54883《機(jī)械原理（漢語）（第2版）》（基本課件）第10章 空間連桿機(jī)構(gòu)及機(jī)器人機(jī)構(gòu)概述

第10章空間連桿機(jī)構(gòu)及機(jī)器人機(jī)構(gòu)概述1.空間連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副(1)Ⅰ類副圖10-1a所示的球放在平面上，形成點(diǎn)接觸的高副，僅提供沿二者公法線n—n方向的一個(gè)約束。

(2)Ⅱ類副具有2個(gè)約束、4個(gè)自由度。圖10-1b所示的圓柱平面副中，提供沿z軸移動和繞x軸轉(zhuǎn)動的2個(gè)約束，用CE表示圓柱平面副。圖10-1c所示的球槽副中，提供沿z軸移動和沿x軸移動2個(gè)約束，用SG表示球槽副，它們是典型的Ⅱ類副。Ⅱ類副也很少應(yīng)用。

10.1空間連桿機(jī)構(gòu)概述Fig.10-1Spatialkinematicpairs1(空間運(yùn)動副1)(3)Ⅲ類副具有3個(gè)約束和3個(gè)自由度的運(yùn)動副，圖10-2a中的球置于球面槽中，形成典型的球面副，用S表示球面副。圖10-2a中的球置于球面槽中，形成典型的球面副，用S表示球面副。球面副限制了沿x、y、z軸的移動，保留繞3個(gè)軸轉(zhuǎn)動的自由度。球面副在空間機(jī)構(gòu)中應(yīng)用廣泛。圖10-2b為球面副的代表符號。圖10-2c為兩平面接觸形成的平面副，用E表示，提供了沿z軸移動、繞x、y軸轉(zhuǎn)動的3個(gè)約束，應(yīng)用很少。

Fig.10-2Spatialkinematicpairs2(空間運(yùn)動副2)(4)Ⅳ類副具有4個(gè)約束和2個(gè)自由度的運(yùn)動副。圖10-3a所示的球銷副中，由于球銷的約束，僅保留2個(gè)轉(zhuǎn)動自由度。運(yùn)動副符號如圖10-3b所示，名稱用S′表示。圖10-3c中的圓柱副中,僅保留沿軸線的移動和繞軸線的轉(zhuǎn)動自由度,運(yùn)動副符號如圖10-3d所示，名稱用C表示。Ⅳ類運(yùn)動副在空間機(jī)構(gòu)中應(yīng)用較廣泛。

Fig.10-3Spatialkinematicpairs3(空間運(yùn)動副3)(5)Ⅴ類副具有5個(gè)約束、1個(gè)自由度的運(yùn)動副。圖10-4a所示的轉(zhuǎn)動副中，僅有一個(gè)繞軸線的轉(zhuǎn)動自由度，運(yùn)動副代表符號如圖10-4b所示，名稱用R表示。圖10-4c所示移動副中，僅有1個(gè)沿導(dǎo)路方向的移動自由度，運(yùn)動副代表符號如圖10-4d所示，名稱用P表示。圖10-4e所示的螺旋副中，沿軸線的移動和繞軸線的轉(zhuǎn)動線性相關(guān)，所以只有1個(gè)移動自由度，代表符號如圖10-4f所示，名稱用H表示。Fig.10-4Spacialkinematicpairs4(空間運(yùn)動副4)2.空間連桿機(jī)構(gòu)的自由度三維空間中的每個(gè)自由構(gòu)件有6個(gè)自由度，n個(gè)構(gòu)件則有6n個(gè)自由度。這些構(gòu)件用運(yùn)動副連接組成機(jī)構(gòu)后，構(gòu)件的運(yùn)動就會受到運(yùn)動副的約束。n個(gè)構(gòu)件的自由度總數(shù)6n減去各運(yùn)動副的約束總數(shù)，就是機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。設(shè)機(jī)構(gòu)中的Ⅰ類副數(shù)目為p1,則其提供的約束為1p1；Ⅱ類副數(shù)目為p2個(gè)，則其提供的約束為2p2個(gè)；Ⅲ類副的數(shù)目為p3，則其提供的約束為3p3；Ⅳ類副的數(shù)目為p4，則其提供的約束為4p4；Ⅴ類副的數(shù)目為p5，則其提供的約束為5p5。則機(jī)構(gòu)自由度為3.空間連桿機(jī)構(gòu)分類(1)空間連桿機(jī)構(gòu)表示方法平面連桿機(jī)構(gòu)名稱是按其運(yùn)動特性確定的。如曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)等?？臻g機(jī)構(gòu)的名稱則用運(yùn)動副名稱表示。第一個(gè)字母一般是原動件與機(jī)架連接的運(yùn)動副的名稱，然后按順序依次排列。圖10-5所示飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)可稱為SPSR空間連桿機(jī)構(gòu)。

Fig.10-5Aircraftundercarriage(飛機(jī)起落架)(2)空間連桿機(jī)構(gòu)分類按組成空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動鏈?zhǔn)欠穹忾]，空間連桿機(jī)構(gòu)分為閉鏈空間連桿機(jī)構(gòu)和開鏈空間連桿機(jī)構(gòu)。圖10-6a所示RSSR機(jī)構(gòu)中。構(gòu)件1、2、3、4通過轉(zhuǎn)動副和球面副連接，形成一個(gè)封閉運(yùn)動鏈，構(gòu)件4為機(jī)架。圖10-6b所示機(jī)構(gòu)中。構(gòu)件1、2、3、4、5通過轉(zhuǎn)動副連接，形成一個(gè)不封閉的運(yùn)動鏈，構(gòu)件1為機(jī)架，則組成4R型空間開鏈機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)是典型的機(jī)器人機(jī)構(gòu)。Fig.10-6Classificationofspatialmechanisms(空間機(jī)構(gòu)分類)例10-1計(jì)算圖10-7a所示R3C機(jī)構(gòu)的自由度。Fig.10-7D.O.Fofspatialmechanisms(空間機(jī)構(gòu)的自由度)4.空間連桿機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算例10-2計(jì)算圖10-7b所示RSSR機(jī)構(gòu)的自由度例10-3計(jì)算圖10-8所示開鏈機(jī)器人機(jī)構(gòu)自由度。Fig.10-8Openlinkrobotmechanism

(開鏈機(jī)器人機(jī)構(gòu))1.串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)Fig.10-9Tandemrobotmechanism(串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu))

1—Wristjoint(腕關(guān)節(jié))2—Elbowjoint(肘關(guān)節(jié))3—Shoulderjoint(肩關(guān)節(jié))

4—Waistjoint(腰關(guān)節(jié))5—Base(底座)10.2機(jī)器人機(jī)構(gòu)概述串聯(lián)機(jī)器人大都是開鏈機(jī)構(gòu)，圖10-9a所示機(jī)器人是3個(gè)轉(zhuǎn)動副、3個(gè)構(gòu)件組成的串聯(lián)機(jī)器人，也簡稱3R串聯(lián)機(jī)器人。串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以是平面開鏈機(jī)構(gòu)，也可以是空間開鏈機(jī)構(gòu)。串聯(lián)機(jī)器人一般由底座、腰部、大臂、小臂和腕部組成，分別對應(yīng)腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。圖10-9b為其機(jī)構(gòu)簡圖。從串聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，其剛度較小，累積運(yùn)動誤差較大，但運(yùn)動空間很大。2.并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)Fig.10-10Parallelrobotmechanisms(并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu))并聯(lián)機(jī)器人分為平面并聯(lián)機(jī)器人和空間并聯(lián)機(jī)器人。圖10-10a所示為3自由度平面并聯(lián)機(jī)器人，3個(gè)連架桿為驅(qū)動件，共同驅(qū)動平臺1運(yùn)動。該機(jī)器人簡稱為平面3RRR并聯(lián)機(jī)器人，在微動機(jī)構(gòu)中有廣泛應(yīng)用。圖10-10b為3自由度空間并聯(lián)機(jī)器人。3.機(jī)器人應(yīng)用

機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，應(yīng)用非常廣泛