接夹紧的。如果是小物品,可直接购买FESTO等公司的气动手指。
底座是用来安装和固定机器的。
油箱是装润滑油或液压油循环的。
升降位置检测器,要么是确定物体或机器部件是否位于某几个预定高度位置,要么是实时检测其高度的。
手臂回转升降机构就是机械臂在升降的同时也可以旋转的
手臂伸缩机构是机械臂伸出和缩回的伸缩位置检测器作用基本等同于升降位置检测器,只是测量对象换了。
机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。