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固相萃取裝置操作機機構的結構方案及其運動設計

時間:2020-04-18     瀏覽:28

操作機機構的結構方案及其運動設計是機器人設計的 關鍵,固相萃取裝置本節將主要介紹操作機機構的結構設計及運動設計的要點。 !" 操作機手臂機構的設計 手臂機構一般具有 " 0 # 個自由度(當操作機需要回避障礙進行作業時,其 自由度可多于 # 個),可實現回轉、俯仰、升降或伸縮三種運動形式。 設計操作機手臂機構時,首先要確定操作機手臂機構的結構形式,通常應根 據其將完成的作業任務所需要的自由度數、運動形式、承受的載荷和運動精度要 求等因素來確定。其次是確定手臂機構的尺寸,由于手臂機構的尺寸基本決定 了操作機的工作空間,所以手臂機構的尺寸應根據機器人完成作業任務提出的 !"! 平面四桿機構的設計 !*1 工作空間尺寸要求來確定,即確定出其手臂的長度及手臂關節的轉角范圍。此 外,在確定操作機的結構形式及尺寸時,還必須考慮到由于手臂關節



的驅動是由 驅動器和傳動系統來完成的,因而手臂部件自身的重量較大,而且還要承受手 腕、末端執行器和工件的重量,以及在運動中產生的動載荷;也要考慮到其對操 作機手臂運動響應的速度,運動精度及運動剛度的影響等。 圖 !"!# 工業機器人機構簡圖 !" 操作機手腕機構的設計 在圖 !"!# 中操作機的手腕機構用 以實現末端執行器在作業空間中的三 個姿態坐標,通常使末端執行器能實現 回轉運動!,左右偏擺運動" 和俯仰角 運動#。手腕自由度愈多,各關節的運 動角范圍愈大,其動作的靈活性愈高, 機器人對作業的適應能力愈強。但增 加手腕自由度,會使手腕結構復雜,運 動控制難度加大。因此,一般手腕機構 的自由度為 $ % & 個即能滿足作業要 求。通用性強的機器人手腕機構的自由度為 ’,而某些專業工業機器人的手腕 機構則視作業實際需要可減少其自由度數,甚至可以不要手腕。 手腕機構的形式很多,下面介紹一種應用最廣的具有兩個自由度的手腕機 構。 圖 !"!$ 手腕機構 圖 !"!$ 所示的手腕機構由圓錐齒 輪 !、",系桿 # ( $ 和小臂 # ( & 組成 的差動輪系,由兩個驅動傳動裝置傳 動。通常驅動電機安裝在大臂關節上, 經諧波減速器減速后,用鏈傳動將運動 傳到鏈輪 $、& 上。鏈輪 $ 使手腕殼體 # ( $ 相對小臂 # ( & 實現上下俯仰擺 動(#);鏈輪 & 經圓錐齒輪 !、" 傳動使 手腕末桿(其上裝有夾持器)# 相對手 腕殼體 # ( $ 作回轉運動(!# )。故該手腕機構具有兩個自由度。若設兩鏈輪 $、& 的輸入角分別為!$ 和!& ,則手腕末桿 # 的回轉運動角!# 可由下式確定 !# )(!& (!$ )$! $" (!"$!) 由式(!"$!)可知,手腕末桿的轉角!# 不僅與末桿驅動轉角!& 有關,而且與 前一桿 # ( $ 的驅動轉角!$ 有關,即!$ 角也能引起!# 角的變化,我們把這種運 $#* 第!章 平面連桿機構及其設計 動稱為誘導運動。 在作手腕機構的運動設計時,要注意大、小手臂的關節轉角對末端操作器的 俯仰角均可能產生誘導運動。此外,手腕機構的設計還要注意減輕手臂的載荷, 應力求手腕部件的結構緊湊,減小其重量和體積,以利于手腕驅動傳動裝置的布 置和提高手腕動作的精確性。 !" 末端執行器的設計 機器人的末端執行器是直接執行作業任務的裝置。通常末端執行器的結構 和尺寸都是根據不同作業任務要求專門設計的,從而形成了多種多樣的結構型 式。根據其用途和結構的不同可分為機械式夾持器,吸附式執行器和專用工具 (如焊槍、噴嘴、電磨頭等)三類。就工業機器人中應用的機械式夾持器形式而 言,多為雙指手爪式,

按其手爪的運動方式又可分為平移型(圖 !"!#$)和回轉型。 回轉型手爪又可分為單支點回轉型(圖 !"!#%)和雙支點回轉型(圖 !"!#&);按其 夾持方式又可分為外夾式和內撐式(圖 !"!#’)。此外,按驅動方式則有電動、液 壓和氣動三種。 圖 !"!# 末端執行器 圖 !"!( 機械式單支點回 轉型夾持器因工件直徑變動 引起工件軸心的偏移量! 設計末端執行器時,無論是夾持式或吸附式,都需要有足夠的夾持(吸附)力 和所需要的夾持位置精度。用機械式單支點回轉型夾持器來夾持工件時(圖 !"!(),由于所夾持工件的直徑有變動時,將引起工件軸心的偏移量!(稱為夾持 誤差),因其值相對較大,故其夾持位置精度較低。為了改善夾持精度,可采用雙 支點回轉型夾持器或采用平移型夾持器,其夾持位置精度幾乎不受工件直徑大 小的影響。 同樣,在設計末端執行器時,應盡可能使其結構簡單,緊湊、重量輕,以減輕 手臂的負荷。 !"! 平面四桿機構的設計 +*) 工業機器人操作機手臂機構和手腕機構的驅動傳動系統設計也是操作機機 械設計的重要環節,傳動系統的設計根據機器人完成作業任務的不同,和驅動方 式的不同而有很大區別,此處不再多作介紹,設計時可參閱有關著作。

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