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1、1 工業(yè)機器人分類 1 基本概念與關(guān)鍵參數(shù) 2 機器人關(guān)鍵功能部件 3 機器人典型傳動結(jié)構(gòu)與元器件 4 工業(yè)機器人 機械本體設(shè)計 機器人典型結(jié)構(gòu) 5 2 機器人機械結(jié)構(gòu)指其機器人機械結(jié)構(gòu)指其 機體結(jié)構(gòu) 和 機械傳動系統(tǒng) ，也是機器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機 構(gòu)。 本章以機器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機構(gòu)。本章以工業(yè) 機器人為主要對象為主要對象介紹機器人主要組成 部分的結(jié)構(gòu)形式和特點 工業(yè)機器人 機械本體設(shè)計 3 2.1工業(yè)機器人分類 按手臂機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式分 直角坐標型 圓柱坐標型 極坐標型 垂直多關(guān)節(jié)型 水平多關(guān)節(jié)型 并聯(lián)機器人 一般工業(yè)機器人為 6個自由度： 前
2、三個稱為手臂機構(gòu)；后三個 稱為手腕機構(gòu) 4 直角坐標機器人 結(jié)構(gòu)特點 在直角坐標空間內(nèi)解耦， 空間軌跡易于求解； 易于實現(xiàn)高定位精度；當 具有相同的工作空間時，本體 所占空間體積較大 這也是大多數(shù)數(shù)控設(shè)備采用這 種結(jié)構(gòu)形式的原因 工業(yè)機器人分類 5 圓柱坐標機器人 結(jié)構(gòu)特點 在圓柱坐標空間內(nèi)解耦； 能夠伸入型腔式空間； 相同工作空間，本體所占 空間體積比直角坐標式要 ?。? 直線驅(qū)動部分密封、防塵 較難 工業(yè)機器人分類 6 結(jié)構(gòu)特點 - 所占空間體積小，機構(gòu)緊湊； - 往往需要將極坐標轉(zhuǎn)化成我們 習慣的直角坐標，軌跡求解較難； - 直線驅(qū)動同樣存在密
3、封、防塵 問題 極坐標機器人 工業(yè)機器人分類 7 垂直多關(guān)節(jié)機器人 結(jié)構(gòu)特點 - 機構(gòu)緊湊，動作靈活，工作空間 大； - 能繞過基座周圍的一些障礙物； - 適合電機驅(qū)動，關(guān)節(jié)密封、防塵 比較容易 相鄰關(guān)節(jié)軸線垂直或水平 工業(yè)機器人分類 8 水平多關(guān)節(jié)機器人（ SCARA ） 結(jié)構(gòu)特點 - 作業(yè)空間與占地面積比很大，使用起來方便； - 沿升降方向剛性好，尤其適合平面裝配作業(yè) SCARA-Selective Compliance Assembly Robot Arm 1978年由日本山梨大學牧野洋教 授首先提出 工業(yè)機器人分類 9 并聯(lián)機器人 模擬器 加工設(shè)備
4、 微動機構(gòu) 工業(yè)機器人分類 10 2.2機器人基本概念與關(guān)鍵參數(shù) 11 機器人基本概念 1. 重復(fù)定位精度 ：往復(fù)運動的物體 ,每次停止的位置與第一次調(diào)定的位置之 間角度或長度的差值。差值越小 ,精度越高。描述方式： 0.08mm 2. 精度 ：觀測結(jié)果、計算值或估計值與真值（或被認為是真值）之間的接 近程度。描述方式： 0.08 mm 3. 分辨率 (Resolution) ：設(shè)備輸出最小位移或角度的能力。 4. 自由度 (Degree of Freedom) ：完全確定一個物體在空間位置所需要的 獨立坐標數(shù)目，叫做這個物體的自由度。 5. 柔性（適應(yīng)性） ： “ 柔性 ”
5、是相對于 “ 剛性 ” 而言的 ,傳統(tǒng)的 “ 剛性 ” 自動化生產(chǎn)線主要實現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點是生產(chǎn)率很高 ,由于 設(shè)備是固定的 ,所以設(shè)備利用率也很高 ,單件產(chǎn)品的成本低。但價格相當昂貴 , 且只能加工一個或幾個相類似的零件 ,難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨 著批量生產(chǎn)時代正逐漸被適應(yīng)市場動態(tài)變化的生產(chǎn)所替換 ,一個制造自動化 系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期 內(nèi) ,生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當重 要的位置。 12 6. 柔性制造系統(tǒng) （ FMS）：柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運儲裝 置和計算機控制系統(tǒng)組成
6、的自動化制造系統(tǒng) ,它包括多個柔性制造單元 ,能 根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進行調(diào)整 ,適用于多品種、中小批量 生產(chǎn)。 ” 7. 剛度 ：剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。零件的剛度 （或稱剛性）常用單位變形所需的力或力矩來表示，剛度的大小取決于零 件的幾何形狀和材料種類（即材料的彈性模量）。 8. 強度 ：強度是指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過容許限度的殘余 變形的能力。也就是說，強度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力） 的重要指標。強度是機械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。 9. 示教再現(xiàn) ：具有記憶再現(xiàn)功能的機器人。操作者預(yù)先進行逐步示教， 機器人記憶有關(guān)作業(yè)程序
7、、位置及其他信息，然后按照再現(xiàn)指令，逐條取 出解讀，在一定精度范圍內(nèi)重復(fù)被示教的程序，完成工作任務(wù)。 機器人基本概念 13 機器人關(guān)鍵參數(shù) 自由度數(shù) 衡量機器人適應(yīng)性和靈活性的重要指標，一般等于機器人 的關(guān)節(jié)數(shù)。機器人所需要的自由度數(shù)決定與其作業(yè)任務(wù)。 負載能力 機器人在滿足其它性能要求的前提下，能夠承載的負荷 重量。 運動范圍 機器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達到的最大距離。它是機器 人關(guān)節(jié)長度和其構(gòu)型的函數(shù)。 精度 指機器人到達指定點的精確程度。與機器人驅(qū)動器的分辨率 及反饋裝置有關(guān)。 14 機器人關(guān)鍵參數(shù) 重復(fù)定位精度指機器人重復(fù)到達同樣位置的精確程度。它 不僅與機
8、器人驅(qū)動器的分辨率及反饋裝置有關(guān)，還與傳動機 構(gòu)的精度及機器人的動態(tài)性能有關(guān)。 控制模式引導(dǎo)或點到點示教模式；連續(xù)軌跡示教模式；軟 件編程模式；自主模式。 運動速度單關(guān)節(jié)速度；合成速度 電源與電源容量 動態(tài)特性 穩(wěn)定、柔順 材料 15 2.3 機器人關(guān)鍵功能部件 電機 減速器 16 步進電機 ：混合式兩相、五相 伺服電機 ：直流伺服（干擾小、供電限制 -電池）： 有刷無刷 交流伺服電機 （大慣量，功率范圍大） 一、 控制精度不同 兩相混合式步進電機步距角一般為 3.6 、 1.8 ; 交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。 二、 低頻特性不
9、同 步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。 交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。 三、 矩頻特性不同 步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降 電機 17 四、 過載能力不同 步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能 力。 五、 運行性能不同 步進電機的控制為開環(huán)控制，易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。交流伺 服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，控制性能更 為可靠。 六、 速度響應(yīng)性能不同 步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要 200 400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其 額定轉(zhuǎn)速 3000RPM僅需幾毫秒。 電機
10、18 步進電機 是一種將數(shù)字式脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械位移（角位移或線位 移）的機電執(zhí)行元件。它的機械位移與輸入的數(shù)字脈沖數(shù)有著嚴格 的對應(yīng)關(guān)系，即一個脈沖信號可使步進電機前進一步，所以稱為步 進電動機。 1. 有較高的定位精度，無位置累積誤差； 2. 開環(huán)運行，成本低，可靠性較高。 3. 低速運行時振動大、噪聲大 伺服就是一個提供閉環(huán)反饋信號來控制位置和轉(zhuǎn)速。 伺服電機 是一個位置的半閉環(huán)控制。所以伺服電機不會出現(xiàn)丟步現(xiàn) 象，每一個指令脈沖都可以得到可靠響應(yīng)。 電機 19 三相異步電動機： 220V 單相交流電動機： 220V 直流電動機： 24V 調(diào)速：變頻器 調(diào)速器 電機
11、 20 舵機主要是由 外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器 所構(gòu)成。其 工作原理是由接收機發(fā)出訊號給舵機，經(jīng)由電路板上的 IC判斷轉(zhuǎn)動方向， 再驅(qū)動無核心馬達開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置 檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達定位。 電壓影響 電池 舵機 21 把電能直接轉(zhuǎn)化為直線機械運動能量的裝置。 電機是一種執(zhí)行裝置，是執(zhí)行器的一種。 直線電機 22 DD直驅(qū)電機 直驅(qū)電機 ,直接驅(qū)動式電機的簡稱 .主要指電機在驅(qū)動負載時 ,不需經(jīng)過傳動 裝置 (如傳動皮帶等 ). 直驅(qū)電機的主要好處主要是避免使用了傳動皮帶等 傳動設(shè)備 ,而這些傳動部件恰恰是系統(tǒng)中故
12、障率較高的部件 .所以使用直驅(qū) 電機的系統(tǒng) ,從技術(shù)上講 ,應(yīng)具有更低的故障率 超聲電機 超聲電機采用壓電陶瓷材料實現(xiàn)電能到機械能的轉(zhuǎn)換，功率密度更高，比 電磁型力矩電機具有更大的轉(zhuǎn)矩重量比。在相同輸出轉(zhuǎn)矩下，一般質(zhì)量僅 為電磁型力矩電機的三分之一。此外，由于超聲電機采用摩擦傳動，其機 械常數(shù)比電磁型力矩電機高一個數(shù)量級，響應(yīng)更快。 直驅(qū)電機 23 選取電機注意參數(shù)及事項 外形 功率 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)動慣量 軸端 電流 安裝方式 制動 重量 進口與國產(chǎn) 裝配注意 電機選取注意事項 24 減速器 蝸輪蝸桿減速器 行星減速器
13、諧波減速器 擺線針輪減速機（機器人用） RV減速機 25 蝸輪蝸桿減速器 發(fā)熱磨損 ---潤滑減速比：蝸輪齒數(shù) /蝸桿頭數(shù) 蝸桿頭數(shù)越多，傳動效率越高，但加工會更加困難。若要求自鎖，應(yīng)選擇單頭 26 行星減速器 當太陽輪旋轉(zhuǎn)時，帶動行星齒輪旋轉(zhuǎn)，由于齒圈 被固定，所以行星齒輪除作自轉(zhuǎn)外，還將繞中心 旋轉(zhuǎn)軸線作行星運動 -低速公轉(zhuǎn)運動，通過行星 輪軸，將行星齒輪的低速公轉(zhuǎn)運動傳至輸出軸， 這樣便完成了減速運動。 減速比 =內(nèi)齒環(huán)齒數(shù) /太陽齒齒數(shù) + 1 27 諧波減速器 構(gòu)成 - 由諧波發(fā)生器（橢圓形凸輪及薄壁軸承）、柔輪（在柔性材料上切制 齒形）以及與它們嚙合的鋼輪
14、構(gòu)成的傳動機構(gòu) 28 三個基本構(gòu)件組成（減速原理可認為同類于行星減速） （ 1）帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當于行星系中的中心輪； （ 2）帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當于行星齒輪； （ 3）波發(fā)生器 H，它相當于行星架。 作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。 i=-z1/(z2-z1) 諧波減速器 29 原理 - 柔輪的齒數(shù)比鋼輪的齒數(shù)少兩個齒。隨著諧波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動，柔輪與 鋼輪的齒依次嚙合，從轉(zhuǎn)過相同齒數(shù)的中心角來說，柔輪比鋼輪大，于 是柔輪相對于鋼輪沿著諧波發(fā)生器的反方向作微小的轉(zhuǎn)動。例如，齒數(shù) 為 100的鋼輪與齒數(shù)為 98的柔輪
15、組合，每一周會產(chǎn)生 2/100的轉(zhuǎn)動差，從 而得到大的減速比。 諧波減速器 30 特點 - 結(jié)構(gòu)緊湊，能實現(xiàn)同軸輸出 - 減速比大 - 同時嚙合齒數(shù)多（ 30%+），承載能力大 - 回差?。?<3） ,傳動精度高 - 運動平穩(wěn)，傳動效率較高（ 70%） 缺點 - 扭轉(zhuǎn)剛度不足 - 諧波發(fā)生器自身轉(zhuǎn)動慣量大 諧波減速器 31 品牌 - 國外，日本 Harmonic Drive(HD)、德國 Harmonic Drive Polymer GmbH - 國內(nèi)，北京諧波研究所、中技克美、眾合天成 諧波減速器 32 諧波減速器典型結(jié)構(gòu) 1、六節(jié)左支架 2、深溝球軸承
16、 1 3、右壓蓋 4、波發(fā)生器軸及鍵 5、五節(jié)支撐 6、步進電機 7、五節(jié)右支架 8、右有機玱璃罩 9、齒型帶傳動組 10、深溝球軸承 2 11、隔套 1 12、隔套 2 13、諧波減速器 14、深溝球軸承 3 15、六節(jié)右支架 16、深溝球軸承 4 17、左壓蓋 18、六節(jié)有機玱璃罩 19、五節(jié)左支架 33 擺線針輪減速機（機器人用） 結(jié)構(gòu) - 行星擺線針輪減速機全部傳動裝置 可分為三部分： 輸入 部分、 減速 部 分、 輸出 部分。 - 在輸入軸上裝有一個錯位 180 的 雙偏心套，在偏心套上裝有兩個滾柱 軸承，形成 H機構(gòu)，兩個擺線輪的中 心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承
17、的滾道， 并由擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列 的針齒輪相嚙合，以組成少齒差內(nèi)嚙 合減速機構(gòu)，（為了減少摩擦，在速 比小的減速機中，針齒上帶有針齒 套）。 34 減速原理 - 當輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動一周時，由于 擺線輪上齒廓曲線的特點及其受針齒輪上 針齒限制之故，擺線輪的運動成為即有公 轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平面運動，在輸入軸正轉(zhuǎn)一 周時，偏心套亦轉(zhuǎn)動一周，擺線輪于相反 方向上轉(zhuǎn)過一個齒差從而得到減速，再借 助 W輸出機構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)運動 通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低 的輸出轉(zhuǎn)速。 擺線針輪減速機（機器人用） 35 輸入軸轉(zhuǎn)動一周，擺線輪移動了 1個齒，擺線輪的齒數(shù)就是速比 擺線針
18、輪減速機（機器人用） 36 特點 - 結(jié)構(gòu)緊湊，能實現(xiàn)同軸輸出 - 減速比大 - 高剛度，負載能力大 - 回差?。?<1） ,傳動精度高 - 運動平穩(wěn)，傳動效率較高（ 70%） - 可靠性高，壽命長 擺線針輪減速機（機器人用） 37 品牌 - 國外，日本住友 FINE CYCLO-C、 D系列、斯洛伐克 SPINEA公司 TwinSpin系列 - 國內(nèi)，暫無 擺線針輪減速機（機器人用） 38 RV減速機 結(jié)構(gòu) - 由一級行星輪系再串聯(lián)一級擺線針輪減速器組合而成的 39 特點 - 相比擺線針輪減速機，結(jié)構(gòu)上更緊湊 - 相比擺線針輪減速機，減速比更大 - 高
19、剛度，負載能力大 - 回差?。?<1） ,傳動精度高 - 運動平穩(wěn)，傳動效率較高（ 85%） - 可靠性高，壽命長 與諧波傳動相比，除了具有相同的速比大、同軸線傳動、 結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等待點外，最顯著的特點是剛性好，傳 動剛度較諧波傳動要大 2 6倍，但重量卻增加了 1 3倍。 高剛度作用，可以大大提高整機的固有頻率，降低振動； 在頻繁加、減速的運動過程中可以提高響應(yīng)速度并降低能 量消耗。 RV減速機目前是工業(yè)機器人上應(yīng)用的主流減速機類型，其次是諧波減速機！ RV減速機 40 品牌 - 國外，日本帝人制機（ Nabtesco前身） VIGO DRIVE中的 RV-C、 RV
20、-E系列減速機、日本住友 FINE CYCLO-T系列、韓國 SEJINiGB 中的 XQ、 QH系列 - 國內(nèi)，浙江恒豐泰 CORT復(fù)式滾動活齒減速機 RV減速機 41 RV減速器典型結(jié)構(gòu) 1、三節(jié)支架 2、鍵 3、 RV減速器 4、機器人大臂 5、 RV減速器輸出 軸 6、伺服電機 7、三節(jié)電機罩 8、光電開關(guān) 9、光電開關(guān)動片 10、大臂過線罩 11、三節(jié)側(cè)罩 12、三節(jié)上蓋 42 選取減速器注意參數(shù)及事項： 外形 潤滑 效率 與電機連接方式 承受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量 減速比 安裝方式 重量 進口與國產(chǎn) 減速器 43 2.4機器人典
21、型傳動結(jié)構(gòu)與元器件 44 典型元器件 彈性聯(lián)軸器 交叉滾柱導(dǎo)軌支撐型直線導(dǎo)軌（直線 軸承） 直線導(dǎo)軌（滑塊） 滾珠絲杠 滑動軸承 45 滾珠絲杠、同步帶 絲杠的應(yīng)用是將旋轉(zhuǎn)運動通過絲母轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動。帶傳動的 應(yīng)用是傳遞旋轉(zhuǎn)運動，改變旋向，改變速比。 絲杠傳動，鋼性較好，可以傳遞較大扭力，位置準確，頻繁換 向時容易產(chǎn)生沖擊振動。 帶傳動，傳動平穩(wěn)，消除振動，重負荷時容易丟轉(zhuǎn)。 絲杠導(dǎo)軌精度等級： C普通級 P 精密級預(yù)壓 導(dǎo)程 絲杠選取 與計算 裝配注意事項 花鍵絲杠（回轉(zhuǎn) +直線） 張緊 46 螺旋傳動、同步齒形帶、鏈條傳動、齒輪傳動、 齒輪齒條
22、 連桿機構(gòu) ---六足爬蟲等仿生機器人、助力機械手 行程倍增機構(gòu) 鋼帶（鋼繩） 間歇機構(gòu) 張緊 典型機械傳動類型 47 滾動螺旋傳動 結(jié)構(gòu) - 滾動螺旋傳動是在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間放入適當?shù)臐L珠，使其 由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的一種螺旋傳動。 - 滾珠在工作過程中順螺旋槽 (滾道 )滾動，故必須設(shè)置滾珠的返回通道， 才能循環(huán)使用。為了消除回差 (空回 )，螺母分成兩段，以墊片、雙螺母或 齒差調(diào)整兩段螺母的相對軸向位置，從而消除間隙和施加預(yù)緊力，使回差 為零。 1一齒輪； 2一返回裝置； 3一鍵； 4一滾珠； 5一絲杠； 6一螺母； 7支座 48 特點
23、 - 摩擦小、效率高。一般情況下，傳動的效率在 90以上。 - 動、靜摩擦系數(shù)相差極小，傳動平穩(wěn)，靈敏度高。 - 磨損小、壽命長。 - 可以通過預(yù)緊消除軸向間隙，提高軸向剛度。 缺點 - 大大加大了 2、 3關(guān)節(jié)軌跡算法的復(fù)雜性 - 不能自鎖 - 密封、防塵困難 滾動螺旋傳動 49 齒輪傳動 - 間隙調(diào)整較困難，因為有齒側(cè)間隙，所以有較大的回差。 - 一般不會單獨使用，常用于其他減速傳動的前一級傳動 - 高速 時，噪聲較大，盡量采用弧形齒和磨齒 同步帶傳動 - 需要張緊或調(diào)整機構(gòu)，否則會有較大的回差 - 一般也不會單獨使用，常用于其他減速傳動的前一級傳動 - 負
24、載能力不能太大 - 噪聲較小，無需潤滑 其他傳動 50 滾動絲杠特點： 摩擦小、效率高。一般情況下，傳動的效率在 90以上 動、靜摩擦系數(shù)相差極小，傳動平穩(wěn)，靈敏度高 磨損小、壽命長 可以通過預(yù)緊消除軸向間隙，提高軸向剛度。 滾動絲杠傳動不能自鎖，必須有防止逆轉(zhuǎn)的制動或自鎖機構(gòu)才能安全地 用于有自重下降的場合。最怕落入灰塵、鐵屑、砂粒。通常，螺母兩端必 須密封，絲杠的外露部分視情況加以密封。 對于齒輪傳動、齒輪齒條傳動，須注意消除間隙，否則達不到應(yīng)有的轉(zhuǎn) 角精度要求。對于鏈傳動、齒形帶傳動、鋼帶傳動和鋼絲繩傳動，須考慮 張緊問題，否則會產(chǎn)生很大的回差。 傳動特點與事
25、項 51 原則 ： 極少的傳動環(huán)節(jié)； 結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕； 傳動剛度大，即承受扭矩時角度變形要小，以提高整機的固有頻率， 降低整機的低頻振動； 回差小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時空行程要小，以得到較高的位置控制精度； 壽命長、價格低。 各類機器人幾乎使用了目前出現(xiàn)的絕大多數(shù)傳動機構(gòu)，其中最常用的為 諧波傳動、 RV擺線針輪行星傳動和滾動螺旋傳動。此外選取需注意：精 度、剛度、負載、成本、應(yīng)用場合等。 機器人傳動選取原則 52 機器人常用傳動比較 53 機器人常用傳動比較 54 2.5 機器人典型結(jié)構(gòu) 55 6-DOF串聯(lián)機器人執(zhí)行機構(gòu)組成 底座 腰關(guān)
26、節(jié) 轉(zhuǎn)座 肩關(guān)節(jié) 大臂 肘關(guān)節(jié) 小臂 腕部 末端執(zhí)行器（手爪） 平衡裝置 典型結(jié)構(gòu)組成 56 典型結(jié)構(gòu)組成 6-DOF串聯(lián)機器人執(zhí)行機構(gòu)組成 底座 腰關(guān)節(jié) 轉(zhuǎn)座 肩關(guān)節(jié) 大臂 肘關(guān)節(jié) 小臂 腕部 末端執(zhí)行器（手爪） 平衡裝置 57 底座關(guān)節(jié) 58 底座 59 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 腰關(guān)節(jié) 腰關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，既承受很大的軸向力、徑向力，又承受傾覆 力矩，且應(yīng)具有較高的運動精度和剛度 腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的 RV 減速機傳動。為方便走線，常采用中空型 RV 減速比？ 60 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 肩、肘關(guān)節(jié) 肩、肘關(guān)節(jié)承受很大扭矩（肩關(guān)節(jié)同時承受來自平衡
27、裝置的彎矩） 且應(yīng)具有較高的運動精度和剛度；多采用高剛性的 RV減速機傳動。 61 手腕 匯交型 偏交型 中空偏交型 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 只要在其姿態(tài)能力范圍 內(nèi)，任一給定姿態(tài)，三 種結(jié)構(gòu)方式都能實現(xiàn) 62 中空偏交型手腕 主要應(yīng)用在噴涂行業(yè) 減少噴涂系統(tǒng)中空壓機到 機器人之間的輔助壓縮空 氣管道 杜絕噴槍軟管和噴涂對象 之間干涉 減少附著在軟管上的涂料 的滴落 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 63 偏交型手腕 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 64 匯交型手腕 應(yīng)用最為廣泛 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 65 為什么一般情況下將減速機配置在關(guān)節(jié)傳動鏈的最末端？ 減小細長軸（或套管）及有關(guān)傳動齒輪的
28、傳遞扭矩 ; 有利于減小輸出軸轉(zhuǎn)角誤差 (末端減速機對前端傳動鏈的 轉(zhuǎn)角誤差有均化作用 ) 轉(zhuǎn)角誤差的來源？ 1、細長軸扭轉(zhuǎn)角 2、齒輪齒側(cè)間隙造成的回差 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 66 電機配置位置 對小負載機器人， 5、 6關(guān)節(jié)電機一般配置在小臂內(nèi)部， 5、 6關(guān)節(jié)傳動鏈 之間有交叉耦合 ; 對大負載機器人， 4、 5、 6關(guān)節(jié)電機一般配置在肘關(guān)節(jié) 附近， 4、 5、 6關(guān)節(jié)傳動鏈之間有交叉耦合 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 67 誘導(dǎo)運動 把某一桿件因另一桿件的被驅(qū) 動而引起的運動，稱作誘導(dǎo)運動。 實質(zhì)是因為傳動鏈的交叉耦合 在進行機器人運動學計算時， 必須考慮誘導(dǎo)運動。 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu)
29、 68 平衡機構(gòu) 為什么大負載串聯(lián)機器人需要平衡機構(gòu)？ 串聯(lián)機器人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)在正常工作角度范圍內(nèi)運動 時，由于重力的作用，電機所受負載力矩往往偏向正值（或負 值）一側(cè)，另一側(cè)的負載能力沒有起到作用。如果給大臂、小 臂加上平衡機構(gòu)，相當于將電機所受負載力矩進行了數(shù)值上的 平移，充分利用電機另一側(cè)的負載能力。平衡機構(gòu)的配置同時 也減小了電機的選用型號，節(jié)約了成本。 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 69 小臂平衡機構(gòu) 一般選用配重來平衡 配重平衡的一個缺點是增大了關(guān) 節(jié)轉(zhuǎn)動慣量 關(guān)節(jié)傳動機構(gòu) 70 大臂平衡機構(gòu) 一般選用彈簧、氣壓或液壓來平衡 彈簧平衡不會增加關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動慣量 關(guān)節(jié)傳
30、動機構(gòu) 71 手部也叫做末端執(zhí)行器，它是裝在機器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的 部件，機器人手部的特點 (1) 手部與手腕 相連處可拆卸 。手部與手腕有機械接口，也可能有電、氣、 液接頭，可以方便地拆卸和更換手部 (2) 手部是機器人 末端執(zhí)行器 。它可以像人手那樣具有手指，也可以是進行 專業(yè)作業(yè)的工具，比如噴漆槍、焊接工具等 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） (3) 手部的 通用性比較差 。機器人手部通 常是專用的裝置，例如，一種手爪往往只 能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等 方面相近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一 種作業(yè)任務(wù) (4) 手部是一個 獨立的部件 ，是完成作業(yè) 好壞以及作業(yè)柔
31、性好壞的關(guān)鍵部件之一 具有復(fù)雜感知能力的智能化手爪的出現(xiàn) 工業(yè)機器人作業(yè)的靈活性和可靠性 72 手部的典型結(jié)構(gòu) 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 1、夾鉗式夾鉗式夾持機構(gòu)夾持機構(gòu) 手指：兩指、多指； 手指：兩指、多指； 平面、平面、 V形 傳動機構(gòu)：回轉(zhuǎn)、平移傳動機構(gòu)：回轉(zhuǎn)、 平移 驅(qū)動裝置：氣動、液動、驅(qū)動裝置：氣動、 液動、電動、電磁電動、電磁支架 73 滑槽杠桿式手部 齒輪齒條式手部 斜楔杠 桿式 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 74 滑塊杠桿式手部 移動型連桿式手部 齒輪齒條式手部 內(nèi)漲斜塊式手部 連桿杠桿式手部 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 75 3、彈簧式彈
32、簧式夾持機構(gòu) 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 2、拖持式拖持式夾持機構(gòu)： 夾持機構(gòu)： 適于抓取適于抓取重量大重 量大的工件 76 4、 吸附式吸附式抓取機構(gòu)： 真空式真空式 負壓式負壓式 磁吸式吸盤磁吸式 氣流負壓 擠氣負壓 電磁吸盤結(jié)構(gòu) 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 77 滾 動 軸 承 座 圈 鋼 板 齒 輪 多 孔 鋼 板 雙吸頭吸盤 多吸頭吸盤 吸取瓦楞板 雙吸頭吸盤 雙吸頭架式吸盤 多吸頭板式吸盤 電 磁式吸盤 氣吸式吸盤 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 78 5、柔性手 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 79 6、靈巧手 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 80 THANK YOU
w結(jié)構(gòu)設(shè)計-第二章機器人機械系統(tǒng).ppt
