機(jī)器人第二章

1、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 手腕部機(jī)構(gòu)手腕部機(jī)構(gòu)第四節(jié)第四節(jié) 行走部機(jī)構(gòu)行走部機(jī)構(gòu)第五節(jié)第五節(jié) 機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)第六節(jié)第六節(jié) 機(jī)器人的各種性能指標(biāo)機(jī)器人的各種性能指標(biāo)第七節(jié)第七節(jié) 并聯(lián)機(jī)器人并聯(lián)機(jī)器人1 機(jī)器人機(jī)構(gòu)的分類2 機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)3 機(jī)器人工作空間 直角坐標(biāo)型直角坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)型圓柱坐標(biāo)型 球坐標(biāo)型球坐標(biāo)型 關(guān)節(jié)型關(guān)節(jié)型圖1 四種坐標(biāo)機(jī)器人第一節(jié)第一節(jié) 沿著三個(gè)互相垂直的軸線移動(dòng)來改變手部的空間位置。其前三關(guān)節(jié)為移動(dòng)關(guān)節(jié)（PPP）運(yùn)動(dòng)形式如圖：1）直角坐標(biāo)型機(jī)器人 該類操作機(jī)是通過兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)

2、動(dòng)（RPP）來實(shí)現(xiàn)手部的空間位置的變化，運(yùn)動(dòng)形式如圖所示：2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 該類操作機(jī)用兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)移動(dòng)（RRP）來改變手部的空間位置，運(yùn)動(dòng)形式如圖所示：3）球坐標(biāo)型機(jī)器人 這類操作機(jī)是模擬人的上臂而構(gòu)成的。它的前三個(gè)關(guān)節(jié)都是轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（RRR），運(yùn)動(dòng)形式如圖所示：4）關(guān)節(jié)型機(jī)器人 1）機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度 運(yùn)動(dòng)自由度的定義 以自由度分類的機(jī)器人 自由度的分布定義：定義：用來確定手部相對(duì)于機(jī)身位置的每個(gè)獨(dú)立變化的參數(shù)，稱為機(jī)器人的自由度機(jī)器人的自由度。 任一自由的空間物體，須有六個(gè)自由度描述其在空間的位置和姿態(tài)，三個(gè)正交移動(dòng)軸，決定物體的位置；三個(gè)繞坐標(biāo)軸 的轉(zhuǎn)動(dòng)，決定物體的姿態(tài)變化。 稱六

3、個(gè)自由度機(jī)器人為滿自由度機(jī)器人滿自由度機(jī)器人，少于六個(gè)自由度機(jī)器人為欠自由度機(jī)器人欠自由度機(jī)器人， 多于六個(gè)自由度機(jī) 器人為冗余自由度機(jī)器人冗余自由度機(jī)器人。第一節(jié)第一節(jié) 一般機(jī)器人的機(jī)身和手臂構(gòu)成前三個(gè)關(guān)節(jié)，具有三個(gè)自由度，可確定手部在空間的位置，所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱位置機(jī)構(gòu)位置機(jī)構(gòu)； 手腕和手部構(gòu)成后三個(gè)關(guān)節(jié)，具有三個(gè)自由度，可確定手部在空間的姿態(tài)，所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱之為姿態(tài)機(jī)構(gòu)姿態(tài)機(jī)構(gòu)。 位置機(jī)構(gòu)確定機(jī)器人的 空間工作范圍， 其運(yùn)動(dòng)稱為 主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng) 。 圖圖2-3 PUMA操作機(jī)的各個(gè)自由度操作機(jī)的各個(gè)自由度 1機(jī)座機(jī)座 2腰部腰部 3臂部臂部 4腕部腕部 5手部手部2）機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍指機(jī)器人

4、手腕在空間運(yùn)動(dòng)圖形及其大小，運(yùn)動(dòng)范圍取決于臂部的自由度。 （1）直移型：）直移型：直線運(yùn)動(dòng)L 伸縮運(yùn)動(dòng)E （2）回轉(zhuǎn)型：）回轉(zhuǎn)型：扭角運(yùn)動(dòng)T 擺角運(yùn)動(dòng)R第一節(jié)第一節(jié)1）定義：）定義： 手腕部坐標(biāo)系原點(diǎn)PW能在空間活動(dòng)的最大活動(dòng)范圍。又稱可達(dá)空間 ，或總工作空間，記W(PW) 。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間工作空間示意圖示意圖 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間示意圖工作空間示意圖 球坐標(biāo)機(jī)器人的球坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間示意圖工作空間示意圖 PUMA機(jī)器人機(jī)器人工作空間示意圖工作空間示意圖 靈活工作空間靈活工作空間：末端執(zhí)行器可以任意姿態(tài)達(dá)到 的工作空間，記作WP(P)。 類靈

5、活工作空間以全方位到達(dá)， 類靈活工作空間只能以有限個(gè)方位到達(dá)。次靈活工作空間次靈活工作空間：總工作空間去掉靈活工作空 間的部分，WS(P)。 W(P)總工作空間的邊界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的機(jī)器人的位置和姿態(tài)，及機(jī)器人工作空間內(nèi)部使機(jī)械產(chǎn)生干涉的位置和姿態(tài)。 1）正問題：正問題：給出某一結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)的操作機(jī)以及關(guān)節(jié)變量的變化范圍，求工作空間，稱工作空間分析。 2）逆問題：逆問題：給出某一限定的工作空間，求操作機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)和關(guān)節(jié)變量的變化范圍，稱工作空間的綜合 。（1）解析法解析法 用數(shù)學(xué)模型計(jì)算工作空間的邊界（2）圖解法圖解法 國(guó)標(biāo)規(guī)定了工作空間的幾何作圖法 結(jié)構(gòu)限制分析 畫出工作空間的主剖面（

6、xoz剖面） 畫出工作空間的俯視剖面（xoy剖面）1、機(jī)身和臂部的作用2、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)3、機(jī)身結(jié)構(gòu)4、臂部結(jié)構(gòu)1）機(jī)身定義機(jī)身定義：機(jī)身是連接、支承手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件 作用作用：臂部的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)裝置安裝在機(jī)身上。 類型類型：機(jī)身有固定式和行走式兩種。2）手臂定義手臂定義：手臂部件是連接機(jī)身和手腕的部件。 作用作用：支承腕部和手部，帶動(dòng)手及腕在空間運(yùn)動(dòng)。 特點(diǎn)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)類型多、受力復(fù)雜。1）剛度）剛度 ：為了得到較高的精度，機(jī)器人機(jī)身和手臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度比強(qiáng)度更重要。剛度可分為結(jié)構(gòu)剛度、支承剛度、伺服剛度等。 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀與尺寸； 提高支承剛度和接觸剛度； 合

7、理布置作用力的位置和方向； 2）精度）精度 ：機(jī)器人的精度可分為絕對(duì)精度和重復(fù)定位精度。機(jī)器人終端執(zhí)行器（手部）的精度與臂和機(jī)身的位置精度密切相關(guān)。影響機(jī)器人精度的因素有： 剛度 制造和裝配精度 手腕部在手臂上的連接和定位方式 運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)向精度3）平穩(wěn)性）平穩(wěn)性 ：機(jī)身和臂部的運(yùn)動(dòng)多、質(zhì)量較大、當(dāng)負(fù)荷大且高速運(yùn)行時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，將產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。應(yīng)采取有效的緩沖裝置以吸收沖擊能量。 運(yùn)動(dòng)部件力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕； 減少重心布置不當(dāng)而造成的偏心附加力矩；4）其他：）其他：對(duì)特殊要求的要有相應(yīng)措施，如防爆、防塵、防水、防真空、防輻射、防腐蝕等。 機(jī)身是支承手、臂且?guī)溥\(yùn)動(dòng)的部件，由于機(jī)器人

8、的運(yùn)動(dòng)形式、使用條件 、負(fù)荷能力各不相同，所采用的驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置亦不同，使機(jī)器人機(jī)身有很大差異，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。 分類分類: 1)橫梁式橫梁式 2)立柱式立柱式 3)屈伸式屈伸式 4)類人型類人型;垂直平面屈伸垂直平面屈伸水平平面屈伸水平平面屈伸（SCARA）空間屈伸空間屈伸基座與立柱結(jié)構(gòu)圖基座與立柱結(jié)構(gòu)圖 PUMA-262型機(jī)器人 臂部主要包括臂桿，以及自身屈伸、伸縮、自轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)向定位、支錄、位置檢測(cè)元件等，主要結(jié)構(gòu)有： 伸縮型伸縮型 伸縮與旋轉(zhuǎn)型伸縮與旋轉(zhuǎn)型 屈伸型屈伸型 彈性手臂彈性手臂 柔性手臂柔性手臂手臂的結(jié)構(gòu)形式(a)、 (b) 單臂式; (c) 雙

9、臂式； (d) 懸掛式 雙臂機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu) 手臂俯仰驅(qū)動(dòng)缸安置示意圖 鉸接活塞缸實(shí)現(xiàn)手臂俯仰運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖 1、 概述概述2、手部手部機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)3、腕部機(jī)構(gòu)、腕部機(jī)構(gòu) （1）手部：手部：是最重要的執(zhí)行機(jī)械，工業(yè)機(jī)器人 手部可分為： 1.夾持類 2.吸附類 （2）腕部腕部： 1.完成手部的俯仰，擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)； 2.智能機(jī)器人腕部具有力、力矩傳感器。1）夾鉗式手部的組成 手指手指 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置夾鉗式手部的組成 斜楔杠桿式手部 雙支點(diǎn)連桿杠桿式手部 齒條齒輪杠桿式手部 直線平移型手部 四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部結(jié)構(gòu) 真空吸附取料手 2）設(shè)計(jì)要點(diǎn) 開閉范圍開閉范圍； 夾緊力夾緊力； 定位

10、精度定位精度； 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高； 通用性和可換性通用性和可換性；第三節(jié)第三節(jié)氣動(dòng)換接器與專用末端操作器庫 專用末端操作器庫 多工位末端操作器換接裝置(a) 棱錐型； (b) 棱柱型 手指形狀手指形狀V型手指 尖、薄、長(zhǎng)型手指 平面型手指 特型手指 指面形狀指面形狀 光滑柔性 齒形 手指材料手指材料4） 設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 傳力比； 傳動(dòng)效率； 傳動(dòng)比； 精度； 動(dòng)作范圍； 回轉(zhuǎn)型回轉(zhuǎn)型 斜楔杠桿式 連桿杠桿式 滑槽杠桿式 齒輪、齒條杠桿式 平移型平移型 平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu) 直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 鉤托式鉤托式 彈簧式彈簧式 氣吸式氣吸式 磁吸式磁吸式 撓性撓

11、性第三節(jié)第三節(jié)貝貝 爾爾 格格 萊萊 德德 手手 指指第三節(jié)第三節(jié)這這是是一一個(gè)個(gè)典典型型的的類類人人手手指指第三節(jié)第三節(jié) 1）關(guān)節(jié)的作用和分類 作用：作用：關(guān)節(jié)將機(jī)器人的各構(gòu)件連接起來，機(jī)器人各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)裝置在各關(guān)節(jié)上實(shí)現(xiàn)的。主要有運(yùn)動(dòng)傳遞和力 傳遞。 分類分類：旋轉(zhuǎn)型關(guān)節(jié)和直線移動(dòng)型關(guān)節(jié)腕關(guān)節(jié)在機(jī)器人中很重要，以下主要討論腕關(guān)節(jié)。第五節(jié)第五節(jié) 力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕：力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕：關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)、重量、動(dòng)力載荷直接影響機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、重量和性能。 尤其是腕關(guān)節(jié)， 處于手臂的末端 有2-3個(gè)自由度和驅(qū)動(dòng)裝置 需較大的力矩和盡量輕的重量 綜合考慮，合理布局：綜合考慮，合理

12、布局： 需要考慮強(qiáng)度、剛度、制造、裝配、精度和、控制可靠性。 須考慮腕部的工作條件須考慮腕部的工作條件 如高低溫、腐蝕性、防暴、防塵、防滲。單自由度手腕二自由度手腕三自由度手腕單自由度手腕SCARA機(jī)器人機(jī)器人二自由度手腕 r = (A B )/2 p = (A + B )/2Pitch-Roll 球形二自由度手腕匯交式兩自由度手腕偏置式兩自由度手腕 三自由度手腕垂直相交三自由度手腕匯交型三自由度手腕球形匯交型三自由度手腕偏交型三自由度手腕回形偏交型三自由度手腕PT-600型弧焊機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)圖 KUKA IR-662/100型機(jī)器人手腕裝配圖 1 概述2運(yùn)行車式行走機(jī)構(gòu) 機(jī)器人可分為固定型固

13、定型和行走型行走型 兩種。工業(yè)機(jī)器人一般為固定式，而目前在開發(fā)研制的海洋水下機(jī)器人，原子能工業(yè)、空間機(jī)器人、軍用機(jī)器人，都將是可移動(dòng)的。海洋水下機(jī)器人核工業(yè)原子能反應(yīng)唯用機(jī)器人空間機(jī)器人軍用機(jī)器人醫(yī)療福利機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人移動(dòng)式搬運(yùn)機(jī)器人移動(dòng)式固定式工業(yè)機(jī)器人焊接噴漆上下料機(jī)器人輪式移動(dòng)（包括履帶式）機(jī)器人步行移動(dòng)（多足）機(jī)器人推進(jìn)器或噴射式移動(dòng)機(jī)器人可移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置位置檢測(cè)傳感器 行走部機(jī)構(gòu)包括（1）車輪式行走機(jī)構(gòu)（2）履帶式行走機(jī)構(gòu)（3）步行式行走機(jī)構(gòu)1）車輪式動(dòng)作穩(wěn)定，自動(dòng)操縱簡(jiǎn)單，在FMS或自動(dòng)倉庫中作搬運(yùn)小車用得 較多，適合室內(nèi)平地行走。2）車輪式行走機(jī)構(gòu)有3輪，4輪，或6

14、輪等3）車輪式行走機(jī)構(gòu)采用的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：采用自位輪和主動(dòng)輪差動(dòng)轉(zhuǎn)向?qū)?huì)有角度誤差。采用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪，靜止?fàn)顟B(tài)阻力大。三輪車型移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu) 三組輪 四輪車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng) 三角輪系的機(jī)構(gòu)圖 全方位移動(dòng)車的移動(dòng)方式(a) 全方位方式； (b) 轉(zhuǎn)彎方式; (c) 旋轉(zhuǎn)方式; (d) 制動(dòng)方式 履帶式行走機(jī)構(gòu)適合于野外作業(yè)，軍用機(jī)器人，及各種勘探及探險(xiǎn)，適應(yīng)各種地形，爬坡可達(dá)45，可以爬樓梯。適應(yīng)地形的履帶 1）概述2）四腳和多腳步行機(jī)構(gòu)3）腳-車混合行走機(jī)構(gòu)4）兩腳步行式行走機(jī)構(gòu) 可在高低不平的地段上行走。 腳的主動(dòng)性可保持平衡，不隨地面晃動(dòng)。 在柔軟的地面上運(yùn)動(dòng)、效率不顯著降低?；鹦翘綔y(cè)用小漫游車

15、 靜步行：機(jī)器人重心始終落在支持于地面的幾只腳所圈成的多邊形面積內(nèi)。動(dòng)步行：有時(shí)重心落在支撐面積外，利用重力和慣性力，作為步行的動(dòng)力，步行速度快、耗能少。 步行機(jī)器人的腳數(shù)從兩腳到七腳，靜步行須四腳以上，各腳的自由度數(shù)不少于3個(gè)。 對(duì)于四腳以上的步行機(jī)構(gòu)，若腳擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度為V，則腳落地時(shí)間與離地時(shí)間比為： ：為腳占定因數(shù) k：為機(jī)器人腳數(shù)故四腳的最大行走速度（靜步行）而六腳的最大行走速度則為 1kk333331kkkkk333maxVKVVVVV1max四腳步行機(jī)器人步態(tài)2 13 42 13 42 13 42 13 41）優(yōu)點(diǎn)：）優(yōu)點(diǎn)：有最好的適應(yīng)性，與人類相似的優(yōu)越性。人類幻想的高級(jí)智能機(jī)

16、器人的行走機(jī)構(gòu)。2）控制：）控制： 無論是靜步行或動(dòng)步行，控制都困難，猶如倒擺測(cè)出各物理量，控制機(jī)構(gòu)連桿的相對(duì)角利用腳尖在地面上的反作用力測(cè)重心的位置3）靜、動(dòng)步行）靜、動(dòng)步行第四節(jié)第四節(jié)八自由度兩腳步行機(jī)器人步行特征八自由度兩腳步行機(jī)器人步行特征1、 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)裝置是使機(jī)器人各部件動(dòng)作的動(dòng)力源，目前常見的有： （1）液壓驅(qū)動(dòng) （2）氣壓驅(qū)動(dòng) （3）電機(jī)驅(qū)動(dòng) （4）其他驅(qū)動(dòng)方式 1）液壓驅(qū)動(dòng)：液壓驅(qū)動(dòng)：是高壓油作為工作介質(zhì)，推動(dòng)直線或旋轉(zhuǎn)的油缸進(jìn)行工作的, 在一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中其主要的部件如下： 直線液壓缸直線液壓缸：在高壓油的作

17、用下，可作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 擺動(dòng)缸：擺動(dòng)缸：在高壓油的作用下可產(chǎn)生一定角度的擺動(dòng)。 電液伺服閥：電液伺服閥：可精確地控制油路的開關(guān)、并可控制供油量的大小，以便對(duì)液壓缸進(jìn)行精確的控制，并可以根據(jù)位置傳感器和速度傳感器反饋的信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制。 2) 應(yīng)用：應(yīng)用： 目前在負(fù)荷較大的搬運(yùn)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人應(yīng)用較多。 在所有的驅(qū)動(dòng)方式中，氣壓驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的，在工業(yè)中應(yīng)用很廣，其組成與液壓驅(qū)動(dòng)相似。 可以用機(jī)械的檔次實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的控制，并能達(dá)到較高的精度, 雖然達(dá)到高精度的伺服控制較難，但目前已經(jīng)用微處理機(jī)直接控制的氣動(dòng)馬達(dá)，定位精度在1mm。 在機(jī)器人中主要用于各種氣動(dòng)手爪，以及小型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)。第五節(jié)第五

18、節(jié)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)在機(jī)器人中的應(yīng)用可以分成三種： 直流電機(jī)組成伺服控制系統(tǒng)； 交流（或）無刷直流電機(jī)組成伺服控制系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。 （4）其他驅(qū)動(dòng)方式氣囊式人工肌肉磁致伸縮驅(qū)動(dòng)形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動(dòng)器壓電晶體驅(qū)動(dòng)器新型的驅(qū)動(dòng)方式新型的驅(qū)動(dòng)方式1. 1. 磁致伸縮驅(qū)動(dòng)磁致伸縮驅(qū)動(dòng)鐵磁材料和亞鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變鐵磁材料和亞鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變, , 其長(zhǎng)度和體其長(zhǎng)度和體積都要發(fā)生微小的變化積都要發(fā)生微小的變化, , 這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。2020世紀(jì)世紀(jì)6060年年代發(fā)現(xiàn)某些稀土元素在低溫時(shí)磁伸率達(dá)代發(fā)現(xiàn)某些稀土元素在低溫時(shí)磁伸率達(dá)3000300

19、01010- 6- 610 10 0000001010-6-6, ,人們開始關(guān)注研究有適用價(jià)值的大磁致伸縮材料。人們開始關(guān)注研究有適用價(jià)值的大磁致伸縮材料。 研究發(fā)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn),TbFe,TbFe2 2( (鋱鐵鋱鐵) )、SmFeSmFe2 2( (釤鐵釤鐵) )、DyFeDyFe2 2( (鏑鐵鏑鐵) )、 HoFeHoFe2 2( (鈥鐵鈥鐵) )、TbDyFeTbDyFe2 2( (鋱鏑鐵鋱鏑鐵) )等稀土鐵系化合物不僅磁致等稀土鐵系化合物不僅磁致伸縮值高伸縮值高, , 而且居里點(diǎn)高于室溫而且居里點(diǎn)高于室溫, , 室溫磁致伸縮值為室溫磁致伸縮值為100010001010- -6 6250

20、025001010-6-6, , 是傳統(tǒng)磁致伸縮材料如鐵、鎳等的是傳統(tǒng)磁致伸縮材料如鐵、鎳等的1010100100倍。倍。 這類材料被稱為稀土超磁致伸縮材料這類材料被稱為稀土超磁致伸縮材料(Rear Earth Gia(Rear Earth Giant MagnetoStrictive Materials, 縮寫為縮寫為RE-GMSM)。 這一現(xiàn)象已用于制造具有微英寸量級(jí)位移能力的直線電機(jī)。這一現(xiàn)象已用于制造具有微英寸量級(jí)位移能力的直線電機(jī)。 為使這種驅(qū)動(dòng)器工作為使這種驅(qū)動(dòng)器工作, , 要將被磁性線圈覆蓋的磁致伸縮小棒的要將被磁性線圈覆蓋的磁致伸縮小棒的兩端固定在兩個(gè)架子上。當(dāng)磁場(chǎng)改變時(shí)兩端固

21、定在兩個(gè)架子上。當(dāng)磁場(chǎng)改變時(shí), , 會(huì)導(dǎo)致小棒收縮或伸會(huì)導(dǎo)致小棒收縮或伸展展, , 這樣其中一個(gè)架子就會(huì)相對(duì)于另一個(gè)架子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。這樣其中一個(gè)架子就會(huì)相對(duì)于另一個(gè)架子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 一一個(gè)與此類似的概念是用壓電晶體來制造具有毫微英寸量級(jí)位移個(gè)與此類似的概念是用壓電晶體來制造具有毫微英寸量級(jí)位移的直線電機(jī)。的直線電機(jī)。 美國(guó)波士頓大學(xué)已經(jīng)研制出了一臺(tái)使用壓電微電機(jī)驅(qū)動(dòng)的美國(guó)波士頓大學(xué)已經(jīng)研制出了一臺(tái)使用壓電微電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人機(jī)器人“機(jī)器螞蟻機(jī)器螞蟻”。 “機(jī)器螞蟻機(jī)器螞蟻”的每條腿是長(zhǎng)的每條腿是長(zhǎng)1 mm或不到或不到1 mm的硅桿，的硅桿， 通過不帶傳動(dòng)裝置的壓電微電機(jī)來驅(qū)動(dòng)通過不帶傳動(dòng)裝置的壓電微

22、電機(jī)來驅(qū)動(dòng)各條腿運(yùn)動(dòng)。各條腿運(yùn)動(dòng)。 這種這種“機(jī)器螞蟻機(jī)器螞蟻”可用在實(shí)驗(yàn)室中收集放射性可用在實(shí)驗(yàn)室中收集放射性的塵埃以及從活著的病人體中收取患病的細(xì)胞。的塵埃以及從活著的病人體中收取患病的細(xì)胞。 2. 2. 形狀記憶金屬形狀記憶金屬有一種特殊的形狀記憶合金叫做有一種特殊的形狀記憶合金叫做BiometalBiometal( (生物金屬生物金屬), ), 它它是一種專利合金是一種專利合金, , 在達(dá)到特定溫度時(shí)縮短大約在達(dá)到特定溫度時(shí)縮短大約4%4%。 通過改變通過改變合金的成分可以設(shè)計(jì)合金的轉(zhuǎn)變溫度合金的成分可以設(shè)計(jì)合金的轉(zhuǎn)變溫度, , 但標(biāo)準(zhǔn)樣品都將溫度設(shè)但標(biāo)準(zhǔn)樣品都將溫度設(shè)在在9090左右

23、。左右。 在這個(gè)溫度附近在這個(gè)溫度附近, , 合金的晶格結(jié)構(gòu)會(huì)從馬氏體合金的晶格結(jié)構(gòu)會(huì)從馬氏體狀態(tài)變化到奧氏體狀態(tài)狀態(tài)變化到奧氏體狀態(tài), ,并因此變短。然而并因此變短。然而, ,與許多其他形狀記與許多其他形狀記憶合金不同的是憶合金不同的是, ,它變冷時(shí)能再次回到馬氏體狀態(tài)。如果線材它變冷時(shí)能再次回到馬氏體狀態(tài)。如果線材上負(fù)載低的話上負(fù)載低的話, ,上述過程能夠持續(xù)變化數(shù)十萬個(gè)循環(huán)。實(shí)現(xiàn)這上述過程能夠持續(xù)變化數(shù)十萬個(gè)循環(huán)。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的常用熱源來自于種轉(zhuǎn)變的常用熱源來自于當(dāng)電流通過金屬時(shí)當(dāng)電流通過金屬時(shí),金屬因自身的電金屬因自身的電阻而產(chǎn)生的熱量。結(jié)果是阻而產(chǎn)生的熱量。結(jié)果是, ,來自電池或者其

24、他電源的電流輕易來自電池或者其他電源的電流輕易就能使生物金屬線縮短。這種線的主要缺點(diǎn)在于它的總應(yīng)變僅就能使生物金屬線縮短。這種線的主要缺點(diǎn)在于它的總應(yīng)變僅發(fā)生在一個(gè)很小的溫度范圍內(nèi)發(fā)生在一個(gè)很小的溫度范圍內(nèi), ,因此除了在開關(guān)情況下以外因此除了在開關(guān)情況下以外, , 要精確控制它的拉力很困難要精確控制它的拉力很困難, ,同時(shí)也很難控制位同時(shí)也很難控制位移。移。 （5）驅(qū)動(dòng)方式的選擇 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器要求啟動(dòng)力矩大、調(diào)速范圍寬、慣量小 選擇驅(qū)動(dòng)方式：負(fù)荷為2000N以下采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 小功率點(diǎn)位控制采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 大功率大力矩采用液壓驅(qū)動(dòng)方式選擇驅(qū)動(dòng)器容量：額定速度時(shí)的額定功率 關(guān)節(jié)加減速時(shí)加速

25、功率 最不利形位時(shí)的負(fù)載力矩 1）常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型和特點(diǎn)(1) 齒輪類傳動(dòng)：主要有齒輪、蝸輪蝸桿、齒輪齒條 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快、扭矩大、剛性好缺點(diǎn)：傳動(dòng)有間隙、故回差大，精度低 應(yīng)用：腰、腕關(guān)節(jié)(2) 鏈索類傳動(dòng)：主要有鏈條、齒形帶、鋼帶優(yōu)點(diǎn)：無間隙、剛度與張緊裝置有關(guān)，力矩較大缺點(diǎn)：速比小，齒形帶和鋼帶適用于小負(fù)載應(yīng)用：腕關(guān)節(jié) 使絲杠與螺母之間由滑動(dòng)摩擦度為滾動(dòng)摩擦的一種螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)在數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人中應(yīng)用較為廣泛。(1)結(jié)構(gòu)組成： 滾珠絲杠螺母副可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。為消除回差，螺母分成兩段，采用雙螺母預(yù)緊消除間隙的方式，以墊片、鎖緊螺母、齒差調(diào)整兩段螺母的相對(duì)位置。(2)特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小且動(dòng)靜

26、摩擦系數(shù)差小，效率高且逆?zhèn)鲃?dòng)效率也高，靈敏度高、傳動(dòng)平移、磨損小、壽命長(zhǎng)。滾球絲杠副 (1) 原理和結(jié)構(gòu)三大基本構(gòu)件：剛輪、柔輪、波發(fā)生器剛輪固定時(shí)減速比： 剛輪固定時(shí)減速比：Zb ：柔輪齒數(shù) Zg ：剛輪齒數(shù)bgbzzzibggzzzi1特點(diǎn)：13優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比大，單級(jí)可為50300，兩級(jí)可達(dá) 20000。傳動(dòng)平穩(wěn)，承載力高。多齒嚙合磨 損小，傳動(dòng)效率可達(dá)0.85，傳動(dòng)精度高。 回差小，一般可小于 ，實(shí)現(xiàn)無回 差傳動(dòng)。缺點(diǎn)：杯式柔輪剛度較低。諧波齒輪傳動(dòng) (1)工作原理：由一級(jí)行星輪系再串聯(lián)一級(jí)擺線輪減速器組合而成。(2)特點(diǎn)：除了諧波傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)外，最顯著的特點(diǎn)是剛性好。工業(yè)機(jī)器人常用傳動(dòng)方式的

27、比較與分析工業(yè)機(jī)器人常用傳動(dòng)方式的比較與分析 PUMA 562機(jī)器人的傳動(dòng)示意圖 第六節(jié) 機(jī)器人的規(guī)格及主要性能指標(biāo)1.有關(guān)負(fù)荷方面的性能指標(biāo)：有關(guān)負(fù)荷方面的性能指標(biāo)：(1) 額定負(fù)荷：在正常運(yùn)行條件下施加到手腕部的 最大負(fù)荷的容許值，包括末端執(zhí)行 器、附件和慣性力。(2)限定負(fù)荷：機(jī)器人機(jī)構(gòu)部分不發(fā)生破壞或不出 故障時(shí)手腕外所能承受的最大負(fù)荷。(3)最大推力和最大扭矩：指單軸的最大推力或最 大扭矩(1) 自由度(2) 單軸最大工作范圍和工作速度(3) 合成速度：表現(xiàn)為手腕中心的線速度(1)工作空間(2)靈活度：表示機(jī)器人在工作空間各點(diǎn)抓取物 體的靈活程度。用末桿位姿圖最能 直觀而準(zhǔn)確地表示這一特點(diǎn)。第六節(jié)第六節(jié)(1)位姿精度(2)距離精度(3)軌跡精度 前三項(xiàng)統(tǒng)稱定位精度(4)位置重復(fù)