轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和移動關(guān)節(jié)

1、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和移動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和移動關(guān)節(jié)主講 周蘭引言n機器人是運動的，各個部位都需要能源和動力，設(shè)計和選擇良好的傳動部件是非常重要的。這涉及到關(guān)節(jié)形式的確定、傳動方式的選擇、傳動部件的定位和消隙等多個方面。一、關(guān)節(jié)一、關(guān)節(jié)1定義：定義：n機器人中聯(lián)結(jié)運動部分的機構(gòu)稱為關(guān)節(jié)。2分類：分類：n按照關(guān)節(jié)的運動方式不同，關(guān)節(jié)分為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和移動關(guān)節(jié)。n轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)實現(xiàn)兩個部件之間的相對回旋運動；移動關(guān)節(jié)實現(xiàn)兩個部件之間的相對直線運動。二、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)二、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)1作用：作用：n轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)既用于聯(lián)接聯(lián)接各運動機構(gòu)，又傳遞傳遞各機構(gòu)間的回轉(zhuǎn)運動（或擺動）。n對于機器人而言，主要用于基座與臂部、臂部之間、臂部和手腕等之間

2、的有相對運動要求的聯(lián)接部件上。2組成：組成：n回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)由驅(qū)動機構(gòu)、回轉(zhuǎn)軸和軸承組成。 3常見結(jié)構(gòu)形式（常見結(jié)構(gòu)形式（1）：）： n驅(qū)動機構(gòu)和回轉(zhuǎn)軸驅(qū)動機構(gòu)和回轉(zhuǎn)軸同軸式同軸式： n屬于直接驅(qū)動回轉(zhuǎn)軸，有較高的定位精度。為了減輕重量，要求選擇小型減速器并增加臂部的剛性。適用于水平多關(guān)節(jié)型機器人。n驅(qū)動機構(gòu)與回轉(zhuǎn)軸正交式驅(qū)動機構(gòu)與回轉(zhuǎn)軸正交式：n重量大的減速機構(gòu)安裝在基座上，通過臂部內(nèi)的齒輪、鏈條來傳遞運動。適用于要求臂部結(jié)構(gòu)緊湊的場合。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示例（1）：同軸式正交式3常見結(jié)構(gòu)形式（常見結(jié)構(gòu)形式（2）：）： n外部驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動臂部的外部驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動臂部的形式形式：n適合于傳遞大扭矩的回轉(zhuǎn)運動

3、，采用的傳動機構(gòu)有滾珠絲桿、液壓缸和汽缸。n驅(qū)動電機安裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部的形式：驅(qū)動電機安裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部的形式： n這種方式亦稱為直接驅(qū)動方式。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示例（2）：直接驅(qū)動外部驅(qū)動動作示意圖4機器人用軸承（機器人用軸承（1）：）： n薄壁四點接觸球軸承：薄壁四點接觸球軸承： n相當于兩套單列角接觸球軸承，能夠承受雙向推力載荷。從截面上看，其內(nèi)外滾道的輪廓均由兩段半徑相同的圓弧相交而成，每段圓弧與鋼球的接觸角都是30。這種軸承除能承受軸向、徑向載荷外，還能承受傾覆力矩，特別適合于受力狀態(tài)復雜而空間位置和質(zhì)量又受到限制的情況。角接觸球軸承：n單個使用時只能承受一個方向的軸向載荷，同時還能夠承受一定的徑

4、向載荷。n這種軸承必須在承受軸向載荷的狀態(tài)下使用，通常成對安裝使用。n當面對面或背對背安裝時，可以承受徑向載荷和雙向軸向載荷。n當串聯(lián)安裝時，只能承受很大的單向軸向載荷。角接觸球軸承示例：瑣口在外圈瑣口在內(nèi)圈瑣口在外圈背靠背瑣口在外圈面對面瑣口在外圈串聯(lián)薄壁四點接觸球軸承圖例：4機器人用軸承（機器人用軸承（2）：）：n薄壁交叉滾子軸承： n這種軸承相當于由兩套推力圓錐滾子軸承組合而成，滾子呈交叉垂直排列，內(nèi)圈有兩個相互垂直的滾道，外圈為雙半外圈。能夠承受軸向、徑向和力矩聯(lián)合載荷，并具有更高的剛度。圓錐滾子軸承：n圓錐滾子軸承必須在承受軸向載荷的狀態(tài)下使用，可以采用面對面或背對背的方式成對使用。

5、n有較大的徑向和軸向承載能力。圓錐滾子軸承圖例：基本型面對面安裝背對背安裝薄壁交叉滾子軸承圖例：三、移動關(guān)節(jié)三、移動關(guān)節(jié)1構(gòu)成：構(gòu)成：n移動關(guān)節(jié)由直線運動機構(gòu)和在整個運動范圍內(nèi)起直線導向作用的直線導軌部分組成。 2對導軌的要求：對導軌的要求：n導軌副之間間隙小且可調(diào)，并能消除間隙。 n在垂直方向上具有足夠的剛度。n摩擦系數(shù)小且不隨速度變化等。3導軌副常見形式：導軌副常見形式： n滑動導軌滑動導軌n滾動導軌滾動導軌n靜壓導軌靜壓導軌n磁性懸浮導軌磁性懸浮導軌 由于機器人在速度和精度方面要求高，由于機器人在速度和精度方面要求高，一般采用結(jié)構(gòu)緊湊且價格低廉的滾動導一般采用結(jié)構(gòu)緊湊且價格低廉的滾動導軌

6、。軌。直線導軌種類示例：滑動導軌滾動導軌靜壓導軌磁懸浮導軌4機器人用典型滾動導軌結(jié)構(gòu)簡介機器人用典型滾動導軌結(jié)構(gòu)簡介：n直線運動球直線運動球軸承軸承： n由外圈、保持架和在外圈和軸之間的幾列鋼球組成。外圈相對軸作往復直線運動，而鋼球借助保持架通道引導循環(huán)，在外滾道中往復滾動。n直線滾動直線滾動導軌導軌：n由導軌體、滑塊、滾珠、保持器和端蓋組成。導軌固定在不運動的部件上，滑塊固定在運動部件上。 直線運動球軸承圖例（直線運動球軸承圖例（1）：）：直線運動球軸承圖例（直線運動球軸承圖例（2）：）：直線滾動導軌示例：四、傳動件的定位四、傳動件的定位1電氣開關(guān)定位：電氣開關(guān)定位：n定位原理：定位原理：

7、n電氣開關(guān)定位是利用電氣開關(guān)（有觸點或無觸點）作行程檢測元件，當機械手運行到定位點時，行程開關(guān)發(fā)出信號，切斷動力源或接通制動器，從而使機械手獲得定位。n分類：分類：n液壓驅(qū)動機械手需定位時：n機械手運行至定位點，行程開關(guān)發(fā)出信號，電磁換向閥關(guān)閉油路實現(xiàn)定位。n電機驅(qū)動機械手需定位時：n機械手運行至定位點，行程開關(guān)發(fā)出信號，電氣系統(tǒng)激勵電磁制動器進行制動而定位。2機械擋塊定位：機械擋塊定位： n是在行程終點設(shè)置機械擋塊，當機械手減速運動至終點時，緊靠擋塊而定位。 插銷定位結(jié)構(gòu)示例：3伺服定位系統(tǒng)：伺服定位系統(tǒng)：n前面兩種定位方法只適用于兩點或多點定位，而在任意點定位時，要使用伺服定位系統(tǒng)。它可以根據(jù)輸入指令的變化控制位移，獲得良好的運動特性。不僅適用于點位控制，也適合于連續(xù)軌跡控制。 五、傳動件的消隙五、傳動件的消隙1、需要消隙的理由n傳動機構(gòu)存在的間隙，稱為側(cè)隙。n傳動間隙的存在，影響著機器人的重復定位精度和平穩(wěn)性；對機器人控制系統(tǒng)而言，傳動間隙導致顯著的非線性變化、振動和不穩(wěn)定性。2、產(chǎn)生間隙的原