典型机电一体化系统.ppt

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1、第九章典型机电一体化系统,机电一体化产品种类繁多，按产品的功能划分为以下几类:数控机械类 数控机床、工业机器人。其特点为执行机构是机械装置。电子设备类 线切割加工机床、超声波缝纫机。其特点为执行机构是电子装置。机电结合类 自动探伤机、CT扫描仪、自动售货机等。其特点为执行机构是机械和电子装置的有机结合。电液伺服类 液压伺服马达。其特点为执行机构是液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。信息控制类 复印机、传真机等办公自动化设备。主要特点为执行机构的动作完全由所接收的信息类控制。,9.1 CNC机床,CNC(或加工中心)加工工艺过程,9.2 机械加工中心,1-X轴的直流伺服电动机；

2、2-换刀机械手；3-数控柜；4-盘式刀库；5-主轴箱；6-机床操作面板；7-驱动电源柜；8-工作台；9-滑座；10-床身图9-3 JCS-018A立式加工中心,加工中心的技术发展方向：高精、高速、高效的加工 高可靠性 加强标准化和开放性 网络数控 智能化,9.3工业机器人,一、工业机器人概述机器人：模仿人的机器工业机器人：用于生产的机器人诞生于20世纪60年代工作原理：通过机器人操作机上各构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。,二、工业机器人系统结构,六自由度工业机器人的系统结构,工业机器人系统的组成,1机座 2控制装置 3操作机,工业机器人的组成,三、工业机器人的分类,按机械结

3、构和代表性的自由度构成可分成五种：圆柱坐标型机器人；球坐标型机器人；直角坐标型机器人；关节型机器人；并联机器人。按用途和作业类别分：焊接机器人、冲压机器人、浇注机器人、搬运机械器人、装配机器人、喷漆机器人、切削机器人、检测机器人、采掘机器人、水下机器人,圆柱坐标系机器人,球坐标型机器人,直角坐标型机器人,关节型型机器人,仿人关节型机器人,平行四边形连杆关节型机器人,SCARA型机器人,并联机器人,（d）直角坐标型,（a）关节型,（b）球坐标型,（c）圆柱坐标型,工业机器人的坐标系,PUMA机器人的坐标系,（a）基准装填（b）坐标系,（a）,（b）,四、工业机器人的主要技术参数,额定负载：如抓取

4、力、切削力额定速度：机器人在额定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的最大速度。自由度 一般具有四六个自由度程序编制与存储容量在选用机器人时还应首先考虑其用途,机器人的工作空间,五、工业机器人的控制,机器人控制的基本原理 要使机器人按照人们的要求去完成特定的作业，需要做下述几件事情：告诉机器人要做什么；机器人接受命令，并形成作业的控制策略；去完成作业；保证正确完成作业，并通报作业已完成。,示教,控制计算机,伺服驱动,传感器,机器人控制基本原理框图,六、工业机器人的机械结构,工业机器人的机械结构系统由机座、手臂、手腕、末端执行器和移动装置组成。移动装置只有在工作空间很大时才有。一、工业机器人的手臂

5、和机座液压驱动圆柱坐标型机器人手臂结构具有手臂伸缩、回转和升降三个运动（自由度）,如图所示：手臂伸缩运动由液压缸2驱动，手臂回转运动采用摆动液压马达11驱动，在中间机座6的下面配置有升降液压缸,液压驱动圆柱坐标型机器人手臂,1活塞杆 2液压缸 3手臂端部 4手臂支架 5导轨 6中间支架 7、9齿轮 8挡块 10行程开关 11摆动液压马达,2.电动机驱动机械传动圆柱座标机器人手臂其手臂的伸缩和回转运动都是采用双圆柱导轨导向和直流伺服驱动滚珠丝杠来实现直线移动,GMF M100型机器人手臂,3.PUMA机器人手臂的结构,PUMA机器人手臂的结构,a)大臂驱动机构 b)小臂驱动机构,1、10大臂 2

6、、3、5、6、8、9、14、15齿轮 4、13、16偏心套 7、11驱动电动机 12驱动轴 17小臂 18机座,PUMA机器人机座的结构,1、3、4、5齿轮 2偏心套 6伺服电动机,二、工业机器人的手腕,手腕是联接手臂和末端执行器的部件。功能是实现末端件在作业空间的三个姿态坐标，即实现三个旋转自由度。如图所示:回转运动（）、左右摆动（）和俯仰运动（）,手腕的自由度1手臂 2机械接口,1.用摆动液压马达驱动实现回转运动的手腕结构夹持动作由活塞完成，一个自由度,摆动液压马达驱动的手腕,2.具有两个自由度的机械手传动手腕结构手腕的回转运动 1 2，俯仰摆动,两自由度机械传动手腕,1、2、3、12、1

7、3轴承 4、5链轮 6、7链条 8手腕壳体 9、11锥齿轮 10、14轴 15机械接口法兰盘,3.具有三个自由度的机械手腕结构手爪回转n7,手腕偏摆n10=nT,手腕俯仰n9,三自由度机械传动手腕,1、2、3、4、5、6、7、11、12、13、14、15齿轮 8手爪 9、10、16壳体,偏置三自由度机械传动手腕,a)装置外观图 b)传动机构简图,1、2、3、4、7、9齿轮 5机械接口法兰盘 6壳体 8手腕架,4.偏置三自由度机械传动手腕机构回转运动俯仰运动偏摆运动,5、三转轴手腕结构,三轴承手腕,a)手腕装配结构图 b)手腕传动结构简图,1、2、3电动机 4、5、6空心传动轴 7、8、9、11

8、、13、14齿轮10壳体 12机械接口法兰,三、工业机器人的末端执行器,根据其结构和用途的不同，可以分为机械式夹持器、吸附式末端执行器和专用工具（如焊枪、喷嘴、电磨头等）。（一）机械式夹持器的结构机械式夹持器多为双指爪式，其手指的运动为平移或回转（单点支承或双点支承）,机械式夹持器,a)单支点回转型 b)双支点回转型c)平移型 d)内撑型,1.楔块杠杆回转型夹持器,楔快杠杆式回转型夹持器,1杠杆 2弹簧 3滚子 4楔快 5驱动器,2.滑槽杠杆式回转型夹持器,滑槽杠杆式回转型夹持器,1支架 2杆 3圆柱销 4杠杆,3.连杆杠杆式回转夹持器,由杆1、连杆2、摆动爪3和夹持件构成四杆机构,连杆杠杆式

9、回转型夹持器,1杆 2连杆 3摆动钳爪 4调整垫片,4.由齿轮齿平行连杆式夹持器,齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器,1扇形齿轮 2齿条杆 3电磁式驱动器 4机座 5、6连杆 7钳爪,5.左右旋丝杆平移型夹持器,左右旋丝杠平移型夹持器,1电动机 2丝杠 3导轨 4钳爪杆,6.内撑式连杆杠杆式夹持器,内撑连杆杠杆式夹持器,1驱动器 2杆 3钳爪,(二)吸附式末端执行器的结构,吸附式末端执行器（又称为吸盘），有气吸式和磁吸式两种。它们分别利用吸盘内负压产生的吸力或由磁力来吸住并移动工件的。,e)挤压排气式,b)真空泵排气式,a)气流负压式,c)特殊吸盘,d)双吸盘式吸头,1压盖2密封盖3吸盘4工件,磁

10、吸式吸盘,1绕组 2铁心 3工件 4内盘体5隔磁物 6外盘面 7盘体,工业机器人的应用：,机器人装配生产线,柔性加工中的机器人,车削加工单元中的机器人,柔性加工系统中的机器人,1拉床 2车床 3插齿机 4剃齿机 5塔式储存架 6机器人 7去毛刺机,装配系统中的机器人,1机器人 2、3、5、6、7、8、9轴承、轴、套、垫圈、法兰、螺母和产品传送带 4压力机,装配系统中的双臂机器人,17固定式电视摄像机 8可转式电视摄像机 9抓握手臂10感知手臂 1113吸尘器零部件 14吸尘器装配成品,焊接作业系统的机器人,1机器人 2传送带 3汽车壳体,喷漆作业系统中的机器人,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直角坐标机器人 7、8、9、10垂直关节机器人,核工业中的步行机器人,9.4 机电一体化设计实例,一、设计任务书为简易型机械手设计自动控制方案，要求采用可编程控制器控制。二、控制要求与控制方案 控制要求机械手自动操作完成将工件由A，点移向B点的动作，其示意图如图10-4所示。机械手每个工作臂上都有上、下限位和左、右限位开关，而其夹持装置不带限位开关。一旦夹持开始，定时器起动，定时结束，夹持动作随即完成。机械手到达B点后，将工件松开的时间也是由定时器控制的，定时结束时，表示工件已松开。,机械手的动作要求示意图,（2）控制方案,