機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1課件

1、機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)2022/7/28機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1一、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(dòng)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)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 要使機(jī)器人運(yùn)行起來(lái)，需給各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置，這就是驅(qū)動(dòng)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(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)人類(lèi)的感受系統(tǒng)對(duì)感知外部世界信息是極其靈巧的，然而，對(duì)于一些特殊的信息，傳感器比人類(lèi)的感受系統(tǒng)更有效機(jī)器人一環(huán)境交互系

2、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、裝配單元等機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1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(lái)的信號(hào)，支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能如果機(jī)器人不具備信息反饋特征，則為開(kāi)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(dòng)的形式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制 機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1操作

3、機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式機(jī) 器 人本體執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)手部（操作器）腕部臂部腰部電驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置處理器關(guān)節(jié)伺服控制器內(nèi)部傳感器外部傳感器 基 座（固定或移動(dòng)）傳動(dòng)裝置機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)16手部腕部小臂（上臂）大臂（下臂）腰部 基 座控制柜示教盒機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1相關(guān)術(shù)語(yǔ)及性能指標(biāo)關(guān)節(jié)（Joint）：即運(yùn)動(dòng)副，允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。連桿（Link）：機(jī)器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開(kāi)的部分。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1自由度（Degree of freedom） ：或者稱(chēng)坐標(biāo)軸數(shù)，是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。手指的開(kāi)、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在

4、內(nèi)。剛度（Stiffness）：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(lái)度量。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1定位精度（Positioning accuracy）：指機(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。重復(fù)性（Repeatability）或重復(fù)精度： 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。它是衡量一列誤差值的密集程度，即重復(fù)度。oo機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1工作空間（Working space）：機(jī)器人手腕參考點(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。機(jī)器人的

5、組成結(jié)構(gòu)1二、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(lèi)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。 2.1機(jī)械手的操作動(dòng)作機(jī)械手的動(dòng)作形態(tài)是由三種不同的單動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)部件的軸線和轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸；回轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)部件的軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)軸不同軸。伸縮是指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)。 機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)12.2機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度 （1）根據(jù)單元?jiǎng)幼鹘M合方式的不同，機(jī)械手的動(dòng)作形態(tài)一般歸納為以下四種坐標(biāo)類(lèi)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)。

6、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(dòng)，這類(lèi)機(jī)械手各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)合 機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1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(dòng)和兩個(gè)在相互垂直方向上的直線伸縮運(yùn)動(dòng)。它適用于采用油壓(或氣壓)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在操作對(duì)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(dòng)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(dòng)，其特點(diǎn)類(lèi)似于圓柱型機(jī)械手。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1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(dòng)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

7、積小，動(dòng)作范圍大，空間移動(dòng)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。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1SCARA機(jī)器人 關(guān)節(jié)式機(jī)器人機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)12.3. 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(dòng)手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。它是由臂部運(yùn)動(dòng)(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(dòng)型式、使用條件、負(fù)載能力各不相同，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(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上。臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力愈復(fù)雜。機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走

8、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)器人的組成結(jié)構(gòu)1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(lèi)人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1臂部結(jié)構(gòu)手臂部件(簡(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。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(dòng)有關(guān)的構(gòu)件，如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐聯(lián)接和位置檢測(cè)元件等。此外，還有與腕部或手臂的運(yùn)動(dòng)和聯(lián)接支撐等有關(guān)的構(gòu)件、配管配線等。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置的不同可分為：）伸縮型臂部結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮型臂部結(jié)構(gòu)）

9、驅(qū)伸型臂部結(jié)構(gòu)）其他專(zhuān)用的機(jī)械傳動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1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(dòng)要求、工作對(duì)象、作業(yè)環(huán)境和場(chǎng)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)伸式機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1橫梁式：機(jī)身設(shè)計(jì)成橫梁式，用于懸掛手臂部件，這類(lèi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式大多為移動(dòng)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)。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1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(dòng)型式，是一種常

10、見(jiàn)的配置形式。一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(jiǎn)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)器人的組成結(jié)構(gòu)1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(dòng)。也可以具有行走機(jī)構(gòu)，如沿地面上的專(zhuān)用軌道移動(dòng)，以擴(kuò)大其活動(dòng)范圍。各種運(yùn)動(dòng)形式均可設(shè)計(jì)成機(jī)座式。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1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(duì)運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)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(dòng)軌跡，可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)，也可以作空間運(yùn)動(dòng)。（圖見(jiàn)下頁(yè)）機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)

11、14、手腕結(jié)構(gòu)手腕是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它的主要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(duì)于臂進(jìn)行擺動(dòng)。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1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：機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足傳動(dòng)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(dòng)部分安排在小臂上。首先設(shè)法使幾個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞到同軸旋轉(zhuǎn)的心軸和多層套筒上去。運(yùn)動(dòng)傳入腕部后再分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)作。機(jī)器人的組

12、成結(jié)構(gòu)1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)器人的定位精度不能滿足裝配要求時(shí)，會(huì)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(cè)、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。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)15、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(chēng)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、噴涂等）和作業(yè)對(duì)象的不同（如軸類(lèi)、板類(lèi)、箱類(lèi)、包類(lèi)物體等）， 手部的

13、形式多樣。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(lèi)： 1卡爪式夾持器； 2吸附式取料手； 3專(zhuān)用操作器及換接器 4仿生多指靈巧手。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)134卡爪式夾持器通常有兩個(gè)夾爪，分為回轉(zhuǎn)型和平移型兩種類(lèi)型。 卡爪式夾持器幾種彈力抓手1）彈力夾持器機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1352） 回轉(zhuǎn)型夾持器 開(kāi)合占用空間 較小 夾持中心變化機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1363）平移型夾持器 開(kāi)合占用空 間較大 夾持中心保 持不變機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)11. 滑槽杠桿式手部機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)12.齒輪齒條式手部3.滑塊杠桿式手部4.斜楔杠桿式機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)15.移動(dòng)型連桿式手部6.齒輪齒條式手部7.內(nèi)漲斜塊式手部8.連

14、桿杠桿式手部機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1手指類(lèi)型：機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)141 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(lèi)執(zhí)行器可分氣吸和磁吸兩類(lèi)。 吸附式取料手 氣吸附取料手是利用吸盤(pán)內(nèi)氣壓與大氣壓之間的壓力差而工作的。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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、擠壓排氣負(fù)壓氣吸式兒種。 1）氣吸附取料手氣流負(fù)壓氣吸盤(pán)擠壓排氣吸盤(pán)真空氣吸盤(pán)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1422）磁吸附取料手機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)143專(zhuān)用操作器及換接器機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)144 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（20個(gè)）

15、，驅(qū)動(dòng)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。 仿生多指靈巧手UTACHMIT 多指手 三指手 雙拇指手 機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)145最小的三指手 BHII 三指手 四指靈巧手 靈巧的雙手 DLR多指手哈工大多指手機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)146 手指關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)手指主要用于抓握動(dòng)作，要求動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)有三種方式：1) 腱傳動(dòng)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。MIT手、JPL手和DLR-I手都是這種方式。2) 齒輪傳動(dòng)，特點(diǎn)是傳動(dòng)比可靠，但是摩擦較大，有回程間隙，占

16、用空間大。3) 連桿傳動(dòng)，剛度好，加工制造比較簡(jiǎn)單，高精度，能較好的實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)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(dòng)規(guī)律的要求。典型的如Belgrade手，NASA手等。4）欠驅(qū)動(dòng)手指關(guān)節(jié)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)11）車(chē)輪型5 、移動(dòng)機(jī)器人兩輪型三輪型四輪型機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)12） 履帶式救援機(jī)器人機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)13）步行式（足式行走）機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1履帶式行走機(jī)構(gòu)雖然可在高低不平的地面上運(yùn)動(dòng)，但它的適應(yīng)性不夠，行走時(shí)候晃動(dòng)太大，在軟地面上行駛運(yùn)動(dòng)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(chē)輛行走。但是一般多足動(dòng)物卻能在這些地方行動(dòng)自如，顯然足式與輪式和履

17、帶式行走方式相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。足式行走對(duì)崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力一，足式運(yùn)動(dòng)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(dòng)方式還具有主動(dòng)隔振能力，盡管地面高低不平，機(jī)身的運(yùn)動(dòng)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(dòng)速度較高，能耗較少。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1（）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。足的數(shù)目多，適合于重載和慢速運(yùn)動(dòng)。雙足和四足具有最好的適應(yīng)性和靈活性，也最接近人類(lèi)和動(dòng)物。下頁(yè)圖顯示了單足、雙足、三足、四足和六足行走結(jié)構(gòu)。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1機(jī)器人的

18、組成結(jié)構(gòu)1（）足的配置足的配置指足相對(duì)于機(jī)體的位置和方位的安排，這個(gè)問(wèn)題對(duì)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。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1幾何構(gòu)型彎曲方向機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1（）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)其機(jī)身的穩(wěn)定通過(guò)足夠數(shù)量的足支撐來(lái)保證。在行走過(guò)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，即使在運(yùn)動(dòng)中的某一瞬時(shí)將運(yùn)動(dòng)“凝固”，機(jī)體也不會(huì)有傾覆的危險(xiǎn)。這類(lèi)行走機(jī)構(gòu)的速度較慢，它的步態(tài)為爬行或步行。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1動(dòng)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

19、，兩根高蹺在地面不動(dòng)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(dòng)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(dòng)力并不停地調(diào)整平衡點(diǎn)以保證不會(huì)跌倒。這類(lèi)機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)速度較快，消耗能量小。其步態(tài)可以是小跑和跳躍。機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)14）其它移動(dòng)方式軍用昆蟲(chóng)機(jī)器人爬纜索機(jī)器人水下6000米無(wú)纜自治機(jī)器人蛇形機(jī)器人機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1三、機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3.1關(guān)節(jié)直接驅(qū)動(dòng)方式 直接驅(qū)動(dòng)方式是驅(qū)動(dòng)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(dòng)方式是驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過(guò)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

20、接驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn) 大部分機(jī)器人的關(guān)節(jié)是間接驅(qū)動(dòng)這種間接驅(qū)動(dòng)，通常其驅(qū)動(dòng)器的輸出力矩大大小于驅(qū)動(dòng)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(huì)使手臂根部關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的負(fù)荷增大 機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1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(dòng)但是，間接驅(qū)動(dòng)帶來(lái)了機(jī)械傳動(dòng)中不可避免的誤差，引起沖擊振動(dòng)，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(dòng)方式 直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人也叫作DD機(jī)器人(Direct drive robot)，簡(jiǎn)稱(chēng)

21、DDRDD機(jī)器人一般指驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)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(dòng)電機(jī)和關(guān)節(jié)之間沒(méi)有速度和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換 機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1DD機(jī)器人與間接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械傳動(dòng)精度高振動(dòng)小，結(jié)構(gòu)剛度好機(jī)械傳動(dòng)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(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)異的DD機(jī)器人美國(guó)Adept公司研制出帶有視覺(jué)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(dòng)速度82 ms，重復(fù)定位精度005 mm機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)1DD機(jī)器人目前主要存在的問(wèn)題 載荷變化、耦合轉(zhuǎn)矩及非線性轉(zhuǎn)矩對(duì)驅(qū)動(dòng)及控制影響顯著，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)困難和復(fù) 雜對(duì)位置、速度的傳感元件提出了相當(dāng)高的要求需開(kāi)發(fā)小型實(shí)用的DD電機(jī) 電機(jī)成本高 機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)13.2 驅(qū)動(dòng)元件 (1) 液(氣)壓驅(qū)動(dòng)液(氣)壓缸液(氣)壓馬達(dá) (2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)在小的機(jī)器人上