（一）机电一体化执行机构的特点及要求
机电一体化产品的执行机构是实现其主功能的重要环节，它应能快速地完成预期
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的动作，并具有响应速度快、动态特性好、动静态精度高、动作灵敏度高等特点。另外为 便于集中控制，它还应满足效率高、体积小、质量轻、自控性强、可靠性高等要求。
机电一体化产品具有信息处理系统、物流系统、加工系统，这些都是以能量、物质或 信息的传递、处理、转换、保存等为目的的技术系统，为实现不同的目的功能，需采用不 同形式执行机构，其中有电动的、机械的、电子的、激光的，本节主要介绍在机电一体化 机械系统中常用的几种执行机构。
（二）定位机构
定位机构是机电一体化机械系统中一种确保移动件占据准确位置的执行机构，通 常采用将分度机构和锁紧机构组合的形式来实现精确定位的要求。
图 ! " # " $% 所示的 &’%(# 型卧式加工中心的分度工作台就是这样一种定位机 构。工作台面 ! 靠端面齿盘 ) 和 # 精确定位。活塞 ( 将工作台面抬起，蜗杆蜗轮副 * 使工作台面转动位置。齿盘共有 %) 齿，每齿间隔 (+，故每次转位的角度必须为 (+的倍 数。
图 ! " # " $% 分度工作台
!—工作台面；)—端面齿盘；$—推力轴承；#—齿盘；(—活塞；*—蜗轮；%—定心轴
分度前，活塞 ( 的下腔通压力油，经推力轴承 $ 把工作台 ! 抬起，齿盘 ) 和齿盘 # 分开。工作台的定心轴 % 与蜗轮为花键联接。分度时，直流伺服电机通过十字滑块联 轴节（图中未示出）、蜗杆传动蜗轮 *，经工作台定心轴 % 上的花键使工作台转位。转位
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完毕后，活塞 ! 的上腔通压力油，把工作台下拉，靠齿盘 " 和齿盘 # 定位。
分度工作台的旋转和粗定位的控制原理框图见图 $ % # % &’，数控系统 () 控制可 编程控制器 *)，由 *) 经位置控制器及速度控制装置控制驱动分度的伺服电机。与伺 服电机同轴的测速发电机产生速度反馈信号，分解器产生位置反馈信号。电机回转指 令为增量式，分解器转一圈为一波距，此时分度工作台已转动一个设定指令的最小增量 值。根据数控系统 () 发出的指令，工作台转过要求的角度，这就是粗定位。最后定位 精度则由端面齿盘保证。
图 $ % # % &’ 分度工作台转位控制原理框图
（三）数控机床动力卡盘与回转刀架
数控机床是机械加工中最常见的机电一体化产品，目前正向着高速化和精密化方 向发展。在其发展过程中，为满足各种加工的需要，许多新型的执行机构相继出现，如 各种动力卡盘和回转刀架。
$ + 动力卡盘
该类型卡盘在机床主轴转动情况下，工作能自动回转，可做到一次装夹完成全部加 工工序。它广泛应用于十字形零件、, 形零件的车削加工过程。
图 $ % # % &- 所示为 .*# % "" 型转塔车床自动回转卡盘。卡盘体由两部分组成：
不动部分 " 和可换部分 #。不动盘体中装有动力传动元件（液压缸 & 用于夹紧工件 ’，
液压缸 $&、$# 用于回转工件），由装在盘体中心孔的配油管，沿不动盘体中的管路，将液 压油送至液压缸。
在可换盘体中装有分度元件，枢轴 $/ 是一多棱体，摇杆 $" 装在心轴 $$ 上。枢轴 的具体结构根据工件回转角度而定；夹紧卡爪 0 和定位爪 -，根据工件形状确定。
该卡盘由法兰盘 $ 固定在机床主轴上，其工作过程中：工作在定位爪 - 上定位；压 力油进入夹紧液压缸 & 的左腔；使活塞杆推动滑块 !（滑块的支承套 1 上装有夹紧卡爪 0）向下运动，压紧工件；然后主轴旋转，刀架趋进，进行工件的一面加工。当工件的一面 加工完毕，主轴停转，刀架退出，压力油进入液压缸 $#，液压缸 $& 的工作腔与泄漏管接 通，从而使摇杆 $" 带动工件沿顺时针方向转动 -/2，与枢轴 $/ 多棱体的另一面接触，然 后可进行工件的下一个面的切削加工。
" + 自动回转刀架 1 —
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自动回转刀架是在一定空间范围内，能使刀架执行自动松开、转位、精密定位等一 系列动作的一种机构。
图 ! " # " $% 自动回转卡盘
! " 法兰盘； & " 不动部分； $、!$、!# " 液压 缸； # " 可换部分； ’ " 滑块； ( " 支承套；
) " 卡爪； * " 工件； % " 定位爪； !+ " 枢轴；
!! " 心轴； !& " 摇杆
图 ! " # " #+ 所示为 ,-.$(+ 数控车床的自动回转刀架（转塔刀架），它可实现加工 过程中的自动换刀。它为八角形，径向装刀，可将 * 组刀具安装在刀架溜板上，转塔轴 与机床主轴平行，采用马氏机构转位，端面齿盘定位，相邻刀位隔 #’/，分度误差为 0 $1。
其工作原理为：
转位电机经传动比为 !# 2 (’、!# 2 %( 的齿轮副驱动凸轮轴 ’。轴 ’ 前端有圆柱凸轮 (，经滚子 !$、杠杆 !’，滚子 !# 抬起转塔轴 !!，使端面齿盘 * 与齿盘 ) 分离。齿轮 %( 3
! 4 &’ 上的滚子 # 进入马氏槽盘 $，使转塔轴 !! 连同转塔盘 !+ 转过 #’/，与此同时，转塔 轴上的齿轮 ! 经齿轮 & 使圆光栅也转过 #’/，滚子 # 离开槽盘 $，转位结束，之后，凸轮 ( 使滚子 !$ 向下，经滚子 !#，碟形弹簧 !& 压转塔轴 !!，使端面齿盘啮合，实现定位（弹簧
!& 控制齿盘的压紧力）。该机构由马氏槽盘提供分度运动，由端面齿盘保证定位精度。
转塔刀架有保险机构：当将转塔盘 !+ 与端面齿盘 * 用螺钉固定后，将圆柱销拔出，
留以备用。如刀具受力过大或出现故障而使转塔盘受到大的扭矩时，由于圆柱销 % 已 拔去，螺钉与螺钉之间有空隙，转塔盘 !+ 可稍微转动，经齿轮 !、& 使圆光栅也稍作转 动，发出脉冲信号，使机床停车。这样就不致损坏齿盘，并保证零件加工的安全。停车
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后，检查现场，恢复原位（只需松开螺钉，插入圆柱销 ! 即可），便可重新启动。
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（四）工业机械手末端执行器
工业机械手是一种自动控制、可复重编程、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械。
末端执行器因用途不同而结构各异，一般可分为三大类：机械夹持器、特种末端执 行器、万能手（或灵巧手）。
! " 机械夹持器
它是工业机械手中最常用的一种末端执行器。
（!）机械夹持器应具备的基本功能。首先它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，以保证被夹工作在移动、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。另外它还应保证工件夹持姿态再现几 何偏差在给定的公差带内。
（#）分类和结构形式。械机夹持器常用压缩空气作动力源，经传动机械实现手指的 运动。根据手指夹持工件时的运动轨迹的不同，机械夹持器分为圆弧开合型、圆弧平行 开合型和直线平行开合型。
!圆弧开合型。在传动机构带动下，手指指端的运动轨迹为圆弧。如图 ! $ % $ %!
所示，图 ! $ % $ %!（&）采用凸轮机构，图 ! $ % $ %!（’）采用连杆机构作为传动件。夹持 器工作时，两手指绕支点作圆弧运动，同时对工件进行夹紧和定心。这类夹持器对工件 被夹持部位的尺寸有严格要求，否则可能会造成工件状态失常。
图 ! $ % $ %! 圆弧开合型夹持器
"圆弧平行开合型。这类夹持器两手指工作时作平行开合运动，而指端运动轨迹 为一圆弧。图 ! $ % $ %# 所示的夹持器是采用平行四边形传动机构带动手指的平行开 合的两种情况，其中图 ! $ % $ %#（&）所示机构在夹持时指端前进，图 ! $ % $ %#（’）所示 机构在夹持时指端后退。
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图 ! " # " #$ 圆弧平行开合型夹持器
!直线平行开合型。这类夹持器两手指的运动轨迹为直线，且两指夹持面始终保 持平行，如图 ! " # " #% 所示。图 ! " # " #%（&）采用凸轮机构实现两手指的平行开合，在 各指的滑动块上开有斜形凸轮槽，当活塞杆上下运动时，通过装在其末端的滚子在凸轮 槽中运动，实现手指的平行夹持运动。图 ! " # " #%（’）采用齿轮齿条机构，当活塞杆末 端的齿条带动齿轮旋转时，手指上的齿条作直线运动，从而使两手指平行开合，以夹持 工件。
夹持器根据作业的需要形式繁多，有时为了抓取特别复杂形体的工件，还设计有特 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。
图 ! " # " #% 直线平行开合型夹持器
$ ( 特种末端执行器 ) —
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特种末端执行器供工业机器人完成某类特定的作业，图 ! " # " ## 列举了一些特种 末端执行器的应用实例。下面简单介绍其中的两种。
图 ! " # " ## 特种末端执行器
（$）真空吸附手；（%）喷枪；（&）空气袋膨胀手；（’）弧焊焊枪；（(）电磁吸附手；（)）点焊枪
（!）真空吸附手，如图 ! " # " ##（$）。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（如图 ! " # " #* 所示），控制电磁换向阀的开合可实现对工件的吸附 和脱开。它结构简单，价格低廉，且吸附作业具有一定柔顺性（如图 ! " # " #+ 所示），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。它常用于小件搬动，也 可根据工件形状、尺寸、重量的不同将多个真空吸附手组合使用。
（,）电磁吸附手。它利用通电线圈的磁场对可磁化材料的作用力来实现对工作的 吸附作用。它同样具有结构简单，价格低廉等特点，但其最特殊的是：它吸附工件的过 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 以可用于搬动较大的可磁化性材料的工件。
吸附手的形式根据被吸附工件表面形状来设计。图 ! " # " ##（(）所示的电磁吸附 手用于吸附平坦表面的工件。图 ! " # " #- 所示的电磁吸附手可用于吸附不同的曲面 工件，这种吸附手在吸附部位装有磁粉袋，线圈通电前将可变形的磁粉袋贴在工件表面
吸附手的形式根据被吸附工件表面形状来设计。图 ! " # " ##（(）所示的电磁吸附 手用于吸附平坦表面的工件。图 ! " # " #- 所示的电磁吸附手可用于吸附不同的曲面 工件，这种吸附手在吸附部位装有磁粉袋，线圈通电前将可变形的磁粉袋贴在工件表面