模块四--工业机器人的执行机构设计课件.ppt

1、主讲人：工业机器人的三维造型与设计一体化教程模块四 工业机器人的执行机构设计教学内容：任务二 上下料工业机器人的执行机构设计任务一 认识工业机器人的执行机构任务三 码垛工业机器人的执行机构设计3认识工业机器人的执行机构一 机器人必须有“手”，这样它才能根据控制系统发出的“命令”执行相应的动作。用在工业上的机器人的手我们一般称之为末端操作器，它是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)工件或专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头等)并进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件、工具的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，并大致可分

2、为以下几类：(1)夹钳式取料手；(2)吸附式取料手；(3)专用操作器；(4)仿生多指手。4认识工业机器人的执行机构一1、夹钳式取料手 夹钳式手部与人手相似，是工业机器人广为应用的一种手部形式。它一般由手指(手爪)和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成，并能通过手爪的开闭动作实现对物体的夹持。5认识工业机器人的执行机构一（1）手指 手指是直接与工件接触的部件。手部松开和夹紧工件，就是通过手指的张开与闭合来实现的。机器人的手部一般有两个手指，也有3个或多个手指，其结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。6认识工业机器人的执行机构一（1）手指 指端的形状通常有两类：V型指和平面指。(a)固定V型

3、(b)滚柱V型 (c)自定位式V型 V型指端的形状(a)平面指 (b)尖指 (c)特形指夹钳式手的指端7认识工业机器人的执行机构一（1）手指 其它形式指还有夹板式和托架式等，主要用于码垛作业。（a）夹板式 （b）托架式其它形式取料手 8认识工业机器人的执行机构一（1）手指 指面的形状常有光滑指面、齿形指面和柔性指面等。光滑指面平整光滑，用来夹持已加工表面，避免已加工表面受损。齿形指面的指面刻有齿纹，可增加夹持工件的磨擦力，以确保夹紧牢靠，多用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品。柔性指面内镶橡胶、泡沫、石棉等物，有增加磨擦力、保护工件表面、隔热等作用，一般用于夹持已加工表面、炽热件，也适于夹持薄壁件和

4、脆性工件。9认识工业机器人的执行机构一（2）传动机构 传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。该机构根据手指开合的动作特点分为回转型和平移型。回转型又分为一支点回转和多支点回转；根据手爪夹紧是摆动还是平动，又可分为摆动回转型和平动回转型。夹钳式手部中使用较多的是回转型手部，其手指就是一对杠杆，一般再同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、蜗轮蜗杆或螺杆等机构组成复合式杠杆传动机构，用以改变传动比和运动方向等。10认识工业机器人的执行机构一1壳体；2斜楔驱动杆；3滚子；4圆柱销；5拉簧；6铰销；7手指；8工件(a)单作用斜楔式回转型手部结构 (b)另一种手部结构斜楔杠杆式取料手结构 斜楔向

5、下运动，克服弹簧拉力，使杠杆手指装着滚子的一端向外撑开，从而夹紧工件；斜楔向上移动，则在弹簧拉力作用下使手指松开。11认识工业机器人的执行机构一滑槽式杠杆回转型取料手结构 杠杆形手指4的一端装有V形指5，另一端则开有长滑槽。驱动杆1上的圆柱销2套在滑槽内，当驱动连杆同圆柱销一起作往复运动时,即可拨动两个手指各绕其支点(铰销3)作相对回转运动，从而实现手指的夹紧与松开动作。12认识工业机器人的执行机构一2、吸附式取料手（1）气吸附式取料手 气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作的。按形成压力差的方法，可分为真空吸附、气流负压吸附、挤压排气式等几种。气吸式取料手与夹钳式取料手相

6、比，具有结构简单、重量轻、吸附力分布均匀等优点,对于薄片状物体的搬运更有其优越性(如板材、纸张、玻璃等物体)，广泛应用于非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附，但要求物体表面较平整光滑，无孔无凹槽。13认识工业机器人的执行机构一真空泵产生真空负压。碟形橡胶吸盘1，通过固定环2安装在支承杆4上，支承杆由螺母5固定在基板6上。取料时，碟形橡胶吸盘与物体表面接触，橡胶吸盘在边缘既起到密封作用，又起到缓冲作用，然后真空抽气，吸盘内腔形成真空，吸取物料。放料时，管路接通大气，失去真空，物体放下。真空吸附取料手 14认识工业机器人的执行机构一（2）磁吸附式取料手 磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力

7、取料，因此只能对铁磁物体起作用；另外，对某些不允许有剩磁的零件要禁止使用。所以，磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。当线圈1通电后，在铁心2内外产生磁场，磁力线穿过铁心、空气隙和衔铁3形成回路，衔铁受到电磁吸力F的作用被牢牢吸住。(a)电磁铁工作原理 (b)盘状电磁铁 15认识工业机器人的执行机构一3、专用末端操作器 工业机器人是一种通用性很强的自动化设备，可根据作业要求完成各种动作，再配上各种专用的末端操作器后，就能完成各种动作。如在通用机器人上安装焊枪就成为一台焊接机器人，安装电动扳手则成为一台装配机器人。目前有许多由专用电动、气动工具改型而成的操作器，如电动扳手、焊枪、电磨头、电铣头、抛

8、光头、涂胶枪、激光切割机。使用一台通用机器人，要在作业时能自动更换不同的末端操作器，就需要配置具有快速装卸功能的换接器。换接器由两部分组成：换接器插座和换接器插头，分别装在机器腕部和末端操作器上，能够实现机器人对末端操作器的快速自动更换。16认识工业机器人的执行机构一末端执行机构 17认识工业机器人的执行机构一末端执行机构 18认识工业机器人的执行机构一气动换接器与专用末端操作器库 19认识工业机器人的执行机构一专用末端操作器库 20认识工业机器人的执行机构一某些机器人的作业任务相对较为集中,需要换接一定量的末端操作器,又不必配备数量较多的末端操作器库。这时，可以在机器人手腕上设置一个多工位换

9、接装置。(a)棱锥型 (b)棱柱型 多工位末端操作器换接装置21认识工业机器人的执行机构一4、仿生多指手 机器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手。多指灵巧手有多个手指，每个手指有3个回转关节，每一个关节的自由度都是独立控制的。因此，几乎人手指能完成的各种复杂动作它都能模仿，诸如拧螺钉、弹钢琴、作礼仪手势等动作。在手部配置触觉、力觉、视觉、温度传感器，将会使多指灵巧手达到更完美的程度。多指 灵巧手的应用前景十分广泛，可在各种极限环境下完成人无法实现的操作，如在核工业领域、宇宙空间作业，在高温、高压、高真空环境下作业等。22认识工业机器人的执行机构一仿生多指手 23上下料工业机器人的执

10、行机构设计二 工业机器人用于机床的上下料搬运，具备通用性广、灵活多样，最大程度满足柔性化生产工艺的需求。上下料机器人系统具有高效率和高稳定性,结构简单更易于维护,可以满足不同种类产品的生产,可以很快进行产品结构的调整和扩大产能,并且大大降低产业工人的劳动强度。上下料工业机器人执行机构多采用夹钳式取料手，指形根据实际加工物料及加工件各不相同。24上下料工业机器人的执行机构设计二 本任务的上下料工业机器人执行机构包括气缸、固定支板、固定支架、驱动块、连接条板、卡爪等零部件。工作原理：在控制机构的作用下，气缸活塞推出或缩回，带动推杆和活动块前后运动，经过连接条板驱动卡爪的开合，从而夹取或松开工件、物

11、料。25上下料工业机器人的执行机构设计二上下料工业机器人执行机构主要零部件26上下料工业机器人的执行机构设计二上下料工业机器人执行机构主要零部件27上下料工业机器人的执行机构设计二上下料工业机器人执行机构主要零部件28上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 气缸工程图29上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 气缸工程图30上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 31上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 32上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 33上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 34上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 35上下料工业机

12、器人的执行机构设计二1、气缸建模 36上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 37上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 38上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 39上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 40上下料工业机器人的执行机构设计二1、气缸建模 41上下料工业机器人的执行机构设计二【知识拓展】孔特征 孔特征的功能是在实体上钻孔。孔特征包括简单直孔和异形向导孔。简单直孔为具有圆截面的切口，始于放置曲面并延伸到指定的终止曲面或深度；异形向导孔为具有基本形状的螺孔，基于工业标准的、可带有不同的末端形状的标准沉头孔和埋头孔。42上下料工业机器人的执行机构设计二2、

13、卡爪建模 43上下料工业机器人的执行机构设计二2、卡爪建模 44上下料工业机器人的执行机构设计二2、卡爪建模 45上下料工业机器人的执行机构设计二2、卡爪建模 46上下料工业机器人的执行机构设计二3、十字槽盘头螺钉建模 47上下料工业机器人的执行机构设计二3、十字槽盘头螺钉建模 48上下料工业机器人的执行机构设计二3、十字槽盘头螺钉建模 49码垛工业机器人的执行机构设计三 码垛作业主要是将已装入物品的容器，按一定排列摆放,作业对象为规范容器如箱、袋、桶等，其执行机构形式多为夹板、托架式或真空吸盘式等。托架式码垛执行机构主要包括手指、夹紧气缸（气缸1）、压具、压紧气缸（气缸2）、支架、缓冲器等。

14、50码垛工业机器人的执行机构设计三1、手指机构设计 码垛执行机构的手指部分由手指、固定杆、手指连接块、轴架、胀紧连接套等构成。51码垛工业机器人的执行机构设计三手指机构零件一览 52码垛工业机器人的执行机构设计三手指机构零件一览 53码垛工业机器人的执行机构设计三（1）手指建模 54码垛工业机器人的执行机构设计三（1）手指建模 55码垛工业机器人的执行机构设计三（1）手指建模 56码垛工业机器人的执行机构设计三（1）手指建模 57码垛工业机器人的执行机构设计三（1）手指建模 58码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 59码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 60码垛工业机器

15、人的执行机构设计三（2）左轴架建模 61码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 62码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 63码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 64码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 65码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 66码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 67码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 68码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 69码垛工业机器人的执行机构设计三（2）左轴架建模 70码垛工业机器人的执行机构设计三2、压具总成压具与压紧气缸推杆相连接，用于码垛时压紧物品，防止

16、松脱。压具总成 71码垛工业机器人的执行机构设计三压具建模 72码垛工业机器人的执行机构设计三压具建模 73码垛工业机器人的执行机构设计三3、支架总成 支架用于连接2个手指机构、压具总成、缓冲器等，并安装固定了用于驱动手指、压具动作的气缸及相关附件，包括支板、摆动托架、气缸固定座等。74码垛工业机器人的执行机构设计三支架总成零部件一览 75码垛工业机器人的执行机构设计三支架总成零部件一览 76码垛工业机器人的执行机构设计三支架总成零部件一览 77码垛工业机器人的执行机构设计三加固板建模78码垛工业机器人的执行机构设计三加固板建模79码垛工业机器人的执行机构设计三加固板建模80码垛工业机器人的执

17、行机构设计三加固板建模81码垛工业机器人的执行机构设计三加固板建模82码垛工业机器人的执行机构设计三加固板建模83码垛工业机器人的执行机构设计三【知识拓展】钣金成型钣金件就是薄板五金件，也就是可以通过冲压、弯曲、拉伸等手段来加工的零件。钣金冲压加工种类繁多，常用的有冲裁模、弯曲模、成型模、拉伸模等。在钣金设计中，成形工具的使用必不可少，成形工具是可以用作折弯、伸展或成形钣金的冲模的零件，能够生成一些成形特征，例如百叶窗、矛状器具、法兰和筋。SolidWorks软件钣金成型工具，主要包括基本法兰/薄片、转化到钣金、边线法兰、斜接法兰、褶边、转折、边角、折叠、展开、切口等。钣金成型工具 84码垛工

18、业机器人的执行机构设计三4、附件码垛执行机构还包括缓冲机构、电磁阀固定架、气缸、气缸推杆、轴承、丝杆、轴承座、预装螺帽等。码垛执行机构附件一览 85码垛工业机器人的执行机构设计三码垛执行机构附件一览 86码垛工业机器人的执行机构设计三码垛执行机构附件一览 87码垛工业机器人的执行机构设计三码垛执行机构附件一览 88码垛工业机器人的执行机构设计三码垛执行机构附件一览 89码垛工业机器人的执行机构设计三码垛执行机构附件一览 90码垛工业机器人的执行机构设计三球轴承建模 91码垛工业机器人的执行机构设计三球轴承建模 92码垛工业机器人的执行机构设计三球轴承建模 93码垛工业机器人的执行机构设计三球轴承建模 94小结*执行机构是机器人的“手”，能根据控制系统发出的“命令”执行相应的动作，用在工业上的机器人的手一般称为末端操作器。由于被握工件、工具的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的。上下料工业机器人执行机构多采用夹钳式取料手，包括气缸、固定支板、固定支架、驱动块、连接条板、卡爪等零部件。码垛作业对象为规范容器如箱、袋、桶等，其执行机构形式多为夹板、托架式或真空吸盘式。本模块针对夹钳式取料手及托架式码垛机械手的主要零部件建模进行了详细介绍，通过学习，掌握旋转、扫描、镜像、向导孔特征、法兰、装饰螺纹线的应用。