機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)

1、機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)的舉例末桿+手部腕部大臂大臂腰部機(jī)座位置機(jī)構(gòu)姿態(tài)機(jī)構(gòu)組成機(jī)器人的連桿和關(guān)節(jié)按功能可以分成兩類，一類是組成手臂的長(zhǎng)連桿，也稱臂桿，其產(chǎn)生主運(yùn)動(dòng)，是機(jī)器人的位置機(jī)構(gòu)；另一類是組成手腕的短連桿，它實(shí)際上是一組位于臂桿端部的關(guān)節(jié)組，是機(jī)器人的姿態(tài)機(jī)構(gòu)，確定了手部執(zhí)行器在空間的方向。第2頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四機(jī)身及臂部結(jié)構(gòu)1.機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人機(jī)身(或稱立柱)是支承臂部及手部的部件。一、機(jī)身的典型結(jié)構(gòu)機(jī)身結(jié)構(gòu)一般由機(jī)器人總體設(shè)計(jì)確定。1回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身(1)

2、油缸驅(qū)動(dòng)，升降油缸在下，回轉(zhuǎn)油缸在上。升降活塞桿桿的尺寸要加大。(2) 油缸驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)油缸在下，升降油缸在上，回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動(dòng)力矩要設(shè)計(jì)得大一些。(3) 鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)角度可大于360。第3頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四2回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身 第4頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四2.機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)大臂、小臂(或多臂)，主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)（最為通用）。 一、臂部的典型結(jié)構(gòu)1臂部伸縮機(jī)構(gòu)行程小時(shí)，采用油(氣)缸直接驅(qū)動(dòng)；行程較大時(shí)，可采用油(氣)缸驅(qū)動(dòng)齒 條傳動(dòng)的倍增機(jī)構(gòu)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可采用絲杠螺母或滾

3、珠絲杠傳動(dòng)。為了增加手臂的剛性，防止手臂在伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生變形，臂部伸縮機(jī)構(gòu)需設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。常用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿等，可根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素 選取。1手部；2夾緊缸；3油缸；4導(dǎo)向柱；5運(yùn)行架；6行走車輪；7軌道；8支座第5頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四通常采用擺臂油(氣)缸驅(qū)動(dòng)、鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的俯仰。1手部2夾緊缸3升降缸4小臂5、7擺動(dòng)油缸6大臂8立柱2手臂俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，適用于升降行程短而回轉(zhuǎn)角度小于360的情況；也有采用升降缸與氣動(dòng)馬達(dá)-錐齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。3手臂回轉(zhuǎn)與

4、升降機(jī)構(gòu)第6頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四腕部及手部結(jié)構(gòu)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人的手部作為末端執(zhí)行器是完成抓握工件或執(zhí)行特定作業(yè)的重要部件，也需要有多種結(jié)構(gòu)。腕部是臂部與手部的連接部件，起支承手部和改變手部姿態(tài)的作用。目前，RRR型三自由度手腕應(yīng)用較普遍。腕部是機(jī)器人的小臂與末端執(zhí)行器(手部或稱手爪)之間的連接部件，其作用是利用自身的活動(dòng)度確定手部的空間姿態(tài)。對(duì)于一般的機(jī)器人，與手部相連接的手腕都具有獨(dú)驅(qū)自轉(zhuǎn)的功能，若手腕能在空間取任意方位，那么與之相連的手部就可在空間取任意姿態(tài)，即達(dá)到完全靈活。 從驅(qū)動(dòng)方式看，手腕一般有兩種形式，即遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)。直

5、接驅(qū)動(dòng)是指驅(qū)動(dòng)器安裝在手腕運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的附近直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，因而傳動(dòng)路線短，傳動(dòng)剛度好，但腕部的尺寸和質(zhì)量大，慣量大。遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)器安裝在機(jī)器人的大臂、基座或小臂遠(yuǎn)端上，通過(guò)連桿、鏈條或其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間接驅(qū)動(dòng)腕部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，因而手腕的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸和質(zhì)量小，對(duì)改善機(jī)器人的整體動(dòng)態(tài)性能有好處，但傳動(dòng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，傳動(dòng)剛度也降低了。按轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)的不同，用于手腕關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)又可細(xì)分為滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn)兩種。滾轉(zhuǎn)是指組成關(guān)節(jié)的兩個(gè)零件自身的幾何回轉(zhuǎn)中心和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)軸線重合，因而能實(shí)現(xiàn)360無(wú)障礙旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，通常用R來(lái)標(biāo)記。彎轉(zhuǎn)是指兩個(gè)零件的幾何回轉(zhuǎn)中心和其相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。由于受到結(jié)構(gòu)的限制，其相對(duì)

6、轉(zhuǎn)動(dòng)角度一般小于360。彎轉(zhuǎn)通常用B來(lái)標(biāo)記。第7頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四一、腕部的自由度手腕按自由度個(gè)數(shù)可分為單自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。腕部實(shí)際所需要的自由度數(shù)目應(yīng)根據(jù)機(jī)器人的工作性能要求來(lái)確定。在有些情況下，腕部具有兩個(gè)自由度，即翻轉(zhuǎn)和俯仰或翻轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)。一些專用機(jī)械手甚至沒(méi)有腕部，但有些腕部為了滿足特殊要求還有橫向移動(dòng)自由度。第8頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四6種三自由度手腕的結(jié)合方式示意圖 第9頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四二、RRR型手腕RRR型手腕結(jié)構(gòu)示意圖RRR型手腕容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距傳動(dòng)。

7、為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞，RRR型手腕的中間關(guān)節(jié)是斜置的，三根轉(zhuǎn)動(dòng)軸內(nèi)外套在同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，最外面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套直接驅(qū)動(dòng)整個(gè)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)，中間的軸套驅(qū)動(dòng)斜置的中間關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，中心軸驅(qū)動(dòng)第三個(gè)滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。RRR型手腕制造簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑條件好，機(jī)械效率高，應(yīng)用較為普遍。RRR型手腕結(jié)構(gòu)示意圖RRR型手腕容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距傳動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞，RRR型手腕的中間關(guān)節(jié)是斜置的，三根轉(zhuǎn)動(dòng)軸內(nèi)外套在同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，最外面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套直接驅(qū)動(dòng)整個(gè)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)，中間的軸套驅(qū)動(dòng)斜置的中間關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，中心軸驅(qū)動(dòng)第三個(gè)滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。RRR型手腕制造簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑條件好，機(jī)械效率高，應(yīng)用較為普遍。RRR型手腕關(guān)節(jié)遠(yuǎn)程傳動(dòng)示意圖第10頁(yè)，共25頁(yè)，2022年

8、，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四1.單自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手腕單自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手腕用回轉(zhuǎn)油缸或氣缸直接驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種手腕具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，運(yùn)動(dòng)靈活，響應(yīng)快，精度高等特點(diǎn)，但回轉(zhuǎn)角度受限制，一般小于270三、腕部的典型結(jié)構(gòu)1.單自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手腕單自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手腕用回轉(zhuǎn)油缸或氣缸直接驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種手腕具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，運(yùn)動(dòng)靈活，響應(yīng)快，精度高等特點(diǎn)，但回轉(zhuǎn)角度受限制，一般小于270回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動(dòng)的單自由度腕部結(jié)構(gòu)1回轉(zhuǎn)油缸；2定片；3腕回轉(zhuǎn)軸；4動(dòng)片；5手腕第11頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四2.二自由度手腕1手腕；2中心軸；3固定中心軸；

9、4定片；5擺動(dòng)回轉(zhuǎn)油缸；6動(dòng)片；7回轉(zhuǎn)軸；8回轉(zhuǎn)油缸第12頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四3.三自由度手腕1）液壓直接驅(qū)動(dòng)三自由度手腕第13頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四2) 齒輪鏈輪傳動(dòng)三自由度腕部齒輪鏈輪傳動(dòng)三自由度手腕原理圖1油缸；2鏈輪；3、4錐齒輪；5、6花鍵軸T；7傳動(dòng)軸S；8腕架；9行星架；10、11、22、24圓柱齒輪；12、13、14、15、16、17、18、20錐齒輪；19擺動(dòng)軸；21、23雙聯(lián)圓柱齒輪；25傳動(dòng)軸B第14頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)一、機(jī)器人手部的特

10、點(diǎn)(1) 手部與手腕相連處可拆卸。手部與手腕有機(jī)械接口，也可能有電、氣、液接頭。工業(yè)機(jī)器人作業(yè)對(duì)象不同時(shí)，可以方便地拆卸和更換手部。(2) 手部是機(jī)器人末端執(zhí)行器。它可以像人手那樣具有手指，也可以是不具備手指的手；可以是類人的手爪，也可以是進(jìn)行專業(yè)作業(yè)的工具，比如裝在機(jī)器人手腕上的噴漆槍、焊接工具等。 (3) 手部的通用性比較差。機(jī)器人手部通常是專用的裝置，例如，一種手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面相近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。(4) 手部是一個(gè)獨(dú)立的部件。假如把手腕歸屬于手臂，那么機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的三大件就是機(jī)身、手臂和手部(末端執(zhí)行器)。手部對(duì)于整個(gè)工業(yè)機(jī)器人

11、來(lái)說(shuō)是完成作業(yè)好壞以及作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一。具有復(fù)雜感知能力的智能化手爪的出現(xiàn)增加了工業(yè)機(jī)器人作業(yè)的靈活性和可靠性。第15頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四二、手部的分類1.按用途分1) 手爪手爪具有一定的通用性，它的主要功能是：抓住工件，握持工件，釋放工件。抓住在給定的目標(biāo)位置和期望姿態(tài)上抓住工件，工件在手爪內(nèi)必須具有可靠的定位，保持工件與手爪之間準(zhǔn)確的相對(duì)位姿，并保證機(jī)器人后續(xù)作業(yè)的準(zhǔn)確性。握持確保工件在搬運(yùn)過(guò)程中或零件在裝配過(guò)程中定義了的位置和姿態(tài)的準(zhǔn)確性。釋放在指定點(diǎn)上除去手爪和工件之間的約束關(guān)系。2) 工具工具是進(jìn)行某種作業(yè)的專用工具，如噴漆槍、焊具等第1

12、6頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四2按夾持原理分第17頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四3按手指或吸盤數(shù)目分(1) 按手指數(shù)目可分為二指手爪及多指手爪。(2) 按手指關(guān)節(jié)可分為單關(guān)節(jié)手指手爪及多關(guān)節(jié)手指手爪。(3) 吸盤式手爪按吸盤數(shù)目可分為單吸盤式手爪及多吸盤式手爪。柔性手指手爪三指手爪第18頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四4按智能化分(1)普通式手爪。這類手爪不具備傳感器。(2)智能化手爪。這類手爪具備一種或多種傳感器，如力傳感器、觸覺(jué)傳感器及滑覺(jué)傳感器等。三、手爪的典型結(jié)構(gòu)1機(jī)械手爪氣動(dòng)手爪 1扇形齒輪；2齒條；3活塞；4氣缸；5爪鉗V形爪鉗第19頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四四種手爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)第20頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四電磁吸盤結(jié)構(gòu)l電磁吸盤；2防塵蓋；3線圈；4外殼體2磁力吸盤第21頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四3真空式吸盤1電動(dòng)機(jī)；2真空泵；3、4電磁閥；5吸盤；6通大氣第22頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)18分，星期四四、機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1齒輪傳動(dòng)行星齒輪傳動(dòng)第23頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5