第二章機器人的結(jié)構(gòu)ppt課件

1、機械工程與汽車學(xué)院機械結(jié)構(gòu)機械工程與汽車學(xué)院關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)Joint）：即運動副，允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相）：即運動副，允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動的機構(gòu)。對運動的機構(gòu)。機械工程與汽車學(xué)院連桿連桿Link）：機器人手臂上）：機器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。機械工程與汽車學(xué)院自由度自由度Degree of freedom） ：或者稱坐標(biāo)軸數(shù)，是指描述物：或者稱坐標(biāo)軸數(shù)，是指描述物體運動所需要的獨立坐標(biāo)數(shù)。手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自體運動所需要的獨立坐標(biāo)數(shù)。手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。由度一般不包括在內(nèi)。剛度剛度Stiffness）：機

2、身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力。）：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。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。機械工程與汽車學(xué)院定位精度定位精度Positioning accuracy）：指）：指機器人末端參考點實際到達(dá)的位置與所機器人末端參考點實際到達(dá)的位置與所需要到達(dá)的理想位置之間的差距。需要到達(dá)的理想位置之間的差距。重復(fù)性重復(fù)性Repeatability或重復(fù)精度：或重復(fù)精度： 在相同的位置指令下，機器人連續(xù)重在相同的位置指令下，機器人連續(xù)重復(fù)若干次其位置的分散情況。它是衡復(fù)若干次其位置的分散情況。它是衡量一列誤差值

3、的密集程度，即重復(fù)度。量一列誤差值的密集程度，即重復(fù)度。oo機械工程與汽車學(xué)院工作空間工作空間Working space）：機器人）：機器人手腕參考點或末端操作器安裝點不手腕參考點或末端操作器安裝點不包括末端操作器所能到達(dá)的所有空包括末端操作器所能到達(dá)的所有空間區(qū)域，一般不包括末端操作器本身間區(qū)域，一般不包括末端操作器本身所能到達(dá)的區(qū)域。所能到達(dá)的區(qū)域。機械工程與汽車學(xué)院注意：不同的書上，運動簡圖的符號表示可能不一樣。注意：不同的書上，運動簡圖的符號表示可能不一樣。（a表示手指末端執(zhí)行器）；表示手指末端執(zhí)行器）；（b表示垂直、升降運動；表示垂直、升降運動；（c表示水平伸縮運動；表示水平伸縮運動

4、；（d表示回轉(zhuǎn)運動；表示回轉(zhuǎn)運動；（e表示俯仰運動。表示俯仰運動。2.2 工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)機械工程與汽車學(xué)院直角坐標(biāo)式直角坐標(biāo)式圓柱坐標(biāo)式圓柱坐標(biāo)式球坐標(biāo)式球坐標(biāo)式機械工程與汽車學(xué)院關(guān)節(jié)坐標(biāo)式關(guān)節(jié)坐標(biāo)式（a直接驅(qū)動型直接驅(qū)動型（b平行連桿型平行連桿型（c偏置型偏置型（d平面型平面型機械工程與汽車學(xué)院123456123456機械工程與汽車學(xué)院機械式夾持器a)單支點回轉(zhuǎn)型b)雙支點回轉(zhuǎn)型c)平移型d)內(nèi)撐式機械工程與汽車學(xué)院1. 滑槽杠桿式手部滑槽杠桿式手部機械工程與汽車學(xué)院滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器1支架2桿3圓柱銷4杠桿機械工程與汽車學(xué)院 當(dāng)驅(qū)動器推動桿2向上運動時，圓柱銷3在兩桿

5、4的滑槽中，迫使與支架1相鉸接的兩手指鉗爪產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力。當(dāng)桿2向下運動時，手指松開。 夾緊力FN和驅(qū)動力FP之間的計算公式為2cos2baFFPN機械工程與汽車學(xué)院楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器1杠桿2彈簧3滾子4楔塊5驅(qū)動器機械工程與汽車學(xué)院 當(dāng)氣缸將楔塊4向前推進時，楔塊上的斜面推動杠桿1，使兩個手爪產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力。當(dāng)楔塊后移時，靠彈簧2的拉力使手指松開。裝在杠桿上端的滾子3與桿塊為滾動接觸。 夾緊力FN和驅(qū)動力FP之間的計算公式為 sin2bcFFPN機械工程與汽車學(xué)院連桿杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器1桿2連桿3擺動鉗爪4調(diào)整墊片機械工程與汽車學(xué)院 當(dāng)驅(qū)動器推動桿1上下移動時，由桿1、連桿2

6、、擺動的鉗爪3和夾持器體構(gòu)成四桿機構(gòu)，迫使鉗爪手指完成夾緊和松開動作。 夾緊力FN和驅(qū)動力FP之間的計算公式為bcFFPNtan2機械工程與汽車學(xué)院齒輪齒條平行連桿式平移型夾持器1扇形齒輪2齒條桿3電磁式驅(qū)動器4機座5、6連桿7鉗爪機械工程與汽車學(xué)院 電磁式驅(qū)動器3以驅(qū)動力FP推動齒條桿2和兩個扇形齒輪1，扇形齒輪帶動桿5它們聯(lián)接成一整體），繞O1、O2旋轉(zhuǎn)。連桿5、6，鉗爪7和夾持器的機座4構(gòu)成一平行四桿機構(gòu)，驅(qū)動兩鉗爪平移，夾緊和松開工件。 夾緊力FN和驅(qū)動力FP之間的計算公式為lRFFPNcos2機械工程與汽車學(xué)院左右旋絲杠平移型夾持器1電動機2絲杠3導(dǎo)軌4鉗爪桿機械工程與汽車學(xué)院 由電

7、動機1驅(qū)動的一對旋向相反的絲杠2提供準(zhǔn)確的平移夾緊動作。兩絲杠協(xié)調(diào)一致地安裝在同一軸上。由導(dǎo)軌3保證鉗爪桿4的平移運動。 夾緊力FN和向絲杠提供的驅(qū)動力矩T之間的計算公式為 tan0dTFNd0為絲杠螺紋的中徑mm）；為螺紋的螺旋角 機械工程與汽車學(xué)院內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器1驅(qū)動器2桿3鉗爪機械工程與汽車學(xué)院 其撐緊方向與外夾式相反。鉗壁撐緊工件，為使撐緊后能準(zhǔn)確地用內(nèi)孔定位，多采用三個鉗爪 鉗爪上撐緊力FN和驅(qū)動器1作用在推桿2上推力FP之間的計算公式為tan3bcFFPN機械工程與汽車學(xué)院氣吸式吸盤的結(jié)構(gòu)a)擠壓排氣式b)真空泵排氣式c)氣流負(fù)壓式d)特殊吸盤e)雙吸盤式吸頭1壓蓋2密封蓋3

8、吸盤4工件機械工程與汽車學(xué)院1、氣吸式吸盤它是在利用輕性橡膠或塑料制成的皮碗中形成的負(fù)壓來吸住工件的。適于吸取大而薄，剛性差的金屬和木質(zhì)板材、紙張、玻璃和弧形殼體零件等。根據(jù)不同作業(yè)情況，可以做成單吸盤、雙吸盤、多吸盤或特殊開關(guān)的吸盤。按形成負(fù)壓的方法有以下幾種方式：1擠壓排氣式吸盤如圖9-47a所示，靠向下擠壓力將吸盤3內(nèi)的空氣排出，使其內(nèi)部形成負(fù)壓，將工件4吸住?？繐鯄K或外力FP作用碰撞壓蓋1的上部，使密封墊2抬起，進入空氣，釋放工件。有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低的優(yōu)點，但吸力不大，多用于吸取尺寸不大，薄而輕的物體。2氣流負(fù)壓式吸盤控制閥將來自氣泵的壓縮空氣自噴嘴通往，形成高速射流，將吸盤內(nèi)

9、腔中的空氣帶走而形成負(fù)壓，使吸盤吸住物體。如圖9-47c所示，若作業(yè)現(xiàn)場有壓縮空氣供應(yīng)，這種吸盤比較方便，且成本低。3真空泵排氣式吸盤利用電磁控制閥將吸盤與真空泵相聯(lián)，當(dāng)抽氣時，吸盤腔內(nèi)的空氣被抽出，形成負(fù)壓而吸住物體，見圖9-47b。反之，控制閥將吸盤與大氣相連時，吸盤即失去吸力而松開工件。這種吸盤工件可靠，吸力大，但需配備真空泵及其控制系統(tǒng)，費用較高。圖9-47d為吸取波紋板的特殊吸盤。圖9-47e為雙吸盤式吸頭。機械工程與汽車學(xué)院磁吸式吸盤1線圈2鐵心3工件4內(nèi)盤體5隔磁物6外盤面7盤體機械工程與汽車學(xué)院 它可以分成電磁吸盤和永磁吸盤兩種，電磁吸盤是用接通和切斷電磁線圈中的電流直流或交流

10、），產(chǎn)生和消除磁力的方法來吸住和釋放鐵磁性物體。其具體結(jié)構(gòu)如圖9-48所示。線圈1通入電流后，鐵心2中產(chǎn)生磁通，磁力線經(jīng)內(nèi)盤體4，避開隔磁物5，通過工件3、外盤面6和盤體7，回到鐵心2，形成回路。由于磁力線通過工件，工件即被吸住。外盤面6也是給工件定位用的，可根據(jù)工件形狀來設(shè)計。永磁吸盤則是利用永久磁鋼的磁力來吸住鐵磁性物體的，它是通過移動隔磁物體來改變吸盤中磁力線回路，從而達(dá)到吸住和釋放物體的目的。它具有不需電源，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠等優(yōu)點。但同樣質(zhì)量的吸盤，永磁吸盤的吸力不如電磁吸盤大。機械工程與汽車學(xué)院手指類型：手指類型：機械工程與汽車學(xué)院u電磁式吸盤電磁式吸盤常見的另兩種手部常見的另兩種

11、手部: :滾滾動動軸軸承承座座圈圈鋼鋼板板齒齒輪輪多多孔孔鋼鋼板板機械工程與汽車學(xué)院u氣吸式吸盤氣吸式吸盤常見的另兩種手部常見的另兩種手部: :雙吸頭吸盤雙吸頭吸盤多吸頭吸盤多吸頭吸盤吸取瓦楞板吸取瓦楞板雙吸頭吸盤雙吸頭吸盤雙吸頭架式吸盤雙吸頭架式吸盤多吸頭板式吸盤多吸頭板式吸盤機械工程與汽車學(xué)院其它手部其它手部:機械工程與汽車學(xué)院機械工程與汽車學(xué)院手腕的自由度1手臂2機械接口機械工程與汽車學(xué)院擺動液壓馬達(dá)驅(qū)動的手腕1活塞2、4油路3、7進、排油孔5定片6動片機械工程與汽車學(xué)院 壓力油從手腕的右下部經(jīng)管道3兩條分別由進排油孔3和7進入排出液壓馬達(dá)，進入的壓力油驅(qū)動動片6作正、反方向回轉(zhuǎn)。當(dāng)定片

12、5與動片6側(cè)面接觸時，即停止回轉(zhuǎn)。動片的最大回轉(zhuǎn)角度由其接觸位置決定。夾持器的夾持動作，則油經(jīng)油路2進入的壓力油驅(qū)動單作用液壓缸的活塞1來完成。腕部回轉(zhuǎn)運動的位置控制可采用機械擋塊定位，用位置檢測器檢測。這種結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但最大回轉(zhuǎn)角度小于360，這種結(jié)構(gòu)只能實現(xiàn)一個腕部自由度。機械工程與汽車學(xué)院兩自由度機械傳動手腕1、2、3、12、13軸承4、5鏈輪6、7鏈條8手腕殼體9、11圓錐齒輪10、14軸15機械接口法蘭盤機械工程與汽車學(xué)院 手腕的驅(qū)動電動機安裝在大臂關(guān)節(jié)上，經(jīng)諧波減速器用兩級鏈傳動將運動通過小臂關(guān)節(jié)傳遞到手腕軸10上的鏈輪4、5。鏈傳動6將運動經(jīng)鏈輪4、軸10和錐齒輪9、11帶

13、動軸14其上裝有機械接口法蘭盤15作回轉(zhuǎn)運動1），鏈傳動7將運動經(jīng)鏈輪5直接帶動手腕殼體8實現(xiàn)上下俯仰擺動）。當(dāng)鏈傳動6和鏈輪4不動，使鏈傳動7和鏈輪5單獨轉(zhuǎn)運時，由于軸10不動，轉(zhuǎn)運的殼體8將迫使錐齒輪11作行星運動，齒輪11隨殼體8作公轉(zhuǎn)上下俯仰），同時還繞軸14作一附加的自轉(zhuǎn)運動稱為“誘導(dǎo)運動”，用2表示）?；螨X輪9、11為正交錐齒輪傳動，則2i，i為錐齒輪9、11的傳動比。因而，鏈傳動6、7同時驅(qū)動時，手腕的回轉(zhuǎn)運動應(yīng)是12，當(dāng)鏈輪4的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)向相同時用“”，相反時用“”。機械工程與汽車學(xué)院三自由度機械傳動手腕1、2、3、4、5、6、7、11、12、13、14、15齒輪8手爪9、10、

14、16殼體機械工程與汽車學(xué)院 驅(qū)動手腕運動的三個電動機安裝在手臂后端；減速后經(jīng)傳動軸將運動和力矩傳動B、S、T三根軸圖中未表示），產(chǎn)生手爪回轉(zhuǎn)、手腕偏擺和手腕俯仰三個運動。 機械工程與汽車學(xué)院機械工程與汽車學(xué)院液壓驅(qū)動圓柱坐標(biāo)型機器人手臂1活塞桿2液壓缸3手臂端部4手臂支架5導(dǎo)軌6中間機座7、9齒輪8擋塊10行程開關(guān)11回轉(zhuǎn)液壓缸機械工程與汽車學(xué)院 圖9-19所示為一具有手臂伸縮、回轉(zhuǎn)和升降三個運動自由度的圓柱坐標(biāo)型 機器人手臂。手臂伸縮運動由液壓缸2驅(qū)動，活塞桿1固定不動，采用燕尾型導(dǎo)軌5導(dǎo)向，剛度大，工作平穩(wěn)。手臂回轉(zhuǎn)運動采用擺動液壓馬達(dá)11驅(qū)動，擺動液壓馬達(dá)的輸出軸上安裝有行星齒輪9，固定

15、齒圈太陽輪7與中間機座6固聯(lián)，擺動液壓馬達(dá)固定在手臂支架4上。當(dāng)擺動液壓馬達(dá)動片轉(zhuǎn)動時，行星齒輪9繞自身軸線轉(zhuǎn)動自轉(zhuǎn)的同時，還帶動手臂支架一起繞中間機座即太陽輪回轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)）。 機械工程與汽車學(xué)院GMFM100型機器人手臂。其手臂的升降運動和伸縮運動都是采用雙圓柱導(dǎo)軌導(dǎo)向和直流伺服電動機驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)直線移動。手臂回轉(zhuǎn)運動是由位于機器人底部的回轉(zhuǎn)機座來實現(xiàn)的。球坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型機器人都配置有實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的機座。 GMFM100型機器人手臂機械工程與汽車學(xué)院PUMA機器人手臂結(jié)構(gòu)a)大臂驅(qū)動機構(gòu)b)小臂驅(qū)動機構(gòu)1、10大臂2、3、5、6、8、9、14、15齒輪4、13、16偏心套7、11驅(qū)動電動機

16、12驅(qū)動軸17小臂18機座機械工程與汽車學(xué)院 PUMA機器人是直流伺服電動機驅(qū)動的六自由度關(guān)節(jié)型機器人。 如圖9-21所示，其大臂和小臂是用高強度鋁合金材料制成的薄壁框形結(jié)構(gòu)， 其運動都是采用齒輪傳動，傳動剛性較大。驅(qū)動大臂的傳動機構(gòu)如圖9-21a 所示，大臂1的運動電動機7安置在臂的后端兼起重平衡作用），運動經(jīng)電 動機軸上的小錐齒輪6、大錐齒輪5和一對圓柱齒輪2、3，驅(qū)動大臂軸作轉(zhuǎn)動 2。4為偏心套，用來調(diào)整齒輪傳動間隙。機械工程與汽車學(xué)院帶諧波減速器的機器人手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1臂座2、11法蘭盤3、12軸承4驅(qū)動電動機5-柔輪6從動剛輪7波發(fā)生器8套筒9電磁制動器10驅(qū)動軸13手臂殼體機械工程與汽車學(xué)院 圖9-23所示為機器人手臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)，該裝置直接安裝在臂座1的支承法蘭盤2和11上。驅(qū)動電動機4的輸出軸用鍵與驅(qū)動軸10相聯(lián)；軸10與套筒8用鍵聯(lián)接，并一同轉(zhuǎn)動。波發(fā)生器7與套筒8用法蘭盤剛性聯(lián)接，套筒8通過鍵與固定在支承法蘭盤11上的電磁制動器9相聯(lián)接。不動的柔輪5通過支承法蘭盤2固定在臂座上。帶內(nèi)齒圈的從動剛輪6與手臂殼體13相固聯(lián)。因此手臂殼體與剛輪一起在軸承3和12上轉(zhuǎn)動。這種伺服電動機經(jīng)諧波減速器減速后驅(qū)動的手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，手臂的轉(zhuǎn)角范圍較大。機械工程與汽車學(xué)院機械工程與汽車學(xué)院救救援援機機器器人人機械工程與汽