機器人的機械結(jié)構(gòu)講義課件

第三講機器人的機械結(jié)構(gòu)機器人的機械機構(gòu)（一）機器人的主要技術(shù)參數(shù)機身和臂部機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)第一節(jié)機器人的主要技術(shù)參數(shù)自由度操作機的自由度多，機構(gòu)運動的靈活性大，通用性強，但機構(gòu)的結(jié)構(gòu)也更復雜，剛性變差。機構(gòu)的自由度多于為完成生產(chǎn)任務所必需的自由度時，多余的自由度稱為冗余自由度。設置冗余自由度使操作機具有一定的避障能力，在進行運動逆解時，使各關節(jié)的運動具有優(yōu)選的條件。工業(yè)機器人一般多為4~6個自由度。工作空間

機器人的工作空間是指機器人手臂或手部安置點所能達到的所有空間區(qū)域，不包括手部本身所能達到的區(qū)域。工作空間的形狀取決于機器人的構(gòu)型，工作空間的大小取決于組成機器人各部件的自身尺寸和運動尺寸。

第一節(jié)機器人的主要技術(shù)參數(shù)第一節(jié)機器人的主要技術(shù)參數(shù)工作速度是指機器人在工作載荷條件下，勻速運動過程，機械接口中心或工具中心點在單位時間內(nèi)所移動的距離或轉(zhuǎn)動的角度。工作速度工作載荷機器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機械接口處能承受的最大負載量（包括手部）。用質(zhì)量、力矩、慣性矩來表示。第一節(jié)機器人的主要技術(shù)參數(shù)控制方式機器人用于控制軸的方式，使伺服還是非伺服，伺服控制方式是實現(xiàn)連續(xù)軌跡還是點到點的運動。驅(qū)動方式指的是關節(jié)執(zhí)行器的動力源形式：電氣驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、其它驅(qū)動形式。精度、重復精度和分辨率精度、重復精度、和分辨率用來定義機器人手部的定位能力。精度是一個位置量相對于其參照系的絕對度量。

重復精度

指在相同的運動位置命令下，機器人連續(xù)若干次運動軌跡之間的誤差度量。任務機床上下料沖床上下料點焊模鍛噴漆裝配測量弧焊重復性±（0.05~1)±1±1±0.1~2±3±(0.01~0.5)±(0.01~0.5)±(0.2~0.5)第一節(jié)機器人的主要技術(shù)參數(shù)分辨率

是指機器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度。精度和分辨率不一定相關。反饋尺實際位置重復精度精度分辨率TBRU給定位置

分辨率、精度、重復精度的關系第一節(jié)機器人的主要技術(shù)參數(shù)第二節(jié)機身和臂部機構(gòu)機器人的機械機構(gòu)（一）機身和臂部的作用機身起連接、支承和傳動的作用既可以是固定式的，也可以是行走式的臂部支承腕部和手部，并帶動它們在空間運動在工作中直接承受腕、手和工件的靜、動載荷，自身運動又較多，故受力復雜。二、機身的典型結(jié)構(gòu)采用哪種自由度形式由機器人的總體設計來定添加標題直角坐標型添加標題機器人的機械機構(gòu)（一）添加標題控制簡單；剛性最大（龍門式）；容易達到高精度；操作范圍?。徽嫉孛娣e大；運動速度低；密封性差；添加標題二、機身的典型結(jié)構(gòu)圓柱坐標型機器人的機械機構(gòu)（一）工作范圍可以擴大；計算簡單；動力輸出較大；手臂可達空間受到限制；直線驅(qū)動部分難以密封；安全性差；二、機身的典型結(jié)構(gòu)球坐標式機器人的機械機構(gòu)（一）中心支架附近的工作范圍大；工作空間大；坐標系復雜，難以控制；存在工作死區(qū)；密封性較差；二、機身的典型結(jié)構(gòu)垂直方向上剛度高；水平面內(nèi)動作靈活；適于孔軸裝配工作；機器人的機械機構(gòu)（一）平面多關節(jié)型二、機身的典型結(jié)構(gòu)垂直多關節(jié)型機器人的機械機構(gòu)（一）動作靈活；工作空間大；易密封；工作條件要求低；適合用電機驅(qū)動；計算量大；輸出動力不大；機身的典型結(jié)構(gòu)01回轉(zhuǎn)與升降機身回轉(zhuǎn)與俯仰機身02機器人的機械機構(gòu)（一）添加標題升降回轉(zhuǎn)臺添加標題活塞添加標題活塞桿添加標題固定導套添加標題齒輪套筒添加標題齒條缸添加標題固定立柱添加標題齒條活塞油缸驅(qū)動的回轉(zhuǎn)型機身升降缸體齒條活塞油缸驅(qū)動的回轉(zhuǎn)型機身1、活塞2、花鍵套3、花鍵軸4、升降油缸5、擺動油缸6、擺動缸定片7、擺動缸動片鏈條鏈輪型回轉(zhuǎn)機身回轉(zhuǎn)與俯仰機身鉸鏈連接采用尾部耳環(huán)或中部銷軸與立柱連接三、臂部的典型機構(gòu)單擊此處添加正文，文字是您思想的提煉，為了演示發(fā)布的良好效果，請言簡意賅地闡述您的觀點。您的內(nèi)容已經(jīng)簡明扼要，字字珠璣，但信息卻千絲萬縷、錯綜復雜，需要用更多的文字來表述；但請您盡可能提煉思想的精髓，否則容易造成觀者的閱讀壓力，適得其反。臂部伸縮機構(gòu)單擊此處添加正文，文字是您思想的提煉，為了演示發(fā)布的良好效果，請言簡意賅地闡述您的觀點。您的內(nèi)容已經(jīng)簡明扼要，字字珠璣，但信息卻千絲萬縷、錯綜復雜，需要用更多的文字來表述；但請您盡可能提煉思想的精髓，否則容易造成觀者的閱讀壓力，適得其反。臂部俯仰運動機構(gòu)手臂回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)通常是通過臂部相對于立柱的運動機構(gòu)來實現(xiàn)。常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨驅(qū)動，適用于升降行程短而回轉(zhuǎn)角度小于360°的情況，也有采用升降缸與氣馬達——錐齒輪傳動的結(jié)構(gòu)。手臂回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)貳壹叁機器人的機械機構(gòu)（一）機器人的機械機構(gòu)（一）01機器人的機械機構(gòu)（一）01四、機身與臂部的配置形式01機身設計成橫梁式，用于懸掛手臂部件，這類機器人大都為移動式。（1.）橫梁式02（2.）立柱式立柱式機器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運動形式，是一種常見的配置形式。機身設計成機座式，這種機器人可以使獨立的、自成系統(tǒng)，的完整裝置，可以隨意安放和搬動。屈伸式機器人的臂部可以有大小臂組成，大小臂間有相對運動，成為屈伸臂。（3.）機座式（4.）屈伸式根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸

※采用封閉型空心截面的結(jié)構(gòu)作為臂桿

※適當減小壁厚，加大輪廓尺寸提高支承剛度和接觸剛度

※支座的結(jié)構(gòu)形狀、底板的連接形式

※提高配合面間的接觸剛度，即保證配合表面的加工精度和表面粗糙度合理布置作用力的位置和方向＃剛度機器人的機械機構(gòu)（一）五、機身和臂部設計應注意的問題機身和臂部設計應注意的問題＃精度(手部位置精度)剛度各運動部件的制造和裝配精度臂部和機身運動的導向裝置和定位方式手部或腕部在臂上的定位和連接方式logo機身和臂部設計應注意的問題＃平穩(wěn)性臂部和機身的運動部件應力求緊湊、質(zhì)量輕，以減少慣性力。鋁合金或非金屬材料必須注意運動部件各部分的質(zhì)量對轉(zhuǎn)軸或支承的分布情況，即重心的布置。四、機身和臂部設計應注意的問題＃其他01傳動系統(tǒng)應力求簡短，以提高傳動精度和效率。02各驅(qū)動裝置、傳動件、管線系統(tǒng)及各個運動的測、控元件等布置要合理緊湊，操作維護要方便。03對于在特殊條件下工作的機器人，設計時要有針對性地采取措施：防熱輻射、防腐、防塵、防爆04腰部機構(gòu)的設計注意事項機械手的腰部包括機座和腰關節(jié)，機座承受機器人全部重量，要有足夠的強度和剛度，一般用鑄鐵或鑄鋼制造，機座要有一定的尺寸以保證操作機的穩(wěn)定，并滿足驅(qū)動裝置及電纜的安裝。腰關節(jié)是負載最大的運動軸，對末端執(zhí)行器運動精度影響最大，故設計精度要求高。腰部機構(gòu)的設計注意事項腰關節(jié)的軸可采用普通軸承的支承結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)整方便，但腰部高度較高。現(xiàn)在大多數(shù)機器人的腰關節(jié)均采用大直徑交叉滾子軸承支承的結(jié)構(gòu)，既可使機座高度大大降低，又具有更好的支承剛度。臂部機構(gòu)的設計注意事項臂部的作用是連結(jié)腰部和腕部，實現(xiàn)操作機在空間中的運動。手臂的長度尺寸要滿足工作空間的要求，由于手臂的剛度、強度直接影響機器人的整體運動剛度，同時又要靈活運動，故應盡可能選用高強度輕質(zhì)材料，減輕其重量。在臂體設計中，也應盡量設計成封閉形和局部帶加強肋的結(jié)構(gòu)，以增加剛度和強度。1——大錐齒輪單擊此處添加正文。4——小臂電動機單擊此處添加正文。2——小錐齒輪單擊此處添加正文。5——驅(qū)動軸單擊此處添加正文。3——大臂單擊此處添加正文。6——偏心套單擊此處添加正文。7——小齒輪單擊此處添加正文。8——大齒輪單擊此處添加正文。9——偏心套10——小臂直線驅(qū)動機構(gòu)齒輪齒條裝置效率低回差大有噪聲滾珠絲杠螺母副滾動摩擦,傳動效率高無低速爬行現(xiàn)象雙螺母預緊,消除回差液壓驅(qū)動運動速度驅(qū)動力運動方向進油方向進油壓力進油流量容易自動控制精度高(液體的不可壓縮性)壽命長(液體的潤滑功能)功率大油滲漏液壓油黏度隨溫度而變化需要供油系統(tǒng)高溫易爆氣壓驅(qū)動壓縮空氣粘度小，速度高壓縮空氣的壓力低，出力小，功率小由于空氣可壓縮性，工作不平穩(wěn)，精度低防水問題(生銹導致機器人失靈)機器人的機械機構(gòu)（一）第三節(jié)驅(qū)動機構(gòu)第三節(jié)驅(qū)動機構(gòu)0201030405傳動機構(gòu)步進電機或伺服電機負載(關節(jié))機器人的機械機構(gòu)（一）降低轉(zhuǎn)速提高轉(zhuǎn)矩第三節(jié)驅(qū)動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)齒輪鏈降低了轉(zhuǎn)動慣量,但同時帶來了噪聲第三節(jié)驅(qū)動機構(gòu)2,3（聚氨酯）01單擊此處添加正文，文字是您思想的提煉，請盡量言簡意賅地闡述觀點。1（鋼絲繩或玻璃纖維繩）02同步皮帶(齒形帶)結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低傳動不打滑傳動效率高(99.5%)最高線速度(80/s)第三節(jié)驅(qū)動機構(gòu)諧波齒輪同時有多個齒嚙合,剛度高傳動精度高,回差小齒輪減速比較大第三節(jié)驅(qū)動機構(gòu)機器人的機械機構(gòu)（一）各關節(jié)處要安裝制動器在機器人停止工作時，保持機械臂的位置不變；在電源發(fā)生故障時，保護機械臂和它周圍的物體不發(fā)生碰撞。多選用旋轉(zhuǎn)關節(jié)，由步進電機或伺服電機驅(qū)動直線驅(qū)動和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的選用和制動第五節(jié)腕部機構(gòu)腕部是臂部與手部的連接部件，起支承手部和改變手部姿態(tài)的作用．為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間三個坐標軸x、y、z的轉(zhuǎn)動，即具有偏轉(zhuǎn)（Yaw）、俯仰（Pitch）和回轉(zhuǎn)（Roll）三個自由度。機器人的機械機構(gòu)（一）第五節(jié)腕部結(jié)構(gòu)手腕按自由度個數(shù)可分