《机器人的结构》PPT课件.ppt

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1、1,机械结构,2,2.1 相关术语及性能指标,关节（Joint）：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。,第二章 机器人的结构,3,第二章 机器人的结构,连杆（Link）：机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。,4,自由度（Degree of freedom） ：或者称坐标轴数，是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。,刚度（Stiffness）：机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。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。,5,定位精度（Positioning accuracy）：指机器人末端参考点实际到达的位置与所

2、需要到达的理想位置之间的差距。,重复性（Repeatability）或重复精度： 在相同的位置指令下，机器人连续重复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度，即重复度。,6,工作空间（Working space）：机器人手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。,7,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）； （b）表示垂直、升降运动； （c）表示水平伸缩运动； （d）表示回转运动； （e）表示俯仰运动。,2.2 工业机器人的结构,2.2.1 机构运动简图,8,9,关节坐标式

3、,10,11,2.2.2 工业机器人手部(手爪)结构,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,12,2.2.2 工业机器人手部(手爪)结构,1. 滑槽杠杆式手部,13,滑槽杠杆式回转型夹持器 1支架2杆3圆柱销4杠杆,14,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,15,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,16,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

4、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,17,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,18,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,19,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,20,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

5、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,21,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,22,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）；为螺纹的螺旋角,23,内撑连杆杠杆式夹持器 1驱动器2杆3钳爪,24,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,25,气吸式吸盘的结构 a)挤压排气

6、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,26,1、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

7、。 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。,27,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,28,它可以分成电磁

8、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。,29,手指类型：,30,电磁式吸盘

9、,常见的另两种手部:,31,气吸式吸盘,常见的另两种手部:,32,其它手部:,33,2.2.3 工业机器人腕部结构,腕部影响手部的姿态（方位）,34,手腕的自由度 1手臂2机械接口,35,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,36,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

10、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。,37,两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,38,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（1），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（）。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

11、，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2表示）。或齿轮9、11为正交锥齿轮传动，则2i，i为锥齿轮9、11的传动比。因此，链传动6、7同时驱动时，手腕的回转运动应是12，当链轮4的转向与转向相同时用“”，相反时用“”。,39,三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,40,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。,41,2.2.4 工业机器人臂部结构 臂部确定手部的位置,4

12、2,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,43,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）。,44,GMFM100

13、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。,GMFM100型机器人手臂,45,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,46,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。

14、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 2。4为偏心套，用来调整齿轮传动间隙。,47,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,48,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

15、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。,49,1. 车轮型,2.3 移动机器人,两轮型 三轮型 四轮型,50,2. 履带式,救援机器人,51,3. 步行式,52,4.其它移动方式,军用昆虫机器人,爬缆索机器人,水下6000米无缆自治机器人,蛇形机器人,53,本章小结：,关节、连杆、定位精度、重复精度、自由度、刚度和工作空间,手部结构形式不一定像人手,臂部和腕部共同确定手部（末端执行器end-effector）的姿态（方位）,臂部确定手部的位置,