工业机器人 气压式夹持末端执行器
工业机器人 机电结合式夹持末端执行器
带动滚珠沿螺纹滚道滚动。为了防止滚珠沿滚道端面排出,在螺母的螺旋槽两 滚珠螺旋的传动原理
端设有滚珠回程引导装置,构成滚珠的循环返回通道,从而形成滚珠流动的闭合
通路。
知识准备
二、机电结合夹持式末端执行器的组成
3.机械结构
1）螺旋传动
1.2)滚珠螺旋传动
b. 滚珠丝杠副的结构类型
滚珠丝杠副的结构类型可以从螺旋滚道的截面形状、滚珠的循环
传感器种类很多,可以按不同的方式进行分类,按传感器作用可分为检测机电一体化系统内部状 态的内部信息传感器和检测外部对象和外部环境状态的外部信息传感器。内部信息传感器包括检测 位置、速度、力、力矩、温度以及异常变换的传感器。外部信息传感器包括视觉传感器、触觉传感 器、力觉传感器、接近觉传感器、角度觉(平衡觉)传感器等。
知识准备
二、机电结合夹持式末端执行器的组成
3.机械结构
机电一体化产品中的机械结构是除了执行元件的所 有机械部分的总称，机械结构可以包括传动机构、导 向机构和限位机构等。
1）螺旋传动 螺旋传动可以将旋转运动转变为直线运动，包括丝 杠（螺杆）与螺母组成普通螺旋传动如图1所示,和滚 珠螺旋传动如图2所示。
知识准备
一、机电结合夹持式末端执行器概述
如图所示。为一个开环运动控制系统，此系统并 不需要反馈传感器,因为负载的位置和速度由从控制器 发送到电动机驱动器的数字脉冲预定数目和方向控制。 由于负载位置是通过反馈传感器不连续采样的(如在一 个闭环伺服系统中),负载的定位精度较低,位置误差(通 常被称为步骤错误)是随时间而累积的。
知识准备
二、机电结合夹持式末端执行器的组成
4）位置传感器简介 位置传感器是通过检测,确定是否到达某一个位置的
传感器,它可以用一个开关量来表示。 位置传感器可分为接触式和非接触式两种。 微动开关是一类接触式位置传感器,当规定的位移或
工业机器人手臂与末端执行器的设计与控制
工业机器人手臂与末端执行器的设计与控制Chapter 1 引言自动化是现代制造工业中的重要技术，而机器人是自动化生产中的局部代表。
机器人的应用范围越来越广泛，从传统领域的汽车制造、机床加工，到医疗卫生、家庭生活等领域，机器人都有着广泛的应用。
在机器人当中，工业机器人是重要的一类，又称为制造型机器人。
它主要应用于工业生产的各个领域，具有高效、精度高、灵活性强、劳动强度小等优势。
本文将介绍工业机器人手臂与末端执行器的设计与控制。
Chapter 2 工业机器人手臂的设计2.1 概述工业机器人手臂，又称为机械臂，是工业机器人的重要组成部分。
手臂的挂着末端执行器，负责实现对工件的加工、搬运、装配等作业。
因此，机器人手臂的设计是机器人研发的重要环节。
2.2 结构机器人手臂主要由控制机构、伺服机构、机械臂机构和末端执行器四部分组成。
其中，机械臂机构是机器人手臂最主要的组成部分，它主要由基座、臂架、关节和末端执行器四个部分组成。
而伺服机构则是用于驱动机器人手臂运动的关键部分，由电机、减速器、编码器、激光传感器等组成。
2.3 材料机器人手臂的材料要求高强度、高精度，同时要有良好的抗腐蚀性和密封性。
通常情况下，机器人手臂的数量较多，因此要求材料成本较低。
2.4 电路设计机器人手臂的电路设计主要包括电源电路、控制电路和输送线路三个部分。
其中，电源电路是机器人稳定工作的前提，控制电路是实现机器人自动控制的关键，输送线路则是连接各部件的重要线路。
Chapter 3 末端执行器的设计3.1 概述末端执行器是机器人手臂的重要组成部分，它通过负责工具、夹具或夹爪等操作工件，顺利地完成工件的加工、搬运和装配等作业。
3.2 结构末端执行器的结构不同于机械臂，在设计中要根据不同任务选择不同的末端执行器。
典型的末端执行器包括机器人手爪、磁力臂、舵板等，可以实现物体捡取、抓取、裁撕、打磨等功能。
3.3 材料末端执行器的材料要求很高，因为它需要完成特定的工作任务，其中机器人手爪材料需要具有足够的力和抓取力。
工业机器人末端执行器的类型及应用。
工业机器人末端执行器的类型及应用。
工业机器人末端执行器是指安装在机器人末端的用于完成特定任务的执行部件。
根据不同的应用需求，工业机器人末端执行器有多种类型，每种类型都有其特定的功能和应用领域。
一、夹持型末端执行器夹持型末端执行器主要用于夹持、抓取物体。
它们通常具有可调节的夹持力和灵活的夹持方式，可以适应不同形状、不同尺寸的物体。
夹持型末端执行器广泛应用于装配线、物流仓储、食品加工等领域，用于自动抓取和搬运物体。
二、剪切型末端执行器剪切型末端执行器主要用于切割、剪切材料。
它们通常具有高速、高精度的切割能力，可以在短时间内完成大量的切割任务。
剪切型末端执行器广泛应用于金属加工、纺织工业、塑料加工等领域，用于自动切割和剪裁材料。
三、焊接型末端执行器焊接型末端执行器主要用于焊接工艺。
它们通常具有稳定的电弧、精确的定位和高速的焊接速度，可以实现高质量的焊接效果。
焊接型末端执行器广泛应用于汽车制造、船舶建造、建筑结构等领域，用于自动焊接和焊接工艺。
四、喷涂型末端执行器喷涂型末端执行器主要用于涂装、喷涂工艺。
它们通常具有均匀的喷涂效果、可调节的喷涂厚度和高速的喷涂速度，可以实现高质量的涂装效果。
喷涂型末端执行器广泛应用于汽车制造、家具制造、建筑装饰等领域，用于自动喷涂和涂装工艺。
五、钻削型末端执行器钻削型末端执行器主要用于钻孔、铣削等工艺。
它们通常具有高速、高精度的钻削能力，可以在短时间内完成复杂的加工任务。
钻削型末端执行器广泛应用于机械制造、航空航天、电子零部件等领域，用于自动钻削和加工工艺。
六、测量型末端执行器测量型末端执行器主要用于测量、检测工艺。
它们通常具有高精度的测量能力和灵活的测量方式，可以实现精确的尺寸测量和质量检测。
测量型末端执行器广泛应用于质量控制、精密加工、医疗器械等领域，用于自动测量和检测工艺。
工业机器人末端执行器的类型多样化，每种类型都有其特定的功能和应用领域。
这些末端执行器的应用可以大幅提高生产效率、降低劳动强度，并且具有一定的灵活性和适应性，能够适应不同的工业生产需求。
5.1-5.2工业机器人的末端执行器
2024/2/29
16
微 三软、雅吸黑附，式20末，标端题操作器
➢ 1. 气吸附式末端操作器 • 微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， ➢动利画用元吸件盘最内后的固压定力位和置大勿气超压出之此间区的域压。力；差编而排工形作式，可按自形选成，压勿力超差出的此方区法域。
2024/2/29
8
微 二软、雅夹黑钳，式20末，标端题操作器
•➢微回软转雅型黑传，动大机小构（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 手动指画是元一件对最杠后杆固，定一位般置与勿斜超楔出、此滑区槽域、。连；杆编、排齿形轮式、可涡自轮选蜗，杆勿或超螺出杆此等区机域 构组成复合式杠杆传动机构，用以改变传动比和运动方向。
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微 三软、雅吸黑附，式20末，标端题操作器
•➢微2.软磁雅吸黑附，式大取小料（手18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形式可自选，勿超出此区域
手
电
臂 手
滚
部
动
电
轴
磁
磁 式 吸
盘
承 座
式 钢板 吸
圈
盘
a)吸附滚动轴承底座 b)吸取钢板
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微 二软、雅夹黑钳，式20末，标端题操作器
•➢微动V型软画手雅元指黑件：，最一大后般小固用（定于位18夹置为持勿推圆超荐柱出，形此若工区内件域容。多；，编可排改形为式16可）自；选此，区勿域超图出文此混区排域，
工业机器人的末端执行器结构分析综述..
2)常开式夹持器：一般采用液压夹紧、弹簧松开的方式，在不工作时处于松开状态。这种夹持器的结构与常闭式夹持器相似，不同的是弹簧和液压缸使卡瓦产生的运动方向与常闭式相反。夹持器靠液压缸的推力产生夹持力，油压的下降将直接引起夹持力的下降，一般需在油路上设置性能可靠的液压锁来保持油压[6]。
(1).液压夹持器的分类和特点
1)常闭式夹持器：依靠弹簧的预紧力夹紧钻具，液压松开。在不工作时，处于夹紧钻具状态。常用在钻进大角度倾斜孔的钻机上。其基本结构为一组经过预压缩的弹簧作用在斜面或杠杆等增力机构上，使卡瓦座产生轴向移动，带动卡瓦径向移动，夹紧钻具；高压油进入卡瓦座与外壳形成的液压缸，进一步压缩弹簧，使卡瓦座和卡瓦产生反向运动，松开钻具。此类夹持器结构紧凑，工作可靠。夹持力大小取决于弹簧预紧力，不受油压变化的影响，而且可在突然停电时实现快速、可靠地夹紧钻具，防止跑钻事故。本文设计的夹持器即属于此种类型。
关键词：末端执行器，夹持器，结构分析，结构特性分类
中图分类号：文献标识码：A
Review of End-effectors Structure of industrial robot Analysis
Jiang Chu feng，Pan Chuan-qi，Ma Ye，Wang Lei，Zhang Zhi-hu
如前所述，要扩大机器人应用领域,要提高机器人效率,要解决机器人的通用性与专用性矛盾,首先要加强新型夹持器机构的研究，并且把常见结构的要素和优点结合起来，开发出实用和经济的末端执行器。
下面介绍一种爪型的机、电、传感器结合的新型夹持器。该机构的结构如图1所示。它是由锥形螺杆2、爪指9及爪指滑动导槽10三者组成一螺旋机构。其工作原理是:当电机驱动锥形螺杆顺时针转动时,与之旋合的爪指沿其导槽所在的半径方向
机器人末端执行器
位控制，简称为PTP控制，它只要求机器人手臂末端能快速准确地从 一点到相邻点运动，而对其运动路径不作具体规定。这种控制功能用于搬运、点 焊、装配等作业中。
• 第二类是连续路径控制，又称连续轨迹控制，简称CP控制。它不但要求机器人手 臂末端从一点到相邻点运动，而且要求所走过的路径是连续平滑的，这就需要插 补运算，所以这种控制功能多用于喷涂、弧焊、去飞边等作业中。
• 除正常操作外，大多数机器人都具有校准机器人轴的辅助功能。此功能 按类似于正常任务程序的方式操作，除由于校准功能的存在使机器人不 处于LOADED状态外，服从图7-7的状态图。
• 如果在机器人控制器计算机内存中同时存储多种焊件的示教程序，在同一条生产线上就可以 很容易地实现多种焊件同时生产；而仅需在一种焊件到来时，给机器人一个这种焊件的识别 编码即可，这就是所谓柔性。
• 示教是目前工业机器人所采用的主要编程方法，它是真实作业环境中的在线编程，可用手把
手和示教盒两种方法。图7.6给出一个用于点焊、弧焊的6自由度工业机器人的示教盒例子。
2．离线编程
• 示教编程的缺点在于它是在线，示教过程中必须停工。离线编程则可克 服这一缺点。
• 所谓离线编程，即是在与机器人分离的装置上编制任务程序(为定义机器 人系统特定的任务所编制的运动和辅助功能的指令集，称任务程序)后， 再输入到机器人中的一种编程方法。
• 离线编程的优点： • 可减少机器人停机时间； • 让程序员脱离潜在的危险环境； • 一套编程系统可以给多台机器人编程。 • 若机器人程序格式不同，只要采用不同的后置处理即可。另外，该编程
• 为了再现和验证程 序，还有向前一步 键8、向后一步键7 以，及连续键6。
• 此外，还可利用键 24、26、27、28和 3输入速度、子程 序、I／0输入和输 出以及工具开闭功 能和功能数据。
工业机器人机械手末端执行器设计与控制
工业机器人机械手末端执行器设计与控制工业机器人是现代制造业中不可或缺的重要设备，而机械手末端执行器则是工业机器人的核心组成部分。
它的设计和控制直接影响着工业机器人的性能和效率。
本文将重点讨论工业机器人机械手末端执行器的设计与控制。
一、机械手末端执行器的设计机械手末端执行器是机械手用来完成工件抓取、放置等操作的部件。
它通常由机械结构和驱动系统两部分组成。
在机械结构设计中，需要考虑到机械手的使用场景和工件的特点，以确定合适的末端结构。
比如，如果需要抓取重物，末端结构应具备足够的力量和稳定性；如果需要进行精细操作，末端结构则需要更好的灵活性和精度。
同时，机械结构的材料选择和制造工艺也是设计的重要因素。
合适的材料可以提高机械手的耐久性和抗磨性，而先进的制造工艺则可以提高结构的精度和稳定性。
在驱动系统设计方面，需要选择合适的执行器来驱动机械手末端执行器。
常见的驱动方式包括电动、液压和气动。
不同的驱动方式有着各自的特点和适用场景。
电动执行器具有精度高、响应快的优点，适用于精细操作；而液压和气动执行器则适用于高力矩和高速度的操作。
二、机械手末端执行器的控制机械手末端执行器的控制是指通过控制系统来实现对机械手末端执行器的运动和动作的控制。
在控制系统设计中，需要考虑到机械手末端执行器的运动规划和轨迹控制。
运动规划是指确定机械手末端执行器在三维空间中的位置和姿态，以完成特定的操作。
轨迹控制则是指通过控制执行器的运动轨迹，使其按照设计要求进行工作。
为了更好地实现机械手末端执行器的控制，通常会采用传感器来获取执行器的状态信息，如位置、力量和速度等。
这些传感器可以提供实时的反馈信息，帮助控制系统准确地感知执行器的运动状态，从而实现精确的控制。
此外，控制系统还需要考虑到机械手末端执行器与环境之间的交互。
比如，在与人工操作员共同工作的场景中，机械手末端执行器需要具备人机协作能力和安全保护措施，以避免潜在的安全风险。
三、机械手末端执行器的发展趋势随着智能制造和人工智能技术的不断发展，工业机器人机械手末端执行器也在不断演进。
工业机器人搬运机器人末端执行器应用
工业机器人搬运机器人末端执行器应用第一部分概述
末端执行器是一种可以实现搬运和多种操作功能的工业机器人组件。
它与其它柔性机械部件如传动机构、传感器和控制器结合使用，可以完成各种机械动作，如镗孔、焊接、拆解等。
末端执行器可以实现搬运机器人的操作功能，是搬运机器人工作的关键部件。
随着新技术的出现，末端执行器变得越来越先进，有助于各种工业应用的性能提升。
第二部分技术原理
末端执行器是一种用来控制机械臂和机械手的装置，可以实现规定的动作，如移动、抓取和夹持。
它的核心是一个控制模块，利用传感器和处理器来控制机械臂的运动，可以根据特定的程序来确定机械臂和机械手的位置和方向，以完成特定的工作。
末端执行器的主要组成部分包括：控制模块、传感器、传动机构和夹具。
控制模块是一个数字计算机，可以实时读取和处理传感器输入，并控制机械臂和机械手的相应动作。
传感器可以获取机械臂和机械手的位置、方向和运动数据，以确定其位置和方向。
传动机构是机械臂的主要元件，可以将计算机指令转化为机械动作，以完成任务。
夹具用来抓取和夹持物体，使其移动和处理。
第三部分应用
末端执行器通常用于搬运机器人。
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2）单气缸夹持机 构：
在夹持体积重 量较小的工件时， 夹持机构可由一个 气缸推动（如右 图）。
活塞1向上运 动时，通过齿轮齿 条机构带动左右齿 轮3分别逆时针和 顺时针旋转，再通 过连杆机构4带动 左右夹爪5向里收 拢。
任务实施
5.同步机构
如右图，齿轮转速n(r/min)，齿条直线运动速度V1,V2。
工业机器人末端执行器 的结构与特点
任务二
项目三 工业机器人末端执行 器的结构与特点
气压式夹持末端执行器
导入
气压式夹持末端执行器的特点是什么？ 气压式夹持末端执行器由哪些部分组成？
目录
学习目标
知识准备
任务实施
主题讨论
学习目标
学习目标
知识目标
1 掌握典型气压式夹持末端执行器的工作原理 2 掌握典型气压式夹持末端执行器的结构
二、气压式夹持末端执行器组成
2、机械结构
机械结构负责将动力源产生的运动传递到系统的执行 元件最终实现工件的抓取。常用的机械结构有： 齿轮传动、连杆机构、导向机构、同步运动机构等
知识准备
二、气压式夹持末端执行器组成
3、执行元件
末端执行器中直接参与定位夹持工件 的部分称为执行元件。
这类元件通常有V块、滑块、电磁铁、 真空吸盘、电磁吸盘、电永磁吸盘、三爪 卡盘、自适应机构、双臂并联操作等，另 外也可以尽情发挥想象力。
应用最多的是往复直线 运动气缸。 3）典型气缸：
右上图是标准气缸，单 活塞杆，产生往复直线运动。
右下图是双杆气缸，由 于有两根活塞杆，因此直线 运动的导向性好，用于要求 推送位置精确的场合。 4）锁紧螺母：
拧紧该螺母，将活塞杆 与夹爪紧固在一起。
任务实施
3.气缸
——集成式气缸
1）特点： 目前大量应用的集成式
气缸，将气压式夹持末端执 行器的各组成部分（气缸、 夹持、同步、导向机构等） 集成在一个很小的壳体中， 只有夹爪部分露在壳体外面， 体积小、安装简便。
高度集成化使得执行器 的故障率低，成本下降。
2）典型应用： 两指气缸（左图） 三指气缸（右图）用于
夹持圆形工件。
3）双作用气缸： 目前一般气缸都实现了双向进、排气，也就是可以完成
知识准备
一、气压式夹持末端执行器概述
2.气压传动的特点
优点：工作介质取之不尽，无污染。环境适应性好，安全性 高;工作介质易于集中供应及远距离输送;控制动作迅速，反应快， 可短时间达到所需压力与速度，允许一定超载情况，不会发生过 热现象;当工件被夹紧后，执行元件持续保持作用力不易产生位移， 耗能低;结构简单，易于加工制造，使用寿命长，可靠性高，适于 标准化、系统化、通用化;维护简单，不需考虑介质更换、补充等 问题。
知识准备
二、气压式夹持末端执行器组成
3、执行元件
多种双臂并联操作机构。
任务实施
1.气压式夹持末端执行器的组成及结构（视频案例）
包括以下四部分： 1）气动元件
气缸，是系统的动力源。 2）夹持机构
在气缸的带动下，完成 夹持动作，与工件直接接触， 俗称“夹爪”。 3）同步机构
保证左右夹爪同步合拢， 完成对工件的夹紧。 4）导向机构
任务实施
6.导向机构——直线导轨
1）直线导轨的主要安装尺寸：
（1）平台安装孔位置尺寸：c、B （2）平台台面尺寸：L、W （3）导轨总高：H （4）导轨安装孔位置：E
2）主要参数： （1）额定载荷：10-300KNΒιβλιοθήκη （2）允许静力矩：Mr、Mp、My
任务实施
请观看微课视频：“气压式夹持末端执行器”
知识准备
二、气压式夹持末端执行器组成
1.动力源
2)气动控制部分:气动系统上有多个气缸(如 各气缸有顺序、压力或换向等要求)时,才需要各 种控制阀。如系统上只有1、2个气缸,则不需要 此部分或结构也极为简单。各种控制阀选用后 均可到专业的气动元件厂采购。
知识准备
二、气压式夹持末端执行器组成
1.动力源
学习重点
典型气压式夹持末端执行器的结构及各组成部分的作用
知识准备
一、气压式夹持末端执行器概述
1.气压式夹持末端执行器的基本组成：
气压式夹持末端执行器是一款机械和气动技术一体 化的产品，这类产品一般由动力源、传感器、机械结 构、执行元件组成。
系统的组成部分必须无缝地协同工作,以执行其职 能。对它们的选择必须考虑到工程和经济两方面。
气缸推动夹爪运动， 夹爪除了完成本身承担 的夹持功能外，还需带 动同步机构的齿条、导 向机构的滑板运动，从 而实现同步和导向功能。
3）机构运动分析： 分析夹紧和张开过程中，
主要零件的运动方向，完成 工作页中“活动步骤3”的 任务。
任务实施
3.气缸
1）定义： 气压传动中将压缩气体
的压力能转换为机械能的气 动执行元件。 2）分类：
主题讨论
讨论问题
气压式夹持末端执行器的组成？ 气压式夹持末端执行器的工作原理？
小结
通过本节内容，使我们了解了本执行器的组成零件、 零件之间的安装关系、零件的装配顺序。分析了本 执行器夹紧和张开时的工作过程，主要零件的运动 方向及动力传递路线。为今后设计这类末端执行器 打下基础。
谢谢观看
对夹爪起到支撑和运动 导向作用。
任务实施
2.零件名称（视频案例）
1）各部分所包含的零件：
▲气动元件：气缸 ▲夹持机构：
夹爪，锁紧螺母。 ▲同步机构：
齿轮（1个），齿条（2 个）。 ▲导向机构：
滑板和直线导轨（2 套）。
任务实施
2.零件名称（视频案例）
2）分析零件的安装关 系：
在整个机构的装配 关系中，夹爪是核心零 件。
所以：V1=V2 左右齿条的速度大小相等，方向相
反。由于左右齿条与左右夹爪分别固定 在一起，因此左右夹爪以同样方式运动， 达到同步目的。
任务实施
6.导向机构——直线导轨
直线导轨采用滚动导引形式，由钢珠在滑 块和导轨之间无限滚动循环， 从而使负载平台 沿着导轨轻松地高精度线性运动，将摩擦系数 降至传统滑动导引的五十分之一。
气源处理部分 气动控制部分 执行元件部分 辅助部分
知识准备
二、气压式夹持末端执行器组成
1.动力源
1)气源处理部分:包括分水滤气器、调压阀 和油雾器,俗称气动三大件。
其目的是将由空气压缩机站通过管道传来的 压缩空气进行过滤、调整压力、加入油雾,以使 气缸润滑。气动三大件由专业的气动元件厂生 产,设计中选用即可。
3)执行元件部分:气动系统的执行元件即气缸,是气动 系统设计中的核心部分,也是气动系统设计的重点。
4)辅助部分:包括管路、接头、压力表及消声器等,主 要起连接、测量、消声等作用。由于气动夹具的气压传动 较为简单,且上述元件均能由市场采购或公司订购,所以设 计和安装上都不会有什么不易解决的问题。
知识准备
缺点：空气压缩性大，导致气缸速度随负载变化而变化，稳 定性差，影响位置及速度控制精度;气动系统压力级不高，总输出 力不大;工作介质无润滑性，需另外采取润滑措施;噪声大。
知识准备
二、气压式夹持末端执行器组成
1.动力源
这类末端执行器的动力源是气缸，是气压传 动系统的执行元件，气压传动系统(如图所示)包 括以下4个部分:
向内夹紧和向外撑开的两种夹持动作。
任务实施
3.气缸
——集成式气缸型号及参数
磁性开关： 当活塞运动到 极限位置时， 发出信号给控 制器，说明夹 爪抓空，没有 抓到工件
任务实施
4.夹持机构
1）双气缸夹持机构： 在本项目视频案例中，左右夹爪
分别由各自的气缸推动，这适合于夹 持体积或重量较大的圆形零件，需要 较大夹持力的情况。