《機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用》 課件 5.1 機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)

第5章機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與電機(jī)教學(xué)目標(biāo)《機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用》1.了解機(jī)器人常用的機(jī)械零件和機(jī)械結(jié)構(gòu)；2.掌握直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用方法。目錄頁(yè)P(yáng)AGEOFCONTENT5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)5.2機(jī)器人電機(jī)

5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)5.1.1機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成很多人可能認(rèn)為機(jī)器人具有人的形態(tài)、能夠模仿人類說(shuō)話、行走等。但事實(shí)上，除了部分場(chǎng)所使用的擬人化服務(wù)機(jī)器人外，大多數(shù)機(jī)器人都不具有基本的人類形態(tài)。特別是工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所使用的機(jī)器人，許多是以機(jī)械手的形式存在。

5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)5.1.1

機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成機(jī)器人的形態(tài)是通過(guò)一系列機(jī)械零件與機(jī)械結(jié)構(gòu)聯(lián)接而成的，機(jī)械零件與機(jī)械結(jié)構(gòu)是構(gòu)成機(jī)器人的骨骼，是機(jī)器人技術(shù)的基本組成部分，主要包括：1）傳動(dòng)件：如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。2）聯(lián)接件：如螺栓、銷、鍵、鉚釘?shù)取?）緩沖件：如彈簧。4）支撐件：如機(jī)座、軸承等。5）聯(lián)軸器與制動(dòng)器。5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)1.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人是一種模擬人的手臂、手腕和手功能的機(jī)電一體化裝置。能夠精確控制所操作物體的位置、位移、速度和加速度，從而完成一系列工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)要求。工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括：1）機(jī)械臂（執(zhí)行結(jié)構(gòu)）2）驅(qū)動(dòng)裝置3）傳動(dòng)裝置

5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)2.服務(wù)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)服務(wù)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式由工作任務(wù)和作業(yè)環(huán)境決定。按照其本體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)能力，服務(wù)機(jī)器人分為靜止式和移動(dòng)式兩類。靜止式服務(wù)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與工業(yè)機(jī)器人類似，采用多關(guān)節(jié)臂結(jié)構(gòu)。通常工作于結(jié)構(gòu)化環(huán)境，機(jī)器人與環(huán)境的之間的互動(dòng)較少，工作任務(wù)比較單一，比如汽車加油、醫(yī)療保健、殘疾人護(hù)理等。移動(dòng)式服務(wù)機(jī)器人是目前大多數(shù)服務(wù)機(jī)器人所采用的本體結(jié)構(gòu)形式，其移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：輪式結(jié)構(gòu)、履帶式結(jié)構(gòu)、滾筒式結(jié)構(gòu)、爬式結(jié)構(gòu)、腳式行走結(jié)構(gòu)等。5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)5.1.2.機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由許多機(jī)械連桿連接而成的機(jī)械臂，是工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它本質(zhì)上是一個(gè)仿人手臂的空間開式鏈機(jī)構(gòu)，一端固定在基座上，另一端可自由運(yùn)動(dòng)。主要由手爪、手腕、手臂、基座四部分組成。1.工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)1.工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.手爪習(xí)慣上又稱作末端執(zhí)行器，是為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)，給機(jī)器人配置的操作機(jī)構(gòu)。2.手腕聯(lián)接手爪和手臂的機(jī)構(gòu)，作用是改變手爪的空間方向，將作業(yè)載荷傳遞到手臂。5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)1.工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.手臂聯(lián)接機(jī)身和手腕的部分，由操作的動(dòng)力關(guān)節(jié)和4.基座機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支承作用．對(duì)固定式機(jī)器人，直接聯(lián)接在地面基礎(chǔ)上，對(duì)移動(dòng)式機(jī)器人，連接桿件等構(gòu)成。主要作用是改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到基座。則安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，分為有軌和無(wú)軌兩種。5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)2.服務(wù)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.靜止式服務(wù)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)與工業(yè)機(jī)器人相似，不同點(diǎn)在于末端執(zhí)行2.移動(dòng)式服務(wù)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括操作機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。操作機(jī)構(gòu)：手、手臂和手腕。器接裝不同的機(jī)械裝置。行走機(jī)構(gòu)：足式、輪式、履帶式、蠕動(dòng)行走方式等。5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)5.1.3.機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能傳遞驅(qū)動(dòng)裝置提供的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以保證末端執(zhí)行器具有精確的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)速度。5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)2.工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人廣泛采用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是減速器，與2）諧波減速器1）RV減速器短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點(diǎn)?，F(xiàn)在大量應(yīng)用在關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人上的減速器有：通用的減速器相比，機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器要求具有傳動(dòng)鏈此外，工業(yè)機(jī)器人還采用齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)單元等。5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)2.工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.RV減速器組成：主要由太陽(yáng)輪、行星輪、轉(zhuǎn)臂、轉(zhuǎn)臂軸承、

用途：適用于高精度機(jī)器人傳動(dòng)，主要裝置在基座、手臂等承受重負(fù)載的位置。RV齒輪、針齒、剛性盤與輸出盤等零件組成。特點(diǎn)：回轉(zhuǎn)精度穩(wěn)定，有較高的疲勞強(qiáng)度和剛度、使用壽命長(zhǎng)。5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)2.工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2.諧波減速器組成：主要由一個(gè)有內(nèi)齒的剛輪、能徑向彈性變形

用途：主要裝置在小臂、腕部或手部等輕負(fù)載位置。的外齒柔輪、一個(gè)裝在柔輪內(nèi)部的波發(fā)生器三部分組成。特點(diǎn)：傳動(dòng)比大、傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、可向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)。5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)3.服務(wù)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一部分對(duì)定位精度和重復(fù)定位精度要求比高的服務(wù)機(jī)器人，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需要使用諧波減速器或RV減速器，而大部分服務(wù)機(jī)器人都廣泛采用以下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：1）齒輪傳動(dòng)，如直齒輪、斜齒輪、圓錐齒輪、齒輪齒條等2）鏈傳動(dòng)3）同步帶傳動(dòng)4）滾珠絲桿傳動(dòng)5）蝸輪蝸桿傳動(dòng)5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)3.服務(wù)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6）棘輪傳動(dòng)7）曲軸連桿傳動(dòng)8）直線運(yùn)動(dòng)部件，如直線導(dǎo)軌、直線軸承、氣缸、液壓缸等。一：直線運(yùn)動(dòng)部件

特點(diǎn)：（1）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度高；（2）互換性強(qiáng)（標(biāo)準(zhǔn)件）；（3）剛度高；（4）質(zhì)量大；適用場(chǎng)合：（1）多與滾珠絲桿配合，實(shí)現(xiàn)快速高精度定位。（2）安裝自適應(yīng)的編碼器。1、直線導(dǎo)軌

（2）直線軸承適用場(chǎng)合：（1）多用于安裝自適應(yīng)的編碼器，需要成對(duì)適用

特點(diǎn)：（1）容許載荷較??；（2）摩擦阻力最小，精度高，

運(yùn)動(dòng)快捷。

（3）軸承盒特點(diǎn)：（1）形式多樣；（設(shè)計(jì)者依據(jù)自己的設(shè)計(jì)適用條件進(jìn)行設(shè)計(jì)）（2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、其精度由設(shè)計(jì)、加工和安裝精度決定；（3）對(duì)構(gòu)件經(jīng)行完全約束，可獨(dú)立使用；（4）工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕；適用場(chǎng)合：（1）多用于搭建升降平臺(tái)；（2）機(jī)械手的伸縮平臺(tái)；

（4）氣缸特點(diǎn)：（1）質(zhì)量輕、行程短、響應(yīng)快適用場(chǎng)合：（1）多用于機(jī)械手的動(dòng)力部件

幾種常用氣缸類型單動(dòng)氣缸氣動(dòng)爪雙動(dòng)氣缸

二、機(jī)器人常用傳動(dòng)1、線傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)精巧、安裝方便、占用空間極??；（2）由于設(shè)計(jì)、制造簡(jiǎn)單、維護(hù)保養(yǎng)方便、因此，線傳動(dòng)成本低；（3）線傳動(dòng)易摩擦受損，需要定期檢查并及時(shí)更換。；（4）線傳動(dòng)易于發(fā)生線壓線的情況，因此傳動(dòng)比不精確；（5）線傳動(dòng)需要預(yù)緊。

鋼絲線傳動(dòng)實(shí)例

2、鏈傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）傳遞功率大，過(guò)載能力強(qiáng)；（2）所需的張緊力小，對(duì)軸的壓力小；（3）平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確；（4）傳動(dòng)平穩(wěn)性差，易磨損，磨損易跳齒；（5）質(zhì)量大；鏈傳動(dòng)：通過(guò)鏈條將具有特殊齒形的主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到具有特殊齒形的從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式。

鏈傳動(dòng)應(yīng)用實(shí)例

單排鏈雙排鏈鏈輪鏈條長(zhǎng)度以鏈節(jié)數(shù)來(lái)表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時(shí)正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則需采用過(guò)渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時(shí)，過(guò)渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應(yīng)避免采用。

3、同步帶傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）帶與帶輪間無(wú)相對(duì)滑動(dòng),傳動(dòng)比恒定、準(zhǔn)確；（2）傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；（3）傳遞速度快、中心距大、傳動(dòng)比大（4）由于預(yù)拉力小，承載能力也較小；（機(jī)器人比賽足夠）（8）安裝精度要求高，要求有嚴(yán)格的中心距，長(zhǎng)距離需要安裝張緊輪或中心距可調(diào)。

同步帶傳動(dòng)實(shí)例同步帶輪同步帶

同步帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器人制作中使用較多

同步帶傳動(dòng)應(yīng)用實(shí)例

同步帶傳動(dòng)在驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用：

4、滾珠絲桿傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）制造精度高；（2）微進(jìn)給、控制位置精度高；（3）無(wú)側(cè)隙、剛性高；（4）進(jìn)給速度快；

（5）質(zhì)量大；

4、滾珠絲桿傳動(dòng)

5、齒輪齒條傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）傳遞動(dòng)力大、功率高、速度快、傳動(dòng)比大；（2）工作平穩(wěn)、可靠，傳動(dòng)比精確；

（3）傳動(dòng)位置精確，易于控制；

（4）安裝精度要求較高；

（2）質(zhì)量大，通常用塑料齒輪、齒條。

齒輪齒條傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤與電機(jī)的配合：

6、氣壓傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）成本低、質(zhì)量輕、響應(yīng)快、動(dòng)作快；（2）可重復(fù)次數(shù)少（沖一次氣只能用幾次），工作速度穩(wěn)定性較差

；（3）接口處易漏氣；（4）工作壓力比較小，輸出力不大；

氣動(dòng)是機(jī)械手最常用的傳動(dòng)方式：

氣缸應(yīng)用于提升裝置

氣缸應(yīng)用于提升裝置

7、蝸輪蝸桿傳動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用來(lái)傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特點(diǎn)：1.可以得到很大的傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)緊湊。2.兩輪嚙合齒面間為線接觸，承載能力大。3.蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音很小。4.具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動(dòng)蝸輪，而不能由蝸輪帶動(dòng)蝸桿。5.傳動(dòng)效率較低，磨損較嚴(yán)重。6.蝸桿軸向力較大。

渦輪蝸桿應(yīng)用實(shí)例

8、其他傳動(dòng)方式棘輪傳動(dòng)曲軸連桿傳動(dòng)5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)5.1.4設(shè)計(jì)和制作機(jī)器人的一般過(guò)程1.機(jī)器人設(shè)計(jì)的內(nèi)容額定負(fù)載額定速度工作空間自由度驅(qū)動(dòng)方式性能指標(biāo)1）基本技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)1.機(jī)器人設(shè)計(jì)的內(nèi)容運(yùn)動(dòng)功能方案設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布局方案設(shè)計(jì)詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)總體方案評(píng)價(jià)2）總體方案設(shè)計(jì)5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)1.機(jī)器人設(shè)計(jì)的內(nèi)容裝配圖設(shè)計(jì)零件圖設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3）詳細(xì)設(shè)計(jì)5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)2.機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作的流程5.1機(jī)器人骨骼-機(jī)械結(jié)構(gòu)2.機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作的流程1）任務(wù)分析，總體設(shè)計(jì)。2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，框架外