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首頁(yè) 電動(dòng)夾爪

機(jī)器人機(jī)械爪的開發(fā)與應(yīng)用

2022-06-17 09:36:12 

機(jī)器人機(jī)械爪的開發(fā)與應(yīng)用

機(jī)器人技術(shù)融合了多學(xué)科技術(shù),涉及范圍廣,在多個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用,因其取代了人工操作,有效降低了人工作業(yè)的強(qiáng)度,并且工作效率大幅度提升,得到多個(gè)行業(yè)的廣泛關(guān)注,掀起了機(jī)器人開發(fā)和應(yīng)用的熱潮。機(jī)器人應(yīng)用的范圍與其所具有的操作性能和移動(dòng)范圍息息相關(guān)。機(jī)器人手爪是機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分,相當(dāng)于人的兩只手,主要用于對(duì)工具或者工件進(jìn)行握持和操作,承擔(dān)著重要的操作執(zhí)行功能。機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)是一個(gè)將多種先進(jìn)技術(shù)高度集成的智能化機(jī)電系統(tǒng),具有強(qiáng)大的感知功能、處理功能和執(zhí)行功能,涉及到自動(dòng)控制、仿生學(xué)、傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)、材料學(xué)等多種學(xué)科的專業(yè)技術(shù),是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步的集中體現(xiàn)。

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1、機(jī)器人機(jī)械手爪概述
機(jī)械手爪主要分為兩部分,即手臂和末端執(zhí)行器。手臂利用關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)末端執(zhí)行器的動(dòng)作,達(dá)到預(yù)定的位置進(jìn)行預(yù)定的操作。末端執(zhí)行器是搜捕、抓持機(jī)構(gòu)、手爪以及固定手臂末端的工具的集合體,對(duì)任務(wù)對(duì)象做出動(dòng)作直接進(jìn)行任務(wù)操作。一般來(lái)說(shuō),機(jī)器人機(jī)械手爪有五個(gè)主要的運(yùn)動(dòng),相應(yīng)的也就有五個(gè)自由度,運(yùn)動(dòng)主要包括機(jī)器人腰部關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、大臂的前后上下擺動(dòng)、小臂的擺動(dòng)、手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和手腕的擺動(dòng)。對(duì)于機(jī)器人機(jī)械手爪的張合只是對(duì)工件或者物體其道抓握夾持的作用,不屬于自由度,因此不包含在自由度的范圍之內(nèi)。機(jī)械手爪的各個(gè)運(yùn)動(dòng)利用電機(jī)驅(qū)動(dòng),操作簡(jiǎn)單方便而且易于控制。衡量一個(gè)機(jī)器人機(jī)械手爪設(shè)計(jì)和合理性,主要是以其控制的難易程度、抓取的可靠性、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力、抓取的效率和精準(zhǔn)度作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)器人手爪手指有平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和張角運(yùn)動(dòng)兩種主要方式,因此對(duì)于二指手爪而言可分為兩類,即二指平動(dòng)手爪和二指張角手爪,從應(yīng)用范圍來(lái)看,以二指平動(dòng)手爪應(yīng)用較多,本文著重對(duì)二指平動(dòng)手爪的設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行研究。機(jī)器人機(jī)械爪的功能實(shí)現(xiàn)程度決定了機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的工作效率和質(zhì)量。因此,對(duì)于一個(gè)性能良好的機(jī)器人,首先要有一個(gè)性能可靠、抓取動(dòng)作準(zhǔn)確穩(wěn)定的機(jī)械爪,這是機(jī)器人機(jī)械爪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
2、機(jī)器人機(jī)械手爪基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在機(jī)器人系統(tǒng)中,機(jī)械手爪的設(shè)計(jì)和應(yīng)用是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的重要組成部分,要充分考慮到機(jī)器人的設(shè)計(jì)需求和要達(dá)到的效果,以達(dá)到設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)化。在對(duì)機(jī)器人機(jī)械手爪的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,要充分的考慮到一下幾點(diǎn):第一,手部機(jī)構(gòu)要具有適當(dāng)?shù)膴A緊力,不僅能夠?qū)ξ锲窚?zhǔn)確的抓握,更要保重物品在被抓握的過程中保持完好,不被損壞;第二,在兩手指之間應(yīng)該具有充足的移動(dòng)范圍,當(dāng)兩手指在張開狀態(tài)下能夠滿足物品具有最大直徑值;第三,手部機(jī)構(gòu)要具有足夠的剛度和強(qiáng)度,以保證其使用的可靠性;第四,能夠?qū)Σ煌某叽邕M(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié),在抓取物品的過程中能夠自動(dòng)完成對(duì)心;第五,手部機(jī)構(gòu)要靈活,結(jié)構(gòu)緊湊,質(zhì)量適中。
在滿足以上因素的條件下,制定出機(jī)器人設(shè)計(jì)的整體方案,在重點(diǎn)對(duì)手爪機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),得出初步的設(shè)計(jì)方案后再根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求對(duì)方案進(jìn)行校核分析,對(duì)手爪的材料、尺寸、可抓握的最大和最小直徑進(jìn)行調(diào)整,最終確立滿足實(shí)際使用需求的手爪設(shè)計(jì)方案,在此基礎(chǔ)上確立機(jī)械手爪的基本結(jié)構(gòu)
此二指平動(dòng)機(jī)械手爪為夾持式,通過雙旋向絲杠對(duì)二指進(jìn)行驅(qū)動(dòng),采用雙導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向同時(shí)起到加固的功能,導(dǎo)軌與絲杠軸心線處于同一水平面上,當(dāng)手指抓取到物體時(shí)沿單軸方向做水平運(yùn)動(dòng),絲杠在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng),手爪的手指夾鉗通過絲杠螺母與絲杠的連接及雙導(dǎo)軌的導(dǎo)向作用將轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槠絼?dòng),實(shí)現(xiàn)二指的開合,并抓取物體。
3 機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)參數(shù)
本文開發(fā)設(shè)計(jì)的機(jī)械手爪擁有平動(dòng)自由度,可以對(duì)小型的圓柱型物品進(jìn)行準(zhǔn)確的抓取。機(jī)器人機(jī)械手爪抓取范圍是根據(jù)需要的功能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)來(lái)設(shè)定的,本文設(shè)定手爪抓取直徑范圍在10mm至30mm在此之間,根據(jù)工作空間范圍設(shè)置手指長(zhǎng)度,過長(zhǎng)的手指可能會(huì)降低手爪的強(qiáng)度。本文涉及的機(jī)械手爪長(zhǎng)度為75mm。本文涉及的機(jī)器人接卸手臂在同一個(gè)水平面上,因此抓取功能的實(shí)現(xiàn)是在這個(gè)水平面內(nèi)準(zhǔn)確的抓取物品,在做抓取動(dòng)作是,為了更好的將允許范圍的物品準(zhǔn)確的抓取,機(jī)械手爪的鉗口在角度上設(shè)定為120度。手爪在抓取物品的過程中當(dāng)物品的中心點(diǎn)與夾鉗的中心位置偏離時(shí),現(xiàn)有夾鉗的一面預(yù)先接觸到物品,在夾鉗面的夾力作用下物品隨著夾鉗的閉合產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),再與其它三個(gè)立面的逐漸接觸的過程中,互相的角度作用產(chǎn)生兩個(gè)軸向的作用力,促使物品的中心位置逐漸與鉗口中心位置相吻合,最終達(dá)到準(zhǔn)確抓取。
本文開發(fā)設(shè)計(jì)的機(jī)器人機(jī)械手抓,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,工作穩(wěn)定性和可靠性高。V型鉗口能有效提高物品抓取過程中的自適應(yīng)性,完成自動(dòng)對(duì)心,提高抓取穩(wěn)定性。絲杠傳動(dòng)具有自鎖功能,可保證驅(qū)動(dòng)力突然斷開時(shí)物品的穩(wěn)定夾緊。工作效率高。使用雙導(dǎo)軌和直線軸承不僅保證了工作精度,而且提高了傳動(dòng)效率。

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