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由于工業機械手手爪的手指部分的尺寸較小,結構緊湊,將電機的驅動力傳遞到手指上,需要考慮到空間尺寸以及力的傳遞效率等因素。因此,手指的驅動力傳動方式也需要加以仔細研究。
驅動手指機構傳遞動力的方式目前主要采用繩索和滑輪機構和凸輪機構,也可以采用鋼絲軟軸加螺旋傳動或者四連桿傳動。雖然采用繩索加滑輪的驅動方法比較常用,容易實現遠距離動力傳送,機構也不復雜,摩擦較小,經濟實用。但繩索張力會導致傳動滯后以及運動傳遞誤差,張力過大會拉斷繩索并且由于只能受拉力回程控制困難,同時由于繩索可能布置不當產生附加力和力矩,產生運動精度增加控制難度。
采用四連桿的傳動機構,優點是構造簡單、易于制造,剛性傳動出力大,沒有滯后性,可以通過幾何約束定位,傳動可靠精度高,能夠承受較大的載荷,可以同時受壓和受拉,可以滿足實現多種運動規律和軌跡的要求,缺點是使得手指體積相應變大。采用其他的方式傳動也會有與繩索加滑輪的驅動方法相類似的抓取力過小、效率低、損耗大等問題,而連桿傳動動力輸出大,抓取可靠,效率高。所以采用2組串聯的四連桿機構作為欠驅動機構。
關節手指機構具有三個自由度,在只有一個驅動器工作的情況下,存在2個欠驅動度。在其具有的多自由度中,只有一個為驅動自由度,在工作時保持一個自由度,即工作自由度,其他自由度均為條件自由度,即在工作之前就被約束掉了。近指關節沒有接觸物體時,該關節與基座的轉動自由度是工作自由度,其他2個關節的轉動自由度被扭簧約束,整個手指繞基座轉動,直到近指關節接觸物體。近指關節接觸物體之后,受到接觸封閉力的約5作用,近指關節的自由度被約束掉了,變成條件自由度,而中指關節的轉動自由度則在不斷增大的驅動力作用下被釋放,變成工作自由度,機構自由度仍為1,手指機構按確定的運動規律工作,直到中指關節接觸物體。
當中指關節接觸物體之后,該關節自由度也被約束掉,也變成條件自由度,繼續增大驅動力,釋放遠指關節的自由度,直到遠指關節接觸物體,穩定的抓取物體,完成包絡抓取動作。工業機械手手指結構對機械手完成工業過程至關重要。不僅要能夠有效準確地抓取工件,還要盡可能減輕控制的復雜程度,大大提高機械手的工作效率。
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