T-02-O-Y 机器人末端执行器

1、 机器人末端执行器工业机器人的末端执行器也称为做机器人手部，是装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件，它对扩大机器人的作业功能、应用范围和提高工作效率都有很大的影响，是机器人的关键部件之一。末端执行器抓取不同特征的物件需要有着不同类型的结构和驱动源。1.末端执行器的类型机器人末端执行器种类繁多、形状各异。按照结构可分成以下三类：夹持型末端执行器、吸附型末端执行器和工具型末端执行器。(1) 夹持型末端执行器夹持型末端执行器通过手爪的开、合动作实现对物体的夹持，以便移动或放置它们，由手爪、传动机构、驱动装置组成。夹持型末端执行器也称作机械手爪。由于抓取的工件的几何形状、机械特性不同，机械

2、手爪的结构形式也是多种多样，如图1-8所示。 a) 夹钳式机械手爪 b) 夹爪式机械手爪图1-8 机械手爪图1-8a所示夹钳式机械手爪依靠手指的夹紧力来夹持圆柱体物体，图1-8b所示夹爪式机械手爪依靠手指插入物品的底部将物品提升起来。机械手爪产生夹紧力的驱动源有气动、液动、电动和电磁四种。气动手爪目前应用最为广泛，因为气动手爪有许多突出的优点，结构简单、成本低、维修容易，而且开合迅速，重量轻。缺点是空气介质的可压缩性，使爪钳位置控制比较复杂。 液压驱动手爪传动功率大，低速平稳但成本稍高。电动手爪开合电机的控制与机器人控制可以共用一个系统，但是夹紧力比气动和液压手爪小、开合时间较长。电磁手爪控制

3、简单，但夹紧的电磁力与爪钳行程有关，只能用于开合距离小的场合。(2) 吸附型末端执行器吸附型末端执行器以真空、磁性等悬浮方式吸持物体，又称作吸盘。吸附型末端执行器有气吸式吸盘和磁吸式吸盘两种。1) 气吸式吸盘 气吸式吸盘利用吸盘内的负压将工件吸住并搬运，又称作真空式吸盘，由吸盘、吸盘架及气路系统组成，可用于吸附较为平整光滑、不漏气的各种板材、箱体和薄壁零件，如玻璃、陶瓷、搪瓷制品、钢板和包装纸箱等制品。 吸盘是用橡胶或塑料制成的，边缘很柔软，以保持紧密贴附在被吸附物体表面而形成密封的内腔。当吸盘内形成负压时，吸盘外部的大气压力将吸盘紧紧地压在被吸物体上。吸盘及吸盘吸附物体示意图如图1-9、图1

4、-10所示。 图1-9 吸盘 图1-10 吸盘吸附物体示意图真空式吸盘根据吸盘内腔负压产生的方法，可分为真空吸盘、气流负压吸盘和挤气负压吸盘。 真空吸盘 采用真空泵，保证吸盘内持续产生负压，图1-11所示为产生负压的真空吸盘控制原理图。当控制阀将吸盘与真空泵相连通时，真空泵将吸盘内空气抽出，吸盘内腔形成负压，吸盘吸住物体。当控制阀将吸盘与大气连通时，吸盘失去吸力，被吸附的物体靠自重脱离吸盘。 真空吸盘的吸力比其他形式的吸盘大，但需要配置真空泵。 气流负压吸盘 气流负压吸盘的工作原理如图1-12所示，将吸盘与真空发生装置连接，控制阀将来自气泵的压缩空气接通至喷嘴，压缩空气通过喷嘴形成高速射流，吸

5、盘腔内的空气被带走，在吸盘内腔形成负压（伯努利效应），吸盘吸住物体。当控制阀切断通往喷嘴的压缩空气，并使吸盘内腔与大气相通，吸盘便失去吸力，与工件分离。 图1-11 真空吸盘控制原理图 图1-12 气流负压吸盘1-电机 2-真空泵 3、4-控制阀 5-吸盘 6-通大气在企业里一般都有空压机站或空压机，空压机气源比较容易解决，不需专为机器人配置真空泵，所以气流负压吸盘在企业使用更为方便。 挤气负压吸盘 挤气负压吸盘的结构图1-13所示。靠外力将吸盘皮碗压向工件表面时，吸盘内腔空气被挤压出去；去除外力，吸盘恢复弹性变形使吸盘内腔形成负压，将工件吸住，机械手即可进行工件搬运，到达目标位置后，或用碰撞

6、力P或用电磁力使压盖2动作，破坏吸盘腔内的负压，释放工件。挤气负压吸盘不需真空泵也不需压缩空气，结构简单、成本低，但所形成的吸力不大，可靠性不高。2) 磁吸式吸盘 磁吸式吸盘是用接通或切断电磁铁电流的方法来吸持、释放具有磁性的物体，又称作磁力吸盘，如图1-14所示。磁吸式吸盘所用电磁铁，有交流电磁铁与直流电磁两种。交流电磁铁吸力波动，有振动相噪声，且有涡流损耗。直流电磁铁吸力稳定，无噪声和涡流损耗，但需要整流电源。磁力吸盘的缺点是被吸取工件有剩磁；吸盘上常会吸附一些铁屑，致使不能可靠地吸住工件。只适用于工件要求不高或有剩磁也无妨的场合。另外钢、铁等磁性物质在温度为723以上时磁性就会消失，故高

7、温条件下不宜使用磁力吸盘。 图1-13 挤气负压吸盘 图1-14 磁力吸盘1 -吸盘架 2-压盖 3-密封垫 4-吸盘 5-工件 (3) 工具型末端执行器工具型末端执行器是本身能进行实际工作 ，但由机器人手臂移动或定位的装置，又称为专用工具。如弧焊焊炬、点焊焊炬、喷砂器、研磨头、去毛刺装置、刻纹头、钻头、喷枪、胶枪、自动螺丝刀、激光切割枪、高压水切割枪等。如图1-15所示。 a) 弧焊焊炬 b) 点焊焊炬 c) 喷漆枪图1-15 工具型末端执行器2.工业机器人末端执行器的特点1) 手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、液接头，当工业机器人作业对象不同时，可以方便地拆卸和

8、更换手部。2) 手都是工业机器人末端执行作器。它可以像人手那样具有手指，也可以是不具备手指的手；可以是类人的手爪，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。3) 手部的通用性比较差。工业机器人手部通常是专用的装置，比如：一种手爪往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务。4) 手部是一个独立的部件。假如把手腕归属于手臂，那么工业机器人机械系统的三大件就是机身、手臂和手部（末端执行器）。手部对于整个工业机器人来说是完成作业好坏、作业柔性好坏的关键部件之一。3.工业机器人末端执行器的设计原则由于机器人的多方面应用，末端执行器通常针对某一特殊场合进行专门设计。它的设计依据是搬运工件的特定参数和工作环境，同时还需要考虑自身的重量和转动惯量，以保证机器人实现的技术条件，确保机器人操作时安全可靠。1) 末端执行器要根据机器人作业的要求来设计。尽量选用已定型的标准基础件，如气缸、油缸、传感器等，配以恰当的机构联接件，组合成适于生产作业要求的末端执行器。2) 尽量减轻末端执行器的重量。机器人能抓取工件的重量是机器人承载能力减去手爪重量。被抓物体重量及末端执行器重量的总和要小于机器人的负荷力。因此，要求机器人末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。3) 正确对待末端执行器的万