機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

1、機(jī)械臂機(jī)械臂結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 一、臂部設(shè)計(jì)的基本要求一、臂部設(shè)計(jì)的基本要求1承載能力足：承載能力足： n手臂是支承手腕的部件，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮抓取物體的重量或攜帶工具的重量，還要考慮運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷及轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。2剛度高：剛度高：n為了防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。截面的彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實(shí)心軸大得多。 工字鋼（GB706-88）：1、工字鋼的型號(hào)與高度尺寸h有關(guān)，如：10號(hào)工字鋼即指其高度尺寸為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長(zhǎng)度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。3、工字鋼的長(zhǎng)度按長(zhǎng)度系列購(gòu)買(mǎi)。如：519m。槽鋼（GB7

2、07-88）1、槽鋼的型號(hào)與高度尺寸h有關(guān)，如：10號(hào)槽鋼即指其高度尺為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長(zhǎng)度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。3、導(dǎo)向性能好，定位精度高：、導(dǎo)向性能好，定位精度高：n為防止手臂在直線運(yùn)動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向裝置。同時(shí)要采用一定形式的緩沖措施。4重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?。褐亓枯p、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小：n為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。5合理設(shè)計(jì)與腕部和機(jī)身的連接部位：合理設(shè)計(jì)與腕部和機(jī)身的連接部位：n臂部的安裝形式和位置不僅關(guān)系到機(jī)器人的強(qiáng)度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機(jī)器人的外觀。二

3、、機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)形式二、機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)形式1直角坐標(biāo)型：直角坐標(biāo)型：n臂部由三個(gè)相互正交的移動(dòng)副組成。帶動(dòng)腕部分別沿X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的方向作直線移動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)位置精度高。但所占空間較大，工作范圍相對(duì)較小。2圓柱坐標(biāo)型：圓柱坐標(biāo)型：n臂部由一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)移動(dòng)副組成。相對(duì)來(lái)說(shuō)，所占空間較小，工作范圍較大，應(yīng)用較廣泛。3關(guān)節(jié)型：關(guān)節(jié)型：n由動(dòng)力型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和前、下兩臂組成。關(guān)節(jié)型機(jī)器人以臂部各相鄰部件的相對(duì)角位移為運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。動(dòng)作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內(nèi)饒過(guò)各種障礙物。4極坐標(biāo)型：極坐標(biāo)型：n臂部由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副組成。產(chǎn)生沿手臂軸X的直線移動(dòng)，繞基座軸Y的轉(zhuǎn)動(dòng)和繞關(guān)節(jié)

4、軸Z的擺動(dòng)。其手臂可作繞Z軸的俯仰運(yùn)動(dòng)，能抓取地面上的物體。三、典型機(jī)械臂結(jié)構(gòu)三、典型機(jī)械臂結(jié)構(gòu)1手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)n常見(jiàn)方式：常見(jiàn)方式： n行程小時(shí)：采用油缸或汽缸直接驅(qū)動(dòng)；n當(dāng)行程較大時(shí)：可采用或汽缸驅(qū)動(dòng)齒條傳動(dòng)的倍增機(jī)構(gòu)或采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)絲桿螺母來(lái)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。n典型結(jié)構(gòu)：典型結(jié)構(gòu)：n油缸驅(qū)動(dòng)的手臂結(jié)構(gòu)n電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲桿螺母結(jié)構(gòu) 油缸齒條機(jī)構(gòu)圖例：油缸驅(qū)動(dòng)的手臂伸縮運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖例：特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作行程長(zhǎng)，抓重大，適合于抓舉工件形狀不規(guī)則、有偏轉(zhuǎn)力矩的場(chǎng)合。電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿螺母直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖例：2手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) n常見(jiàn)方式：常見(jiàn)方式： n常見(jiàn)

5、的有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，活塞及連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 n曲柄滑塊曲柄滑塊：n假設(shè)滑塊是主動(dòng)件，當(dāng)滑塊沿一定的導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，可以推動(dòng)曲柄做擺動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)。 n典型機(jī)構(gòu)：典型機(jī)構(gòu)： n液壓缸連桿回轉(zhuǎn)：n齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)： 平面四桿機(jī)構(gòu)圖例：平面四桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)演變圖例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙臂機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)圖例：1鉸接活塞缸2連桿3手臂4支承架運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：手臂關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)液壓缸-連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)?？刂苹钊男谐叹涂刂屏耸直蹟[角的大小。齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖例：3關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（1）n存在的運(yùn)動(dòng)存在的運(yùn)動(dòng)型式型式： n機(jī)身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；n肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的擺動(dòng)；n腕關(guān)節(jié)

6、的俯仰和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；n各運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)：各運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)： 稱(chēng)為稱(chēng)為5軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人。軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人。 五軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)圖例（1）：腰轉(zhuǎn)肩轉(zhuǎn)肘轉(zhuǎn)俯仰偏轉(zhuǎn)腰轉(zhuǎn)姿態(tài)五軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)圖例（2）：肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)與手腕的協(xié)調(diào)3關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（2）n各運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)：各運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)： n腕部的旋轉(zhuǎn)：n電機(jī)M5減速器R5鏈輪副C5錐齒輪副G5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)n5n腕部俯仰：n電機(jī)M4減速器R4鏈輪副C4俯仰運(yùn)動(dòng)n4n肘關(guān)節(jié)擺動(dòng)：n電機(jī)M3兩級(jí)同步帶傳動(dòng)B3、B3減速器R3肘關(guān)節(jié)擺動(dòng)n3n肩關(guān)節(jié)的擺動(dòng)：n電機(jī)M2同步帶傳動(dòng)B2減速器R2肩關(guān)節(jié)擺動(dòng)n2 關(guān)節(jié)型機(jī)器人傳動(dòng) 系統(tǒng)圖：腕部旋轉(zhuǎn)局部圖例：n電機(jī)M5減速器R5鏈輪 副C5錐齒輪副G5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)n5腕部俯仰局部圖例：n電機(jī)M4減速器R4鏈輪副C4俯仰運(yùn)動(dòng)n4肩關(guān)節(jié)局部圖例：n電機(jī)M2同步帶傳動(dòng)B2減速器R2肩關(guān)節(jié)擺動(dòng)n2四、機(jī)械臂的控制1、伺服系統(tǒng)的分類(lèi)：n液壓伺服系統(tǒng)：液壓伺服系統(tǒng)：n機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)通常由液壓伺服閥控制液壓