工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第五章工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容5.1工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)5.2傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)5.3臂部設(shè)計(jì)5.4手腕設(shè)計(jì)5.5手部設(shè)計(jì)5.6機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)一、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)形式有：直角坐標(biāo)式圓柱坐標(biāo)式球面坐標(biāo)式(極坐標(biāo)式)關(guān)節(jié)坐標(biāo)式。1.直角坐標(biāo)式機(jī)器人一般直角坐標(biāo)式機(jī)器人的手臂能垂直上下移動(dòng)(Z方向運(yùn)動(dòng))，并可沿滑架和橫梁上的導(dǎo)軌進(jìn)行水平面內(nèi)二維移動(dòng)(x和y方向運(yùn)動(dòng))。直角坐標(biāo)式機(jī)器人主要用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料，也可用于高精度的裝配和檢測(cè)作業(yè)。直角坐標(biāo)式機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自由度，而手腕自由度的多少可視用途而定。直角坐標(biāo)機(jī)器人演示直角坐標(biāo)機(jī)器人應(yīng)用直角坐標(biāo)式機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

(2)容易編程。

(3)采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌后，速度高，定位精度高。

(4)在x，y和z三個(gè)坐標(biāo)軸方向上的運(yùn)動(dòng)沒有耦合作用，對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)容易些。直角坐標(biāo)式機(jī)器人主要缺點(diǎn)是：

(1)導(dǎo)軌面的防護(hù)比較困難。

(2)導(dǎo)軌的支承結(jié)構(gòu)增加了機(jī)器人的重量，并減少了有效工作范圍。

(3)為了減少摩擦需要用很長(zhǎng)的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，價(jià)格高。

(4)結(jié)構(gòu)尺寸與有效工作范圍相比顯得龐大。

(5)移動(dòng)部件的慣量比較大，增加了驅(qū)動(dòng)裝置的尺寸和能量消耗。起重機(jī)臺(tái)架式直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用越來越多，在直角坐標(biāo)機(jī)器人中的比重正在增加。

2．圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人

圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自由度：腰轉(zhuǎn)，升降，手臂伸縮。手腕通常采用兩（三）個(gè)自由度，繞手臂縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)和與其垂直的水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)：（1）除了簡(jiǎn)單的“抓一放”作業(yè)外還可以用在許多其它生產(chǎn)領(lǐng)域。(2)結(jié)構(gòu)緊湊。(3)在垂直方向和徑向有兩個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可采用伸縮套筒式結(jié)構(gòu)。當(dāng)機(jī)器人開始腰轉(zhuǎn)時(shí)可把手臂縮進(jìn)去，在很大程度上減少了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，改善動(dòng)力學(xué)載荷。圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人的缺點(diǎn)：主要是由于機(jī)身結(jié)構(gòu)的緣故，手臂不能抵達(dá)底部，減少了機(jī)器人的工作范圍。3．球面坐標(biāo)標(biāo)式機(jī)器人人球面坐標(biāo)式式機(jī)器人具具有較大的的工作范圍圍，設(shè)計(jì)和和控制系統(tǒng)統(tǒng)比較復(fù)雜雜。在這類機(jī)器器人中最出出名的一種種產(chǎn)品是美美國(guó)unimation公司的Unimation機(jī)器人，它它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖如圖所所示。機(jī)器人主體體結(jié)構(gòu)有三三個(gè)自由度度，繞垂直直軸線(柱身)轉(zhuǎn)動(dòng)、水平平軸線(關(guān)節(jié)6)的轉(zhuǎn)動(dòng)、手手臂伸縮的的移動(dòng)關(guān)節(jié)節(jié)2，其最大行行程決定了了球面最大大半徑，機(jī)機(jī)器人實(shí)際際工作范圍圍的形狀是是個(gè)不完全全的球缺。。4．關(guān)節(jié)坐標(biāo)標(biāo)式機(jī)器人人關(guān)節(jié)坐標(biāo)式式機(jī)器人主主體結(jié)構(gòu)的的三個(gè)自由由度腰轉(zhuǎn)關(guān)關(guān)節(jié)、肩關(guān)關(guān)節(jié)、肘關(guān)關(guān)節(jié)全部是是轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)節(jié)，手腕的的三個(gè)自由由度上的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(俯仰，偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn))用來最后確確定末端操操作器的姿姿態(tài)。關(guān)節(jié)坐標(biāo)式式機(jī)器人的的優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)緊湊湊，工作范范圍大而安安裝占地面面積小。(2)具有很高的的可達(dá)性。。(3)因?yàn)闆]有移移動(dòng)關(guān)節(jié)，，所以不需需要導(dǎo)軌。。(4)所需關(guān)節(jié)驅(qū)驅(qū)動(dòng)力矩小小，能量消消耗較少。。關(guān)節(jié)坐標(biāo)式式機(jī)器人的的缺點(diǎn)：(1)肘關(guān)節(jié)和肩肩關(guān)節(jié)軸線線是平行的的，當(dāng)大小小臂舒展成成直線時(shí)雖雖能抵達(dá)很很遠(yuǎn)的工作作點(diǎn)，但是是機(jī)器人結(jié)結(jié)構(gòu)剛度比比較低。(2)機(jī)器人手部部在工作范范圍邊界上上工作時(shí)有有運(yùn)動(dòng)學(xué)上上的退化行行為。二、傳送方方式的選擇擇傳動(dòng)方式選選擇是指選擇驅(qū)驅(qū)動(dòng)源及傳傳動(dòng)裝置與與關(guān)節(jié)部件件的連接形式和驅(qū)動(dòng)方式?；镜倪B接接形式和驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式有有如下幾種種：（1）直接連接接傳動(dòng)。驅(qū)動(dòng)源或帶帶有機(jī)械傳傳動(dòng)裝置直直接與關(guān)節(jié)節(jié)相連。（2）遠(yuǎn)距離連連接傳動(dòng)。。驅(qū)動(dòng)源通過過遠(yuǎn)距離機(jī)機(jī)械傳動(dòng)后后與關(guān)節(jié)相相連。（3）間接驅(qū)動(dòng)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)源經(jīng)一一個(gè)速比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1的機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)裝置與關(guān)關(guān)節(jié)相連。。（4）直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)源不經(jīng)經(jīng)過中間環(huán)環(huán)節(jié)或經(jīng)過過一個(gè)速比比等于1的機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)這樣的中中間環(huán)節(jié)與與關(guān)節(jié)相連連。(a)直接連接傳動(dòng)，間接驅(qū)動(dòng)(b)直接連接傳動(dòng)，直接驅(qū)動(dòng)(c)遠(yuǎn)距離連接傳動(dòng)，間接驅(qū)動(dòng)(d)遠(yuǎn)距離連接傳動(dòng)，直接驅(qū)動(dòng)1．直接連接接傳動(dòng)的特特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)直直接裝在關(guān)關(guān)節(jié)上、結(jié)結(jié)構(gòu)緊湊。。缺點(diǎn)：電機(jī)比較重重，腰轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)大臂關(guān)節(jié)節(jié)電機(jī)和小小臂關(guān)節(jié)電電機(jī)隨之運(yùn)運(yùn)動(dòng)；大臂臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)小小臂關(guān)節(jié)電電機(jī)也隨之之運(yùn)動(dòng)。不不僅增加了了能量消耗耗，而且增增大了轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量．從從動(dòng)力學(xué)觀觀點(diǎn)來看對(duì)對(duì)系統(tǒng)相有有損害?？朔霓k法法：把肘關(guān)節(jié)電電機(jī)、肩關(guān)關(guān)節(jié)電機(jī)都都放到機(jī)器器人的基礎(chǔ)礎(chǔ)部件上，，通過遠(yuǎn)距距離的機(jī)械械傳動(dòng)把電電機(jī)動(dòng)力傳傳給肘和肩肩關(guān)節(jié)。2．遠(yuǎn)距離連連接傳動(dòng)遠(yuǎn)距離連接接傳動(dòng)機(jī)器器人的主要要優(yōu)點(diǎn)：(1)克服了直接接連接傳動(dòng)動(dòng)的缺點(diǎn)。。(2)可以把電機(jī)機(jī)作為一個(gè)個(gè)平衡質(zhì)量量，獲得平平衡性良好好的機(jī)器人人主體結(jié)構(gòu)構(gòu)。2．遠(yuǎn)距離連連接傳動(dòng)遠(yuǎn)距離連接接傳動(dòng)機(jī)器器人的主要要缺點(diǎn)：(1)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)動(dòng)產(chǎn)生額外外的間隙和和柔性，影影響機(jī)器人人的精度。。(2)增加能量消消耗。（3）結(jié)構(gòu)龐大大，傳動(dòng)裝裝置占據(jù)了了機(jī)器人其其它子系統(tǒng)統(tǒng)所需要的的空間。圖所示SCARA機(jī)器人采用用了一種折折哀的方案案：因?yàn)槭滞箅x離機(jī)器人基基礎(chǔ)件最遠(yuǎn)遠(yuǎn)，把手腕腕電機(jī)從手手腕處移到到基礎(chǔ)件附附近安裝，，中間采用用同步帶傳傳動(dòng)；因基礎(chǔ)件附附近空間已已經(jīng)比較狹狹窄，并且且臂1的剛性也比比較好，肘肘關(guān)節(jié)電機(jī)機(jī)就直接裝裝在肘關(guān)節(jié)節(jié)上。3．間接驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)器人間接驅(qū)動(dòng)機(jī)機(jī)器人是驅(qū)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和和關(guān)節(jié)之間間有一個(gè)速速比遠(yuǎn)大于于1的機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)裝置。使用機(jī)械傳傳動(dòng)裝置的的理由是：：(1)工業(yè)機(jī)器人人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸的速度不不高，而關(guān)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力力矩要求比比較大。一一般電機(jī)滿滿足不了這這個(gè)要求，，所以需要要采用速比比較大、傳傳動(dòng)效率較較高的機(jī)械械傳動(dòng)裝置置作為電機(jī)機(jī)和關(guān)節(jié)之之間傳遞力力矩和速度度的中間環(huán)環(huán)節(jié)。(2)用于直接驅(qū)驅(qū)動(dòng)的高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩低速電電機(jī)雖然已已經(jīng)開發(fā)出出來，但是是電機(jī)價(jià)格格高，并且且轉(zhuǎn)矩／體體積比和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩／重量量比還比較較小。3．間接驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)器人(3)直接驅(qū)動(dòng)對(duì)對(duì)載荷變化化十分敏感感。(4)采用機(jī)械傳傳動(dòng)裝置后后，可選用用高速低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩電機(jī)，，對(duì)制動(dòng)器器設(shè)計(jì)和選選用十分有有利，制動(dòng)動(dòng)器尺寸小小。(5)可以通過機(jī)機(jī)械傳動(dòng)裝裝置解決可可能出現(xiàn)的的傾斜軸之之間、平行行軸之間以以及轉(zhuǎn)動(dòng)-移動(dòng)之間的的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換換。4．直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)器人直接驅(qū)動(dòng)機(jī)機(jī)器人也叫叫作DD機(jī)器人(DirectDriveRobot)．簡(jiǎn)稱DDR。DD機(jī)器人一般般指驅(qū)動(dòng)電電機(jī)通過機(jī)機(jī)械接口直直接與關(guān)節(jié)節(jié)連接，也也包括一種種采用速比比等于l的鋼帶傳動(dòng)動(dòng)的直接驅(qū)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人人。DD機(jī)器人的特特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)和關(guān)節(jié)之之間沒有速速度和轉(zhuǎn)矩矩的轉(zhuǎn)換。。DD機(jī)器人與間間接驅(qū)動(dòng)機(jī)機(jī)器人相比比如下優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：(1)機(jī)械傳動(dòng)精精度高。(2)振動(dòng)小，結(jié)結(jié)構(gòu)剛度好好。(3)機(jī)械傳動(dòng)損損耗小。(4)結(jié)構(gòu)緊湊、、可靠性高高。(5)電機(jī)峰值轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，電電氣時(shí)間常常數(shù)小，短短時(shí)間內(nèi)可可以產(chǎn)生很很大轉(zhuǎn)矩，，響應(yīng)速度度快，調(diào)速速范圍寬。。目前主要存存在的問題題是：(1)載荷變化、、耦合轉(zhuǎn)矩矩及非線性性轉(zhuǎn)矩對(duì)驅(qū)驅(qū)動(dòng)及控制制影響顯著著，使控制制系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)困難和復(fù)復(fù)雜。(2)對(duì)位置、速速度的傳感感元件提出出了相當(dāng)高高的要求。。(3)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩矩／重量比比，轉(zhuǎn)矩／／體積比不不大，需開開發(fā)小型實(shí)實(shí)用的DD電機(jī)。(4)電機(jī)成本高高。三、模塊化化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)1.模塊化工業(yè)業(yè)機(jī)器人模塊化機(jī)器器人是由一一些標(biāo)準(zhǔn)化化、系列化化的模塊件件通過具有有特殊功能能的結(jié)合部部用積木拼拼搭的方式式組成一個(gè)個(gè)工業(yè)機(jī)器器人系統(tǒng)。。模塊化設(shè)計(jì)計(jì)是指基本模塊設(shè)設(shè)計(jì)和結(jié)合部設(shè)計(jì)計(jì)。模塊化機(jī)器器人演示2．模塊化工工業(yè)機(jī)器人人的特點(diǎn)(1)經(jīng)濟(jì)性：采用批量制制造技術(shù)來來生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化系列化化的工業(yè)機(jī)機(jī)器人模塊塊，自由拼拼裝工業(yè)機(jī)機(jī)器人，滿滿足用戶經(jīng)經(jīng)濟(jì)性好和和基本功能能全的要求求。(2)靈活性。其主要體現(xiàn)現(xiàn)在：1)可根根據(jù)據(jù)工工業(yè)業(yè)機(jī)機(jī)器器人人所所要要實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的的功功能能來來決決定定模模塊塊的的數(shù)數(shù)量量，，機(jī)機(jī)器器人人的的自自由由度度可可以以方方便便地地增增減減。。2)為了了擴(kuò)擴(kuò)大大工工業(yè)業(yè)機(jī)機(jī)器器人人的的工工作作范范圍圍，，可可更更換換具具有有更更長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)度度的的手手臂臂模模塊塊或或加加接接手手臂臂模模塊塊。。3)能不不斷斷對(duì)對(duì)現(xiàn)現(xiàn)規(guī)規(guī)模模塊塊化化工工業(yè)業(yè)機(jī)機(jī)器器人人更更新新改改造造。。機(jī)器器人人演演示示3.模塊塊化化工工業(yè)業(yè)機(jī)機(jī)器器人人所所存存在在的的問問題題(1)模塊塊化化工工業(yè)業(yè)機(jī)機(jī)器器人人整整個(gè)個(gè)機(jī)機(jī)械械系系統(tǒng)統(tǒng)的的剛剛度度比比較較差差。。(2)因?yàn)闉橛杏性S許多多機(jī)機(jī)械械接接口口及及其其它它連連接接附附件件，，所所以以模模塊塊化化工工業(yè)業(yè)機(jī)機(jī)器器人人的的整整體體重重量量有有可可能能增增加加。。(3)雖然然功功能能模模塊塊有有多多種種多多樣樣，，但但是是尚未未真真正正做到到根根據(jù)據(jù)作作業(yè)業(yè)對(duì)對(duì)象象就就可可以以合合理理進(jìn)進(jìn)行行模模塊塊化化分分析析和和設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。四、、材材料料的的選選擇擇正確確選選用用結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件材材料料不不僅僅可可降降低低機(jī)機(jī)器器人人的的成成本本價(jià)價(jià)格格，，更更重重要要的的是是可可適適應(yīng)應(yīng)機(jī)機(jī)器器人人的的高高速速化化、、高高載載荷荷化化及及高高精精度度化化，，滿滿足足其其靜靜力力學(xué)學(xué)及及動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)特特性性要要求求。。選擇擇的的基基本本要要求求：：強(qiáng)度度高高。。彈性性模模量量大大。。重量量輕輕。。阻尼尼大大。。材料料價(jià)價(jià)格格低低。。五.平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)1．工工業(yè)業(yè)機(jī)機(jī)器器人人平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)的的作作用用在工工業(yè)業(yè)機(jī)機(jī)器器人人設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)中中采采用用平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)的的理理由由是是：：(1)安全全。。根據(jù)據(jù)機(jī)機(jī)器器人人動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)方方程程知知道道，，關(guān)關(guān)節(jié)節(jié)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力力矩矩項(xiàng)項(xiàng)包包括括重重力力矩矩項(xiàng)項(xiàng)，，即即各各連連桿桿質(zhì)質(zhì)量量對(duì)對(duì)關(guān)關(guān)節(jié)節(jié)產(chǎn)產(chǎn)生生重重力力矩矩。。因?yàn)闉橹刂亓ακ鞘怯烙篮愫愕牡?，，即即使使機(jī)機(jī)器器人人停停止止了了運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)．．重重力力矩矩項(xiàng)項(xiàng)仍仍然然存存在在。。這這樣樣，，當(dāng)當(dāng)機(jī)機(jī)器器人人完完成成作作業(yè)業(yè)切切斷斷電電源源后后，，機(jī)機(jī)器器人人機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)會(huì)會(huì)因因重重力力而而失失去去穩(wěn)穩(wěn)定定。。平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)是是為為了了防防止止機(jī)機(jī)器器人人因因動(dòng)動(dòng)力力源源中中斷斷而而失失穩(wěn)穩(wěn)，，引引起起向向地地面面““例例塌塌””的的趨趨勢(shì)勢(shì)。。1．工工業(yè)業(yè)機(jī)機(jī)器器人人平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)的的作作用用(2)借助助平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)能能降降低低因因機(jī)機(jī)器器人人重重力力引引起起關(guān)關(guān)節(jié)節(jié)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力力矩矩變變化化的的峰峰值值。。(3)借助助平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)能能降降低低因因機(jī)機(jī)器器人人運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)而而導(dǎo)導(dǎo)致致慣慣性性力力矩矩引引起起關(guān)關(guān)節(jié)節(jié)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力力矩矩變變化化的的峰峰值值。。(4)借助助平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)能能減減少少動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)方方程程中中內(nèi)內(nèi)部部耦耦合合項(xiàng)項(xiàng)和和非非線線性性項(xiàng)項(xiàng)，，改改進(jìn)進(jìn)機(jī)機(jī)器器人人動(dòng)動(dòng)力力特特性性。。(5)借助助平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)能能減減小小機(jī)機(jī)械械臂臂結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)柔柔性性所所引引起起的的不不良良影影響響。。(6)借助助平平衡衡系系統(tǒng)統(tǒng)能能使使機(jī)機(jī)器器人人運(yùn)運(yùn)行行穩(wěn)穩(wěn)定定，，降降低低地地面面安安裝裝要要求求。。2．平衡系統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)的主要途途徑（1）質(zhì)量平衡衡技術(shù)；（2）彈簧力平平衡技術(shù)；（3）可控力平平衡技術(shù)。（1)質(zhì)量平衡技術(shù)術(shù)通常采用平行行四邊形機(jī)構(gòu)構(gòu)構(gòu)成平衡系系統(tǒng)。其原理理是在系統(tǒng)中中增加一個(gè)質(zhì)質(zhì)量，與原構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量形形成一個(gè)力的的平衡，該平平衡系統(tǒng)不隨隨機(jī)器人位姿姿的變化而失失去平衡。5.2傳動(dòng)部部件設(shè)計(jì)用戶要求機(jī)器器人速度高、、加速度(減減速度)特性性好、運(yùn)動(dòng)平平穩(wěn)、精度高高、承載能力力大。這在很很大程度上決決定于傳動(dòng)部部件設(shè)計(jì)的合合理性和優(yōu)劣劣，所以，關(guān)關(guān)節(jié)傳動(dòng)部件件的設(shè)計(jì)是工工業(yè)機(jī)器人設(shè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之之一。5.2傳動(dòng)部部件設(shè)計(jì)一、移動(dòng)關(guān)節(jié)節(jié)導(dǎo)軌及傳動(dòng)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承(一)移動(dòng)關(guān)節(jié)導(dǎo)軌軌1．工業(yè)機(jī)器人人對(duì)移動(dòng)導(dǎo)軌軌的要求(1)間隙小或能消消除間隙；(2)在垂直于運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向上的剛剛度高；(3)摩擦系數(shù)低并并不隨速度變變化，(4)高阻尼；(5)移動(dòng)導(dǎo)軌和其其輔助元件尺尺寸小、慣量量低。移動(dòng)關(guān)節(jié)導(dǎo)軌軌有五種：(1)普通滑動(dòng)導(dǎo)軌軌(2)液壓動(dòng)壓滑動(dòng)動(dòng)導(dǎo)軌(3)液壓靜壓滑動(dòng)動(dòng)導(dǎo)軌(4)氣浮導(dǎo)軌(5)滾動(dòng)導(dǎo)軌。普通滑動(dòng)導(dǎo)軌軌、液壓動(dòng)壓壓滑動(dòng)導(dǎo)軌的的特點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單、成本低的的優(yōu)點(diǎn)但是它必須留留有間隙以便便潤(rùn)滑，而機(jī)機(jī)器人載荷的的大小和方向向變化很快，，間隙的存在在又將會(huì)引起起坐標(biāo)位置的的變化和有效效載荷的變化化；另外．這種導(dǎo)導(dǎo)軌的摩擦系系數(shù)又隨著速速度的變化而而變化，在低低速時(shí)，容易易產(chǎn)生爬行現(xiàn)現(xiàn)象等缺點(diǎn)液壓靜壓滑動(dòng)動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)點(diǎn)：靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)構(gòu)能產(chǎn)生預(yù)載載荷，能完全全消除間隙，，具有高剛度度、低摩擦、、高阻尼等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，但是它它需要單獨(dú)的的液壓系統(tǒng)和和回收潤(rùn)滑油油的機(jī)構(gòu)。氣浮導(dǎo)軌的特特點(diǎn)：不需回收潤(rùn)滑滑油的，但是是它的剛度和和阻尼較低，，并且對(duì)制造造精度和環(huán)境境的空氣條件件(過濾和干燥)要求較高。滾動(dòng)導(dǎo)軌的特特點(diǎn)：1）摩擦小，特特別是不隨速速度變化；2）尺寸??；3）剛度高，承承載能力大；；4）精度和精度度保持性高；；5）潤(rùn)滑簡(jiǎn)單；；6）容易制造成成標(biāo)準(zhǔn)件；7）滾動(dòng)導(dǎo)軌易易加頂載，消消除間隙、增增加剛度。滾動(dòng)導(dǎo)軌在工工業(yè)機(jī)器人機(jī)機(jī)械系統(tǒng)中也也存在缺點(diǎn)：：（1）阻尼低；（2）對(duì)臟物比較較敏感。(二)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承承球軸承是機(jī)器器人和機(jī)械手手結(jié)構(gòu)中最常常用的軸承。。它能承受徑徑向和軸向載載荷，摩擦較較小，對(duì)軸和和軸承座的剛剛度不敏感。。二、傳動(dòng)件的的定位及消隙隙(一)傳動(dòng)件的定位位目前常用的定定位方法：電氣開關(guān)定位位機(jī)械擋塊定位位伺服定位1．電氣開關(guān)定定位電氣開關(guān)定位位是利用電氣開開關(guān)(有觸點(diǎn)或無觸觸點(diǎn))作行程檢測(cè)元元件，當(dāng)機(jī)械械手運(yùn)行到定定位點(diǎn)時(shí)，行行程開關(guān)發(fā)信信號(hào)，切斷動(dòng)動(dòng)力源或接通通制動(dòng)器，從從而使機(jī)械手手運(yùn)行到定位位點(diǎn)。使用電氣開關(guān)關(guān)定位的機(jī)械械手其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、工作可可靠、維修方方便，但由于于受慣性力、、油溫波動(dòng)和和電控系統(tǒng)誤誤差等因素的的影響，重復(fù)復(fù)定位精度比比較低。2．機(jī)械擋塊定定位機(jī)械擋塊定位位是在行程終終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械械擋塊。當(dāng)機(jī)機(jī)械手減速運(yùn)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)時(shí)．緊靠擋塊塊而定位。若定位前緩沖沖較好、定位位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力力未撤除，在在驅(qū)動(dòng)壓力下下將運(yùn)動(dòng)件壓壓在機(jī)械擋塊塊上，或驅(qū)動(dòng)動(dòng)壓力將活塞塞壓靠在缸蓋蓋上就能達(dá)到到較高的定位位精度。若定位時(shí)關(guān)閉閉驅(qū)動(dòng)油路、、去掉驅(qū)動(dòng)壓壓力，機(jī)械手手運(yùn)動(dòng)件不能能緊靠在機(jī)械械擋塊上，定定位精度就會(huì)會(huì)減低，其減減低的程度與與定位前的緩緩沖效果和機(jī)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)構(gòu)剛性等因素素有關(guān)。3．伺服定位系系統(tǒng)伺服系統(tǒng)可以輸入指令令控制位移的的變化，從而而獲得良好的的運(yùn)動(dòng)特性。。它不僅適用用于點(diǎn)位控制制，而且也適適用于連續(xù)軌軌跡控制。開環(huán)伺服定位位系統(tǒng)沒有行行程檢測(cè)及反反饋，是一種種直接用脈沖沖頻率變化和和脈沖數(shù)控制制機(jī)器人速度度和位移的定定位方式。這這種定位方式式抗干擾能力力差，定位精精度較低。閉環(huán)伺服定位位系統(tǒng)具有反反饋環(huán)節(jié)，其其抗干擾能力力強(qiáng)，反應(yīng)速速度快，容易易實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)點(diǎn)定位。(二)傳動(dòng)件的消隙隙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在在有間隙、也也叫側(cè)隙。齒輪傳動(dòng)的側(cè)側(cè)隙是指一對(duì)齒輪輪中一個(gè)齒輪輪固定不動(dòng)，，另一個(gè)齒輪輪能夠作出的的最大的角位位移。傳動(dòng)的間隙，，影響了機(jī)器器人的重復(fù)定定位精度和平平穩(wěn)性。對(duì)機(jī)器人控制制系統(tǒng)來說，傳動(dòng)間隙導(dǎo)導(dǎo)致顯著的非非線性變化、、振動(dòng)和不穩(wěn)穩(wěn)定。傳動(dòng)間隙產(chǎn)生生的主要原因因有：由于制造及裝裝配誤差所產(chǎn)產(chǎn)生的間隙；；為適應(yīng)熱膨脹脹而特意留出出的間隙。消除傳動(dòng)間隙隙的主要途徑徑有：提高制造和裝裝配精度；設(shè)計(jì)可調(diào)整傳傳動(dòng)間隙的機(jī)機(jī)構(gòu)；設(shè)置彈性補(bǔ)償償零件。1.消隙齒輪消隙齒輪由具具有相同齒輪輪參數(shù)的并只只有一半齒寬寬的兩個(gè)薄齒齒輪組成，利用彈簧的壓壓力使它們與與配對(duì)的齒輪輪兩側(cè)齒廓相相接觸，完全消除了齒齒側(cè)間隙。1.消隙齒輪圖(b)用螺螺釘3將兩個(gè)個(gè)薄齒輪1和和2連接在一一起，代替(a)中的彈彈簧。2．柔性齒輪消消隙圖（a）所示為一種種具有彈性的的柔性齒輪，，在裝配時(shí)對(duì)對(duì)它稍許加些些預(yù)載就能引引起輪殼的變變形．從而使使每個(gè)輪齒的的雙側(cè)齒廓都都能嚙合，消消除了側(cè)隙。。2．柔性齒輪消消隙圖(b)所示示為采用了徑徑向柔性齒輪輪，輪殼和齒齒圈是剛性的的，但與齒輪輪圈連接處具具有彈性。3．偏心機(jī)構(gòu)構(gòu)消隙如圖所示的偏偏心機(jī)構(gòu)實(shí)際際上是中心距調(diào)整機(jī)機(jī)構(gòu)。特別是齒輪輪磨損等原因因造成傳動(dòng)間間隙增加時(shí)，，最簡(jiǎn)單的方方法是調(diào)整中中心距。偏心消隙機(jī)構(gòu)構(gòu)4．齒廓彈性性覆層消隙齒廓表面覆蓋蓋有薄薄一層層彈性很好的的橡膠層，相相嚙合的一對(duì)對(duì)齒輪加以預(yù)預(yù)載，可以完完全消除嚙合合側(cè)隙，如圖圖所示。三、諧波傳動(dòng)動(dòng)機(jī)器人對(duì)減速速器的要求如如下：(1)運(yùn)動(dòng)精度高，，間隙小，以以實(shí)現(xiàn)較高的的重復(fù)定位精精度；(2)回轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定定，無波動(dòng)，，運(yùn)動(dòng)副間摩摩擦小，效率率高;(3)體積小，重量量輕，傳動(dòng)扭扭矩大。減速器減速比比n的選擇應(yīng)當(dāng)能能最大限度地地利用電機(jī)功功率，即機(jī)械阻抗匹配配?！ぷ鞅鄣膽T性性矩——電機(jī)的慣性矩矩三、諧波傳動(dòng)動(dòng)從現(xiàn)有的工業(yè)業(yè)機(jī)器人來看看，所選的電電機(jī)功率總是是偏大，減速速比也過大。。當(dāng)減速比大時(shí)時(shí)，工作臂的的慣性對(duì)電機(jī)機(jī)影響小，但但電機(jī)速度容容易飽和；當(dāng)減速比小時(shí)時(shí)，工作臂運(yùn)運(yùn)動(dòng)的反作用用力對(duì)電機(jī)影影響大，這需需要進(jìn)行機(jī)構(gòu)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)計(jì)計(jì)算。常用的減速器器是行星齒輪機(jī)構(gòu)構(gòu)和諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)。圖5.35行星齒輪傳動(dòng)動(dòng)圖5.35所示為行星齒齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)圖。行星星齒輪傳動(dòng)尺尺寸小，慣量量低；一級(jí)傳傳動(dòng)比大，結(jié)結(jié)構(gòu)緊湊；載載荷分布在若若干個(gè)行星齒齒輪上，內(nèi)齒齒輪也具有較較高的承載能能力。行星齒輪傳動(dòng)動(dòng)動(dòng)畫演示圖5.36諧波傳動(dòng)1—?jiǎng)傒啠?—?jiǎng)傒唭?nèi)齒圈；；3—輸入軸；4—諧波發(fā)生器；；5—軸；6—柔輪；7—柔輪齒圈諧波發(fā)生器是是在橢圓型凸凸輪的外周嵌嵌入薄壁軸承承制成的部件件。軸承內(nèi)圈圈固定在凸輪輪上，外圈依依靠鋼球發(fā)生生彈性變形，，一般與輸入入軸相連。三、諧波傳動(dòng)動(dòng)圖5.36諧波傳動(dòng)1—?jiǎng)傒啠?—?jiǎng)傒唭?nèi)齒圈；；3—輸入軸；4—諧波發(fā)生器；；5—軸；6—柔輪；7—柔輪齒圈柔輪是杯狀薄薄壁金屬?gòu)椥孕泽w，杯口外外圓切有齒，，底部稱為柔柔輪底，用來來與輸出軸相相連。三、諧波傳動(dòng)動(dòng)圖5.36諧波傳動(dòng)1—?jiǎng)傒啠?—?jiǎng)傒唭?nèi)齒圈；；3—輸入軸；4—諧波發(fā)生器；；5—軸；6—柔輪；7—柔輪齒圈工作原理：由于諧波發(fā)生生器4的轉(zhuǎn)動(dòng)使柔輪輪6上的柔輪齒圈圈7與剛輪1上的剛輪內(nèi)齒齒圈2相嚙合。輸入入軸為3，如果剛輪1固定，則軸5為輸出軸；如如果軸5固定，則剛輪輪1的軸為輸出軸軸。諧波傳動(dòng)演示示如果剛輪1不轉(zhuǎn)動(dòng)()，諧波發(fā)生器器為為輸輸入，柔輪軸軸為為輸出，速比比為式中：負(fù)號(hào)表表示柔輪向諧諧波發(fā)生器旋旋轉(zhuǎn)方向的反反向旋轉(zhuǎn)。代表輸入、輸輸出軸的角速速度；為為剛輪(圓形花鍵輪)內(nèi)齒圈2的齒數(shù)，為為柔輪齒齒圈7的齒數(shù)。三、諧波傳動(dòng)動(dòng)如果柔輪6靜靜止不轉(zhuǎn)動(dòng)()，，諧波發(fā)生器器為輸輸入入，則剛輪(圓形花鍵輪輪)1的軸為為輸出，速速比為三、諧波傳動(dòng)動(dòng)諧波傳動(dòng)的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是：①尺寸小，慣慣量低；②因?yàn)檎`差均均布在多個(gè)嚙嚙合點(diǎn)上，傳傳動(dòng)精度高；；③因?yàn)榧宇A(yù)載載嚙合，傳動(dòng)動(dòng)側(cè)隙非常小??；④因?yàn)槎帻X嚙嚙合，傳動(dòng)具具有高阻尼特特性。三、諧波傳動(dòng)動(dòng)諧波傳動(dòng)的缺缺點(diǎn)是：①柔輪的疲勞勞問題；②扭轉(zhuǎn)剛度低低；③以輸入軸速速度2、4、6倍的嚙合頻率率產(chǎn)生振動(dòng)；；④諧波傳動(dòng)與與行星傳動(dòng)相相比具有較小小的傳動(dòng)間隙隙和較輕的重重量，但是剛剛度比行星減減速器差。例：有一諧波波齒輪傳動(dòng)，，鋼輪齒數(shù)為為200，柔柔輪齒數(shù)為198，剛輪輪固定，柔輪輪輸出，求該該諧波傳動(dòng)的的傳動(dòng)比。課堂練練習(xí)：：有一一諧波波齒輪輪傳動(dòng)動(dòng)，鋼鋼輪齒齒數(shù)為為200，，柔輪輪齒數(shù)數(shù)為198，柔柔輪固固定，，剛輪輪輸出出，求求該諧諧波傳傳動(dòng)的的傳動(dòng)動(dòng)比。。四、絲絲杠螺螺母副副及滾滾珠絲絲杠傳傳動(dòng)滑動(dòng)式式絲杠杠螺母母機(jī)構(gòu)構(gòu)是連續(xù)續(xù)的面面接觸觸，傳傳動(dòng)中中不會(huì)會(huì)產(chǎn)生生沖擊擊，傳傳動(dòng)平平穩(wěn)，，無噪噪聲，，并且且能自自鎖。。因絲絲杠的的螺旋旋升角角較小小，所所以用用較小小的驅(qū)驅(qū)動(dòng)力力矩可可獲得得較大大的牽牽引力力。絲杠螺螺母螺螺旋面面之間間的摩摩擦為為滑動(dòng)動(dòng)摩擦擦，故故傳動(dòng)動(dòng)效率率低。。滾珠絲絲杠傳動(dòng)效效率高高，而而且傳傳動(dòng)精精度和和定位位精度度均很很高，，傳動(dòng)動(dòng)時(shí)靈靈敏度度和平平穩(wěn)性性好。。由于于磨損損小，，滾珠珠絲桿桿的使使用壽壽命比比較長(zhǎng)長(zhǎng)，但但成本本較高高。圖5.38為滾珠絲絲杠的的基本本組成成：導(dǎo)向向槽4連接螺螺母的的第一一圈和和最后后一圈圈，使使其形形成滾滾動(dòng)體體可以以連續(xù)續(xù)循環(huán)環(huán)的導(dǎo)導(dǎo)槽。。圖5.38滾珠絲絲杠的的基本本組成成1—絲杠；；2—螺母；；3—滾珠；；4—導(dǎo)向槽槽滾珠絲絲杠演演示圖5.39絲杠螺螺母?jìng)鱾鲃?dòng)的的手臂臂升降降機(jī)構(gòu)構(gòu)圖5.39所示為為采用絲絲杠螺螺母?jìng)鱾鲃?dòng)的的手臂臂升降降機(jī)構(gòu)構(gòu)。由電動(dòng)動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)蝸蝸桿2使蝸輪輪5回轉(zhuǎn)，，依靠靠蝸輪輪內(nèi)孔孔的螺螺紋帶帶動(dòng)絲絲杠4作升降降運(yùn)動(dòng)動(dòng)。為為了防防止絲絲杠的的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，在在絲杠杠上端端銑有有花鍵鍵與固固定在在箱體體6上的花花鍵套套7組成導(dǎo)導(dǎo)向裝裝置。。1—電動(dòng)機(jī)機(jī)；2—蝸桿；；3—臂架；；4—絲杠；；5—蝸輪；；6—箱體；；7—花鍵套套五、其其他傳傳動(dòng)1.活塞缸缸和齒齒輪齒齒條機(jī)機(jī)構(gòu)齒輪齒齒條機(jī)機(jī)構(gòu)是是通過過齒條條的往往復(fù)移移動(dòng)，，帶動(dòng)動(dòng)與手手臂連連接的的齒輪輪作往往復(fù)回回轉(zhuǎn)，，即實(shí)實(shí)現(xiàn)手手臂的的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)。1.活活塞缸缸和齒齒輪齒齒條機(jī)機(jī)構(gòu)圖所示示為手臂作作回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的結(jié)結(jié)構(gòu)。?；钊陀透變蓛汕环址謩e進(jìn)進(jìn)壓力力油推推動(dòng)齒齒條活活塞作作往復(fù)復(fù)移動(dòng)動(dòng)，與與齒條條嚙合合的齒齒輪即即作往往復(fù)回回轉(zhuǎn)。。由于于齒輪輪與手手臂固固聯(lián)，，從而而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)手臂臂的回回轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)。。圖所示示為氣壓傳傳動(dòng)的的齒輪輪齒條條式增增倍機(jī)機(jī)構(gòu)的的手臂臂結(jié)構(gòu)構(gòu)?；钊麠U桿3左移時(shí)時(shí)，與與活塞塞桿3相聯(lián)接接的齒齒輪2也左移移，并并使運(yùn)運(yùn)動(dòng)齒齒條l一起左左移，，由于于齒輪輪2與固定定齒條條相嚙嚙合，，因而而齒輪輪2在移動(dòng)動(dòng)的同同時(shí)．．又在在固定定齒條條上滾滾動(dòng)，，并將將此運(yùn)運(yùn)動(dòng)傳傳給1，從而而使1又向左左移動(dòng)動(dòng)一距距離。。因手手臂固固聯(lián)于于齒條條1上，所所以手手臂的的行程程和速速度均均為活活塞桿桿3的行程程和速速度的的兩倍倍。圖5.46氣缸和和齒輪輪齒條條增倍倍手臂臂機(jī)構(gòu)構(gòu)1—運(yùn)動(dòng)齒齒條；；2—齒輪；；3—活塞桿桿2．帶傳動(dòng)動(dòng)與鏈傳動(dòng)動(dòng)1)同步帶傳動(dòng)動(dòng)同步帶的傳傳動(dòng)面上有有與帶輪嚙嚙合的梯形形齒。同步步帶傳動(dòng)時(shí)時(shí)無滑動(dòng)，，初始張力力小，被動(dòng)動(dòng)軸的軸承承不易過載載。因無滑滑動(dòng)，它除除了用做動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)外外還適用于于定位。圖5.40同步帶形狀狀2)滾子子鏈傳動(dòng)滾子鏈傳動(dòng)動(dòng)屬于比較較完善的傳傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，，由于噪聲聲小，效率率高，因此此得到了廣廣泛的應(yīng)用用。但是，高速速運(yùn)動(dòng)時(shí)滾滾子與鏈輪輪之間的碰碰撞會(huì)產(chǎn)生生較大的噪噪聲和振動(dòng)動(dòng)，只有在在低速時(shí)才才能得到滿滿意的效果果。3．繩傳動(dòng)動(dòng)與鋼帶傳傳動(dòng)1)繩傳動(dòng)繩傳動(dòng)廣泛泛應(yīng)用于機(jī)機(jī)器人的手手爪開合傳傳動(dòng)，特別別適合有限限行程的運(yùn)運(yùn)動(dòng)傳遞。。繩傳動(dòng)的主主要優(yōu)點(diǎn)是是：鋼絲繩強(qiáng)度度大，各方方向上的柔柔軟性好，，尺寸小，，預(yù)載后有有可能消除除傳動(dòng)間隙隙。繩傳動(dòng)的主主要缺點(diǎn)是是：1)不加預(yù)載時(shí)時(shí)存在傳動(dòng)動(dòng)間隙；2)因?yàn)槔K索的的蠕變和索索夾的松弛弛使傳動(dòng)不不穩(wěn)定；3)多層纏繞后后，在內(nèi)層層繩索及支支承中損耗耗能量；效效率低；4)易積塵垢.2)鋼帶傳動(dòng)鋼帶末端緊緊固在驅(qū)動(dòng)動(dòng)輪和被驅(qū)驅(qū)動(dòng)輪上，，因此，摩摩擦力不是是傳動(dòng)的重重要要素。。鋼帶傳動(dòng)動(dòng)適合于有有限行程的的傳動(dòng)。圖5.41鋼帶傳動(dòng)鋼帶傳動(dòng)的的優(yōu)點(diǎn)是傳傳動(dòng)比精確確，傳動(dòng)件件質(zhì)量小，，慣量小，，傳動(dòng)參數(shù)數(shù)穩(wěn)定，柔柔性好，不不需潤(rùn)滑，，強(qiáng)度高。。5.3臂部部設(shè)計(jì)一、臂部設(shè)設(shè)計(jì)的基本本要求1.剛度要求高高2．導(dǎo)向性要要好3.重量要輕4．運(yùn)動(dòng)要平平穩(wěn)、定位位精度要高高二、手臂的的常用結(jié)構(gòu)構(gòu)1.手臂直線運(yùn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人手臂臂的伸縮、、橫向移動(dòng)動(dòng)均屬于直直線運(yùn)動(dòng)。。常用的有活活塞油(氣)缸、齒輪齒齒條機(jī)構(gòu)、、絲杠螺母母機(jī)構(gòu)以及及連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)等。由于活塞油油(氣)缸的體積小小、重量輕輕，因而在在機(jī)器人的的手臂結(jié)構(gòu)構(gòu)中應(yīng)用比比較多。2．手臂回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)常用的有葉葉片式回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)缸、齒輪輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)、鏈輪傳傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、、活塞缸和和連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)等.三、臂部運(yùn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力力計(jì)算計(jì)算臂部運(yùn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力力(包括力矩)時(shí)，要把臂臂部所受的的全部負(fù)荷荷考慮進(jìn)去去。機(jī)器人工作作時(shí)，臂部部所受的負(fù)負(fù)荷主要有有慣性力、、摩擦力和和重力等。。1.臂部水平伸伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)計(jì)算臂部作水平平伸縮運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)，首先先要克服摩摩擦阻力，，包括油(氣)缸與活塞之之間的摩擦擦阻力及導(dǎo)導(dǎo)向桿與支支承滑套之之間的摩擦擦阻力等，，還要克服服啟動(dòng)過程程中的慣性性力。其驅(qū)動(dòng)力可可按下式計(jì)計(jì)算：三、臂部運(yùn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力力計(jì)算-各支承處的的摩擦阻力力(N)-啟動(dòng)過程中中的慣性力力(N)，其大小可可按下式估估算M—手臂伸縮部部件的總質(zhì)質(zhì)量(kg)；a-啟動(dòng)過程中中的平均加加速度。平均加速度度可按下式式計(jì)算：一速度增量量(m／s)。如果臂部部從靜止?fàn)顮顟B(tài)加速到到工作速度度v時(shí)，則這個(gè)個(gè)過程的速速度變化量量就等于臂臂部的工作作速度；—升降速過程程所用時(shí)間間(s)。2．臂部回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力矩的計(jì)計(jì)算臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力力矩應(yīng)根據(jù)據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生的慣性性力矩與回回轉(zhuǎn)部件支支承處的摩摩擦力矩來來計(jì)算。由由于升速過過程一般不不是等加速速運(yùn)動(dòng)，故故最大驅(qū)動(dòng)動(dòng)力矩要比比理論平均均值大一些些，一般取取平均值的的1.3倍倍。-各支承處的的總摩擦力力矩(N·m)；-啟動(dòng)時(shí)慣性性力矩(N·m)，一般按下下式計(jì)算：：2．臂部回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力矩的計(jì)計(jì)算式中：J——手臂部件對(duì)對(duì)其回轉(zhuǎn)軸軸線的總轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；；——回轉(zhuǎn)臂的工工作角速度度(rad／s)；——回轉(zhuǎn)臂升速速時(shí)間(s)。5.4手腕腕設(shè)計(jì)一、概述工業(yè)機(jī)器人人的腕部是是聯(lián)接手部部與臂部的的部件，起起支承手部部的作用。。機(jī)器人一一般具有六六個(gè)自由度度才能使手手部(末端操作器器)達(dá)到目標(biāo)位位置和處于于期望的姿姿態(tài)，手腕腕上的自由由度主要是是實(shí)現(xiàn)所期期望的姿態(tài)態(tài)。為了使手部部能處于空空間任意方方向，要求求腕部能實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間間三個(gè)坐標(biāo)標(biāo)軸x、y、z的轉(zhuǎn)動(dòng)，即即具有翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、俯仰和和偏轉(zhuǎn)三個(gè)個(gè)自由度，，如圖5—36所示。通常常也把手腕腕的翻轉(zhuǎn)用用R表示；把手手腕的俯仰仰用P表示；把手手腕的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)用Y表示。二、手腕的的分類按自由度數(shù)數(shù)目來分類類手腕按自由由度數(shù)目來來分，可分分為單自由由度手腕，，二自由度度手腕，三三自由度手手腕。(1)單自由度手手腕(2)二自由度手手腕二自由度手手腕:BR手腕,BB手腕。不能由兩個(gè)個(gè)R關(guān)節(jié)組成RR手腕，因?yàn)闉閮蓚€(gè)R關(guān)節(jié)共軸線線。所以退退化了一個(gè)個(gè)自由度，，實(shí)際只構(gòu)構(gòu)成了單自自由度手腕腕。(3)三自由度手手腕．三自由度手手腕可以由由B關(guān)節(jié)和R關(guān)節(jié)組成許許多種形式式。5.5機(jī)器器人手部設(shè)設(shè)計(jì)人的手有兩種定義義：第一種種定義是醫(yī)醫(yī)學(xué)上把包包括上臂、、手腕在內(nèi)內(nèi)的整體叫叫做手；第第二種定義義是把手掌掌和手指部部分叫做手手。機(jī)器人的手手部也叫做末端端執(zhí)行器，，它是裝在在機(jī)器人手手腕上直接接抓握工件件或執(zhí)行作作業(yè)的部件件。5.5機(jī)器器人手部設(shè)設(shè)計(jì)一、機(jī)器人人手部的特特點(diǎn)(1)手部與手腕腕相連處可可拆卸。手手部與手腕腕有機(jī)械接接口，也可可能有電、、氣、液接接頭。(2)手部是機(jī)器器人末端執(zhí)執(zhí)行器。(3)手部的通用用性比較差差。(4)手部是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的部部件。彈鋼琴的機(jī)機(jī)器人二、手部的的分類1．按用途分分1)手爪主要功能是是：抓住工工件，握持持工件，釋釋放工件。。抓住——在給定的目目標(biāo)位置和和期望姿態(tài)態(tài)上抓住工工件，工件件在手爪內(nèi)內(nèi)必須具有有可靠的定定位，保持持工件與手手爪之間準(zhǔn)準(zhǔn)確的相對(duì)對(duì)位姿，并并保證機(jī)器器人后續(xù)作作業(yè)的準(zhǔn)確確性。握持——確保工件在在搬運(yùn)過程程位置和姿姿態(tài)的準(zhǔn)確確性。釋放——在指定點(diǎn)上上除去手爪爪和工件之之間的約束束關(guān)系。二、手部的的分類2)工具工具是進(jìn)行行某種作業(yè)業(yè)的專用工工具，如噴漆槍槍、焊具等等，如圖5.19所示。2．按夾持持原理分按夾持原理理手爪可分分為機(jī)械手手爪、磁力力類手爪和和真空類手手爪三種。。3．按手指指或吸盤數(shù)數(shù)目分(1)按手指數(shù)目目分:二指手爪、、多指手爪爪。(2)按手指關(guān)節(jié)節(jié)分：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)手指指手爪、多多關(guān)節(jié)手指指手爪。(3)吸盤式手爪爪按吸盤數(shù)數(shù)目分：?jiǎn)挝P式式手爪、多多吸盤式手手爪。4．按智能能化分(1)普通式手爪爪。(2)智能化手爪爪。三、手爪設(shè)設(shè)計(jì)和選用用的要求1．被抓握的的對(duì)象物幾何參數(shù)：：工件尺寸、、可能抓握表表面的數(shù)目目、位置和和方向、夾持表面之之間的距離離、夾持表面的的幾何形狀狀。機(jī)械特性：：質(zhì)量、材料、表面狀態(tài)、、工件溫度等等。2．物料儲(chǔ)存存裝置與機(jī)器人配配合工作的的物料儲(chǔ)存存裝置對(duì)手手爪最小和和最大爪鉗鉗之間的距距離以及必必需的夾緊緊力都有要要求。3．機(jī)器人作作業(yè)順序一臺(tái)機(jī)器人人在齒輪箱箱裝配作業(yè)業(yè)中需要搬搬運(yùn)齒輪和和軸，并進(jìn)進(jìn)行裝配。。雖然手部部可以既抓抓握齒輪也也可以?shī)A持持軸，但是是，不同零零件所需的的夾緊力和和爪鉗張開開距離是不不同的，手手部設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)應(yīng)考慮被被夾持對(duì)象象物的順序序。必要的的時(shí)候可采采用多指手手爪，以增增加手部作作業(yè)的柔性性。4．手爪和機(jī)機(jī)器人匹配配手爪一般用用法蘭式機(jī)機(jī)械接口與與手腕相連連接，手爪爪自重也增增加了機(jī)械械臂的負(fù)載載，這兩個(gè)個(gè)問題必須須給予仔細(xì)細(xì)考慮。接口匹配：：手爪是可以以更換的，，手爪形式式可以不同同，但是與與手腕的機(jī)機(jī)械接口必必須相同。。手爪自重不不能太大，，機(jī)器人能能抓取工件件的重量是是機(jī)器人承承載能力減減去手爪重重量。5．環(huán)境條條件作業(yè)區(qū)域域內(nèi)的環(huán)環(huán)境狀況況很重要要，比如如高溫、、水、油油等不同同環(huán)境會(huì)會(huì)影響手手爪的工工作。四、普通通手爪設(shè)設(shè)計(jì)1．機(jī)械式式手爪設(shè)設(shè)計(jì)1)驅(qū)動(dòng)機(jī)械式手手爪通常常采用氣氣動(dòng)、液液動(dòng)、電電動(dòng)和電電磁來驅(qū)驅(qū)動(dòng)手指指的開合合。氣動(dòng)手爪爪的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單，成本本低，容容易維修修，而且且開合迅迅速，重重量輕。。缺點(diǎn)是空氣介介質(zhì)的可可壓縮性性使爪鉗鉗位置控控制比較較復(fù)雜。。圖5.23所示為一一種氣動(dòng)手爪爪，氣缸4中壓縮空空氣推動(dòng)動(dòng)活塞3使連桿齒齒條2作往復(fù)運(yùn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)經(jīng)扇形齒齒輪1帶動(dòng)平行行四邊形形機(jī)構(gòu)，，使爪鉗鉗5快速開合合。圖5.23氣動(dòng)手爪爪1—扇形齒輪輪；2—齒條；3—活塞；4—?dú)飧祝?—爪鉗2)爪鉗爪鉗是與與工件直直接接觸觸的部分分，它們的的形狀和和材料對(duì)對(duì)夾緊力力有很大大影響。。夾緊工件件的接觸觸點(diǎn)越多多，所要要求的夾夾緊力越越小，對(duì)對(duì)夾持工工件來說說顯得更更安全。。圖所示是是具有V形爪鉗表表面的手手爪，其其有四條條折線與與工件相相接觸，，形成力力封閉形形式的夾夾持狀態(tài)態(tài)，比平平面爪鉗鉗夾持安安全可靠靠很多。。2．磁力力吸盤設(shè)設(shè)計(jì)磁力吸盤盤有電磁磁吸盤和和永磁吸吸盤兩種種。磁力吸盤盤是在手手部裝上上電磁鐵鐵，通過過磁場(chǎng)吸吸力把工工件吸住住。圖5.26所示為電電磁吸盤盤的結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖。圖5.26電磁吸盤盤結(jié)構(gòu)l—電磁吸盤盤；2—防塵蓋；；3—線圈；4—外殼體3．真空空式吸盤盤設(shè)計(jì)真空式吸吸盤主要要用于搬搬運(yùn)體積積大，重重量輕的的零件。。真空式吸吸盤要求求工件表表面平整整光滑、、干燥清清潔，同同時(shí)氣密密性要好好。根據(jù)真空空產(chǎn)生的的原理真真空式吸吸盤可分分為：1)真真空吸盤盤2)氣氣流負(fù)壓壓吸盤3)擠擠氣負(fù)壓壓吸盤1)真空吸盤盤吸盤吸力力在理論論上決定定于吸盤盤與工件件表面的的接觸面面積和吸吸盤內(nèi)、、外壓差差，但實(shí)實(shí)際上其其與工件件表面狀狀態(tài)有十十分密切切的關(guān)系系，工作作表面狀狀態(tài)影響響負(fù)壓的的泄漏。。采用真空空泵能保保證吸盤盤內(nèi)持續(xù)續(xù)產(chǎn)生負(fù)負(fù)壓，所所以這種種吸盤比比其他形形式吸盤盤的吸力力大。圖5.27真空吸盤盤控制系系統(tǒng)1—電動(dòng)機(jī)；；2—真空泵；；3、4—電磁閥；；5—吸盤；6—通大氣2)氣氣流負(fù)壓壓吸盤氣流負(fù)壓壓吸盤的的工作原原理如圖圖5.28所示，壓壓縮空氣氣進(jìn)入噴噴嘴后，，使橡膠膠皮腕內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)負(fù)壓。圖5.28氣流負(fù)壓壓吸盤3)擠擠氣負(fù)壓壓吸盤圖5.29所示示為擠氣氣負(fù)壓吸吸盤的結(jié)結(jié)構(gòu)。圖5.29擠氣負(fù)壓壓吸盤1—吸盤架；；2—壓蓋；3—密封墊；；4—吸盤；5—工件3)擠擠氣負(fù)壓壓吸盤工作原理理：吸盤壓向向工件表表面時(shí)，，將吸盤盤內(nèi)的空空氣擠出出；松開開時(shí)，吸吸盤恢復(fù)復(fù)彈性變變形使吸吸盤內(nèi)腔腔形成負(fù)負(fù)壓，將將工件牢牢牢吸住住，機(jī)械械手即可可進(jìn)行工工件搬運(yùn)運(yùn)；到達(dá)達(dá)目標(biāo)位位置后，，用碰撞撞力P使壓蓋2動(dòng)作，破破壞吸盤盤腔內(nèi)的的負(fù)壓，，釋放工工件。4．真空空吸盤的的新設(shè)計(jì)計(jì)(1)自適應(yīng)吸吸盤。圖5.31所示自適適應(yīng)吸盤盤具有一一個(gè)球關(guān)關(guān)節(jié)，使使吸盤能能傾斜自自如，適適應(yīng)工件件表面傾傾角的變變化。4．真空空吸盤的的新設(shè)計(jì)計(jì)(2)異形吸盤盤。圖5.32所示異形形吸盤為為異形吸吸盤中的的一種。。通常吸吸盤只能能吸附一一般的平平整工件件，而該該異形吸吸盤可用用來吸附附雞蛋等等物件，，擴(kuò)大了了真空吸吸盤在工工業(yè)機(jī)器器人上的的應(yīng)用。。5.6機(jī)機(jī)身及行行走機(jī)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器器人機(jī)械械結(jié)構(gòu)有有三大部部分：機(jī)機(jī)身、手手臂(包包括手腕腕)、手手部。一、機(jī)身身設(shè)計(jì)機(jī)身是支支承臂部部的部件件。一般般實(shí)現(xiàn)升升降、回回轉(zhuǎn)和仰仰俯等運(yùn)運(yùn)動(dòng)，常常有1至3個(gè)自由度度。機(jī)身設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)要注注意下列列問題：：(1)要有足夠夠的剛度度和穩(wěn)定定性；(2)運(yùn)動(dòng)要靈靈活，升升降運(yùn)動(dòng)動(dòng)的導(dǎo)套套長(zhǎng)度不不宜過短短，避免免發(fā)生卡卡死現(xiàn)象象，一般般要有導(dǎo)導(dǎo)向裝置置；（3)結(jié)構(gòu)布置置要合理理。1．回轉(zhuǎn)與與升降機(jī)機(jī)身(1)回回轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)采用用擺動(dòng)油油缸驅(qū)動(dòng)動(dòng)，升降降油缸在在下，回回轉(zhuǎn)油缸缸在上。。因擺動(dòng)動(dòng)油缸安安置在升升降活塞塞桿的上上方，故故活塞桿桿的尺寸寸要加大大。(2)回回轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)采用用擺動(dòng)油油缸驅(qū)動(dòng)動(dòng)，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)油缸在在下，升升降油缸缸在上，，相比之之下，回回轉(zhuǎn)油缸缸的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力矩要要設(shè)計(jì)得得大一些些。(3)鏈鏈輪傳傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)。(3)鏈輪傳動(dòng)動(dòng)