机电系统中常用的执行机构

机电系统的执行机构根据操作指令的要求，直接作用于对象，完成规定的动作和任务。其形式多种多样。它是系统实现主功能的重要环节。

机械执行机构向执行末端件提供动力并带动它实现运动，即把传动机构传递过来的运动和动力进行必要的交换，以满足执行末端件的要求。随着科学技术的发展，机械执行机构与电子、电器、光学、液体和气体不断结合，形成了较先进的机电、机光和机液等执行机构。

1.执行机构的基本要求

机电一体化产品的执行机构是实现其主要功能的重要环节，它应能快速地完成预期动作，并应具有响应速度快、动态性能好、动静态精度高和动作灵敏度高的特点。另外，为便于计算机集中控制，还应满足以下要求：

（1）惯量小、动力大。

（2）体积小、质量轻。

（3）便于维修和安装。

2.微动执行机构

微动执行机构是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定进给运动的机构。在机电一体化产品中，它一般用于精确、微量地调节某些部件的相对位置。如在一些读数系统中，利用微动机构调整刻度尺的零位；在磨床中，用螺旋微动机构调整砂轮架的微量进给；在医学领域中，各种微型手术器械均采用微动机构。

微动机构按执行件运动原理的不同可分为机械式、电气－机械式、弹性变形式、热变形式、磁致伸缩式和压电式等多种形式。下面简要介绍热变形式和磁致伸缩式执行机构。

1）热变形式

热变形式执行机构属于微动机构。该类机构利用电热元件作为动力源，电热元件通电后产生的热变形可实现微小位移。

热变形微动机构具有高刚度和无间隙的优点，并可通过控制加热电流来得到所需的微量位移。但由于热惯性以及冷却速度难以精确控制等原因，这种微动系统只适用于行程较短、频率不高的场合。

2）磁致伸缩式

磁致伸缩式机构是利用某些材料在磁场作用下具有改变尺寸的磁致伸缩效应来实现微量位移的。

3.工业机械手末端执行器

工业机械手是一种自动控制、可重复编程、多自由度的操作机，是能搬运物料、工件或操作工具以及完成其他各种作业的机电一体化设备。工业机械手末端执行器装在操作机械手腕的前端，是直接执行操作功能的机构。

工业机械手末端执行器因用途不同而结构各异，主要有三大类：机械夹持器、特种末端执行器和万能手 （或灵巧手）。

1）机械夹持器

机械夹持器是工业机械手中最常用的一种末端执行器。

（1）机械夹持器应具备的基本功能。

首先，机械夹持器应具有夹持和松开的功能。夹持器夹持工件时，应有一定的力约束和形状约束，以保证被夹工件在移动、停留和装入过程中不改变姿态；当需要松开工件时，应完全松开。另外，机械夹持器还应保证工件夹持姿态再现几何偏差在给定的公差带范围内。

（2）机械夹持器的分类和结构形式。

机械夹持器常用压缩空气作动力源，经传动机构实现手指的运动。根据手指夹持工件时运动轨迹的不同，机械夹持器可分为圆弧开合型、圆弧平行开合型和直线平行开合型。

①圆弧开合型。这类夹持器在传动机构的带动下，手指端的运动轨迹为圆弧。

②圆弧平行开合型。这类夹持器两手指工作时做平行开合运动，而指端运动轨迹为一圆弧。

③直线平行开合型。这类夹持器两手指的运动轨迹为直线，且两手指夹持过程中始终保持平行。

夹持器根据作业的需要形式繁多，有时为了抓取形体特别复杂的工件，还设计具有特种手指机构的夹持器，如具有钢丝绳滑轮机构的多关节柔性手指夹持器、膨胀式橡胶手袋手指夹持器等。

2）特种末端执行器

特种末端执行器可供工业机器人完成某类特定的作业，下面简单介绍其中的两种。

（1）真空吸附手。

工业机器人中常把真空吸附手与负压发生器组成一个工作系统，控制电磁换向阀的开合，可实现对工件的吸附和脱开。真空吸附手结构简单，价格低廉，且吸附作业具有一定的柔顺性。这样即使工件有尺寸偏差和位置偏差也不会影响吸附手的工作。它常用于小件搬运，也可根据工件形状、尺寸、质量的不同将多个真空吸附手组合使用。

（2）电磁吸附手。

电磁吸附手利用通电线圈的磁场对可磁化材料的作用力来实现对工件的吸附作用。它同样具有结构简单、价格低廉等特点。但其最特殊的特点是：吸附工件的过程是从不接触工件开始的，工件与吸附手接触之前处于漂浮状态，即吸附过程由极大的柔顺状态突变到低的柔顺状态。这种吸附手的吸附力是由通电线圈的磁场提供的，所以可用于搬运较大的可磁化性材料的工件。

3）灵巧手

灵巧手是一种模仿人手制作的多指、多关节的机器人末端执行器。它可以适应物体外形的变化，对物体进行任意方向、任意大小的夹持，可以满足对任意形状、不同材质的物体进行操作和夹持的要求，但其控制和操作系统技术难度较大。