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1、機 器 人 機 械 結 構 內容簡介機 器 人 系 統(tǒng) 組 成相 關 術 語 及 性 能 指 標機 械 手機 器 人 運 動 機 構移 動 機 器 人 機器人系統(tǒng)組成如 圖 所 示 ， 機 器 人 由 機 械 部分 、 傳 感 部 分 、 控 制 部 分 三大 部 分 組 成 。 這 三 大 部 分 可分 成 驅 動 系 統(tǒng) 、 機 械 結 構 系統(tǒng) 、 感 受 系 統(tǒng) 、 機 器 人 一 環(huán)境 交 互 系 統(tǒng) 、 人 機 交 互 系 統(tǒng) 、控 制 系 統(tǒng) 六 個 子 系 統(tǒng) 。 機 器 人 系 統(tǒng) 組 成 驅 動 系 統(tǒng) 要 使 機 器 人 運 行 起 來 ， 需 給 各 個 關 節(jié) 即 每
2、 個運 動 自 由 度 安 置 傳 動 裝 置 ， 這 就 是 驅 動 系 統(tǒng) 感 受 系 統(tǒng) 它 由 內 部 傳 感 器 模 塊 和 外 部 傳 感 器 模 塊 組 成 ,獲 取 內 部 和 外 部 環(huán) 境 狀 態(tài) 中 有 意 義 的 信 息 智 能 傳 感器 的 使 用 提 高 了 機 器 人 的 機 動 性 、 適 應 性 和 智 能 化 的水 準 人 類 的 感 受 系 統(tǒng) 對 感 知 外 部 世 界 信 息 是 極 其 靈巧 的 ， 然 而 ， 對 于 一 些 特 殊 的 信 息 ， 傳 感 器 比 人 類 的感 受 系 統(tǒng) 更 有 效 機 器 人 一 環(huán) 境 交 互 系 統(tǒng) 是 實
3、 現(xiàn) 機 器 人 與 外 部 環(huán) 境 中 的設 備 相 互 聯(lián) 系 和 協(xié) 調 的 系 統(tǒng) 機 器 人 與 外 部 設 備 集 成為 一 個 功 能 單 元 ， 如 加 工 制 造 單 元 、 焊 接 單 元 、 裝 配單 元 等 。 人 一 機 交 互 系 統(tǒng) 是 人 與 機 器 人 進 行 聯(lián) 系 和 參與 機 器 人 控 制 的 裝 置 ： 指 令 給 定 裝 置 和 信 息 顯 示 裝置 機 器 人 系 統(tǒng) 組 成 控 制 系 統(tǒng) 控 制 系 統(tǒng) 的 任 務 是 根 據(jù) 機 器 人 的 作 業(yè) 指 令 程 序 以 及 從 傳感 器 反 饋 回 來 的 信 號 ， 支 配 機 器 人 的
4、 執(zhí) 行 機 構 去 完 成 規(guī) 定 的運 動 和 功 能 如 果 機 器 人 不 具 備 信 息 反 饋 特 征 ， 則 為 開 環(huán) 控制 系 統(tǒng) ； 具 備 信 息 反 饋 特 征 ， 則 為 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 根 據(jù) 控 制原 理 可 分 為 程 序 控 制 系 統(tǒng) ， 適 應 性 控 制 系 統(tǒng) 和 人 工 智 能 控 制系 統(tǒng) 根 據(jù) 控 制 運 動 的 形 式 可 分 為 點 位 控 制 和 連 續(xù) 軌 跡 控 制 。機 器 人 系 統(tǒng) 組 成 相關術語及性能指標關 節(jié) （ Joint） ： 即 運 動 副 ， 允 許 機 器 人 手 臂 各 零 件 之 間 發(fā) 生 相對 運
5、 動 的 機 構 。連 桿 （ Link） ： 機 器 人 手 臂 上 被 相 鄰 兩 關 節(jié) 分 開 的 部 分 。 自 由 度 （ Degree of freedom） ： 或 者 稱 坐 標 軸 數(shù) ， 是 指 描 述物 體 運 動 所 需 要 的 獨 立 坐 標 數(shù) 。 手 指 的 開 、 合 ， 以 及 手 指 關 節(jié) 的自 由 度 一 般 不 包 括 在 內 。剛 度 （ Stiffness） ： 機 身 或 臂 部 在 外 力 作 用 下 抵 抗 變 形 的 能 力 。它 是 用 外 力 和 在 外 力 作 用 方 向 上 的 變 形 量 （ 位 移 ） 之 比 來 度 量 。相
6、關術語及性能指標定 位 精 度 （ Positioning accuracy） ： 指 機 器 人 末 端 參 考 點 實際 到 達 的 位 置 與 所 需 要 到 達 的 理 想 位 置 之 間 的 差 距 。 重 復 性 （ Repeatability） 或 重 復 精 度 ： 在 相 同 的 位 置 指 令 下 ，機 器 人 連 續(xù) 重 復 若 干 次 其 位 置 的 分 散 情 況 。 它 是 衡 量 一 列 誤 差值 的 密 集 程 度 ， 即 重 復 度 。工 作 空 間 （ Working space） ： 機 器 人 手 腕 參 考 點 或 末 端 操 作器 安 裝 點 （ 不
7、 包 括 末 端 操 作 器 ） 所 能 到 達 的 所 有 空 間 區(qū) 域 ， 一般 不 包 括 末 端 操 作 器 本 身 所 能 到 達 的 區(qū) 域 。相關術語及性能指標 機械手機 械 手 的 操 作 動 作機 械 手 的 動 作 形 態(tài) 是 由 三 種 不 同 的 單 動 作 旋 轉 、 回 轉 、伸 縮 組 合 而 成 的 。旋 轉 和 回 轉 是 指 運 動 機 構 產 生 相 對 運 動 。 旋 轉 是 轉 動 部 件 的軸 線 和 轉 動 軸 同 軸 ； 回 轉 是 轉 動 部 件 的 軸 線 與 轉 動 軸 不 同 軸 。伸 縮 是 指 運 動 機 構 產 生 直 線 運 動
8、 。 根 據(jù) 單 元 動 作 組 合 方 式 的 不 同 ，機 械 手 的 動 作 形 態(tài) 一 般 歸 納 為 以 下 四種 坐 標 類 型 ： 直 角 坐 標 型 圓 柱 坐標 型 極 坐 標 型 多 關 節(jié) 型 。 直 角 坐 標 型 機 械 手 可 以 在 三 個 互 相垂 直 的 方 向 上 作 直 線 伸 縮 運 動 ， 這 類機 械 手 各 個 方 向 的 運 動 是 獨 立 的 ， 計算 和 控 制 比 較 方 便 ， 但 占 地 面 積 大 ，限 于 特 定 的 應 用 場 合 。機械手 圓 柱 坐 標 型 機 械 手 有 一 個 圍 繞基 座 軸 的 旋 轉 運 動 和 兩
9、個 在 相互 垂 直 方 向 上 的 直 線 伸 縮 運 動 。它 適 用 于 采 用 油 壓 (或 氣 壓 )驅動 機 構 ， 在 操 作 對 象 位 于 機 器人 四 周 的 情 況 下 ， 操 作 最 為 方便 。極 坐 標 型 機 械 手 的 動 作 形 態(tài) 包括 圍 繞 基 座 軸 的 旋 轉 ， 一 個 回轉 和 一 個 直 線 伸 縮 運 動 ， 其 特點 類 似 于 圓 柱 型 機 械 手 。機械手 多 關 節(jié) 型 機 械 手 最 接 近 于 人 臂 的 構 造 。 它 主 要 由 多 個 回 轉 或旋 轉 關 節(jié) 所 組 成 ， 一 般 都 采 用 電 機 驅 動 機 構 。
10、 運 用 不 同 的 關節(jié) 連 接 方 式 ， 可 以 完 成 各 種 復 雜 的 操 作 。 由 于 具 有 占 地 面 積小 ， 動 作 范 圍 大 ， 空 間 移 動 速 度 快 而 靈 活 等 特 點 ， 多 關 節(jié) 型機 械 手 在 各 種 智 能 機 器 人 中 被 廣 為 采 用 。機 械 手 PUMA一 262機 器 人 機 構機 器 人 運 動 機 構 上 圖 是 PUMA系 列 一 種 較 小 的 機 器 人 PUMA一 262機 器 人 機 構(操 作 機 )的 外 形 直 觀 圖 。 它 有 一 個 立 柱 ， 可 以 垂 直 回 轉 ， 稱作 腰 關 節(jié) ， 也 稱
11、1軸 。 有 大 臂 、 小 臂 ， 它 們 的 回 轉 軸 稱 作 肩關 節(jié) (2軸 )和 肘 關 節(jié) (3軸 )。 這 3個 軸 和 桿 ， 構 成 了 該 機 器 人的 位 置 機 構 (又 稱 主 關 節(jié) 軸 組 )， 即 由 他 們 的 幾 何 參 數(shù)(桿 長 和 偏 距 )和 運 動 參 數(shù) (關 節(jié) 軸 的 轉 角 )決 定 手 腕 (參 考 點 )的 空 間 活 動 范 圍 (工 作 空 間 )。 手 腕 具 有 3個 互 相 垂 直 的 回 轉軸 (4、 5、 6軸 )， 它 們 是 姿 態(tài) 機 構 (又 稱 副 關 節(jié) 軸 組 )， 即 它們 的 轉 角 確 定 著 工 具
12、 (圖 中 未 畫 )的 空 間 姿 態(tài) 。PUMA262型 機 器 人 具 有 六 個 自 由 度 ， 可 以 進 行 復 雜 空 間 曲 面的 弧 焊 作 業(yè) 。機 器 人 運 動 機 構 6個 關 節(jié) 軸 由 6個 獨 立 的 電 機 驅 動 ， 由 圖可 以 看 出 ， 電 機 1通 過 兩 對 齒 輪 傳 動 帶動 立 柱 回 轉 ； 電 機 2通 過 聯(lián) 軸 器 、 一 對圓 錐 齒 輪 和 一 對 圓 柱 齒 輪 帶 動 齒 輪 Z，齒 輪 Z繞 與 立 柱 固 聯(lián) 的 齒 輪 Z轉 動 ， 于 是形 成 了 大 臂 相 對 于 立 柱 的 回 轉 運 動 ； 電機 3通 過 兩
13、 個 聯(lián) 軸 器 和 一 對 圓 錐 齒 輪 、兩 對 圓 柱 齒 輪 驅 動 小 臂 相 對 于 大 臂 回 轉 ；電 機 4先 通 過 一 對 圓 柱 齒 輪 、 兩 個 聯(lián) 軸器 和 另 一 對 圓 柱 齒 輪 驅 動 手 腕 相 對 于 小臂 回 轉 ； 電 機 5通 過 聯(lián) 軸 器 、 一 對 圓 柱齒 輪 、 一 對 圓 錐 齒 輪 驅 動 手 腕 相 對 于 小臂 擺 動 ； 電 機 6通 過 聯(lián) 軸 器 、 兩 對 圓 錐齒 輪 和 一 對 圓 柱 齒 輪 驅 動 機 器 人 的 機 械接 口 相 對 于 手 腕 的 球 殼 回 轉 。機 器 人 運 動 機 構 車 輪 型移動機器人u兩 輪 型u三 輪 型u四 輪 型 履 帶 式 救援機器人移動機器人 步 行 式移動機器人 其 它 移 動 方 式軍用昆蟲機器人 爬 纜 索 機器 人水 下 6000米 無 纜自 治 機 器 人 蛇 形 機 器人移動機器人
機器人機械結構介紹
