第二章機器人構造4傳動ppt課件

1、機器人構造機器人構造 主主 講：吳講：吳 東東 本章內容本章內容1. 機器人的構造機器人的構造2. 機器人的控制器機器人的控制器3. 機器人的傳感器機器人的傳感器4. 機器人的驅動機器人的驅動5. 機器人的傳動機器人的傳動6. 機器人的能源機器人的能源機器人的傳動機構機器人的傳動機構傳動機構，是將驅動器輸出的動力傳送傳動機構，是將驅動器輸出的動力傳送到工作單元的一種裝置。到工作單元的一種裝置。作用作用調速。工作單元往往和驅動器速度不一調速。工作單元往往和驅動器速度不一致，利用傳動機構達到改變輸出速度的致，利用傳動機構達到改變輸出速度的目的。目的。 調轉矩。調整驅動器的轉矩使其適合工調轉矩。調整

2、驅動器的轉矩使其適合工作單元使用。作單元使用。機器人的傳動機構機器人的傳動機構改變運動形式。驅動器的輸出軸一般是等改變運動形式。驅動器的輸出軸一般是等速回轉運動，而工作單元要求的運動形式速回轉運動，而工作單元要求的運動形式則是多種多樣的，如直線運動、則是多種多樣的，如直線運動、 螺旋運動螺旋運動等，靠傳動機構實現(xiàn)運動形式的改變。等，靠傳動機構實現(xiàn)運動形式的改變。動力和運動的傳遞和分配。用一臺驅動器動力和運動的傳遞和分配。用一臺驅動器帶動若干個不同速度、不同負載的工作單帶動若干個不同速度、不同負載的工作單元。元。機器人的傳動機構機器人的傳動機構傳動機構有機械傳動、流體傳動機構有機械傳動、流體(液

3、體、液體、 氣氣體體)傳動、電氣傳動三類傳動、電氣傳動三類機械傳動的主要形式機械傳動的主要形式齒輪傳動齒輪傳動帶傳動帶傳動鏈傳動鏈傳動連桿傳動連桿傳動齒輪傳動齒輪傳動電動機的轉速與機器人的速度電動機的轉速與機器人的速度一個永磁直流電動機在額定電壓下，其空一個永磁直流電動機在額定電壓下，其空載轉速不低于載轉速不低于 5000 r/min假設直接跟直徑為假設直接跟直徑為7.5cm的車輪連接，則的車輪連接，則其空轉速度是其空轉速度是 （50000.0753.14）/ 60 = 19.6 m/s適合于適合于“機器人競速比賽機器人競速比賽” ，但不適合，但不適合 “機器人擂臺比賽機器人擂臺比賽”齒輪傳動

4、齒輪傳動電動機的轉速與機器人的速度電動機的轉速與機器人的速度 減速減速 選擇功率小、轉速慢的電動機選擇功率小、轉速慢的電動機 降低提供給電動機的電壓降低提供給電動機的電壓減速，但同時要增大電動機輸出的轉矩減速，但同時要增大電動機輸出的轉矩 使用齒輪傳動使用齒輪傳動齒輪傳動齒輪傳動齒輪，是能互相嚙合的有齒的機械零件。齒輪，是能互相嚙合的有齒的機械零件。齒輪傳動齒輪傳動l齒輪傳動，是以齒輪的齒互相嚙合來齒輪傳動，是以齒輪的齒互相嚙合來傳遞動力的機械傳動。傳遞動力的機械傳動。l其圓周速度可達到其圓周速度可達到300m/s，傳遞功率，傳遞功率可達可達105KW。l齒輪直徑一般從齒輪直徑一般從1mm到到

5、150m。l是現(xiàn)代機械中應用最廣的一種機械傳是現(xiàn)代機械中應用最廣的一種機械傳動。動。齒輪傳動齒輪傳動l齒輪傳動齒輪傳動齒輪傳動齒輪傳動l齒輪傳動齒輪傳動平面齒輪傳動平面齒輪傳動(圓柱齒輪傳動圓柱齒輪傳動)傳遞平行軸間傳遞平行軸間的運動的運動空間齒輪傳動空間齒輪傳動傳遞相交軸或傳遞相交軸或交錯軸間的運交錯軸間的運動動齒齒輪輪傳傳動動直齒圓柱齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動( (輪齒與軸平行輪齒與軸平行) )斜齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動( (輪齒與軸不平行輪齒與軸不平行) )人字齒圓柱齒輪傳動人字齒圓柱齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動斜齒圓錐齒輪傳動斜齒圓錐齒輪傳動曲齒圓錐齒輪傳動曲齒圓錐齒輪

6、傳動交錯軸斜齒輪傳動交錯軸斜齒輪傳動蝸輪蝸桿傳動蝸輪蝸桿傳動齒輪傳動齒輪傳動平面?zhèn)鲃涌臻g傳動齒輪傳動齒輪傳動齒輪傳動的作用齒輪傳動的作用提高或降低輸出轉速，并同時相應降低或提高或降低輸出轉速，并同時相應降低或提高輸出轉矩提高輸出轉矩將轉動變換為直線運動將轉動變換為直線運動改變輸出的方向改變輸出的方向齒輪傳動的基本量齒輪傳動的基本量轉矩轉矩使機械元件轉動的力矩稱為轉動力矩，簡使機械元件轉動的力矩稱為轉動力矩，簡稱轉矩。稱轉矩。 t=f*r功功轉矩轉矩 齒輪角位移。齒輪角位移。w=t*cfrt齒輪傳動齒輪傳動傳動原理傳動原理齒輪齒輪A16齒齒齒輪齒輪B32齒齒齒輪傳動齒輪傳動傳動原理傳動原理 假設

7、假設A的轉矩為的轉矩為Ta，B的轉矩為的轉矩為Tb。并且，。并且，假設假設A轉了轉了2圈，則圈，則B正好轉了正好轉了1圈。圈。根據功守恒，有根據功守恒，有 Ta * 720 = Tb*360 Ta / Tb = 360 / 720 = 1/2齒輪傳動齒輪傳動傳動原理傳動原理當小齒輪帶動大齒輪時，轉速減小，轉矩增大當小齒輪帶動大齒輪時，轉速減小，轉矩增大當大齒輪帶動小齒輪時，轉速增加，轉矩減小當大齒輪帶動小齒輪時，轉速增加，轉矩減小齒輪間的齒輪數(shù)關系影響著轉速和轉矩齒輪間的齒輪數(shù)關系影響著轉速和轉矩齒輪傳動齒輪傳動傳動原理傳動原理傳動比傳動比輸出齒輪的齒輪數(shù)輸出齒輪的齒輪數(shù)輸入齒輪的齒輪數(shù)輸入齒

8、輪的齒輪數(shù)=減速比減速比輸入齒輪的齒輪數(shù)輸入齒輪的齒輪數(shù)輸出齒輪的齒輪數(shù)輸出齒輪的齒輪數(shù)=齒輪傳動齒輪傳動傳動原理傳動原理 Tb = e(TaR) Sb = e(Sa/R)T代表齒輪的轉矩，代表齒輪的轉矩， S代表轉速，代表轉速， e代表傳代表傳動效率，動效率，R代表傳動比代表傳動比齒輪傳動齒輪傳動多對齒輪嚙合多對齒輪嚙合(實現(xiàn)大減速實現(xiàn)大減速)不能無限制的增大齒輪尺寸不能無限制的增大齒輪尺寸使用串聯(lián)組合實現(xiàn)大減速使用串聯(lián)組合實現(xiàn)大減速1/21/4齒輪傳動齒輪傳動多對齒輪嚙合多對齒輪嚙合(實現(xiàn)大減速實現(xiàn)大減速)總的減速比等于所有齒輪減速比的乘積總的減速比等于所有齒輪減速比的乘積總的傳動比等于所

9、有齒輪傳動比的乘積總的傳動比等于所有齒輪傳動比的乘積可以方便的調整轉速、轉矩，但要注意功可以方便的調整轉速、轉矩，但要注意功的損失問題的損失問題齒輪傳動齒輪傳動特點特點傳遞動力大、效率高傳遞動力大、效率高壽命長，工作平穩(wěn)，可靠性高壽命長，工作平穩(wěn)，可靠性高能保證恒定的傳動比能保證恒定的傳動比制作、安裝精度要求較高制作、安裝精度要求較高不宜作遠距離傳動不宜作遠距離傳動帶傳動帶傳動組成組成主動輪、從動輪、傳動帶主動輪、從動輪、傳動帶21n2n1帶傳動帶傳動分類分類平皮帶平皮帶V 型帶型帶多楔帶多楔帶摩擦型摩擦型嚙合型嚙合型同步帶同步帶圓形帶圓形帶 -摩擦牽引力大 -摩擦牽引力大 -牽引力小，用于儀

10、器牽引力小，用于儀器應用：兩軸平行、且同向轉動的場合。稱為開口傳動。應用：兩軸平行、且同向轉動的場合。稱為開口傳動?？估w帶傳動帶傳動摩擦型帶傳動的工作原理摩擦型帶傳動的工作原理環(huán)形帶被張緊在帶輪上，產生的初拉力環(huán)形帶被張緊在帶輪上，產生的初拉力F0使得帶與帶輪之間產生壓力。主動輪轉動使得帶與帶輪之間產生壓力。主動輪轉動時依靠摩擦力推動從動輪一起同向轉動。時依靠摩擦力推動從動輪一起同向轉動。主動輪主動輪從動輪從動輪21n2n1F0F0F0F0帶傳動帶傳動摩擦型帶傳動的受力分析摩擦型帶傳動的受力分析不工作時，主動輪上的驅動轉矩不工作時，主動輪上的驅動轉矩T1=0，帶，帶輪兩邊傳動帶所受的拉力均為

11、初拉力輪兩邊傳動帶所受的拉力均為初拉力F 0F0F0F0F0帶傳動帶傳動摩擦型帶傳動的受力分析摩擦型帶傳動的受力分析工作時，在摩擦力的作用下，帶繞入主動輪工作時，在摩擦力的作用下，帶繞入主動輪的一邊被進一步拉緊，稱為緊邊，其所受拉的一邊被進一步拉緊，稱為緊邊，其所受拉力由力由F 0增大到增大到F 1，而帶的另一邊則被放松，而帶的另一邊則被放松，稱為松邊，其所受拉力由稱為松邊，其所受拉力由F 0降到降到F 2F1F2F1F2緊邊緊邊松邊松邊從動輪從動輪主動輪主動輪n1n2帶傳動帶傳動l摩擦型帶傳動的受力分析摩擦型帶傳動的受力分析l假設帶的總長不變，則緊邊拉力增量和假設帶的總長不變，則緊邊拉力增量

12、和松邊拉力減量相等松邊拉力減量相等l有效拉力，即帶所能傳遞的圓周力：有效拉力，即帶所能傳遞的圓周力：F1F2F1F2緊邊緊邊松邊松邊從動輪從動輪主動輪主動輪n1n2F = F1 - F2F = F1 - F2F1 F0 = F0 - F2帶傳動帶傳動l摩擦型帶傳動的受力分析摩擦型帶傳動的受力分析l傳動功率傳動功率P (kW)為：為：lF：有效拉力：有效拉力lV：帶速，：帶速，(m/s)F1F2F1F2緊邊緊邊松邊松邊從動輪從動輪主動輪主動輪n1n21000FVP 帶傳動帶傳動l摩擦型帶傳動的受力分析摩擦型帶傳動的受力分析l當有效拉力跟帶上總的摩擦力有關系：當有效拉力跟帶上總的摩擦力有關系： F

13、Ffl帶與帶輪之間出現(xiàn)顯著的滑動，稱為打帶與帶輪之間出現(xiàn)顯著的滑動，稱為打滑?；?。l經常出現(xiàn)打滑使帶的磨經常出現(xiàn)打滑使帶的磨l損加劇、傳動效率降損加劇、傳動效率降l低，導致傳動失效。低，導致傳動失效。F1F2F1F2緊邊緊邊松邊松邊從動輪從動輪主動輪主動輪n1n2帶傳動帶傳動l傳動比傳動比l傳動比傳動比 = 從動輪基準直徑從動輪基準直徑 /主動輪基準主動輪基準直徑直徑 主動輪主動輪從動輪從動輪21n2n1帶傳動帶傳動摩擦型帶傳動的特點摩擦型帶傳動的特點適用于中心距較大的傳動適用于中心距較大的傳動過載時帶與帶輪之間會出現(xiàn)打滑，避免了過載時帶與帶輪之間會出現(xiàn)打滑，避免了其它零件的損壞；但不能保證恒

14、定的傳動其它零件的損壞；但不能保證恒定的傳動比比結構簡單、成本低廉結構簡單、成本低廉傳動效率低傳動效率低傳動帶使用壽命短傳動帶使用壽命短帶傳動帶傳動張緊裝置張緊裝置調整中心距調整中心距a a調整螺釘調整螺釘調整螺釘調整螺釘滑道式張緊裝置滑道式張緊裝置擺架式張緊裝置擺架式張緊裝置a a帶傳動帶傳動張緊裝置張緊裝置張緊輪張緊輪帶傳動帶傳動嚙合型帶傳動嚙合型帶傳動 靠帶齒與輪齒之間的嚙合實現(xiàn)傳動，兩者靠帶齒與輪齒之間的嚙合實現(xiàn)傳動，兩者無相對滑動，而使圓周速度同步。也稱為無相對滑動，而使圓周速度同步。也稱為同步帶傳動。同步帶傳動。帶傳動帶傳動嚙合型帶傳動的特點嚙合型帶傳動的特點傳動比恒定、效率高、傳

15、動平穩(wěn)傳動比恒定、效率高、傳動平穩(wěn)結構緊湊、能承受一定沖擊結構緊湊、能承受一定沖擊成本高，對制造和安裝要求高成本高，對制造和安裝要求高鏈傳動鏈傳動組成：主動輪、從動輪、鏈條組成：主動輪、從動輪、鏈條原理：鏈與鏈輪輪齒之間的嚙合實現(xiàn)平行軸原理：鏈與鏈輪輪齒之間的嚙合實現(xiàn)平行軸之間的同向傳動。之間的同向傳動。設計：潘存云鏈傳動鏈傳動特點特點能獲得準確的平均傳動比，傳動效率高，能獲得準確的平均傳動比，傳動效率高，但瞬時傳動比不恒定但瞬時傳動比不恒定結構緊湊結構緊湊可在高溫、可在高溫、 油污、潮濕等惡劣環(huán)境下工作油污、潮濕等惡劣環(huán)境下工作傳動平穩(wěn)性差，有噪音，磨損后易發(fā)生跳傳動平穩(wěn)性差，有噪音，磨損后

16、易發(fā)生跳齒和脫鏈，齒和脫鏈， 急速反向轉動的性能差急速反向轉動的性能差帶傳動帶傳動l傳動比傳動比l傳動比傳動比 = 從動輪齒數(shù)從動輪齒數(shù) /主動輪齒數(shù)主動輪齒數(shù) 鏈傳動鏈傳動張緊裝置張緊裝置彈簧力彈簧力 重力重力 調整位置調整位置 連桿傳動連桿傳動連桿傳動，是利用連桿機構傳動動力的機連桿傳動，是利用連桿機構傳動動力的機械傳動方式。械傳動方式。按空間位置關系分按空間位置關系分平面連桿機構平面連桿機構(連桿上各個點的運動平面相連桿上各個點的運動平面相互平行互平行)空間連桿機構空間連桿機構連桿傳動連桿傳動平面四桿傳動平面四桿傳動連桿機架連架桿連桿傳動連桿傳動平面四桿傳動平面四桿傳動機架：機構的固定件

17、機架：機構的固定件連架桿：與機架聯(lián)接的構件。能做圓周轉連架桿：與機架聯(lián)接的構件。能做圓周轉動的連架桿，稱為曲柄。僅能在某一角度動的連架桿，稱為曲柄。僅能在某一角度擺動的連架桿，稱為搖桿。擺動的連架桿，稱為搖桿。連桿：不直接與機架連接的部件。主動連連桿：不直接與機架連接的部件。主動連架桿跟從動連架桿的連接部件。架桿跟從動連架桿的連接部件。連桿傳動連桿傳動可按照連架桿是曲柄還是搖桿，將鉸鏈四可按照連架桿是曲柄還是搖桿，將鉸鏈四桿機構分為三種基本型式：桿機構分為三種基本型式：曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構雙搖桿機構雙搖桿機構連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的應用曲柄搖桿機構的應用雷達天線

18、俯仰角雷達天線俯仰角調整機構調整機構 連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的應用曲柄搖桿機構的應用縫紉機的踏板縫紉機的踏板機構機構連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的應用曲柄搖桿機構的應用契貝謝夫四足機器人契貝謝夫四足機器人連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的應用曲柄搖桿機構的應用連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的三個特性曲柄搖桿機構的三個特性l急回急回l壓力角與傳動角壓力角與傳動角l死點死點連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的急回曲柄搖桿機構的急回 當原動件曲柄等速轉動時，從動件搖桿擺回的平均速度大于擺出的平均速度，搖桿的這種運動特性稱為急回運動。連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的急回曲柄搖桿機構的急回轉動一周，

19、曲柄轉動一周，曲柄AB與連與連桿桿BC有兩次共線有兩次共線C1D和和C2D分別為搖桿分別為搖桿CD兩個極限位置兩個極限位置,夾角夾角曲柄從曲柄從AB1順時針轉到順時針轉到AB2時，曲柄轉角時，曲柄轉角1=180+,時間為時間為t1曲柄從曲柄從AB2順時針轉到順時針轉到AB1時，曲柄轉角時，曲柄轉角2=180- ,時間為時間為t2因為因為t1t2,所以所以v1v2,搖桿搖桿cd具有急回特性。具有急回特性。連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的壓力角與傳動角曲柄搖桿機構的壓力角與傳動角連桿連桿BC作用于搖作用于搖桿桿CD上的力上的力P是沿是沿BC方向的。方向的。壓力角壓力角，力，力P 在在vc方向的有效

20、方向的有效分力為分力為Pt=PcosP在垂直于在垂直于vc方向的分方向的分力力Pn=Psin則為無則為無效分力效分力壓力角壓力角越小越好，傳動角越小越好，傳動角越大越好。越大越好。連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的死點曲柄搖桿機構的死點以搖桿為原動件，而曲柄為以搖桿為原動件，而曲柄為從動件從動件當搖桿擺到極限位置當搖桿擺到極限位置C1D和和C2D時，連桿與曲柄共線時，連桿與曲柄共線連桿加給曲柄的力將通過連桿加給曲柄的力將通過鉸鏈中心鉸鏈中心A，即機構處于壓，即機構處于壓力角力角=90（傳力角（傳力角=0的位置時，驅動力的位置時，驅動力的有效力為的有效力為0機構的這種位置稱為死點，可能出現(xiàn)卡死。機

21、構的這種位置稱為死點，可能出現(xiàn)卡死。連桿傳動連桿傳動l曲柄搖桿機構的死點曲柄搖桿機構的死點克服死點的方法 利用加大慣性的方法，借慣性作用使機構闖過死點。 采用將兩組以上的同樣機構組合使用，且使各組機構的死點位置相互錯開排列的方法。利用死點夾緊工件的夾具利用死點夾緊工件的夾具 機器人的能源機器人的能源l機器人可用能源機器人可用能源l發(fā)條機構發(fā)條機構l太陽能電池太陽能電池l燃料電池燃料電池l干電池干電池機器人的能源機器人的能源l選擇要點選擇要點l能提供足夠的電壓、電流能提供足夠的電壓、電流l可充電、不可充電可充電、不可充電l重量、尺寸重量、尺寸機器人的行走機構機器人的行走機構行走機構，即機器人的下

22、肢，主要用來行走機構，即機器人的下肢，主要用來承受體重和完成位移。它決定著機器人承受體重和完成位移。它決定著機器人能否迅速靈活的移動，能否準確的按照能否迅速靈活的移動，能否準確的按照操作者的意愿到達指定點。操作者的意愿到達指定點。機器人行走機構通常由驅動器、傳動裝機器人行走機構通常由驅動器、傳動裝置、位置檢測裝置、電纜等構成。置、位置檢測裝置、電纜等構成。機器人行走機構的分類機器人行走機構的分類按運行軌跡分按運行軌跡分分為固定軌跡式和無固定軌跡式兩種。分為固定軌跡式和無固定軌跡式兩種。固定軌跡式主要用于工業(yè)機器人。固定軌跡式主要用于工業(yè)機器人。固定軌跡式機器人運動的實現(xiàn)固定軌跡式機器人運動的實

23、現(xiàn)把機器人機身基座安裝在一個可移動的把機器人機身基座安裝在一個可移動的平臺上，通過將來自電機的旋轉運動轉平臺上，通過將來自電機的旋轉運動轉化為直線運動來實現(xiàn)固定軌跡移動?；癁橹本€運動來實現(xiàn)固定軌跡移動。機器人行走機構的分類機器人行走機構的分類無固定軌跡機器人無固定軌跡機器人可分為輪式、履帶式和足式等。前兩者可分為輪式、履帶式和足式等。前兩者與地面連續(xù)接觸，后者與地面為間斷接與地面連續(xù)接觸，后者與地面為間斷接觸。觸。機器人的輪式行走機構機器人的輪式行走機構分類分類機器人通常使用三輪式、四輪式、對稱機器人通常使用三輪式、四輪式、對稱四輪式等，用到驅動輪和從動輪。四輪式等，用到驅動輪和從動輪。適用范圍適用范圍最適合平地行走，不能跨越高度，不能最適合平地行走，不能跨越高度，不能爬樓梯。爬樓梯。機器人的輪式行走機構機器人的輪式行走機構三輪式車體三輪式車體兩個驅動輪裝在前兩側兩個驅動輪裝在前兩側從動輪裝在后側從動輪裝在后側不會出現(xiàn)懸空現(xiàn)象不會出現(xiàn)懸空現(xiàn)象穩(wěn)定性不好穩(wěn)定性不好三輪行走機器人圖例三輪行走機器人圖例機器人的輪式行走機構機器人的輪式行走機構四輪式車體四輪式車體兩個驅動輪裝在前兩側兩個驅動輪裝在前兩側兩個從動輪裝在后兩側兩個從動輪裝在后兩側不會出現(xiàn)懸空現(xiàn)象不會出現(xiàn)懸空現(xiàn)象穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好機器人的輪式行走機