第二部分 機器人機械結(jié)構(gòu)

1、 機器人結(jié)構(gòu)機器人結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容主要內(nèi)容機器人組成機器人組成主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)機械結(jié)構(gòu)與運動機械結(jié)構(gòu)與運動驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)不同類型機器人機械、電氣、控制結(jié)構(gòu)不同；不同類型機器人機械、電氣、控制結(jié)構(gòu)不同；機器人系統(tǒng)通常機器人系統(tǒng)通常三大部分三大部分：機械部分、傳感部分和：機械部分、傳感部分和控制部分；控制部分；六個子系統(tǒng)六個子系統(tǒng)：驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、人：驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、機器人環(huán)境交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組機交互系統(tǒng)、機器人環(huán)境交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成；成；機器人的構(gòu)成機械系統(tǒng)機械系統(tǒng) 機械系統(tǒng)又稱操作機或執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)，由一機械系統(tǒng)又稱操作機或執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)，

2、由一系列系列連桿、關(guān)節(jié)或其他形式的運動部件連桿、關(guān)節(jié)或其他形式的運動部件組成，組成，通常包括機座、立柱、腰關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、腕通常包括機座、立柱、腰關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和手爪等，構(gòu)成多自由度機械系統(tǒng)。關(guān)節(jié)和手爪等，構(gòu)成多自由度機械系統(tǒng)。 工業(yè)機器人機械系統(tǒng)由工業(yè)機器人機械系統(tǒng)由機身、手臂和末端執(zhí)機身、手臂和末端執(zhí)行器行器組成，機身可具有行走機構(gòu)，手臂一般組成，機身可具有行走機構(gòu)，手臂一般有上臂、下臂和手腕組成，末端執(zhí)行器直接有上臂、下臂和手腕組成，末端執(zhí)行器直接裝在手腕上，可以是兩手指或多手指手爪，裝在手腕上，可以是兩手指或多手指手爪，可以是噴漆槍、焊槍等作業(yè)工具?？梢允菄娖針?、焊槍等作業(yè)工具。驅(qū)

3、動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng) 感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)主要指驅(qū)動機械系統(tǒng)的機械裝置，根據(jù)驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)主要指驅(qū)動機械系統(tǒng)的機械裝置，根據(jù)驅(qū)動源不同可分為動源不同可分為電動、液壓、氣動電動、液壓、氣動三種或三者結(jié)合三種或三者結(jié)合一起的綜合系統(tǒng)；驅(qū)動系統(tǒng)可以直接與機械系統(tǒng)相一起的綜合系統(tǒng)；驅(qū)動系統(tǒng)可以直接與機械系統(tǒng)相連，或通過皮帶、鏈條、齒輪等機械傳動機構(gòu)間接連，或通過皮帶、鏈條、齒輪等機械傳動機構(gòu)間接相連；相連；感知系統(tǒng)由感知系統(tǒng)由內(nèi)部內(nèi)部傳感器模塊和傳感器模塊和外部外部傳感器模塊組成，傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)信息，確定機械部件各部獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)信息，確定機械部件各部分的運行軌跡、狀態(tài)、位置

4、和速度等信息，使機械分的運行軌跡、狀態(tài)、位置和速度等信息，使機械部件各部分按預(yù)定程序和工作需要進(jìn)行動作。智能部件各部分按預(yù)定程序和工作需要進(jìn)行動作。智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應(yīng)性和智傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應(yīng)性和智能化水平。能化水平。控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機及從傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)完成規(guī)定的運動和功能。構(gòu)完成規(guī)定的運動和功能。 若不具備信息反饋，則為若不具備信息反饋，則為開環(huán)開環(huán)控制系統(tǒng)；具備信控制系統(tǒng)；具備信息反饋特征則為息反饋

5、特征則為閉環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)，適應(yīng)性控制根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)，適應(yīng)性控制系統(tǒng)，人工智能控制系統(tǒng)；系統(tǒng)，人工智能控制系統(tǒng)； 根據(jù)控制運動形式分為點位控制和軌跡控制。根據(jù)控制運動形式分為點位控制和軌跡控制。交互系統(tǒng)交互系統(tǒng) 機器人機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)機器人與外部環(huán)境中環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)機器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。機器人可以與外的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。機器人可以與外部設(shè)備集成為一個功能單元，如加工制造單元、部設(shè)備集成為一個功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等；也可以是多臺機器人、焊接單元、裝配單元等；也可以是多臺

6、機器人、多臺機床、設(shè)備、零件存儲裝置等集成為一個可多臺機床、設(shè)備、零件存儲裝置等集成為一個可執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。 人機交互系統(tǒng)是操作人員參與機器人控制并與機人機交互系統(tǒng)是操作人員參與機器人控制并與機器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置，如計算機終端、指令控制器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置，如計算機終端、指令控制臺、信息顯示板及危險信號報警器等。主要有兩臺、信息顯示板及危險信號報警器等。主要有兩類：指令給定裝置和信息顯示裝置。類：指令給定裝置和信息顯示裝置。二、機器人的分類二、機器人的分類1 1、按照結(jié)構(gòu)形態(tài)，負(fù)載能力和動作空間劃分、按照結(jié)構(gòu)形態(tài)，負(fù)載能力和動作空間劃分可分為可分為 超大型機器人超

7、大型機器人：負(fù)載能力：負(fù)載能力 1000 kg 以上以上 大型機器人大型機器人：100-1000 kg / 10 m2 以上以上 中型機器人中型機器人：10-100 kg / 1 10 m2 小型機器人小型機器人：0.1-10 kg / 0.1-1 m2 超小型機器人超小型機器人：0.1 kg 以下以下 / 0.1 m2 以下以下點位伺服控制點位伺服控制連續(xù)軌跡伺服控制連續(xù)軌跡伺服控制n伺服控制機器人伺服控制機器人 n非伺服機器人非伺服機器人2 2、按機器人的控制方式分類、按機器人的控制方式分類3 3、按機器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點方式分類、按機器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點方式分類1）直角坐標(biāo)型機器人直角坐標(biāo)型

8、機器人 2）圓柱坐標(biāo)型機器人圓柱坐標(biāo)型機器人 3）極坐標(biāo)型機器人極坐標(biāo)型機器人4）關(guān)節(jié)型機器人關(guān)節(jié)型機器人通過沿三個互通過沿三個互相垂直的軸線相垂直的軸線的移動來實現(xiàn)的移動來實現(xiàn)機器人手部空機器人手部空間位置的改變間位置的改變通過兩個移動通過兩個移動和一個和一個轉(zhuǎn)動實轉(zhuǎn)動實現(xiàn)位置的改變現(xiàn)位置的改變運動由一個直運動由一個直線運動和兩個線運動和兩個轉(zhuǎn)動組成轉(zhuǎn)動組成運動由前后的運動由前后的俯仰及立柱的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)組成回轉(zhuǎn)組成氣力驅(qū)動式氣力驅(qū)動式 液力驅(qū)動式液力驅(qū)動式電力驅(qū)動式電力驅(qū)動式新型驅(qū)動方式新型驅(qū)動方式4 4、按驅(qū)動方式可分為、按驅(qū)動方式可分為1 1）機座固定式機器人）機座固定式機器人 固

9、定式機器人被固定在一個底座上，不固定式機器人被固定在一個底座上，不能移動，其工作范圍有限。能移動，其工作范圍有限。2 2）機座移動式機器人）機座移動式機器人 移動式機器人可沿某個方向或任意方向移動式機器人可沿某個方向或任意方向移動，工作范圍較大，常見的有輪式機器人、移動，工作范圍較大，常見的有輪式機器人、履帶式機器人和步行機器人。履帶式機器人和步行機器人。5 5、按機座可動性可分為、按機座可動性可分為第二節(jié)第二節(jié) 機器人的主要技術(shù)參數(shù)機器人的主要技術(shù)參數(shù) 機器人機器人的技術(shù)參數(shù)反映了機器人可勝的技術(shù)參數(shù)反映了機器人可勝任的工作、具有的最高操作性能等情況，任的工作、具有的最高操作性能等情況，是設(shè)

10、計、應(yīng)用機器人必須考慮的問題是設(shè)計、應(yīng)用機器人必須考慮的問題。 機器人機器人的主要技術(shù)參數(shù)有的主要技術(shù)參數(shù)有自由度自由度、分分辨率辨率、工作空間工作空間、工作速度工作速度、工作載荷工作載荷等。等。1 1、自由度、自由度 機器人機器人具有的具有的獨立坐標(biāo)軸獨立坐標(biāo)軸運動的運動的數(shù)目。數(shù)目。 機器人機器人的自由度是指確定機器人手部在空的自由度是指確定機器人手部在空間的位置和姿態(tài)時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)間的位置和姿態(tài)時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。目。手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。般不包括在內(nèi)。 機器人機器人的自由度數(shù)等于關(guān)節(jié)數(shù)目的自由度數(shù)等于

11、關(guān)節(jié)數(shù)目。 機器人常用的自由度數(shù)一般不超過機器人常用的自由度數(shù)一般不超過5 56 6個。個。自由度自由度升降升降(L(L1 1) )伸縮伸縮(L(L2 2) )轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動( (1 1) )轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動( (2 2) )旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)3 3。關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)（Joint）：即：即運動副，運動副，允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動的機構(gòu)。對運動的機構(gòu)。2 2、工作空間、工作空間 機器人機器人手臂或手部安裝點所能達(dá)手臂或手部安裝點所能達(dá)到的所有到的所有空間區(qū)域?？臻g區(qū)域。 其形狀取決于機器人的自由度數(shù)其形狀取決于機器人的自由度數(shù)和各運動關(guān)節(jié)的類型與配置。和各運動關(guān)節(jié)的類型與配置。 側(cè)視

12、圖側(cè)視圖俯視圖俯視圖 3 3、工作速度、工作速度 機器人機器人在工作載荷條件下、勻速運在工作載荷條件下、勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點動過程中，機械接口中心或工具中心點在在單位時間單位時間內(nèi)所內(nèi)所移動的距離移動的距離或或轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動的角角度。度。 機器人的運動速度機器人的運動速度是指單關(guān)節(jié)速度；是指單關(guān)節(jié)速度；最大最大工作速度工作速度通常指機器人末端的最大速度。通常指機器人末端的最大速度。4 4、工作載荷、工作載荷 指機器人在工作范圍內(nèi)任何位置上所指機器人在工作范圍內(nèi)任何位置上所能承受的最大負(fù)載，一般用質(zhì)量、力矩、能承受的最大負(fù)載，一般用質(zhì)量、力矩、慣性矩表示。還和運行速度和加速度大小

13、慣性矩表示。還和運行速度和加速度大小方向有關(guān)，一般規(guī)定高速運行時所能抓取方向有關(guān)，一般規(guī)定高速運行時所能抓取的工件重量作為承載能力指標(biāo)。的工件重量作為承載能力指標(biāo)。5 5、控制、控制方式方式 是伺服還是非伺服，伺服控制方式是實現(xiàn)連續(xù)軌是伺服還是非伺服，伺服控制方式是實現(xiàn)連續(xù)軌跡還是點到點的運動。跡還是點到點的運動。6 6、驅(qū)動方式、驅(qū)動方式 關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)執(zhí)行器的動力源形式執(zhí)行器的動力源形式7 7、精度、精度 實際實際到達(dá)的位置與理想位置的差距到達(dá)的位置與理想位置的差距8 8、重復(fù)精度、重復(fù)精度 在相同的命令下，機器人多次軌跡之間的在相同的命令下，機器人多次軌跡之間的誤差度量誤差度量 任何一臺機器人

14、在同一環(huán)境、同一條件、同任何一臺機器人在同一環(huán)境、同一條件、同一動作、同一指令下，每一次動作位置不可能一動作、同一指令下，每一次動作位置不可能完全一致，重復(fù)定位精度是指各次不同位置距完全一致，重復(fù)定位精度是指各次不同位置距離平均位置的最大偏差。離平均位置的最大偏差。9 9、分辨率、分辨率 指指機器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動距離機器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度或最小轉(zhuǎn)動角度。 精度精度和分辨率不一定相關(guān)。一臺設(shè)備的運和分辨率不一定相關(guān)。一臺設(shè)備的運動精度是指命令設(shè)定的運動位置與該設(shè)備執(zhí)動精度是指命令設(shè)定的運動位置與該設(shè)備執(zhí)行此命令后能夠達(dá)到的運動位置之間的差距，行此命令后能夠達(dá)到

15、的運動位置之間的差距，分辨率則反映了實際需要的運動位置和命令分辨率則反映了實際需要的運動位置和命令所能夠設(shè)定的位置之間的差距。所能夠設(shè)定的位置之間的差距。一、機器人機械結(jié)構(gòu)的組成（如下圖）一、機器人機械結(jié)構(gòu)的組成（如下圖） 機械部分機械部分1 手部手部2 手腕手腕3 臂部臂部4 機身機身末端執(zhí)行器聯(lián)接手部和手臂的部分，聯(lián)接手部和手臂的部分，主要改變手部的空間方主要改變手部的空間方向和將作業(yè)載荷傳遞到向和將作業(yè)載荷傳遞到手臂手臂 聯(lián)接聯(lián)接機身和機身和手腕的部分，手腕的部分，改變手部的空改變手部的空間位置，并將間位置，并將各種載荷傳遞各種載荷傳遞到機座到機座起到支起到支承作用承作用第三節(jié)第三節(jié) 機

16、器人的機械結(jié)構(gòu)與運動機器人的機械結(jié)構(gòu)與運動二、機器人機構(gòu)的運動二、機器人機構(gòu)的運動1、手臂的運動、手臂的運動垂直移動垂直移動徑向移動徑向移動回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動機器人手臂的機器人手臂的上下運動上下運動手臂的伸手臂的伸縮運動縮運動機器人繞鉛機器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動垂軸的轉(zhuǎn)動2、手腕的運動、手腕的運動手腕旋轉(zhuǎn)手腕旋轉(zhuǎn) 手腕彎曲手腕彎曲手腕側(cè)擺手腕側(cè)擺手腕繞小手腕繞小臂軸線的臂軸線的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動手腕的手腕的上下擺上下擺動動手腕的水手腕的水平擺動平擺動 機身是直接連接、支承和傳動手臂及行走機身是直接連接、支承和傳動手臂及行走機構(gòu)的部件。它是由臂部運動機構(gòu)的部件。它是由臂部運動(升降、平移、升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰回

17、轉(zhuǎn)和俯仰)機構(gòu)及有關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件機構(gòu)及有關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等組成。等組成。 由于機器人的運動型式、使用條件、負(fù)載由于機器人的運動型式、使用條件、負(fù)載能力各不相同，所采用的驅(qū)動裝置、傳動機能力各不相同，所采用的驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)、導(dǎo)向裝置也不同，致使機身結(jié)構(gòu)有很大構(gòu)、導(dǎo)向裝置也不同，致使機身結(jié)構(gòu)有很大差異。差異。三、機身和臂部機構(gòu)三、機身和臂部機構(gòu) 一般情況下，實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或一般情況下，實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上。機身上。 臂部的運動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力愈復(fù)臂部的運動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力愈復(fù)雜。機身

18、既可以是固定式的，也可以是行走雜。機身既可以是固定式的，也可以是行走式的，即在它的下部裝有能行走的機構(gòu)，可式的，即在它的下部裝有能行走的機構(gòu)，可沿地面或架空軌道運行。沿地面或架空軌道運行。三、機身和臂部機構(gòu)三、機身和臂部機構(gòu)1、機身機構(gòu)、機身機構(gòu)升降回轉(zhuǎn)型機身機構(gòu)升降回轉(zhuǎn)型機身機構(gòu)仰俯型機身結(jié)構(gòu)仰俯型機身結(jié)構(gòu)直移型機身結(jié)構(gòu)直移型機身結(jié)構(gòu)類人機器人機身結(jié)構(gòu)類人機器人機身結(jié)構(gòu)常用的機身機構(gòu)如下：常用的機身機構(gòu)如下：2 2、臂部結(jié)構(gòu)、臂部結(jié)構(gòu) 手臂部件（簡稱臂部）是機器人的手臂部件（簡稱臂部）是機器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支承腕部和主要執(zhí)行部件，它的作用是支承腕部和手部，并帶動它們在空間運動。手

19、部，并帶動它們在空間運動。 機器人的臂部主要包括臂桿以及與其機器人的臂部主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運動有關(guān)的構(gòu)件，伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運動有關(guān)的構(gòu)件，如傳動機構(gòu)、驅(qū)動裝置、導(dǎo)向定位裝置、如傳動機構(gòu)、驅(qū)動裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐聯(lián)接和位置檢測元件等。支撐聯(lián)接和位置檢測元件等。）伸縮型臂部結(jié)構(gòu)）伸縮型臂部結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)動伸縮型臂部結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)動伸縮型臂部結(jié)構(gòu)）屈伸型臂部結(jié)構(gòu)）屈伸型臂部結(jié)構(gòu)）其他專用的機械傳動臂部結(jié)構(gòu)）其他專用的機械傳動臂部結(jié)構(gòu) 根據(jù)臂部的運動和布局、驅(qū)動方式、根據(jù)臂部的運動和布局、驅(qū)動方式、傳動和導(dǎo)向裝置的不同可分為：傳動和導(dǎo)向裝置的不同可分為： 機身和臂部的配置形式反映了機器人

20、的機身和臂部的配置形式反映了機器人的總體布局。目前常用的形式有：總體布局。目前常用的形式有： （）橫梁式（）橫梁式（）立柱式（）立柱式（）機座式（）機座式（）屈伸式（）屈伸式3 3、機身和臂部的配置型式、機身和臂部的配置型式 單臂懸掛式單臂懸掛式 雙臂懸掛式雙臂懸掛式（1 1）橫梁式）橫梁式 機身設(shè)計成橫梁式，用于機身設(shè)計成橫梁式，用于懸掛手臂部件，運動形式多為移動式。懸掛手臂部件，運動形式多為移動式。（2 2）立柱式）立柱式 運動型式多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰運動型式多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運動型式。（常見）型或屈伸型的運動型式。（常見）（3 3）機座式）機座式 機身設(shè)計成機座機身設(shè)計成機座式

21、，這種機器人可以是式，這種機器人可以是獨立的、自成系統(tǒng)的完獨立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以隨意安放整裝置，可以隨意安放和搬動和搬動。（4 4）屈伸式）屈伸式 屈伸式機器人的臂部由大小屈伸式機器人的臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運動，稱為屈伸臂組成，大小臂間有相對運動，稱為屈伸臂。可以實現(xiàn)平面運動，也可以作空間運臂?？梢詫崿F(xiàn)平面運動，也可以作空間運動。動。平面屈伸型平面屈伸型 空間屈伸型空間屈伸型四、手腕結(jié)構(gòu)四、手腕結(jié)構(gòu) 手腕是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，手腕是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，具有獨立的自由度。具有獨立的自由度。（1 1）作用）作用：調(diào)整或改變工件的姿態(tài)：調(diào)整或改變工件的姿態(tài)( (方位

22、方位) )，因，因而它有獨立的自由度，已使機器人手部適應(yīng)復(fù)而它有獨立的自由度，已使機器人手部適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。雜的動作要求。（2 2）自由度）自由度：三個自由度：三個自由度 手腕結(jié)構(gòu)多為上述三個回轉(zhuǎn)方式的組手腕結(jié)構(gòu)多為上述三個回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式，合，組合的方式可以有多種形式，常用的常用的手腕組合的方式手腕組合的方式臂轉(zhuǎn)、腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)臂轉(zhuǎn)、腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 臂轉(zhuǎn)、雙腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)臂轉(zhuǎn)、雙腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)手腕的分類手腕的分類 1 1）按自由度數(shù)目來分類：）按自由度數(shù)目來分類： 單自由度手腕單自由度手腕 二自由度手腕二自由度手腕 三自由度手腕三自由度手腕(1)(1)單自由度手腕

23、單自由度手腕(2)(2)二自由度手腕二自由度手腕 如下圖：二自由度手腕可以由一個如下圖：二自由度手腕可以由一個R R關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)和一個一個B B關(guān)節(jié)組成關(guān)節(jié)組成BRBR手腕手腕(a)(a)；也可以由兩個；也可以由兩個B B關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)組成組成BBBB手腕手腕(b)(b)。但是，不能由兩個。但是，不能由兩個R R關(guān)節(jié)組成關(guān)節(jié)組成RRRR手腕，因為兩個手腕，因為兩個R R關(guān)節(jié)共軸線，所以退化了一個關(guān)節(jié)共軸線，所以退化了一個自由度，實際只構(gòu)成了單自由度手腕自由度，實際只構(gòu)成了單自由度手腕 (c) (c)(3)(3)三自由度手腕三自由度手腕 如左圖所示。三自由如左圖所示。三自由度手腕可以由度手腕可以由B B

24、關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)和R R關(guān)節(jié)組成許多種形式。關(guān)節(jié)組成許多種形式。此外，此外，B B關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)和R R關(guān)節(jié)排關(guān)節(jié)排列的次序不同，也會產(chǎn)列的次序不同，也會產(chǎn)生不同的效果，也產(chǎn)生生不同的效果，也產(chǎn)生了其它形式的三自由度了其它形式的三自由度手腕。手腕。為了使手腕結(jié)構(gòu)為了使手腕結(jié)構(gòu)緊湊，通常把兩個緊湊，通常把兩個B B關(guān)關(guān)節(jié)安裝在一個十字接頭節(jié)安裝在一個十字接頭上，這對于上，這對于BBRBBR手腕來手腕來說大大減小了手腕縱向說大大減小了手腕縱向尺寸。尺寸。2）柔順手腕結(jié)構(gòu)柔順手腕結(jié)構(gòu) 在用機器人進(jìn)行的精密裝配作業(yè)中在用機器人進(jìn)行的精密裝配作業(yè)中, ,當(dāng)被裝配當(dāng)被裝配零件之間的配合精度相當(dāng)高零件之間的配合精度相

25、當(dāng)高, , 由于被裝配零件的由于被裝配零件的不一致性不一致性, ,工件的定位夾具、機器人手爪的定位精工件的定位夾具、機器人手爪的定位精度無法滿足裝配要求時度無法滿足裝配要求時, ,會導(dǎo)致裝配困難會導(dǎo)致裝配困難, , 因而因而, ,需要柔順性裝配。需要柔順性裝配。 柔順性裝配技術(shù)有兩種。一種是從檢測、控柔順性裝配技術(shù)有兩種。一種是從檢測、控制的角度制的角度, , 采取各種不同的搜索方法采取各種不同的搜索方法, ,實現(xiàn)邊校正實現(xiàn)邊校正邊裝配邊裝配; ;有的手爪還配有檢測元件有的手爪還配有檢測元件, ,如視覺傳感器、如視覺傳感器、力傳感器等力傳感器等, , 這就是所謂主動柔順裝配。另一種這就是所謂主

26、動柔順裝配。另一種是從結(jié)構(gòu)的角度是從結(jié)構(gòu)的角度, , 在手腕部配置一個柔順環(huán)節(jié)在手腕部配置一個柔順環(huán)節(jié), ,以以滿足柔順裝配的需要滿足柔順裝配的需要, , 這種柔順裝配技術(shù)稱為被這種柔順裝配技術(shù)稱為被動柔順裝配。動柔順裝配。 柔順手腕柔順手腕 機器人手部是機器人為了進(jìn)行作業(yè)，在機器人手部是機器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置的操作機構(gòu)。因此有時也稱為末端手腕上配置的操作機構(gòu)。因此有時也稱為末端操作器。操作器。1 1、作用、作用：機器人直接用于抓取和握緊（或：機器人直接用于抓取和握緊（或吸附）工件或操持專用工具（如噴槍、扳手、吸附）工件或操持專用工具（如噴槍、扳手、砂輪、焊槍等）進(jìn)行操作的部件，它具

27、有模砂輪、焊槍等）進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機器人手臂的仿人手動作的功能，并安裝于機器人手臂的最前端。最前端。五、手部機構(gòu)五、手部機構(gòu)2 2、工業(yè)機器人手部的特點：、工業(yè)機器人手部的特點： (1)(1)手部與手腕相連處可拆卸手部與手腕相連處可拆卸。手部與手。手部與手腕有機械接口，也可能有電、氣、液接頭，腕有機械接口，也可能有電、氣、液接頭，當(dāng)工業(yè)機器人作業(yè)對象不同時，可以方便當(dāng)工業(yè)機器人作業(yè)對象不同時，可以方便地拆卸和更換手部。地拆卸和更換手部。 (2)(2)手部是工業(yè)機器人末端操作器手部是工業(yè)機器人末端操作器。它可。它可以像人手那樣具有手指，也可以是不具備以像人手那樣

28、具有手指，也可以是不具備手指的手；可以是類人的手爪，也可以是手指的手；可以是類人的手爪，也可以是進(jìn)行專業(yè)作業(yè)的工具，比如裝在機器人手進(jìn)行專業(yè)作業(yè)的工具，比如裝在機器人手腕上的噴漆槍、焊接工具等。腕上的噴漆槍、焊接工具等。 每個每個手指有手指有三個或四個關(guān)三個或四個關(guān)節(jié)節(jié)。 技術(shù)技術(shù)關(guān)鍵是關(guān)鍵是手指之間的協(xié)手指之間的協(xié)調(diào)控制調(diào)控制。末端操作器圖例（末端操作器圖例（2 2）：）：(3(3) )手部的通用性比較差手部的通用性比較差。工業(yè)機器人工業(yè)機器人手部通常是專用的裝置，比如：手部通常是專用的裝置，比如：一種手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺一種手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面

29、相近似的工件；一種工具只能寸、重量等方面相近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。(4)(4)手部是一個獨立的部件手部是一個獨立的部件。 假如假如把手腕歸屬于手臂，那么工業(yè)機器人機把手腕歸屬于手臂，那么工業(yè)機器人機械系統(tǒng)的三大件就是機身、手臂和手部械系統(tǒng)的三大件就是機身、手臂和手部( (未端操未端操作器作器) )。手部對于整個工業(yè)機器人來說是完成作。手部對于整個工業(yè)機器人來說是完成作業(yè)好壞、作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一。具有業(yè)好壞、作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一。具有復(fù)雜感知能力的智能化手爪的出現(xiàn)，增加了工復(fù)雜感知能力的智能化手爪的出現(xiàn)，增加了工業(yè)機器人作業(yè)的靈活性和可靠性業(yè)機器

30、人作業(yè)的靈活性和可靠性。1 1）機械夾持式）機械夾持式 機械夾持式手部與人手相似機械夾持式手部與人手相似, , 是工業(yè)是工業(yè)機器人廣為應(yīng)用的一種手部形式。機械夾機器人廣為應(yīng)用的一種手部形式。機械夾持式手由手指（或手爪）、驅(qū)動機構(gòu)、傳持式手由手指（或手爪）、驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)及連接與支承元件組成，它通過手動機構(gòu)及連接與支承元件組成，它通過手指的開、合動作實現(xiàn)對物體的夾持操作。指的開、合動作實現(xiàn)對物體的夾持操作。 3、手部的分類、手部的分類圖圖 夾鉗式手部的組成夾鉗式手部的組成1-手指手指 2-傳動機構(gòu)傳動機構(gòu) 3-驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置 4-支架支架 5-工件工件（1 1）夾鉗式）夾鉗式 常用形式，由

31、手指（手爪）、驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)常用形式，由手指（手爪）、驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)和承接支架組成，通過手爪開閉動作實現(xiàn)夾持。和承接支架組成，通過手爪開閉動作實現(xiàn)夾持。手指手指 直接與物件接觸，張開與閉合實現(xiàn)了對物件直接與物件接觸，張開與閉合實現(xiàn)了對物件的松開和夾緊；的松開和夾緊； 適當(dāng)?shù)拈_閉范圍，足夠握力，相應(yīng)精度；適當(dāng)?shù)拈_閉范圍，足夠握力，相應(yīng)精度； 通常兩個手指，或三個，結(jié)構(gòu)形式取決于被通常兩個手指，或三個，結(jié)構(gòu)形式取決于被夾持工件的形狀和特性；夾持工件的形狀和特性； V V形指：圓柱形，形指：圓柱形， 平面指：方形工件；平面指：方形工件； 尖指：小型或柔性工件；尖指：小型或柔性工件； 專用：形

32、狀不規(guī)則工件；專用：形狀不規(guī)則工件； 根據(jù)工件形狀、大小、及被夾持部位材質(zhì)軟根據(jù)工件形狀、大小、及被夾持部位材質(zhì)軟硬、表面性質(zhì)不同，有光滑值面、齒形指面硬、表面性質(zhì)不同，有光滑值面、齒形指面和柔性指面；和柔性指面； 光滑指面光滑指面：指面平整光滑，已加工表面受損：指面平整光滑，已加工表面受損 齒形指面齒形指面：指面有齒紋，毛坯或半成品，增：指面有齒紋，毛坯或半成品，增加摩擦力，確保夾緊可靠；加摩擦力，確保夾緊可靠； 柔性指面柔性指面：指面鑲襯橡膠、泡沫、石棉等，：指面鑲襯橡膠、泡沫、石棉等，夾持已加工表面、熾熱件，或薄壁件或脆性夾持已加工表面、熾熱件，或薄壁件或脆性工件，增加摩擦，保護(hù)工件表面

33、，隔熱等；工件，增加摩擦，保護(hù)工件表面，隔熱等；指面形式指面形式2）傳動機構(gòu)傳動機構(gòu) 以向手指傳遞運動和動力，實現(xiàn)夾緊和松開以向手指傳遞運動和動力，實現(xiàn)夾緊和松開動作，回轉(zhuǎn)型和平移型兩類；動作，回轉(zhuǎn)型和平移型兩類； 夾鉗式手部多用回轉(zhuǎn)型，手指是一對或幾對夾鉗式手部多用回轉(zhuǎn)型，手指是一對或幾對杠桿，同斜楔、滑槽、連桿、齒輪、蝸輪蝸杠桿，同斜楔、滑槽、連桿、齒輪、蝸輪蝸桿或螺桿組成復(fù)合式杠桿傳動機構(gòu)，以改變桿或螺桿組成復(fù)合式杠桿傳動機構(gòu)，以改變傳力比及運動方向；傳力比及運動方向；常用的機構(gòu)常用的機構(gòu)有：有：a.a.楔塊杠桿式楔塊杠桿式 楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型手楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型手當(dāng)當(dāng)驅(qū)動器驅(qū)動器推動楔塊前

34、進(jìn)時，推動楔塊前進(jìn)時，通過楔塊通過楔塊的斜面的斜面與杠桿作與杠桿作用，使手爪產(chǎn)生用，使手爪產(chǎn)生夾緊夾緊動作動作和夾緊力，當(dāng)楔塊后退時，和夾緊力，當(dāng)楔塊后退時，靠彈簧的拉力使手爪松開?？繌椈傻睦κ故肿λ砷_?；剞D(zhuǎn)型傳動機構(gòu)回轉(zhuǎn)型傳動機構(gòu)b.b.滑槽杠桿式滑槽杠桿式 滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型手當(dāng)驅(qū)動器推動中心桿手當(dāng)驅(qū)動器推動中心桿向上運動時，圓柱銷在向上運動時，圓柱銷在兩杠桿的滑槽中移動，兩杠桿的滑槽中移動，迫使與支架相鉸接的手迫使與支架相鉸接的手爪產(chǎn)生夾緊動作和夾緊爪產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當(dāng)中心桿向下運動力，當(dāng)中心桿向下運動時，手抓松開。時，手抓松開。 c.c.連桿杠桿式連桿杠桿式 連桿

35、杠桿式回轉(zhuǎn)型手當(dāng)驅(qū)動器連桿杠桿式回轉(zhuǎn)型手當(dāng)驅(qū)動器推動中心桿上下運動時，由中心桿、推動中心桿上下運動時，由中心桿、連桿、手爪和支架就構(gòu)成四桿機構(gòu)，連桿、手爪和支架就構(gòu)成四桿機構(gòu)，從而迫使手爪完成夾緊和松開動作。從而迫使手爪完成夾緊和松開動作。需要注意的是，當(dāng)中心桿向下運動，需要注意的是，當(dāng)中心桿向下運動，兩個連桿處于一條水平線時，手爪已閉合到最小極兩個連桿處于一條水平線時，手爪已閉合到最小極限位置，當(dāng)中心桿繼續(xù)向下運動時，手爪不但不會限位置，當(dāng)中心桿繼續(xù)向下運動時，手爪不但不會閉合的更緊，反而會松開，這是使用連桿杠桿式回閉合的更緊，反而會松開，這是使用連桿杠桿式回轉(zhuǎn)手時一定要避免的情況。轉(zhuǎn)手時一

36、定要避免的情況。 d.d.齒輪齒條式齒輪齒條式 齒輪齒條式回轉(zhuǎn)齒輪齒條式回轉(zhuǎn)型手中心桿的端部兩型手中心桿的端部兩側(cè)有齒條，與固定在側(cè)有齒條，與固定在手爪上的齒輪相嚙合，手爪上的齒輪相嚙合，當(dāng)中心桿上下運動時，當(dāng)中心桿上下運動時，在齒輪齒條的嚙合作在齒輪齒條的嚙合作用下就帶動兩個手爪用下就帶動兩個手爪回轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生夾緊回轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生夾緊和松開動作。和松開動作。 (2(2）鉤托式手部）鉤托式手部 勾托式手部并不靠夾緊力來夾持工件勾托式手部并不靠夾緊力來夾持工件, , 而是利用工件本身的重量而是利用工件本身的重量, , 通過手指對通過手指對工件的勾、托、捧等動作來托持工件。工件的勾、托、捧等動作來托

37、持工件。應(yīng)用勾托方式可降低對驅(qū)動力的要求應(yīng)用勾托方式可降低對驅(qū)動力的要求, ,簡簡化手部結(jié)構(gòu)化手部結(jié)構(gòu), , 甚至可以省略手部驅(qū)動裝甚至可以省略手部驅(qū)動裝置。該手部適用于在水平面內(nèi)和垂直面置。該手部適用于在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)搬運大型笨重的工件或結(jié)構(gòu)粗大而質(zhì)內(nèi)搬運大型笨重的工件或結(jié)構(gòu)粗大而質(zhì)量較輕且易變形的物體。量較輕且易變形的物體。 無驅(qū)動裝置無驅(qū)動裝置 有驅(qū)動裝置有驅(qū)動裝置(3(3）彈簧式手部）彈簧式手部 彈性力手爪的特點是其夾持物體的抓力彈性力手爪的特點是其夾持物體的抓力是由彈性元件提供的是由彈性元件提供的, ,不需要專門的驅(qū)動裝不需要專門的驅(qū)動裝置置, , 在抓取物體時需要一定的壓入力在

38、抓取物體時需要一定的壓入力, , 而而在卸料時在卸料時, , 則需要一定的拉力，則需要一定的拉力，結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單，只適于夾持輕小工件。只適于夾持輕小工件。彈簧式手部彈簧式手部2)2)吸附式吸附式 依靠吸附力取料，分氣吸附和磁吸附兩種，適用依靠吸附力取料，分氣吸附和磁吸附兩種，適用于爪取大平面、易碎、微小物體；于爪取大平面、易碎、微小物體； 氣吸式手部是常用的一種吸持式裝置，利用吸盤氣吸式手部是常用的一種吸持式裝置，利用吸盤內(nèi)壓力和大氣壓力差工作，由吸盤、吸盤架及進(jìn)內(nèi)壓力和大氣壓力差工作，由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便；排氣系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便；應(yīng)

39、用于非金屬材料（板材、紙張、玻璃等）或不應(yīng)用于非金屬材料（板材、紙張、玻璃等）或不可有剩磁的材料吸附；要求物體表面平整光滑，可有剩磁的材料吸附；要求物體表面平整光滑，無透氣空隙；無透氣空隙； 形成壓力差方式：形成壓力差方式：真空吸附真空吸附、氣流負(fù)壓吸附氣流負(fù)壓吸附、擠擠壓吸附壓吸附；真空抽氣式真空抽氣式 真空泵產(chǎn)生真空，真空度真空泵產(chǎn)生真空，真空度高，吸力大，工作可靠，高，吸力大，工作可靠，成本高；成本高； 橡膠盤，靠近物體表面，橡膠盤，靠近物體表面，抽真空，吸附；接通大氣，抽真空，吸附；接通大氣，放下；放下； 背部球鉸接；背部球鉸接；氣流負(fù)壓式氣流負(fù)壓式 壓縮空氣高速流經(jīng)噴嘴，壓縮空氣高速

40、流經(jīng)噴嘴，腔內(nèi)氣體被高速氣流帶走腔內(nèi)氣體被高速氣流帶走形成負(fù)壓，完成取物；切形成負(fù)壓，完成取物；切斷壓縮空氣即可釋放；斷壓縮空氣即可釋放； 壓縮空氣取來方便，成本壓縮空氣取來方便，成本低；低；擠壓排氣式擠壓排氣式 取料時吸盤壓緊物體，吸盤取料時吸盤壓緊物體，吸盤變形，擠出多余氣體，手部變形，擠出多余氣體，手部上升靠吸盤恢復(fù)力形成負(fù)壓上升靠吸盤恢復(fù)力形成負(fù)壓將物體吸??；壓下推桿連同將物體吸住；壓下推桿連同大氣釋放；大氣釋放； 結(jié)構(gòu)簡單，吸附力小，防止結(jié)構(gòu)簡單，吸附力小，防止漏氣，不宜長期保持；漏氣，不宜長期保持；（3 3）磁吸式）磁吸式 依靠永磁體或電磁鐵的磁力吸附，單位面積吸力大，依靠永磁體或

41、電磁鐵的磁力吸附，單位面積吸力大，對工件表面粗糙度、通孔、溝槽無特殊要求，但只對工件表面粗糙度、通孔、溝槽無特殊要求，但只對鐵磁物體起作用，被吸工件存在剩磁，鐵屑，對鐵磁物體起作用，被吸工件存在剩磁，鐵屑，致致使不能可靠地吸住工件，使不能可靠地吸住工件， 只適用于工件要求不高或有剩磁也無妨的場合只適用于工件要求不高或有剩磁也無妨的場合，對，對不允許有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的不允許有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的使用有一定的局限性。使用有一定的局限性。 對不同形狀、不同材質(zhì)的物體實施夾持和操對不同形狀、不同材質(zhì)的物體實施夾持和操作，物體表面受力均勻，提高操作能力、靈作，物體表面

42、受力均勻，提高操作能力、靈活性和快速反應(yīng)能力，仿人手；活性和快速反應(yīng)能力，仿人手； 柔性手：多關(guān)節(jié)串聯(lián)，鋼絲繩牽引，凹凸不柔性手：多關(guān)節(jié)串聯(lián)，鋼絲繩牽引，凹凸不平的物體受力均勻；平的物體受力均勻； 多指靈活手：多手指組成，每個手指三個回多指靈活手：多手指組成，每個手指三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)獨立控制；轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)獨立控制；3 3、仿人機器人的手部、仿人機器人的手部 每個手指由多個關(guān)節(jié)串聯(lián)而成。手指傳動部每個手指由多個關(guān)節(jié)串聯(lián)而成。手指傳動部分由牽引鋼絲繩及摩擦滾輪組成分由牽引鋼絲繩及摩擦滾輪組成, ,每個手指由兩根每個手指由兩根鋼絲繩牽引鋼絲繩牽引, ,一側(cè)為握緊一側(cè)為握緊, ,另一側(cè)為放松

43、。驅(qū)動源另一側(cè)為放松。驅(qū)動源可采用電機驅(qū)動或液壓、氣動元件驅(qū)動。柔性手可采用電機驅(qū)動或液壓、氣動元件驅(qū)動。柔性手腕可抓取凹凸不平的外形并使物體受力較為均勻。腕可抓取凹凸不平的外形并使物體受力較為均勻。1 1）柔性手）柔性手圖多關(guān)節(jié)柔性手腕圖多關(guān)節(jié)柔性手腕機器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人機器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指靈巧手。手的多指靈巧手。 如右圖所示如右圖所示, ,多指靈巧手有多指靈巧手有多個手指多個手指, , 每個手指有每個手指有3 3個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié), , 每一個關(guān)每一個關(guān)節(jié)的自由度都是獨立控制的。因此節(jié)的自由度都是獨立控制的。因此, ,幾乎人手指幾乎人手指能完成的各

44、種復(fù)雜動作它都能模仿能完成的各種復(fù)雜動作它都能模仿, ,諸如擰螺釘、諸如擰螺釘、彈鋼琴、彈鋼琴、 作禮儀手勢等動作。在手部配置觸覺、作禮儀手勢等動作。在手部配置觸覺、力覺、視覺、溫度傳感器力覺、視覺、溫度傳感器, , 將會使多指靈巧手將會使多指靈巧手達(dá)到更完美的程度。多指靈巧手的應(yīng)用前景十達(dá)到更完美的程度。多指靈巧手的應(yīng)用前景十分廣泛分廣泛, ,可在各種極限環(huán)境下完成人無法實現(xiàn)的可在各種極限環(huán)境下完成人無法實現(xiàn)的操作操作, , 如核工業(yè)領(lǐng)域、宇宙空間作業(yè)如核工業(yè)領(lǐng)域、宇宙空間作業(yè), , 在高溫、在高溫、高壓、高真空環(huán)境下作業(yè)等。高壓、高真空環(huán)境下作業(yè)等。 圖圖 多指靈巧手多指靈巧手 2 2）

45、多指靈巧手多指靈巧手最小的三指最小的三指手手 BHII 三指手三指手 四指靈巧四指靈巧手手 靈巧的雙靈巧的雙手手 DLR多指手多指手哈工大多指手哈工大多指手六、行走機構(gòu)六、行走機構(gòu)行走機構(gòu)是行走機器人的重要執(zhí)行部件行走機構(gòu)是行走機器人的重要執(zhí)行部件, ,它由它由驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)、位置檢測元件、傳感器、電驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)、位置檢測元件、傳感器、電纜及管路纜及管路等組成。它一方面支承機器人的機身、臂等組成。它一方面支承機器人的機身、臂部和手部，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動部和手部，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動機器人實現(xiàn)在更廣闊的空間內(nèi)運動。機器人實現(xiàn)在更廣闊的空間內(nèi)運動。針對陸上表

46、面環(huán)境的。其機構(gòu)形式主要有：針對陸上表面環(huán)境的。其機構(gòu)形式主要有：車輪式行走機構(gòu)車輪式行走機構(gòu)履帶式行走機構(gòu)履帶式行走機構(gòu)足式足式行走機構(gòu)行走機構(gòu) 1 1、車輪式行走機構(gòu)、車輪式行走機構(gòu) 輪式移動系統(tǒng)機構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，功耗小，控制輪式移動系統(tǒng)機構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，功耗小，控制方便，運動靈活。缺點是其方便，運動靈活。缺點是其越野能力較差越野能力較差，但可以，但可以通過選擇合適的懸架系統(tǒng)來提高其地形適應(yīng)能力。通過選擇合適的懸架系統(tǒng)來提高其地形適應(yīng)能力。 （）車輪的形式（）車輪的形式 車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。的承載能力。（）車輪的配

47、置和轉(zhuǎn)向機構(gòu)（）車輪的配置和轉(zhuǎn)向機構(gòu) 車輪行走機構(gòu)依據(jù)車輪的多少分為車輪行走機構(gòu)依據(jù)車輪的多少分為1 1輪、輪、2 2輪、輪、3 3輪、輪、4 4輪以及多輪機構(gòu)。輪以及多輪機構(gòu)。 1 1輪和輪和2 2輪行走機構(gòu)在實現(xiàn)上的主要障礙是輪行走機構(gòu)在實現(xiàn)上的主要障礙是穩(wěn)定性問題，實際應(yīng)用的車輪式行走機構(gòu)多為穩(wěn)定性問題，實際應(yīng)用的車輪式行走機構(gòu)多為3 3輪和輪和4 4輪。輪。兩輪型兩輪型 二輪車的速度、傾斜度等物理精度不高二輪車的速度、傾斜度等物理精度不高, , 而若將其進(jìn)行機而若將其進(jìn)行機器人化器人化, , 則引進(jìn)簡單、便宜、可靠性高的傳感器也很難。則引進(jìn)簡單、便宜、可靠性高的傳感器也很難。 此外此外

48、, ,二輪車制動及低速行走時極不穩(wěn)定二輪車制動及低速行走時極不穩(wěn)定, , 目前正在進(jìn)行穩(wěn)定化試驗。目前正在進(jìn)行穩(wěn)定化試驗。下圖所示為利用陀螺儀的二輪車。人們在駕駛兩輪車時下圖所示為利用陀螺儀的二輪車。人們在駕駛兩輪車時, , 依靠依靠手的操作和體重的移動力求穩(wěn)定行走手的操作和體重的移動力求穩(wěn)定行走, ,這種陀螺二輪車這種陀螺二輪車, , 把與車把與車體傾斜成比例的力矩作用在軸系上體傾斜成比例的力矩作用在軸系上, ,利用陀螺效果使車體穩(wěn)定利用陀螺效果使車體穩(wěn)定。 圖圖 利用陀螺儀的二輪車?yán)猛勇輧x的二輪車 三輪型三輪型三輪移動機構(gòu)是車輪型機器人的基本移動機構(gòu)。目前三輪移動機構(gòu)是車輪型機器人的基本

49、移動機構(gòu)。目前, , 作作為移動機器人移動機構(gòu)的三輪機構(gòu)的原理如圖為移動機器人移動機構(gòu)的三輪機構(gòu)的原理如圖2 2所示。所示。(a)(a)由兩由兩個驅(qū)動輪的速度差和自位輪轉(zhuǎn)彎；個驅(qū)動輪的速度差和自位輪轉(zhuǎn)彎；(b)(b)由一個驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向機由一個驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)彎；構(gòu)轉(zhuǎn)彎；(c)(c)由兩個驅(qū)動輪的速度差和轉(zhuǎn)向機構(gòu)（操舵輪）轉(zhuǎn)由兩個驅(qū)動輪的速度差和轉(zhuǎn)向機構(gòu)（操舵輪）轉(zhuǎn)彎。彎。圖圖 2三輪車型移動機器人機構(gòu)三輪車型移動機器人機構(gòu) 四輪型四輪型四輪車的驅(qū)動機構(gòu)和運動基本上與三輪車相同。四輪車的驅(qū)動機構(gòu)和運動基本上與三輪車相同。 圖圖2.64(a)2.64(a)所示為兩輪獨立驅(qū)動所示為兩輪獨立驅(qū)動,

50、, 前后帶有輔助輪的方式。前后帶有輔助輪的方式。 與與圖圖 (b)(b)相比相比, , 當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑為當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑為0 0時時, , 由于能繞車體中心旋轉(zhuǎn)由于能繞車體中心旋轉(zhuǎn), , 因因此有利于在狹窄場所改變方向。此有利于在狹窄場所改變方向。 圖圖2.64(b)2.64(b)是所謂汽車方式是所謂汽車方式, , 適合于高速行走適合于高速行走, , 但用于低速的運輸搬運時但用于低速的運輸搬運時, , 費用不合算費用不合算, , 所以小型機器人不大采用。所以小型機器人不大采用。 圖圖 2.64 四輪車的驅(qū)動機構(gòu)和運動四輪車的驅(qū)動機構(gòu)和運動 (a)(b)越障輪式機構(gòu)越障輪式機構(gòu) 普通車輪行走機構(gòu)對崎嶇不平

51、地面適應(yīng)性普通車輪行走機構(gòu)對崎嶇不平地面適應(yīng)性很差，為了提高輪式車輛的地面適應(yīng)能力，研究很差，為了提高輪式車輛的地面適應(yīng)能力，研究了越障輪式機構(gòu)。了越障輪式機構(gòu)。 多節(jié)車輪式結(jié)構(gòu)多節(jié)車輪式結(jié)構(gòu)2 2）履帶式行走機構(gòu)）履帶式行走機構(gòu) 履帶式移動機構(gòu)是輪式移動機構(gòu)的拓展，履帶本履帶式移動機構(gòu)是輪式移動機構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車輪連續(xù)鋪路的作用，著地面積較大，壓強身起著給車輪連續(xù)鋪路的作用，著地面積較大，壓強較小，與路面的粘著力較強，能在不平和松軟的路面較小，與路面的粘著力較強，能在不平和松軟的路面上穩(wěn)定移動，具有很強的越野能力，控制也簡單。但上穩(wěn)定移動，具有很強的越野能力，控制也簡單。但功耗較大

52、，運動靈活性差。功耗較大，運動靈活性差。 履帶行走機構(gòu)與輪式行走機構(gòu)相比，履帶行走機構(gòu)與輪式行走機構(gòu)相比，有如下特點：有如下特點： （1 1）支承面積大，接地比壓小。適）支承面積大，接地比壓小。適合于松軟或泥濘場地進(jìn)行作業(yè)，下陷度小，合于松軟或泥濘場地進(jìn)行作業(yè)，下陷度小，滾動阻力小。滾動阻力小。 （2 2）越野機動性好，爬坡、越溝等）越野機動性好，爬坡、越溝等性能均優(yōu)于輪式行走機構(gòu)性能均優(yōu)于輪式行走機構(gòu) （3 3）履帶支承面上有履齒，不易打）履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力；牽引力； （4 4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運動慣性）

53、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運動慣性大，減振功能差，零件易損壞大，減振功能差，零件易損壞. .通過進(jìn)一步采用適應(yīng)地形的履帶通過進(jìn)一步采用適應(yīng)地形的履帶, , 可產(chǎn)生更有效地利用可產(chǎn)生更有效地利用履帶特性的方法。履帶特性的方法。 下圖是適應(yīng)地形的履帶的例子。下圖是適應(yīng)地形的履帶的例子。 越障越障上、下臺階上、下臺階位置可變履帶行走機構(gòu)位置可變履帶行走機構(gòu)變位履帶移動機構(gòu)變位履帶移動機構(gòu)救救援援機機器器人人3)3)足式行走機構(gòu)足式行走機構(gòu) 離散點，選擇支離散點，選擇支撐；撐； 主動隔振；主動隔振； 不平、松軟地面不平、松軟地面速度高能耗少；速度高能耗少；（）足的數(shù)目（）足的數(shù)目 現(xiàn)有的步行機器人的足數(shù)分別為

54、單現(xiàn)有的步行機器人的足數(shù)分別為單足、雙足、三足、四足、六足、八足甚足、雙足、三足、四足、六足、八足甚至更多。足的數(shù)目多，適合于重載和慢至更多。足的數(shù)目多，適合于重載和慢速運動。雙足和四足具有最好的適應(yīng)性速運動。雙足和四足具有最好的適應(yīng)性和靈活性，也最接近人類和動物。和靈活性，也最接近人類和動物。 下圖為六足縮放式腿步行機構(gòu)原理，每腿有下圖為六足縮放式腿步行機構(gòu)原理，每腿有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)（三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)（、）。行走時，三腿）。行走時，三腿為一組，足端以相同位移移動，二組相差一定為一組，足端以相同位移移動，二組相差一定時間間隔進(jìn)行移動，可以實現(xiàn)時間間隔進(jìn)行移動，可以實現(xiàn)xyxy平面內(nèi)任意方平面內(nèi)任意方

55、向行走和原地轉(zhuǎn)動。向行走和原地轉(zhuǎn)動。圖圖（2）足的配置足的配置足的主平面的安排足的主平面的安排正向?qū)ΨQ分布正向?qū)ΨQ分布 前后向?qū)ΨQ分布前后向?qū)ΨQ分布 足的配置指足相對于機體的位置和方位的安排，足的配置指足相對于機體的位置和方位的安排，這個問題對于多于兩足時尤為重要。就二足而言，足這個問題對于多于兩足時尤為重要。就二足而言，足的配置或者是一左一右，或者是一前一后。后一種配的配置或者是一左一右，或者是一前一后。后一種配置因容易引起腿間的干涉而實際上很少用到。置因容易引起腿間的干涉而實際上很少用到。足的幾何構(gòu)型足的幾何構(gòu)型哺乳動物形哺乳動物形 爬行動物爬行動物 昆蟲形昆蟲形足的相對方位足的相對方位內(nèi)

56、側(cè)相對彎曲內(nèi)側(cè)相對彎曲 外側(cè)相對彎曲外側(cè)相對彎曲 同側(cè)彎曲同側(cè)彎曲 3 3）其它移動方式）其它移動方式爬纜索機器人爬纜索機器人蛇形機器人蛇形機器人機器人的驅(qū)動機構(gòu)機器人的驅(qū)動機構(gòu)機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式有：機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動方式有： （1 1）液壓式）液壓式 （2 2）氣動式）氣動式 （3 3）電動式。）電動式。一、驅(qū)動方式一、驅(qū)動方式1 1、液壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動 液壓驅(qū)動是由高精度的缸體和液壓驅(qū)動是由高精度的缸體和活塞一起完成的?；钊透左w采用活塞一起完成的?；钊透左w采用滑動配合滑動配合, , 壓力油從液壓缸的一端壓力油從液壓缸的一端進(jìn)入進(jìn)入, , 把活塞推向液壓缸的另一端把活塞推向液壓缸的另一端

57、, , 調(diào)節(jié)液壓缸內(nèi)部活塞兩端的液體壓調(diào)節(jié)液壓缸內(nèi)部活塞兩端的液體壓力和進(jìn)入液壓缸的油量即可控制活力和進(jìn)入液壓缸的油量即可控制活塞的運動。塞的運動。優(yōu)點優(yōu)點: :(1) (1) 液壓容易達(dá)到較高的單位面積壓力液壓容易達(dá)到較高的單位面積壓力( (常用油常用油壓為壓為2.52.56.3 MPa), 6.3 MPa), 體積較小體積較小, , 可以獲得較大可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩。的推力或轉(zhuǎn)矩。(2) (2) 液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小, , 工作平穩(wěn)可工作平穩(wěn)可靠靠, , 并可得到較高的位置精度。并可得到較高的位置精度。 (3) (3) 液壓傳動中液壓傳動中, , 力、力、

58、速度和方向比較容易實速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制?，F(xiàn)自動控制。 (4) (4) 液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì), ,具有防銹性和自具有防銹性和自潤滑性能潤滑性能, , 可以提高機械效率可以提高機械效率, , 使用壽命長。使用壽命長。 存在的不足存在的不足: : (1) (1) 油液的粘度隨溫度變化而變化油液的粘度隨溫度變化而變化, , 這將影這將影響工作性能。高溫容易引起燃燒、爆炸等危險。響工作性能。高溫容易引起燃燒、爆炸等危險。 (2) (2) 液體的泄漏難于克服液體的泄漏難于克服, ,要求液壓元件有要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量較高的精度和質(zhì)量, , 故造價較高。故造價較高

59、。 (3) (3) 需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)需要相應(yīng)的供油系統(tǒng), ,尤其是電液伺服尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置, ,否則會引起故障。否則會引起故障。 液壓驅(qū)動方式的輸出力和功率更大，液壓驅(qū)動方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機構(gòu)，常用于能構(gòu)成伺服機構(gòu)，常用于大型大型機器人機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動。關(guān)節(jié)的驅(qū)動。 右右圖為一氣動機械手。圖為一氣動機械手。該機械手采用氣動方式該機械手采用氣動方式驅(qū)動驅(qū)動, , 有三個自由度有三個自由度, , 分別為轉(zhuǎn)動分別為轉(zhuǎn)動( (由擺動氣缸由擺動氣缸實現(xiàn)實現(xiàn)) )、X X軸移動軸移動( (由由X X軸軸直線氣缸實現(xiàn)直線氣缸實現(xiàn)) )和和Z Z軸升

60、軸升降降( (由由Z Z軸氣缸實現(xiàn)軸氣缸實現(xiàn)) )。末。末端操作器為小型氣流負(fù)端操作器為小型氣流負(fù)壓式吸盤。壓式吸盤。 氣動氣動機械手機械手2 2、氣壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動與液壓驅(qū)動相比與液壓驅(qū)動相比, , 氣壓驅(qū)動的特點是氣壓驅(qū)動的特點是: : (1) (1) 壓縮空氣粘度小壓縮空氣粘度小, , 容易達(dá)到高速容易達(dá)到高速(1 (1 m ms)s)。 (2) (2) 利用工廠集中的空氣壓縮機站供氣利用工廠集中的空氣壓縮機站供氣, , 不必添加動力設(shè)備。不必添加動力設(shè)備。(3) (3) 空氣介質(zhì)對環(huán)境無污染空氣介質(zhì)對環(huán)境無污染, ,使用安全使用安全, ,可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)。可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)。 (