1、先進制造技術在工業機器人末端執行機構中的應用摘要：介紹了工業機器人末端執行機構的概念及分類方法，總結了工業機器人末端執行機構在工業機器人制造中的發展，并對工業機器人末端執行機構的設計要求和分類以及應用進行了簡單介紹。關鍵詞：工業機器人；末端執行機構；設計要求；分類；應用 前言由于機器人技術是20世紀出現的新名詞，目前機器人技術正處于高速發展的階段，對機器人的定義仍然在不斷的擴展和充實中，目前，世界各國對機器人還沒有一個統一的定義，在我國國家標準GB/T12643-90中，工業機器人被定義為“一種能自動控制、可重復編程、多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具，用以完成各種作業。”在

2、機器人技術的設計和發展中，末端執行器的設計和發展無疑是其中最重要的領域。在機器人生產中，大多數故障都是由于末端執行機構的設計不合理，而不是機器人本身的原因；并且手部對機器人來說是一個獨立的部件，手部對整個機器人完成任務的好壞起著關鍵的作用，它直接關系到了手臂夾持工件時的定位精度、夾持力等的大小。所以，完善末端執行器成為發展機器人技術的必要的和缺一不可的條件之一。末端執行器，又稱為末端操作器、末端操作手，有時也被稱為手部、手爪、機械手等。在機器人技術領域內，末端執行器機構位于機器人手臂的末端，負責與外界環境進行動作交流。不同的種類由機器人的不同作業性質決定。在某些定義中，末端執行器指的是機器人的

3、末端，從這種角度來看，末端機器人相當于機器人的附屬機構。而從廣義上來說，末端機器人可以被定義為機器人用以與外界工作環境交流的一部分機構。這并不指可移動機器人的移動車輪，也不是仿人機器人的腳部，這兩種都不是末端執行器它們只是機器人的可移動部分機構。末端執行器多為各種各樣的夾持器，一般可以開合夾持或吸放夾持。比如在電焊、噴涂等領域的機器人中，它們的末端執行器即為焊鉗和噴具。1 末端執行機構的發展現狀及優點遙操作機械手是最早出現的機械手，由美國Argonne國家實驗室的Gonerts設計，由一個“控制臂”和一個“執行臂”構成，一般稱為“遙操作機械手”或“遙控機械手”。該機構的結構如下圖。圖1 最早的

4、機械手在傳統工業生產中，機械加工或者其他大型作業或裝配作業過程總是需要一種體積很大的，有足夠的面積和空間來放置、夾持并定位工件的設備，這種設備通過限制工件的一個或多個自由度，或者夾持在工件表面的一個或多個點來固定加工零件。而在現代加工領域中，工業機器人已經能獨立完成定位和夾持較大的工件，來實現更加便捷的加工作業。傳統加工中，幾乎所有的加工作業都受到定位精度的限制。而隨著科技的發展，為了更好的加工有精度要求的部件或體積較大的工件，我們對工件定位精度及夾持力等多方面優越的性能的有了更高的要求。事實上，加工數量、加工環境的溫度等因素都會使加、夾持定位精度降低。并且活動部件比如鉸鏈、軸承、滑塊等會導致

5、摩擦，同樣也會使定位變得更加困難。工業機器人末端執行器的應用實現了自動夾持或增壓定位的作用。這都體現在夾持、定位、自動卸載等操作中。精確的機床定位通過安裝在末端執行器和機器人臂之間的微型定位器來完成，這樣的設計使末端執行器在特殊的加工環境下，也能保證高的精確度，排除由于定位夾持不精確而帶來的加工誤差。2 末端執行機構在工業機器人中的應用2.1 末端執行機構設計要求及分類2.1.1末端執行機構的設計要求（1）不論是夾持或者吸附，末端執行器需需具有滿足作業需要的足夠夾持（吸附）力和所需的夾持位置精度。（2）應盡可能使末端執行器結構簡單、緊湊，質量輕，以減輕手臂的負荷。專用的末端在執行器結構簡單，工

6、作效率高，而能完成多種作業的“萬能”末端執行器可能帶來結構復雜，費用昂貴的缺點，因此提倡設計可快速更換的系列化、通用化專用末端執行器。2.1.2末端執行機構的分類末端執行機構主要分為機械式夾持器、吸附式末端執行器、多指靈巧手三類。其中，機械式夾持器由手爪、傳動機構、驅動裝置等組成。通過手爪的開、合動作實現對物料的夾持。吸附式末端執行器靠吸附力抓取物料，適用于抓取大平面、易碎、微小等類型的物料。多指靈巧手是一種模仿人手的機構，它有多個手指，每個手指有三個回轉關節，每一個關節自由度都是獨立控制的，這種機器人的多指靈巧手可以完成各種復雜動作（如擰螺絲、彈鋼琴等）如果配置觸覺、力覺、溫度傳感器可使其功

7、能更加廣泛。2.2 仿人機器手五指機器手是未來工業機器人末端執行機構主要的研究發展方向，這種仿人類學的末端執行機構包含9種此幅機構，控制20個軸或者關節的多種不同的運動。五指機器手不僅僅模仿人手的大小和形狀，也完全的模仿人手的運動和靈巧度。不可否認的是，對實際工廠來說，五指仿人機器手的普及仍然還很遙遠。大多數這樣的機構都只是停留在學校、科技研發機構的研究階段，還沒有應用到社會全自動加工的實際應用中。一旦它能夠適應大批量生產和實現更高的經濟性，仿人機器手投放到市場進行自動化的加工將會成為可能。圖2 仿人五指機器手2.3 填充技術在粉末軋制技術中，將所載金屬（或非金屬）粉末通過按壓使之填充到已有的

8、凹模中，從而形成凹模的空間形狀結構。粉末軋制作為一種粉末成型方法具有許多優點，能夠生產一般軋制法難以或無法生產的板帶材，能夠軋制出成分比較精確的帶材，并且成分容易控制，組分均勻；并且粉末軋制的板帶材料各項同性。粉末軋制工藝過程短，節約能源并且能降低生產成本，成材率比熔鑄軋制法高，而且不需要大型設備，可以大大減少設備投資。由于具有多種優點，粉末軋制技術被應用到多種加工中，而填充末端執行器的發展無疑為這一加工技術錦上添花，能夠在保證加工質量的情況下大大提高加工速度。圖3 填充機器手2.4 弧焊機器人末端執行機構弧焊機器人是指用于進行自動弧焊的工業機器人。弧焊、電焊機器人的原理都基本相同。圖4 弧焊

9、機器人3 總結工業機器人是我國制造業轉型升級、提質增效必不可少的高端裝備，是重點發展的領域之一。不同領域的機器人，就會有不同的末端執行機構。除以上提到的三種末端執行機構之外，對于搬運機器人、裝配機器人、加工機器人、噴涂機器人、檢測機器人、潔凈機器人等多種應用機器人，對應著多平，代表了一個國家的制造業水平，發展機器人產業應上升到國家戰略高度。機器人的廣泛使用是我國從制造業大國走向制造業強國的重要手段和途徑。在機器人發展的必然趨勢下，工業機器人末端執行機構也必將得到長足的發展，到目前為止，我們已經可以看到很多的研究發明成果，在多次的試驗設計后，隨著社會要求的不斷提高，科學技術的不斷進步，工業機器人和其末端執行機構的設計和應用將會被提升到新的高度，并且被提出更精確、更高的要求。參 考 文 獻1 賓鴻贊 王潤孝先進制造技術M北京：高等教育出版社2006，1230-2312 李碧舟 呂偉國內外工業機器人發展現狀與趨勢研究D沈陽：沈陽新松機器人自動化股份有限公司，2016.83 陳丹、趙軍平解讀“綠皮書”之我國工業機器人