工业机器人-灵活的手

每一个工业机器人都由两个主要部分组成: 机械手和程控器．机械手完成全部必需的动作,程控器则进行全部必需的控制．前者是机器人的“身躯”和“手”,后者是它的“大脑”．其身躯一般是粗大的基座,或称机架；机器人的手则是多节杠杆机械——机械手．要让手能够作出预先规定的动作,它就要有肌肉——传动机构．肌肉的作用是将大脑发出的信号转换为手的机械动作．机械的手、臂或抓取器的终端是夹具。

大部分工业机器人仅有一只手,但也有的有两三只或更多的手．但其作用几乎相同,重复人或动物的上肢动作或完成其动作．一般说来,机械手是依据三条原则安装设计的．第一条原则——机械模拟人手结构．其关节有: 下臂、肘、腕,均是根据轴向或活关节接合原理做成的．机器人的液压或电动筋肉保证这些关节能活动自如,同动物的关节一样；第二条原则是一些专门的杆可做成水平、垂直和角形的各种线性移动动作,这些移动可确保机器人手具有必要的灵活性；第三条原则是将上述两原则结合起来。

设计机器人的手需要解决大量异常复杂的问题．这里并非仅是考虑模仿人手所具有的功能；有时还考虑让机器人去完成人做不来的事儿．比如,工人用手工加工半成品无法精确到一个微米,但机器人却能顺利地完成这种任务．目前使用的工业机器人具有从几十公斤到三吨以上的起重力,移动自由度2－6 个以上,定位准确度0.05－5 毫米,服务区域范围0.01－10 立方米．不过,这些性能取的都是平均值．比如英国制造了将12 吨重的轴辊安装在磨床上的机器人。

机器人要运动就需要使其“筋肉”运动．机器人的气动“筋肉”是由气压传动筒组和气动发动机构成的,气压传动筒组用来创造直线运动,气压发动机组用来创造旋转运动．它们利用特殊的气动阀来控制、调整移动速度和使活塞停止做功．这种传动机构相当简单．作用于气压传动筒活塞杆上的力取决于压缩空气的压力,借助于专门阀这个作用力很容易控制．气动肌肉的优点是工作中不出现故障,需要的工作面积小(因为传动机构一般都直接位于机械组合件的结合处),造价低,维修容易。

液压传动机构的运动原理同气动机构相类似．不过是使用液体代替压缩空气罢了．液压传动机构的功率更大,它一般用在最有力量的机器人手臂上(举重力达数吨)．但是,它要求的保养条件高,否则一旦发生液体泄漏,就会污染周围环境。

不久以前,电力驱动的机器人数量不是太多；而近来,用电力筋肉的机器人越来越多了．电动驱动提供了启动、停止、转向的优良动力特性,提高了定位精确度(小于一毫米),保证了广泛的机动性．电动传动机构装配和调整容易、方便,维修保护简单,没有噪音．它也用于大多数第二代感觉机器人,这是其优点和实现自调控制算法之间的灵活性决定的。

怎样从机器人的“手相”看出它是干什么职业的呢? 很简单．瞧,三钩抓钳,那是吊钩大型铸件用的；吸盘,是吸拿玻璃板用的；铲斗,是装散物质用的；钻头、喷漆枪、自动螺帽扳手……器械直接固定在手上,而不是固定在现在已经不需的夹具中。

人类的双手无所不能,机器人“双手”的终端装置同样也是形形色色的．最流行的是像鸟嘴或蟹螯虫一样的“二趾爪”,它可以完成抓取和移送大多数零件．如果要求更牢固地抓住零件,尤其是圆形零件,就要使用三趾爪；如果零件又粗又长,那就改用多爪抓钩——用几个二趾爪或三趾爪从许多地方同时抓住长管子；输送液体使用斗勺,抓取散体物使用三爪小斗勺；如果零件是很大的平板形的,那就使用类似章鱼身上的吸盘；如果抓取钢件或白铁件,还可以用磁性抓具．如果要抓管型的或空心圆柱体件,则可以用张合的抓爪、特殊的梨状充气器、穿进管子去的小棒子。

除了灵巧之外,机器人的“手”大小也不同: 有用以抓取好几吨重的轴辊的大爪子,也有用来同微电子产品和钟表齿轮打交道用的小镊子．有些像胡须一样细的手指需要用显微镜来看,才知道它如何同小小的零件打交道。

总之,机器人的“手”可能模仿一切动物的手、爪,甚至为了美观,有时可能“发育”得更加优雅．但就目前而言,还是仅以实用为主要目的。

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