機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)

1、組成組成 一、機(jī)器人系統(tǒng)的組成 如圖所示，機(jī)器人由機(jī)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(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人一環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)六個(gè)子系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng) 要使機(jī)器人運(yùn)行起來，需給各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動自由度安置傳動裝置，這就是驅(qū)動系統(tǒng) 感受系統(tǒng) 它由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成,獲取內(nèi)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(jī)器人的機(jī)動性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)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(jī)器人一環(huán)境交互系統(tǒng)機(jī)器人一環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備

2、相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等 人一機(jī)交互系統(tǒng) 人一機(jī)交互系統(tǒng)是人與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系和參與機(jī)器人控制的裝置 ：指令給定裝置和信息顯示裝置 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)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(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動和功能如果機(jī)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(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)根據(jù)控制運(yùn)動的形式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制 操作機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式操作機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式機(jī)機(jī) 器器 人本體人本體執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

3、驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)手部（操作器）手部（操作器）腕部腕部臂部臂部腰部腰部電驅(qū)動裝置電驅(qū)動裝置液壓驅(qū)動裝置液壓驅(qū)動裝置氣壓驅(qū)動裝置氣壓驅(qū)動裝置處理器處理器關(guān)節(jié)伺服控制器關(guān)節(jié)伺服控制器內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器外部傳感器外部傳感器 基基 座座（固定或移動固定或移動）傳動裝置傳動裝置6手部手部腕部腕部小臂（上臂）小臂（上臂）大臂大臂（下臂）（下臂）腰部腰部 基基 座座控制柜控制柜示教盒示教盒關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)（Joint）：即運(yùn)動副，允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相：即運(yùn)動副，允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對運(yùn)動的機(jī)構(gòu)。對運(yùn)動的機(jī)構(gòu)。連桿連桿（Link）：）：機(jī)器人手臂上機(jī)器人手臂上被相

4、鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。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(yùn)動所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自體運(yùn)動所需要的獨(dú)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(jī)身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力機(jī)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。定位精度（定位精度（Positioning accuracy）：）：指指

5、機(jī)器人末端參考點(diǎn)實(shí)際到達(dá)的位置與所機(jī)器人末端參考點(diǎn)實(shí)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(jī)器人連續(xù)重在相同的位置指令下，機(jī)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工作空間（工作空間（Working space）：機(jī)器人機(jī)器人手腕參考點(diǎn)或末端操作器安裝點(diǎn)（不手腕參考點(diǎn)或末端操作器安裝點(diǎn)（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

6、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。二、工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械本體類似于具備上肢機(jī)能的機(jī)械手 ，由手部、腕部、臂、機(jī)身(有的包括行走機(jī)構(gòu))組成。 2 2.1.1機(jī)械手的操作動作機(jī)械手的操作動作 機(jī)械手的動作形態(tài)是由三種不同的單動作旋轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)、伸縮組合而成的。 旋轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)是指運(yùn)動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相對運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)動部件的軸線和轉(zhuǎn)動軸同軸；回轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)動部件的軸線與轉(zhuǎn)動軸不同軸。 伸縮是指運(yùn)動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生直線運(yùn)動。 2 2.2.2機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度 （1）根據(jù)單元動作組合方式的不同，機(jī)械手的動作形態(tài)一般歸納為以下四種坐標(biāo)

7、類型：直角坐標(biāo)型(圖722)；圓柱坐標(biāo)型(圖723)；極坐標(biāo)型(圖724)；多關(guān)節(jié)型(圖725)。 直角坐標(biāo)型機(jī)械手可以在三個(gè)互相垂直的方向上作直線伸縮運(yùn)動，這類機(jī)械手各個(gè)方向的運(yùn)動是獨(dú)立的，計(jì)算和控制比較方便，但占地面積大，限于特定的應(yīng)用場合 圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手有一個(gè)圍繞基座軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和兩個(gè)在相互垂直方向上的直線伸縮運(yùn)動。它適用于采用油壓(或氣壓)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在操作對象位于機(jī)器人四周的情況下，操作最為方便。 極坐標(biāo)型機(jī)械手的動作形態(tài)包括圍繞基座軸的旋轉(zhuǎn)，一個(gè)回轉(zhuǎn)和一個(gè)直線伸縮運(yùn)動，其特點(diǎn)類似于圓柱型機(jī)械手。 多關(guān)節(jié)型機(jī)械手最接近于人臂的構(gòu)造。它主要由多個(gè)回轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)所組成，一般都采用電機(jī)驅(qū)動

8、機(jī)構(gòu)。運(yùn)用不同的關(guān)節(jié)連接方式，可以完成各種復(fù)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(diǎn)，多關(guān)節(jié)型機(jī)械手在各種智能機(jī)器人中被廣為采用。SCARA機(jī)器人 關(guān)節(jié)式機(jī)器人2.3.2.3. 機(jī)身、臂部和手部機(jī)構(gòu)機(jī)身、臂部和手部機(jī)構(gòu)機(jī)身是直接聯(lián)接、支承和傳動手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。它是由臂部運(yùn)動(升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰)機(jī)構(gòu)及有關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等組成。由于機(jī)器人的運(yùn)動型式、使用條件、負(fù)載能力各不相同，所采用的驅(qū)動裝置、傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置也不同，致使機(jī)身結(jié)構(gòu)有很大差異。一般情況下，實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或或俯仰等運(yùn)動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(jī)身上。臂部的運(yùn)動愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力

9、愈復(fù)雜。機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走式的，即在它的下部裝有能行走的機(jī)構(gòu)，可沿地面或架空軌道運(yùn)行。機(jī)身結(jié)構(gòu)機(jī)身結(jié)構(gòu)常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)：）升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)）俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)）直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)）類人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)臂部結(jié)構(gòu)臂部結(jié)構(gòu)手臂部件(簡稱臂部)是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運(yùn)動。機(jī)器人的臂部主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運(yùn)動有關(guān)的構(gòu)件，如傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐聯(lián)接和位置檢測元件等。此外，還有與腕部或手臂的運(yùn)動和聯(lián)接支撐等有關(guān)的構(gòu)件、配管配線等。根據(jù)臂部的運(yùn)動和布局、驅(qū)動方式、傳動和導(dǎo)向裝置的不同可分為：）伸縮型臂部結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)動伸縮型臂部結(jié)

10、構(gòu)）驅(qū)伸型臂部結(jié)構(gòu)）其他專用的機(jī)械傳動臂部結(jié)構(gòu)機(jī)身和臂部的配置形式機(jī)身和臂部的配置形式機(jī)身和臂部的配置形式基本上反映了機(jī)器人的總體布局。由于機(jī)器人的運(yùn)動要求、工作對象、作業(yè)環(huán)境和場地等因素的不同，出現(xiàn)了各種不同的配置形式。目前常用的有如下幾種形式：（）橫梁式（）立柱式（）機(jī)座式（）驅(qū)伸式橫梁式橫梁式：機(jī)身設(shè)計(jì)成橫梁式，用于懸掛手臂部件，這類機(jī)器人的運(yùn)動形式大多為移動式。它具有占地面積小，能有效利用空間，直觀等優(yōu)點(diǎn)。橫梁可設(shè)計(jì)成固定的或行走的，一般橫梁安裝在廠房原有建筑的柱梁或有關(guān)設(shè)備上，也可從地面架設(shè)。立柱式：立柱式：立柱式機(jī)器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運(yùn)動型式，是一種常見的配置形式。一

11、般臂部都可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小而工作范圍大的特點(diǎn)。立柱可固定安裝在空地上，也可以固定在床身上。立主式結(jié)構(gòu)簡單，服務(wù)于某種主機(jī)，承擔(dān)上、下料或轉(zhuǎn)運(yùn)等工作。機(jī)座式機(jī)座式：機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這種機(jī)器人可以是獨(dú)立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以隨意安放和搬動。也可以具有行走機(jī)構(gòu)，如沿地面上的專用軌道移動，以擴(kuò)大其活動范圍。各種運(yùn)動形式均可設(shè)計(jì)成機(jī)座式。屈伸式屈伸式：屈伸式機(jī)器人的臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運(yùn)動，稱為屈伸臂。屈伸臂與機(jī)身間的配置形式關(guān)系到機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動，也可以作空間運(yùn)動。（圖見下頁圖見下頁）4、手腕結(jié)構(gòu)、手腕結(jié)構(gòu)手腕手腕是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它的主要

12、作用是確定手部的作業(yè)方向。因此它具有獨(dú)立的自由度，以滿足機(jī)器人手部完成復(fù)雜的姿態(tài)。要確定手部的作業(yè)方向，一般需要三個(gè)自由度，這三個(gè)回轉(zhuǎn)方向?yàn)椋海┍坜D(zhuǎn)繞小臂軸線方向的旋轉(zhuǎn)。）手轉(zhuǎn)使手部繞自身的軸線方向旋轉(zhuǎn)。）腕擺使手部相對于臂進(jìn)行擺動。手腕結(jié)構(gòu)多為上述三個(gè)回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式如下圖所示：腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足傳動靈活、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、避免干涉。機(jī)器人多數(shù)將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動部分安排在小臂上。首先設(shè)法使幾個(gè)電動機(jī)的運(yùn)動傳遞到同軸旋轉(zhuǎn)的心軸和多層套筒上去。運(yùn)動傳入腕部后再分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)動作。柔順手腕柔順手腕在用機(jī)器人進(jìn)行精密裝配作業(yè)中，當(dāng)被裝配零件的不一致、工件的定位夾具、機(jī)器人的定位精度

13、不能滿足裝配要求時(shí)，會導(dǎo)致裝配困難。這就提出了柔順性要求。柔順裝配技術(shù)有兩種：一種是從檢測、控制的角度，采取各種不同的搜索方法，實(shí)現(xiàn)邊校正邊裝配。一種是從機(jī)械結(jié)構(gòu)的角度在手腕部配置一個(gè)柔順環(huán)節(jié)，以滿足柔順裝配的要求。5、手部機(jī)構(gòu)、手部機(jī)構(gòu) 機(jī)器人的手部是是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)器人的手部是是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 機(jī)器人手部是機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置的操機(jī)器人手部是機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置的操作機(jī)構(gòu)。因此有時(shí)也稱為末端操作器。作機(jī)構(gòu)。因此有時(shí)也稱為末端操作器。 由于機(jī)器人作業(yè)內(nèi)容的差異（如搬運(yùn)、裝配、焊接、噴由于機(jī)器人作業(yè)內(nèi)容的差異（如搬運(yùn)、裝配、焊接、噴涂等）和作業(yè)對象的不同（如軸

14、類、板類、箱類、包類物涂等）和作業(yè)對象的不同（如軸類、板類、箱類、包類物體等），體等）， 手部的形式多樣。手部的形式多樣。綜合考慮手部的用途、功能和綜合考慮手部的用途、功能和結(jié)構(gòu)持點(diǎn)，大致可分成以下幾類：結(jié)構(gòu)持點(diǎn)，大致可分成以下幾類： 1卡爪式夾持器；卡爪式夾持器； 2吸附式取料手；吸附式取料手； 3專用操作器及換接器專用操作器及換接器 4仿生多指靈巧手。仿生多指靈巧手。34卡爪式夾持器卡爪式夾持器通常有兩個(gè)夾爪，分為回轉(zhuǎn)型和平移型兩種通常有兩個(gè)夾爪，分為回轉(zhuǎn)型和平移型兩種類型。類型。 卡爪式夾持器卡爪式夾持器幾種彈力抓手幾種彈力抓手1 1）彈力夾持器）彈力夾持器352） 回轉(zhuǎn)型夾持器回轉(zhuǎn)型夾

15、持器l 開合占用空間開合占用空間 較小較小l 夾持中心變化夾持中心變化363 3）平移型夾持器）平移型夾持器l 開合占用空開合占用空 間較大間較大l 夾持中心保夾持中心保 持不變持不變1. 滑槽杠桿式手部滑槽杠桿式手部2.齒輪齒條式手部齒輪齒條式手部3.滑塊杠桿式手部滑塊杠桿式手部4.斜斜楔楔杠杠桿桿式式5.移動型連桿式手部移動型連桿式手部6.齒輪齒條式手部齒輪齒條式手部7.內(nèi)漲斜塊式手部內(nèi)漲斜塊式手部8.連桿杠桿式手部連桿杠桿式手部手指類型：手指類型：41 吸式取料手是目前應(yīng)用較多的一種執(zhí)行器，特別是用于搬吸式取料手是目前應(yīng)用較多的一種執(zhí)行器，特別是用于搬運(yùn)機(jī)器人。該類執(zhí)行器可分氣吸和磁吸兩

16、類。運(yùn)機(jī)器人。該類執(zhí)行器可分氣吸和磁吸兩類。 吸附式取料手吸附式取料手 氣吸附取料手是利用吸盤內(nèi)氣壓與大氣壓之間的壓力差而氣吸附取料手是利用吸盤內(nèi)氣壓與大氣壓之間的壓力差而工工作的。具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。作的。具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。 按形成壓力的方法，可分成真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠按形成壓力的方法，可分成真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸式兒種。壓排氣負(fù)壓氣吸式兒種。 1 1）氣吸附取料手）氣吸附取料手氣流負(fù)壓氣吸盤氣流負(fù)壓氣吸盤擠壓排氣吸盤擠壓排氣吸盤真空氣吸盤真空氣吸盤422 2）磁吸附取料手）磁吸附取料手43專用操作器及換接器專用操作器

17、及換接器44 人手是最靈巧的夾持器，如果模擬人手結(jié)構(gòu)，就能制造人手是最靈巧的夾持器，如果模擬人手結(jié)構(gòu)，就能制造出結(jié)構(gòu)最優(yōu)的夾持器。但由于人手自由度較多（出結(jié)構(gòu)最優(yōu)的夾持器。但由于人手自由度較多（2020個(gè)），個(gè)），驅(qū)動和控制都十分復(fù)雜，迄今為止，只是制造出了一些原驅(qū)動和控制都十分復(fù)雜，迄今為止，只是制造出了一些原理樣機(jī)，離工業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。理樣機(jī)，離工業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。 仿生多指靈巧手仿生多指靈巧手UTACHMIT 多指多指手手 三指三指手手 雙拇指雙拇指手手 45最小的三指最小的三指手手 BHII 三指手三指手 四指靈巧四指靈巧手手 靈巧的雙靈巧的雙手手 DLR多指手多指手哈工大多

18、指手哈工大多指手46 手指關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)手指關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)手指主要用于抓握動作，要求動作靈活，剛度好，具有較大手指主要用于抓握動作，要求動作靈活，剛度好，具有較大的抓握力。就其手的結(jié)構(gòu)而言，傳動機(jī)構(gòu)有三種方式：的抓握力。就其手的結(jié)構(gòu)而言，傳動機(jī)構(gòu)有三種方式：1) 腱傳動，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省空間，具有很高的抗拉強(qiáng)腱傳動，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省空間，具有很高的抗拉強(qiáng)度和很輕的重量，但剛性差，較大的彈性，不利于控制。度和很輕的重量，但剛性差，較大的彈性，不利于控制。MIT手、手、JPL手和手和DLR-I手都是這種方式。手都是這種方式。2) 齒輪傳動，特點(diǎn)是傳動比可靠，但是摩擦較大，有回程間齒輪傳動，特點(diǎn)是傳

19、動比可靠，但是摩擦較大，有回程間隙，占用空間大。隙，占用空間大。3) 連桿傳動，剛度好，加工制造比較簡單，高精度，能較好連桿傳動，剛度好，加工制造比較簡單，高精度，能較好的實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡的要求。但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，不的實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡的要求。但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，不能精確地滿足各種運(yùn)動規(guī)律的要求。典型的如能精確地滿足各種運(yùn)動規(guī)律的要求。典型的如Belgrade手，手，NASA手等。手等。4）欠驅(qū)動手指關(guān)節(jié)）欠驅(qū)動手指關(guān)節(jié)5 、移動機(jī)器人、移動機(jī)器人救救援援機(jī)機(jī)器器人人3）步行式）步行式（足式行走）（足式行走）履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)雖然可在高低不平的地面上運(yùn)動，但它的適應(yīng)性不夠，行

20、走時(shí)候晃動太大，在軟地面上行駛運(yùn)動效率低。根據(jù)調(diào)查，在地球上近一半的地面不適合于傳統(tǒng)的輪式或履帶式車輛行走。但是一般多足動物卻能在這些地方行動自如，顯然足式與輪式和履帶式行走方式相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢。足式行走足式行走對崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力一，足式運(yùn)動方式的立足點(diǎn)是離散的點(diǎn)，可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)，而輪式和履帶行走工具必須面臨最壞的地形上的幾乎所有點(diǎn)；足式運(yùn)動方式還具有主動隔振能力，盡管地面高低不平，機(jī)身的運(yùn)動仍然可以相當(dāng)平穩(wěn)；足式行走在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動速度較高，能耗較少。（）足的數(shù)目（）足的數(shù)目現(xiàn)有的步行機(jī)器人的足數(shù)分別為單足、雙足、三足、四足、六足、八足甚至更多

21、。足的數(shù)目多，適合于重載和慢速運(yùn)動。雙足和四足具有最好的適應(yīng)性和靈活性，也最接近人類和動物。下頁圖下頁圖顯示了單足、雙足、三足、四足和六足行走結(jié)構(gòu)。（）足的配置（）足的配置足的配置指足相對于機(jī)體的位置和方位的安排，這個(gè)問題對于多于兩足時(shí)尤為重要。就二足而言，足的配置或者是一左一右，或者是一前一后。后一種配置因容易引起腿間的干涉而實(shí)際上很少用到。幾何構(gòu)型幾何構(gòu)型彎曲方向彎曲方向（）足式行走機(jī)構(gòu)的平衡和穩(wěn)定性（）足式行走機(jī)構(gòu)的平衡和穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定的多足機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定的多足機(jī)其機(jī)身的穩(wěn)定通過足夠數(shù)量的足支撐來保證。在行走過程中，機(jī)身重心的垂直投影始終落在支撐足著落地點(diǎn)的垂直投影所形成的凸多邊形內(nèi)。這樣，

22、即使在運(yùn)動中的某一瞬時(shí)將運(yùn)動“凝固”，機(jī)體也不會有傾覆的危險(xiǎn)。這類行走機(jī)構(gòu)的速度較慢，它的步態(tài)為爬行或步行。動態(tài)穩(wěn)定動態(tài)穩(wěn)定典型的例子是踩高蹺。高蹺與地面只是單點(diǎn)接觸，兩根高蹺在地面不動時(shí)站穩(wěn)是非常困難的，要想原地停留，必須不斷踏步，不能總是保持步行中的某種瞬間姿態(tài)。在動態(tài)穩(wěn)定中，機(jī)體重心有時(shí)不在支撐圖形中，利用這種重心超出面積外而向前產(chǎn)生傾倒的分力作為行走的動力并不停地調(diào)整平衡點(diǎn)以保證不會跌倒。這類機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動速度較快，消耗能量小。其步態(tài)可以是小跑和跳躍。4）其它移動方式）其它移動方式軍軍用用昆昆蟲蟲機(jī)機(jī)器器人人爬纜索機(jī)器人爬纜索機(jī)器人水下水下6000米無纜自治機(jī)器人米無纜自治機(jī)器人蛇形機(jī)器

23、人蛇形機(jī)器人三、機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)3.1關(guān)節(jié)直接驅(qū)動方式 直接驅(qū)動方式是驅(qū)動器的輸出軸和機(jī)器人手臂的關(guān)節(jié)軸直接相連間接驅(qū)動方式是驅(qū)動器經(jīng)過減速器或鋼絲繩、皮帶、平行連桿等裝置后與關(guān)節(jié)軸相連 (1)關(guān)節(jié)間接驅(qū)動方式的缺點(diǎn) 大部分機(jī)器人的關(guān)節(jié)是間接驅(qū)動這種間接驅(qū)動，通常其驅(qū)動器的輸出力矩大大小于驅(qū)動關(guān)節(jié)所需要的力矩，所以必須使用減速器另外，由于手臂通常采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，所以多自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)上安裝減速器會使手臂根部關(guān)節(jié)驅(qū)動器的負(fù)荷增大 目前中小型機(jī)器人一般采用普通的直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)器人的執(zhí)行電機(jī)由于電機(jī)速度較高，所以需配以大速比減速裝置，進(jìn)行間接傳動但是，間接驅(qū)動帶來了機(jī)械傳

24、動中不可避免的誤差，引起沖擊振動，影響機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性，并且增加關(guān)節(jié)重量和尺寸 (2)關(guān)節(jié)直接驅(qū)動方式 直接驅(qū)動機(jī)器人也叫作DD機(jī)器人(Direct drive robot)，簡稱DDRDD機(jī)器人一般指驅(qū)動電機(jī)通過機(jī)械接口直接與關(guān)節(jié)連接 DD機(jī)器人的特點(diǎn)是驅(qū)動電機(jī)和關(guān)節(jié)之間沒有速度和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換 DD機(jī)器人與間接驅(qū)動機(jī)器人相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械傳動精度高振動小，結(jié)構(gòu)剛度好機(jī)械傳動損耗小結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高 電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩大，電氣時(shí)間常數(shù)小，短時(shí)間內(nèi)可以產(chǎn)生很大轉(zhuǎn)矩，響應(yīng)速度快，調(diào)速范圍寬控制性能較好 日本、美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開發(fā)出性能優(yōu)異的DD機(jī)器人美國Adept公司研制出帶有視覺功能的四自由度平面關(guān)節(jié)型DD機(jī)器人日本大日機(jī)工公司研制成功了五自由度關(guān)節(jié)型DD一600V機(jī)器人其性能指標(biāo)為：最大工作范圍12 m，可搬重量5 kg，最大運(yùn)動速度82 ms，重復(fù)定位精度005 mm DD機(jī)器人目前主要存在的問題 載荷變化、耦合轉(zhuǎn)矩及非線性轉(zhuǎn)矩對驅(qū)動及控制影響顯著，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)困難和復(fù) 雜對位置、速度的傳感元件提出了相當(dāng)高的要求需開發(fā)小型實(shí)用的DD電機(jī) 電機(jī)成本高 3.2 驅(qū)動元件 (1) 液(氣)壓驅(qū)動 液(氣)壓缸 液(氣)壓馬達(dá) (2)步進(jìn)電