第二章机器人的结构ppt课件.ppt

机械工程与汽车学院机械结构1.机械工程与汽车学院2.1 2.1 相关术语及性能指标相关术语及性能指标相关术语及性能指标相关术语及性能指标关节〔关节〔Joint）：即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相）：即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构对运动的机构第二章第二章 机器人的结构机器人的结构2.机械工程与汽车学院第二章第二章 机器人的结构机器人的结构连杆〔连杆〔Link）：机器人手臂上）：机器人手臂上被相邻两关节分开的部分被相邻两关节分开的部分3.机械工程与汽车学院自自由由度度〔〔Degree of freedom）） ：：或或者者称称坐坐标标轴轴数数，，是是指指描描述述物物体体运运动动所所需需要要的的独独立立坐坐标标数数手手指指的的开开、、合合，，以以及及手手指指关关节节的的自自由由度一般不包括在内度一般不包括在内刚刚度度〔〔Stiffness））：：机机身身或或臂臂部部在在外外力力作作用用下下抵抵抗抗变变形形的的能能力力它是用外力和在外力作用方向上的变形量〔位移〕之比来度量它是用外力和在外力作用方向上的变形量〔位移〕之比来度量4.机械工程与汽车学院定定位位精精度度〔〔Positioning accuracy））：：指指机机器器人人末末端端参参考考点点实实际际到到达达的的位位置置与与所所需要到达的理想位置之间的差距。

需要到达的理想位置之间的差距重重复复性性〔〔Repeatability〕〕或或重重复复精精度度：： 在在相相同同的的位位置置指指令令下下，，机机器器人人连连续续重重复复若若干干次次其其位位置置的的分分散散情情况况它它是是衡衡量一列误差值的密集程度，即重复度量一列误差值的密集程度，即重复度oo5.机械工程与汽车学院工作空间〔工作空间〔Working space）：机器人）：机器人手腕参考点或末端操作器安装点〔不手腕参考点或末端操作器安装点〔不包括末端操作器〕所能到达的所有空包括末端操作器〕所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操作器本身间区域，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域所能到达的区域6.机械工程与汽车学院注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样a〕表示手指〔末端执行器）；〕表示手指〔末端执行器）；（（b〕表示垂直、升降运动；〕表示垂直、升降运动；（（c〕表示水平伸缩运动；〕表示水平伸缩运动；（（d〕表示回转运动；〕表示回转运动；（（e〕表示俯仰运动〕表示俯仰运动2.2 工业机器人的结构工业机器人的结构2.2.1 2.2.1 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图7.机械工程与汽车学院直角坐标式直角坐标式圆柱坐标式圆柱坐标式球坐标式球坐标式8.机械工程与汽车学院关节坐标式关节坐标式（（a〕直接驱动型〕直接驱动型（（b〕平行连杆型〕平行连杆型（（c〕偏置型〕偏置型（（d〕平面型〕平面型9.机械工程与汽车学院12345612345610.机械工程与汽车学院2.2.2 工业机器人手部工业机器人手部(手爪手爪)构造构造机械式夹持器a)　单支点回转型　b)　双支点回转型　c)　平移型　d)　内撑式11.机械工程与汽车学院2.2.2 工业机器人手部工业机器人手部(手爪手爪)构造构造1. 滑槽杠杆式手部滑槽杠杆式手部12.机械工程与汽车学院滑槽杠杆式回转型夹持器1－支架　2－杆　3－圆柱销　4－杠杆13.机械工程与汽车学院•当驱动器推动杆2向上运动时，圆柱销3在两杆4的滑槽中，迫使与支架1相铰接的两手指〔钳爪〕产生夹紧动作和夹紧力。

当杆2向下运动时，手指松开•夹紧力FN和驱动力FP之间的计算公式为14.机械工程与汽车学院楔块杠杆式回转型夹持器1－杠杆　2－弹簧　3－滚子　4－楔块　5－驱动器15.机械工程与汽车学院•当气缸将楔块4向前推进时，楔块上的斜面推动杠杆1，使两个手爪产生夹紧动作和夹紧力当楔块后移时，靠弹簧2的拉力使手指松开装在杠杆上端的滚子3与杆块为滚动接触•夹紧力FN和驱动力FP之间的计算公式为• 16.机械工程与汽车学院　连杆杠杆式回转型夹持器1－杆　2－连杆　3－摆动钳爪　4－调整垫片17.机械工程与汽车学院•当驱动器推动杆1上下移动时，由杆1、连杆2、摆动的钳爪3和夹持器体构成四杆机构，迫使钳爪〔手指〕完成夹紧和松开动作 •夹紧力FN和驱动力FP之间的计算公式为18.机械工程与汽车学院齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器1－扇形齿轮　2－齿条杆　3－电磁式驱动器　4－机座　5、6－连杆　7－钳爪19.机械工程与汽车学院•电磁式驱动器3以驱动力FP推动齿条杆2和两个扇形齿轮1，扇形齿轮带动杆5〔它们联接成一整体），绕O1、O2旋转连杆5、6，钳爪7和夹持器的机座4构成一平行四杆机构，驱动两钳爪平移，夹紧和松开工件。

•夹紧力FN和驱动力FP之间的计算公式为20.机械工程与汽车学院左右旋丝杠平移型夹持器1－电动机　2－丝杠　3－导轨　4－钳爪杆21.机械工程与汽车学院•由电动机1驱动的一对旋向相反的丝杠2提供准确的平移夹紧动作两丝杠协调一致地安装在同一轴上由导轨3保证钳爪杆4的平移运动•夹紧力FN和向丝杠提供的驱动力矩T之间的计算公式为 d0为丝杠螺纹的中径〔mm）；β为螺纹的螺旋角 22.机械工程与汽车学院内撑连杆杠杆式夹持器1－驱动器　2－杆　3－钳爪23.机械工程与汽车学院•其撑紧方向与外夹式相反钳壁　撑紧工件，为使撑紧后能准确地用内孔定位，多采用三个钳爪 •钳爪上撑紧力FN和驱动器1作用在推杆2上推力FP之间的计算公式为24.机械工程与汽车学院气吸式吸盘的结构a)　挤压排气式　b)　真空泵排气式　c)　气流负压式　d)　特殊吸盘　e)　双吸盘式吸头1－压盖　2－密封盖　3－吸盘　4－工件25.机械工程与汽车学院•1、气吸式吸盘•它是在利用轻性橡胶或塑料制成的皮碗中形成的负压来吸住工件的适于吸取大而薄，刚性差的金属和木质板材、纸张、玻璃和弧形壳体零件等根据不同作业情况，可以做成单吸盘、双吸盘、多吸盘或特殊开关的吸盘。

按形成负压的方法有以下几种方式：•1〕挤压排气式吸盘　如图9-47a所示，靠向下挤压力将吸盘3内的空气排出，使其内部形成负压，将工件4吸住靠挡块〔或外力FP作用〕碰撞压盖1的上部，使密封垫2抬起，进入空气，释放工件有结构简单、质量小、成本低的优点，但吸力不大，多用于吸取尺寸不大，薄而轻的物体•2〕气流负压式吸盘　控制阀将来自气泵的压缩空气自喷嘴通往，形成高速射流，将吸盘内腔中的空气带走而形成负压，使吸盘吸住物体如图9-47c所示，若作业现场有压缩空气供应，这种吸盘比较方便，且成本低•3〕真空泵排气式吸盘　利用电磁控制阀将吸盘与真空泵相联，当抽气时，吸盘腔内的空气被抽出，形成负压而吸住物体，见图9-47b反之，控制阀将吸盘与大气相连时，吸盘即失去吸力而松开工件这种吸盘工件可靠，吸力大，但需配备真空泵及其控制系统，费用较高•图9-47d为吸取波纹板的特殊吸盘图9-47e为双吸盘式吸头26.机械工程与汽车学院磁吸式吸盘1－线圈　2－铁心　3－工件　4－内盘体　5－隔磁物　6－外盘面　7－盘体27.机械工程与汽车学院•它可以分成电磁吸盘和永磁吸盘两种，电磁吸盘是用接通和切断电磁线圈中的电流〔直流或交流），产生和消除磁力的方法来吸住和释放铁磁性物体。

其具体结构如图9-48所示线圈1通入电流后，铁心2中产生磁通，磁力线经内盘体4，避开隔磁物5，通过工件3、外盘面6和盘体7，回到铁心2，形成回路由于磁力线通过工件，工件即被吸住外盘面6也是给工件定位用的，可根据工件形状来设计永磁吸盘则是利用永久磁钢的磁力来吸住铁磁性物体的，它是通过移动隔磁物体来改变吸盘中磁力线回路，从而达到吸住和释放物体的目的它具有不需电源，结构简单，安全可靠等优点但同样质量的吸盘，永磁吸盘的吸力不如电磁吸盘大28.机械工程与汽车学院手指类型：手指类型：29.机械工程与汽车学院u电磁式吸盘电磁式吸盘常见的另两种手部常见的另两种手部: :滚滚动动轴轴承承座座圈圈钢钢板板齿齿轮轮多多孔孔钢钢板板30.机械工程与汽车学院u气吸式吸盘气吸式吸盘常见的另两种手部常见的另两种手部: :双吸头吸盘双吸头吸盘多吸头吸盘多吸头吸盘吸取瓦楞板吸取瓦楞板双吸头吸盘双吸头吸盘双吸头架式吸盘双吸头架式吸盘多吸头板式吸盘多吸头板式吸盘31.机械工程与汽车学院其它手部其它手部:32.机械工程与汽车学院2.2.3 2.2.3 工业机器人腕部结构工业机器人腕部结构工业机器人腕部结构工业机器人腕部结构ØØ腕部影响手部的姿态〔方位）腕部影响手部的姿态〔方位）腕部影响手部的姿态〔方位）腕部影响手部的姿态〔方位）33.机械工程与汽车学院手腕的自由度1－手臂　2－机械接口34.机械工程与汽车学院摆动液压马达驱动的手腕1－活塞　2、4－油路　3、7－进、排油孔　5－定片　6－动片35.机械工程与汽车学院•压力油从手腕的右下部经管道3〔两条〕分别由进〔排〕油孔3和7进入〔排出〕液压马达，进入的压力油驱动动片6作正、反方向回转。

当定片5与动片6侧面接触时，即停止回转动片的最大回转角度由其接触位置决定夹持器的夹持动作，则油经油路2进入的压力油驱动单作用液压缸的活塞1来完成腕部回转运动的位置控制可采用机械挡块定位，用位置检测器检测这种结构紧凑、体积小，但最大回转角度小于360°，这种结构只能实现一个腕部自由度36.机械工程与汽车学院两自由度机械传动手腕1、2、3、12、13－轴承　4、5－链轮　6、7－链条　8－手腕壳体　9、11－圆锥齿轮10、14－轴　15－机械接口法兰盘37.机械工程与汽车学院•手腕的驱动电动机安装在大臂关节上，经谐波减速器用两级链传动将运动通过小臂关节传递到手腕轴10上的链轮4、5链传动6将运动经链轮4、轴10和锥齿轮9、11带动轴14〔其上装有机械接口法兰盘15〕作回转运动〔θ1），链传动7将运动经链轮5直接带动手腕壳体8实现上下俯仰摆动〔β）当链传动6和链轮4不动，使链传动7和链轮5单独转运时，由于轴10不动，转运的壳体8将迫使锥齿轮11作行星运动，齿轮11随壳体8作公转〔上下俯仰），同时还绕轴14作一附加的自转运动〔称为“诱导运动”，用θ2表示）或齿轮9、11为正交锥齿轮传动，则θ2＝iβ，i为锥齿轮9、11的传动比。

因而，链传动6、7同时驱动时，手腕的回转运动应是θ＝θ1±θ2，当链轮4的转向与β转向相同时用“－”，相反时用“＋”38.机械工程与汽车学院三自由度机械传动手腕1、2、3、4、5、6、7、11、12、13、14、15－齿轮　8－手爪　9、10、16－壳体39.机械工程与汽车学院•驱动手腕运动的三个电动机安装在手臂后端；减速后经传动轴将运动和力矩传动B、S、T三根轴〔图中未表示），产生手爪回转、手腕偏摆和手腕俯仰三个运动 40.机械工程与汽车学院2.2.4 2.2.4 工业机器人臂部结构工业机器人臂部结构工业机器人臂部结构工业机器人臂部结构臂部确定手部的位置臂部确定手部的位置臂部确定手部的位置臂部确定手部的位置41.机械工程与汽车学院液压驱动圆柱坐标型机器人手臂1－活塞杆　2－液压缸　3－手臂端部　4－手臂支架　5－导轨　6－中间机座　7、9－齿轮　8－挡块　10－行程开关　11－回转液压缸42.机械工程与汽车学院•图9-19所示为一具有手臂伸缩、回转和升降三个运动〔自由度〕的圆柱坐标型•机器人手臂手臂伸缩运动由液压缸2驱动，活塞杆1固定不动，采用燕尾型导轨5导向，刚度大，工作平稳。

手臂回转运动采用摆动液压马达11驱动，摆动液压马达的输出轴上安装有行星齿轮9，固定齿圈〔太阳轮〕7与中间机座6固联，摆动液压马达固定在手臂支架4上当摆动液压马达动片转动时，行星齿轮9绕自身轴线转动〔自转〕的同时，还带动手臂支架一起绕中间机座〔即太阳轮〕回转〔公转） 43.机械工程与汽车学院GMF　M－100型机器人手臂其手臂的升降运动和伸缩运动都是采用双圆柱导轨导向和直流伺服电动机驱动滚珠丝杠来实现直线移动手臂回转运动是由位于机器人底部的回转机座来实现的球坐标型和关节型机器人都配置有实现回转运动的机座 GMF　M－100型机器人手臂44.机械工程与汽车学院PUMA机器人手臂结构a)大臂驱动机构　b)小臂驱动机构1、10－大臂　2、3、5、6、8、9、14、15－齿轮　4、13、16－偏心套　7、11－驱动电动机　12－驱动轴　17－小臂　18－机座45.机械工程与汽车学院•PUMA机器人是直流伺服电动机驱动的六自由度关节型机器人•如图9-21所示，其大臂和小臂是用高强度铝合金材料制成的薄壁框形结构，•其运动都是采用齿轮传动，传动刚性较大驱动大臂的传动机构如图9-21a•所示，大臂1的运动电动机7安置在臂的后端〔兼起重平衡作用），运动经电•动机轴上的小锥齿轮6、大锥齿轮5和一对圆柱齿轮2、3，驱动大臂轴作转动•θ2。

4为偏心套，用来调整齿轮传动间隙46.机械工程与汽车学院　带谐波减速器的机器人手臂关节结构1－臂座　2、11－法兰盘　3、12轴承　4－驱动电动机　5-柔轮　6－从动刚轮　7－波发生器　8－套筒　9－电磁制动器　10－驱动轴　13－手臂壳体47.机械工程与汽车学院•图9-23所示为机器人手臂回转驱动装置的结构，该装置直接安装在臂座1的支承法兰盘2和11上驱动电动机4的输出轴用键与驱动轴10相联；轴10与套筒8用键联接，并一同转动波发生器7与套筒8用法兰盘刚性联接，套筒8通过键与固定在支承法兰盘11上的电磁制动器9相联接不动的柔轮5通过支承法兰盘2固定在臂座上带内齿圈的从动刚轮6与手臂壳体13相固联因此手臂壳体与刚轮一起在轴承3和12上转动这种伺服电动机经谐波减速器减速后驱动的手臂关节结构紧凑，手臂的转角范围较大48.机械工程与汽车学院1. 1. 车轮型车轮型车轮型车轮型2.3 移动机器人移动机器人uu两轮型两轮型两轮型两轮型uu三轮型三轮型三轮型三轮型uu四轮型四轮型四轮型四轮型49.机械工程与汽车学院2. 2. 履带式履带式履带式履带式救救援援机机器器人人50.机械工程与汽车学院3. 步行式步行式51.机械工程与汽车学院4.其它移动方式其它移动方式军军用用昆昆虫虫机机器器人人爬缆索机器人爬缆索机器人水下水下6000米无缆自治机器人米无缆自治机器人蛇形机器人蛇形机器人52.机械工程与汽车学院本章小结：本章小结：Ø关关节节、、连连杆杆、、定定位位精精度度、、重重复复精精度度、、自自由由度度、、刚刚度度和和工作空间工作空间Ø手部结构形式不一定像人手手部结构形式不一定像人手Ø臂臂部部和和腕腕部部共共同同确确定定手手部部〔〔末末端端执执行行器器end-effector〕〕的姿态〔方位）的姿态〔方位）Ø臂部确定手部的位置臂部确定手部的位置53.。