1、第八章 自动供料装置和工业机器人,第一节 自动供料装置概述 第二节 自动供料装置结构 第三节 工业机器人概述 第四节 工业机器人的机械结构 第五节 工业机器人的应用,第一节 自动供料装置概述,图8-1 自动供料装置 1料斗 2定向机构 3料道 4料仓 5隔料器 6上料机构 7剔除器 8传动装置,一、自动供料装置的分类和组成,第一节 自动供料装置概述,表8-1 自动供料装置的组成及其作用,二、件料供料装置特点和应用范围,第一节 自动供料装置概述,1.料斗式自动供料装置 2.料仓式半自动供料装置 三、自动供料装置使用要点 1)供料装置的构造应尽可能简单可靠，并避免因夹紧位置不正确或送料长度不足等原
2、因产生废品或发生事故。 2)供料装置应有一定的调整范围。 3)满足工件的一些特殊要求，例如对一些轻薄零件或易碎的零件，其夹紧卡爪应采用较软的材料且夹紧力应能进行调整，以保证被夹持工件变形小和不破碎。,第二节 自动供料装置结构,一、定向机构 1.定向机构的工作方法 (1)抓取法 定向机构通过运动抓取工件的一些特殊表面如凸肩、内孔、凹槽等，使之定向排列。 (2)型孔选取法 利用定向机构上一定形状尺寸的孔穴进行筛选分离，只有与型孔位置及形状一致的工件，才能通过而获得定向排列。 (3)剔除法 在工件的运行过程中，利用工件尺寸外形差别或重心位置不同来剔除定向不正确的工件。 2.常用定向机构,第二节 自动
3、供料装置结构,图8-2 钩子式定向机构 1受料管 2转盘 3钩子 4隔板,第二节 自动供料装置结构,图8-3 链板式定向机构 a)抓取圆柱类工件 b)抓取圆片、圆环类工件 c)抓取螺钉类工件 1储料仓 2工件 3取料链板,第二节 自动供料装置结构,图8-4 转筒滑槽式定向机构 1取料板 2转筒 3工件 4定向滑槽 5棘轮剔除器,第二节 自动供料装置结构,图8-5 径向槽式定向机构 1带径向槽的转盘 2受料槽 3挡板,第二节 自动供料装置结构,图8-6 转盘型孔式定向机构 1圆盘 2圆环 3转筒 4料斗 5柱套 6工件 7轴 8带轮 9储料槽,第二节 自动供料装置结构,图8-7 带径向槽的二次定
4、向机构 1料斗内壁 2带缺口的圆盘 3径向内槽 4搅拌叶片,二、料斗,第二节 自动供料装置结构,图8-8 料斗的形状 a)斜放的圆柱形 b)锥形 c)矩形,第二节 自动供料装置结构,图8-9 直槽式的振动上料装置 1料槽 2工件 3弹簧片 4电磁铁 5基座,1.振动式料斗,第二节 自动供料装置结构,图8-10 振动式料斗自动上料装置 1圆筒 2筒底 3、5连接块 4板弹簧 6底盘 7导向轴 8弹簧 9、10支架 11支座 12支承盘 13调节螺钉 14铁心线圈 15衔铁,第二节 自动供料装置结构,图8-11 杯状工件的定向结构,第二节 自动供料装置结构,图8-12 带肩工件的定向结构(一),第
5、二节 自动供料装置结构,图8-13 带肩工件的定向结构(二),第二节 自动供料装置结构,图8-14 带台阶工件的定向结构,第二节 自动供料装置结构,图8-15 回转式料斗 a)滚筒式 b)磁力式,2.回转式料斗,第二节 自动供料装置结构,3.往复滑块式料斗,图8-16 往复滑块式料斗,第二节 自动供料装置结构,图8-17 喷油搅拌式料斗,4.喷油搅拌式料斗 5.喷气式料斗,第二节 自动供料装置结构,图8-18 喷气式料斗,三、料仓,第二节 自动供料装置结构,图8-19 靠工件自重送进的料仓 a)直线式 b)曲线式 c)螺旋式 d)料斗式 e)辅助料箱装置,第二节 自动供料装置结构,图8-20
6、强制送进的料仓 a)重锤式 b)弹簧式 c)摩擦式 d)链式 e)轮式,2.强制送进的料仓,第二节 自动供料装置结构,四、搅动器,图8-21 挂料现象和具有竖直壁的料斗 a)拱形堵塞 b)单竖直壁料斗 c)双竖直壁料斗,第二节 自动供料装置结构,图8-22 拱形消除器 a)杠杆式 b)凸轮式 c)电磁振动式 d)棘齿式 1拱形消除器 2料仓 3工件,五、剔除器 六、分路器,第二节 自动供料装置结构,图8-23 扇块式料斗,七、送料槽,第二节 自动供料装置结构,图8-24 剔除器 a)杠杆式 b)棘轮式 c)扇形遮板式 d)扇形滑动式,第二节 自动供料装置结构,图8-25 分路器 a)自重式 b
7、)外力式 c)电磁式 d)滑块式,第二节 自动供料装置结构,图8-26 滚道 a)开式 b)闭式 c)可调式,第二节 自动供料装置结构,图8-27 滑道 a)、b)V形 c)、d)圆形 e)半圆形,八、隔料器,第二节 自动供料装置结构,图8-28 导轨式滑道 a)、b)双轨式 c)单轨式,第二节 自动供料装置结构,图8-29 槽形滑道 a)闭式 b)开式,第二节 自动供料装置结构,图8-30 滚子道 a)轮式 b)辊式 c)轴承式,1)具有往复运动的隔离器(图8-31a、b、c)。,第二节 自动供料装置结构,2)具有摇摆运动的隔离器(图8-31d、e)。 3)具有回转运动的隔离器(图8-31f
8、、g、h)。,图8-31 隔离器的结构形式 a)、b)、c)往复运动隔离器 d)、e)摇摆运动隔离器 f)、g)、h)回转运动隔离器,第二节 自动供料装置结构,九、上料器 1.往复运动的上料机构,图8-32 车床用直线往复式上料机构 1床身 2工件 3上料手 4料仓 5气缸,第二节 自动供料装置结构,8M33.tif,第二节 自动供料装置结构,图8-33 自重式直线上料机构,2.摆动运动的上料机构,第二节 自动供料装置结构,图8-34 滚丝机用摇摆式上料机构 1滚丝轮 2工件 3压板 4摇摆式上料机构,第二节 自动供料装置结构,图8-35 间歇旋转运动上料机构 1顶尖 2料槽 3间歇旋转圆盘
9、4料仓 5工件,3.旋转运动上料机构,第二节 自动供料装置结构,8M36.tif,第二节 自动供料装置结构,图8-36 旋转运动上料器,第二节 自动供料装置结构,图8-37 复合运动上料机构 a)主轴上料装置 b)用六角刀架作上料装置 1料仓 2工件 3夹料器 4主轴,第二节 自动供料装置结构,图8-38 弹簧 夹持上料器,4.复合运动上料机构,第三节 工业机器人概述,一、机器人技术的发展及工业机器人定义 1.机器人发展概况 2.工业机器人的定义 二、机器人的分类 1.按“代”分类 (1)第一代工业机器人 包含可编程序机器人、固定程序(即上下料机)机器人，以及示教再现式工业机器人。 (2)第二
10、代工业机器人 具有视觉、触觉等传感器和摄像机、计算机组成的“手眼”协调系统。 (3)第三代工业机器人 即所谓“智能机器人”。 2.按机器人功能分类,第三节 工业机器人概述,(1)顺序控制型机器人 采用顺序控制器，按事先编制的指令完成预定的动作序列。 (2)示教再现型机器人 操作人员示范地“教”机器人完成某项作业的全过程，机器人的记忆装置(如磁盘、磁带或随机储存器)按一定速度记录下机器人沿轨迹运动时经过点的全部位置姿态信息和操作内容。 (3)数据机器人 它以机器人语言为工具。 (4)自适应型机器人 是在计算机控制的基础上，采用了环境感觉(如视觉、触觉等)反馈。 (5)智能机器人 它是最高水平的机
11、器人，它除了具有感知环境和简单的适应环境功能外，还具有较强的识别理解环境功能，决策规划功能以及功能完备的人机接口，即具有人的某些智能。,第三节 工业机器人概述,3.按机器人运动控制方式分类 (1)点位控制机器人 在预定点处准确控制机器端部的位置和姿态，完成预定操作要求。 (2)连续路径控制机器人 其端部在作业空间的运动过程都是处于精确控制之下，不仅可以使得手部位置沿着任意形状的空间曲线进行运动，而手部沿曲线轨迹上各点的姿态也可以通过腕关节的运动得到控制。 4.按坐标形式分类(见图8-39) (1)圆柱坐标型(回转)机器人 如图8-39a所示，这种运动形式的工业机器人，臂部不仅能沿X、Z坐标直线
12、移动，同时能绕Z坐标回转，运动范围是以Z轴为轴线的空心圆柱体。 (2)直角坐标型(直移)机器人,第三节 工业机器人概述,图8-39 工业机器人的坐标系 a)圆柱坐标型 b)直角坐标型 c)极坐标型 d)关节型,(3)极坐标型(球坐标)机器人 如图8-39c所示，,第三节 工业机器人概述,这种运动形式的工业机器人，臂部由一个直线运动和两个回转运动组成，其运动范围是一个空心球体。 (4)关节型机器人 如图8-39d所示，关节型工业机器人，臂部由大、小臂组成，具有人手臂的某些特征。 三、工业机器人的主要特性表示方法 1.坐标系,第三节 工业机器人概述,图8-40 工业机器人的坐标系,第三节 工业机器
13、人概述,图8-41 6轴机器人的工作空间,2.机械结构类型 3.工作空间,第四节 工业机器人的机械结构,一、工业机器人的构成,图8-42 工业机器人系统的组成 1机座 2控制装置 3操作机,第四节 工业机器人的机械结构,二、手部 1.手部的功能和分类,图8-43 机械夹持式手部 a)单支点回转型 b)双支点回转型 c)平移外夹型 d)回转内撑型,第四节 工业机器人的机械结构,2.夹持式手部的结构 (1)夹持式手部的类型 1)按运动形式可分为回转式和平移式。 2)按手指关节可分为无关节型、固定关节型和自由关节型。 3)按指端形状可分为V型、平面型和其他形状。 4)按指面形状可分为光滑型、齿型和柔
14、性型。 (2)夹持式手部的常见结构 1)回转式,第四节 工业机器人的机械结构, 滑槽杠杆式结构 图8-44所示为滑槽杠杆双支点回转式手部，杠杆形手指5的一端为V形指，另一端开有长滑槽，驱动杆2上的圆柱销3套在滑槽内。当驱动杆连同圆柱销作往复直线运动时，即可带动手指绕其支点销轴4，作相对转动，实现手指的夹紧与松开。滑槽杠杆式手部结构简单，制造容易，可得到较大的开闭角，其定心精度主要受滑槽的制造精度影响，机构无自锁性能，需靠外力锁紧，一般用于夹持中小型工件。,第四节 工业机器人的机械结构,图8-44 滑槽杠杆回转式结构 1支架 2驱动杆 3圆柱销 4销轴 5杠杆形手指,第四节 工业机器人的机械结构
15、,图8-45 斜楔杠杆回转式结构 1杠杆形手指 2弹簧 3滚子 4楔块 5驱动器, 斜楔杠杆式结构 图8-45所示为单作用斜楔杠杆回转式手部，,第四节 工业机器人的机械结构,楔块4向下运动，克服弹簧力，使杠杆形手指1装有滚轮的一端向外撑开，手指夹紧工件。楔块向上运动，在弹簧力作用下，手指松开。楔块杠杆式手部结构简单，制造方便，影响定心精度的主要因素是斜楔面的对称性，其承载能力比滑槽杠杆式大，一般用于夹持中小型工件。 连杆杠杆式结构 图8-46所示为双支点回转型连杆杠杆式手部，驱动杆1末端与连杆2由销铰接，连杆的另一端与杠杆形手指3铰接。当驱动杆作直线往复运动时，通过连杆推动杠杆手指绕支点O1、
16、O2作回转运动，使手指闭合或松开。连杆杠杆式手部结构，承载能力较大，开闭范围不大，其定心精度受连杆两侧的对称性影响，机构环节多，定心精度比斜楔杠杆式差，多用于夹持大型工件。,第四节 工业机器人的机械结构,2)平移式 齿轮齿条平移连杆式结构 如图8-47所示，驱动力Fp推动齿条杆和两个扇形齿轮，扇形齿轮带动平行四边形的铰链机构驱动两钳爪平移，以夹紧和松开工件。该结构因铰链和构件较多，传动效率较低，为保证有足够的强度，平行四边形杆件不宜细长。,8M46.tif,第四节 工业机器人的机械结构,图8-46 连杆杠杆回转式结构 1驱动杆 2连杆 3杠杆形手指 4销轴,第四节 工业机器人的机械结构,图8-
17、47 齿轮齿条平移连杆式结构 1扇形齿轮 2齿条杆 3驱动器 4机座 5、6连杆 7钳爪, 左右旋丝杠式结构 如图8-48所示，,第四节 工业机器人的机械结构,由驱动电动机带动两端旋向相反的丝杠，钳爪沿导轨作平移运动。这种夹持器可配置单独的伺服电动机或步进电动机驱动，方便地通过编程控制电动机的旋转来夹紧和松开不同尺寸规格的工件。如果采用滚珠丝杠和滚动导轨，能得到很高的重复定位精度(可达0.005mm)。平移型钳爪可使工件自动定心，但其结构复杂，制造费用高。,第四节 工业机器人的机械结构,8M48.tif,第四节 工业机器人的机械结构,图8-48 左右旋丝杠平移式结构 1驱动电动机 2左右旋丝杆
18、 3导轨 4钳爪,第四节 工业机器人的机械结构,图8-49 叉托式手部,3.钩托式和弹簧式手部结构,第四节 工业机器人的机械结构,(1)简单叉托式 这是最简单的手指，是一种固定的钩托式手部，见图8-49。 (2)机构实现钩托 图8-50所示为一种自身无单独驱动装置的钩托式结构，它借助臂部的动力使手部向下运动，触杆3碰触工件后，传动齿条1和齿轮2，使与齿轮固接在一起的手爪闭合，然后靠人力使操纵杆6下降，带动凸块4落入凸轮5的缺口，卡住凸轮，手爪闭锁完成钩托动作。,第四节 工业机器人的机械结构,图8-50 齿条传动钩托式结构 1齿条 2齿轮 3触杆 4凸块 5凸轮 6操纵杆 7弹簧,第四节 工业机
19、器人的机械结构,8M51.tif,第四节 工业机器人的机械结构,图8-51 齿轮杠杆钩托式结构 1液压缸 2齿轮 3杠杆形手指 4销轴,第四节 工业机器人的机械结构,8M52.tif,第四节 工业机器人的机械结构,图8-52 弹簧杠杆式结构 1弹簧 2定位块 3杠杆形手指 4工件,(3)弹簧式 图8-52所示为弹簧杠杆式结构。 4.吸盘式手部结构 (1)空气负压吸盘 它靠负压吸附工件。 1)挤气式 如图8-53a所示，在外力作用下，使富于弹性的吸盘3受压变形，腔内空气从密封盖2处排出。,第四节 工业机器人的机械结构,图8-53 空气负压吸盘结构 a)挤气式 b)真空式 c)喷气式 1压杆 2密
20、封盖 3吸盘 4工件,2)真空式 采用真空泵抽气，使吸盘内腔形成真空而产生吸力，,第四节 工业机器人的机械结构,如图8-53b所示。 3)喷气式 如图8-53c所示，压缩空气通入喷嘴，喷嘴处的高速气流使其附近及吸盘内腔形成负压而产生对工件的吸附作用。,图8-54 气缸驱动的真空吸盘 1臂部 2腕部 3吸盘架 4吸盘 5导向杆 6活塞杆 7弹簧,第四节 工业机器人的机械结构,(2)磁力吸盘 结构简单，但仅能吸附导磁性材料制造的工件。 1.液压(气)缸驱动的腕部结构 (1)具有一个自由度的摆动液压缸驱动的腕部结构 图8-56所示为采用摆动液压缸驱动作回转运动的腕部结构。,图8-55 磁力吸盘 1线
21、圈 2铁心 3工件 4内盘体 5隔磁物 6外盘面 7盘体,第四节 工业机器人的机械结构,图8-56 摆动液压缸驱动的腕部结构 1活塞 2、4油路 3、7进、排油孔 5定片 6动片,(2)齿条齿轮液压缸驱动的腕部结构 腕部结构采用齿条齿轮液压,第四节 工业机器人的机械结构,缸驱动，能克服采用摆动液压缸时的密封困难、易泄露、输出转矩不稳定、摆动角度小等缺点。 (3)平移运动的腕部结构 腕部通常采用液压缸驱动平移结构来满足直线移动的需要。,图8-57 腕部平移结构 1拖板 2调整压板 3轴承 4腕架 5轴承销 6、7内六角螺钉 8双头活塞 9缸体 10密封圈 11圆柱销,第四节 工业机器人的机械结构
22、,2.机械传动的腕部结构 (1)具有二个自由度的机械传动腕部结构 如图8-58所示，手腕的驱动电动机经减速器，通过链条6传动、使链轮4、轴10和锥齿轮9、11旋转并带动轴14做回转，其转角为1；通过链条7、由链轮5直接带动手腕壳体8回转，实现手腕绕轴10的摆动，其回转角为。,图8-58 二个自由度的机械传动腕部结构 1、2、3、12、13轴承 4、5链轮 6、7链条 8壳体 9、11锥齿轮 10、14轴 15法兰盘,第四节 工业机器人的机械结构,图8-59 三个自由度的机械传动腕部 1、2、3、4、5、6、7、11、12、13、14、15齿轮 8手部 9、10、16壳体,(2)具有三个自由度的
23、机械传动腕部结构 图8-59所示为其传动机,第四节 工业机器人的机械结构,构简图。 1)手爪回转运动，当B、T轴不动，S轴以ns转动时，经齿轮1、3、2、4、5、6将回转运动传给手爪8轴上的锥齿轮7，实现手爪的回转运动n7(转向如图示)。 2)手腕摆动运动及其诱导运动，当B、S轴不动，T轴以nT转动时，直接驱动回转壳体10绕T轴转动，实现手腕的摆动运动nT。 3)手腕俯仰运动及其诱导运动，当S、T轴不动，B轴以nB转动时，经齿轮15、13、14、12将运动传给锥齿轮11，驱动壳体9实现俯仰运动n9(转向如图示)。 四、臂部,第四节 工业机器人的机械结构,图8-60 液压缸驱动的臂部结构 1活塞
24、杆 2液压缸 3手臂端部 4手臂支架 5导轨 6中间机座 7、9齿轮 8挡块 10行程开关 11摆动液压缸,第四节 工业机器人的机械结构,图8-61 采用倍增机构的伸缩臂结构 1气缸 2活塞杆 3齿轮 4固定齿条 5伸缩臂 6手部,第四节 工业机器人的机械结构,图8-62 多关节式臂部结构 M伺服电动机 B制动闸 R谐波齿轮减速器 回转角,第四节 工业机器人的机械结构,图8-63 俯仰臂结构 1耳叉 2销轴 3轴承 4摆动缸 5手臂 6活塞杆 7导向套 8俯仰缸 9立柱 10动片 11轴套 12定片,第五节 工业机器人的应用,一、工业机器人的适用场合 1)在危险、不安全或有害健康的工作环境中替
25、代人，这是选用工业机器人的重要原因之一。 2)在重复的工作循环中，若工作循环的运动和顺序用工业机器人替代人可获得比人高的重复精度和一致性，或可达到高的生产率时，应考虑选用工业机器人。 3)人难于装卸的场合。 4)多班次作业，可考虑用工业机器人代替人工作业。 5)在一些生产场合，生产批量和操作工位变换多，生产班次又长，当变换频度大，人不能适应时，应考虑采用可编程机器人完成作业。 6)现有的工业机器人多数没有“视觉”功能。,第五节 工业机器人的应用,二、工业机器人的应用条件 三、工业机器人的应用 1.装配,图8-64 装配作业的工业机器人 1工业机器人 2轴承 3轴 4压力机 5套 6垫圈 7法兰
26、 8螺母 9传送带,第五节 工业机器人的应用,1)装配过程的材料搬运。 2)把轴类零件插入孔内，尤其是用于间隙很小的精密配合或装入后拧紧螺钉，如图所示。 3)把所需零件从零件箱中取出，供装配。 4)在印刷电路板装插元件。 2.喷漆 3.焊接,第五节 工业机器人的应用,图8-65 吸尘器装配系统中双臂智能机器人 17固定摄像机 8转动摄像机 9抓握手臂 10感知手臂 1113吸尘器零部件 14完成装配的吸尘器,第五节 工业机器人的应用,图8-66 喷漆作业的工业机器人 1工装板 2循环拖动链条 3工件识别站 4工件 5行程开关 6、7、8、9、10喷漆机器人,第五节 工业机器人的应用,图8-67 焊接作业的工业机器人 1工业机器人 2传送带 3汽车壳体,4.物料传输,第五节 工业机器人的应用,图8-68 柔性加工单元中的工业机器人,第五节 工业机器人的应用,图8-69 车削加工单元中的工业机器人,5.铸造 6.冲压,第五节 工业机器人的应用,7.机械加工,图8-70 柔性加工系统中的工业机器人 1拉床 2车床 3插齿机 4剃齿机 5存储架 6工业机器人 7修毛刺机,
