機器人本體結(jié)構(gòu)課件

第5章機器人本體基本結(jié)構(gòu)本體結(jié)構(gòu)：機體結(jié)構(gòu)和機械傳動系統(tǒng)，也是機器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機構(gòu)。5.1概述5.1.1機器人本體的基本結(jié)構(gòu)形式一、機器人本體基本結(jié)構(gòu)(1)傳動部件。(2)機身及行走機構(gòu)。(3)臂部。(4)腕部。(5)手部。1ppt課件第5章機器人本體基本結(jié)構(gòu)本體結(jié)構(gòu)：機體結(jié)構(gòu)和機械傳動系統(tǒng)機座腰部大臂大臂腕部末桿+手部位置機構(gòu)姿態(tài)機構(gòu)上述操作機的分類是按位置機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式分的。二、機器人本體基本結(jié)構(gòu)的舉例2ppt課件機座腰部大臂大臂腕部末桿+位置機構(gòu)姿態(tài)機構(gòu)上述操作機的分類是1個腰關(guān)節(jié)1個肩關(guān)節(jié)1個肘關(guān)節(jié)3個腕關(guān)節(jié)關(guān)節(jié):工業(yè)機器人的運動副。3ppt課件1個腰關(guān)節(jié)1個肩關(guān)節(jié)1個肘關(guān)節(jié)3個腕關(guān)節(jié)關(guān)節(jié):工業(yè)機器人的運本體基本結(jié)構(gòu)的主要特點：(1)開式運動鏈：結(jié)構(gòu)剛度不高。(2)相對機架：獨立驅(qū)動器，運動靈活。(3)扭矩變化非常復(fù)雜：對剛度、間隙和運動精度都有較高的要求。(4)動力學(xué)參數(shù)（力、剛度、動態(tài)性能）都是隨位姿的變化而變化：易發(fā)生振動或出現(xiàn)其他不穩(wěn)定現(xiàn)象。本體基本結(jié)構(gòu)要求：1）自重小：改善機器人操作的動態(tài)性能；2）靜動態(tài)剛度高：提高定位精度和跟蹤精度；增加機械系統(tǒng)設(shè)計的靈活性；減小定位時的超調(diào)量穩(wěn)定時間，降低對控制系統(tǒng)的要求和系統(tǒng)造價；3）固有頻率高：避開機器人的工作頻率，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。4ppt課件本體基本結(jié)構(gòu)的主要特點：本體基本結(jié)構(gòu)要求：4ppt課件5.1.2機器人本體材料的選擇一、材料選擇的基本要求(1)強度高:減輕重量。(2)彈性模量大:剛度大。但是用合金鋼代替碳結(jié)構(gòu)鋼不增加剛度。普通碳結(jié)構(gòu)鋼：b=420MPa，E=2.1×105MPa高合金結(jié)構(gòu)鋼：b=2000MPa，E=2.1×105MPa(3)密度小：重量輕。(4)阻尼大：減小穩(wěn)定時間。(5)經(jīng)濟性。5ppt課件5.1.2機器人本體材料的選擇一、材料選擇的基本要求5p二、機器人常用材料簡介1．碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼強度好；E大；應(yīng)用最廣泛。2．鋁、鋁合金及其他輕合金材料重量輕，彈性模量E不大；E/之比仍可與鋼材相比。稀貴鋁合金：例如添加3.2％(重量百分比)鋰的鋁合金，彈性模量增加了14％，E/比增加了16％。3.纖維增強合金E/非常高,但價格昂貴。如硼纖維增強鋁合金、石墨纖維增強鎂合金等，其E/比分別達到11.4×107和8.9×107。6ppt課件二、機器人常用材料簡介6ppt課件4.陶瓷脆性大。5．纖維增強復(fù)合材料E/高，易老化、蠕變、高溫?zé)崤蛎?金屬件連接困難等問題。重量輕，剛度大，大阻尼。6．粘彈性大阻尼材料吉林工業(yè)大學(xué)和西安交通大學(xué)進行了粘彈性大阻尼材料在柔性機械臂振動控制中應(yīng)用的實驗，結(jié)果表明，機械臂的重復(fù)定位精度在阻尼處理前為±0.30mm，處理后為±0.16mm；殘余振動時間在阻尼處理前后分別為0.9s和0.5s。7ppt課件4.陶瓷7ppt課件5.2機身及臂部結(jié)構(gòu)5.2.1機器人機身結(jié)構(gòu)的基本形式和特點一、機身的典型結(jié)構(gòu)機身結(jié)構(gòu)一般由機器人總體設(shè)計確定。1．回轉(zhuǎn)與升降機身(1)油缸驅(qū)動，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，回轉(zhuǎn)油缸在下，升降油缸在上，回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動力矩要設(shè)計得大一些。8ppt課件5.2機身及臂部結(jié)構(gòu)5.2.1機器人機身結(jié)構(gòu)的基本形(3)鏈輪傳動機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)角度可大于360°。鏈條鏈輪傳動實現(xiàn)機身回轉(zhuǎn)的原理圖9ppt課件(3)鏈輪傳動機構(gòu)。回轉(zhuǎn)角度可大于360°。鏈條鏈輪傳動實2．回轉(zhuǎn)與俯仰機身回轉(zhuǎn)與俯仰機身10ppt課件2．回轉(zhuǎn)與俯仰機身回轉(zhuǎn)與俯仰機身10ppt課件1.垂直升降運動驅(qū)動力的計算摩擦力/總重力/慣性力:為啟動時的總慣性力(N)；為運動部件的總重力(N)。為各支承處的摩擦力(N)；二、機身驅(qū)動力(力矩)計算11ppt課件1.垂直升降運動驅(qū)動力的計算為啟動時的總慣性力(N2.回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩的計算為總摩擦阻力矩(N·m)；為回轉(zhuǎn)運動部件的總慣性力矩(N·m)12ppt課件2.回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩的計算為總摩擦阻力矩(N·m)；為回轉(zhuǎn)運3.升降立柱下降不卡死(不自鎖)的條件計算13ppt課件3.升降立柱下降不卡死(不自鎖)的條件計算13ppt課件三、機身設(shè)計要注意的問題(1)剛度和強度大，穩(wěn)定性好。(2)運動靈活，導(dǎo)套不宜過短，避免卡死。(3)驅(qū)動方式適宜。(4)結(jié)構(gòu)布置合理。14ppt課件三、機身設(shè)計要注意的問題14ppt課件5.2.2機器人臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點大臂、小臂(或多臂)，主要有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和電動驅(qū)動（最為通用）。一、臂部的典型機構(gòu)1．臂部伸縮機構(gòu)四導(dǎo)向柱式臂部伸縮機構(gòu)1—手部；2—夾緊缸；3—油缸；4—導(dǎo)向柱；5—運行架；6—行走車輪；7—軌道；8—支座15ppt課件5.2.2機器人臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點大臂、小臂(或多2．手臂俯仰運動機構(gòu)通常采用擺臂油(氣)缸驅(qū)動、鉸鏈連桿機構(gòu)傳動實現(xiàn)手臂的俯仰。1—手部；2—夾緊缸；3—升降缸；4—小臂；5、7—擺動油缸；6—大臂；8—立柱16ppt課件2．手臂俯仰運動機構(gòu)通常采用擺臂油(氣)缸驅(qū)動、鉸鏈連桿機構(gòu)3．手臂回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨驅(qū)動，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馬達-錐齒輪傳動的結(jié)構(gòu)。17ppt課件3．手臂回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)17ppt課件三、臂部設(shè)計需注意的問題承載能力足。剛度高。導(dǎo)向性能好。重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小。合理設(shè)計與腕和機身的連接部位。18ppt課件三、臂部設(shè)計需注意的問題18ppt課件5.2.3機器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法一、質(zhì)量平衡方法若滿足則總力矩：19ppt課件5.2.3機器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法一、質(zhì)量平衡方法若二、彈簧平衡方法

20ppt課件二、彈簧平衡方法20ppt課件三、氣動和液壓平衡方法氣動和液壓平衡的原理和彈簧平衡的原理很相似優(yōu)點:1)平衡缸中的壓力是恒定的；2)同時平衡缸的壓力很容易得到調(diào)節(jié)和控制.缺點：1）需要動力源和儲能器，系統(tǒng)比較復(fù)雜2）需考慮動力源一旦中斷時的防范措施。21ppt課件三、氣動和液壓平衡方法21ppt課件5.3腕部及手部結(jié)構(gòu)5.3.1機器人腕部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點

驅(qū)動方式：遠程驅(qū)動和直接驅(qū)動。直接驅(qū)動：驅(qū)動器安裝在手腕運動關(guān)節(jié)的附近傳動路線短，傳動剛度好，尺寸和質(zhì)量大，慣量大。遠程驅(qū)動：驅(qū)動器安裝在機器人的大臂、基座或小臂遠端上，通過連桿、鏈條或其他傳動機構(gòu)間接驅(qū)動腕部關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸和質(zhì)量小，但傳動設(shè)計復(fù)雜，傳動剛度也降低了。22ppt課件5.3腕部及手部結(jié)構(gòu)5.3.1機器人腕部結(jié)構(gòu)的基本形滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn)滾轉(zhuǎn)：能實現(xiàn)360°無障礙旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)運動，通常用R來標記。彎轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)動角度一般小于360°。彎轉(zhuǎn)通常用B來標記。23ppt課件滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn)23ppt課件一、腕部的自由度手腕按自由度個數(shù)可分為單自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。24ppt課件一、腕部的自由度手腕按自由度個數(shù)可分為單自由度手腕、二自由度6種三自由度手腕的結(jié)合方式示意圖25ppt課件6種三自由度手腕的結(jié)合方式示意圖25ppt課件26ppt課件26ppt課件27ppt課件27ppt課件二、RRR型手腕1.RRR型手腕結(jié)構(gòu)示意制造簡單，潤滑條件好，機械效率高，應(yīng)用較為普遍。28ppt課件二、RRR型手腕1.RRR型手腕結(jié)構(gòu)示意制造簡單，潤滑條RRR型手腕關(guān)節(jié)遠程傳動示意圖29ppt課件RRR型手腕關(guān)節(jié)遠程傳動示意圖29ppt課件三、腕部的典型結(jié)構(gòu)1.單自由度回轉(zhuǎn)運動手腕回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動的單自由度腕部結(jié)構(gòu)1—回轉(zhuǎn)油缸；2—定片；3—腕回轉(zhuǎn)軸；4—動片；5—手腕30ppt課件三、腕部的典型結(jié)構(gòu)1.單自由度回轉(zhuǎn)運動手腕回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動的2.齒輪傳動二自由度腕部齒輪傳動回轉(zhuǎn)和俯仰型腕部原理31ppt課件2.齒輪傳動二自由度腕部齒輪傳動回轉(zhuǎn)和俯仰型腕部原理31pp1—手腕；2—中心軸；3—固定中心軸；4—定片；5—擺動回轉(zhuǎn)油缸；6—動片；7—回轉(zhuǎn)軸；8—回轉(zhuǎn)油缸具有回轉(zhuǎn)與擺動的二自由度腕部結(jié)構(gòu)32ppt課件1—手腕；2—中心軸；3—固定中心軸；4—定片；5—擺動回轉(zhuǎn)3．三自由度手腕1)液壓直接驅(qū)動三自由度手腕33ppt課件3．三自由度手腕1)液壓直接驅(qū)動三自由度手腕33ppt課件2)齒輪鏈輪傳動三自由度腕部齒輪鏈輪傳動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—擺動軸；21、23—雙聯(lián)圓柱齒輪；25—傳動軸B34ppt課件2)齒輪鏈輪傳動三自由度腕部齒輪鏈輪傳動三自由度手腕原理圖5.3.2機器人手部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點一、機器人手部的特點(1)手部與手腕相連處可拆卸。(2)手部是機器人末端執(zhí)行器。(3)手部的通用性比較差。(4)手部是一個獨立的部件。35ppt課件5.3.2機器人手部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點一、機器人手部的二、手部的分類

2)工具1)手爪1．按用途分36ppt課件二、手部的分類2)工具1)2．按夾持原理分37ppt課件2．按夾持原理分37ppt課件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。38ppt課件3．按手指或吸盤數(shù)目分38ppt課件

柔性手指手爪三指手爪39ppt課件柔性手指手爪三指手爪39ppt課件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、觸覺傳感器及滑覺傳感器等。40ppt課件4．按智能化分40ppt課件三、手爪設(shè)計和選用的要求1.被抓握的對象物1)幾何參數(shù)(1)工件尺寸。(2)可能給予抓握表面的數(shù)目。(3)可能給予抓握表面的位置和方向。(4)夾持表面之間的距離。(5)夾持表面的幾何形狀。2)機械特性(1)質(zhì)量。(2)材料。(3)固有穩(wěn)定性。(4)表面質(zhì)量和品質(zhì)。(5)表面狀態(tài)。(6)工件溫度。2.物料饋送器或儲存裝置3.機器人作業(yè)順序4.手爪和機器人匹配5.環(huán)境條件41ppt課件三、手爪設(shè)計和選用的要求41ppt課件四、手爪的典型結(jié)構(gòu)1．機械手爪

氣動手爪1—扇形齒輪；2—齒條；3—活塞；4—氣缸；5—爪鉗V形爪鉗42ppt課件四、手爪的典型結(jié)構(gòu)氣動手爪四種手爪傳動機構(gòu)43ppt課件四種手爪傳動機構(gòu)43ppt課件2．磁力吸盤電磁吸盤結(jié)構(gòu)l—電磁吸盤；2—防塵蓋；3—線圈；4—外殼體44ppt課件2．磁力吸盤電磁吸盤結(jié)構(gòu)44ppt課件3．真空式吸盤1—電動機；2—真空泵；3、4—電磁閥；5—吸盤；6—通大氣45ppt課件3．真空式吸盤1—電動機；2—真空泵；3、4—電磁閥；5—吸氣流負壓吸盤46ppt課件氣流負壓吸盤46ppt課件1—吸盤架；2—壓蓋；3—密封墊；4—吸盤；5—工件擠氣負壓吸盤47ppt課件1—吸盤架；2—壓蓋；3—密封墊；4—吸盤；5—工件擠氣負壓工作原理48ppt課件工作原理48ppt課件

自適應(yīng)吸盤異形吸盤4．真空吸盤的新設(shè)計49ppt課件自適應(yīng)吸盤異形吸盤4．真空吸盤的新設(shè)計492）軸承50ppt課件2）軸承50ppt課件2．移動關(guān)節(jié)(1)按滾動體分類——球、圓柱滾子和滾針。(2)按軌道分類——圓軸式、平面式和滾道式。(3)按滾動體是否循環(huán)分類——循環(huán)式、非循環(huán)式。二、機器人傳動機構(gòu)1．齒輪傳動常用行星齒輪傳動機構(gòu)和諧波傳動機構(gòu)。最優(yōu)傳動比。

Ja為工作臂的慣性矩；

Jm

為電動機的慣性矩。51ppt課件2．移動關(guān)節(jié)二、機器人傳動機構(gòu)1．齒輪傳動Ja為工作臂的慣性行星齒輪傳動52ppt課件行星齒輪傳動52ppt課件1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；4—諧波發(fā)生器；5—軸；6—柔輪；7—柔輪齒圈諧波傳動如果剛輪(圓形花鍵輪)1不轉(zhuǎn)動如果柔輪6靜止53ppt課件1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；諧波傳動如果剛輪(圓形1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；4—諧波發(fā)生器；5—軸；6—柔輪；7—柔輪齒圈諧波傳動如果剛輪(圓形花鍵輪)1不轉(zhuǎn)動如果柔輪6靜止54ppt課件1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；諧波傳動如果剛輪(圓形諧波傳動的優(yōu)點：①尺寸小→慣量低；②誤差均布在多個嚙合點上→傳動精度高；③加預(yù)載嚙合→傳動側(cè)隙非常?。虎芏帻X嚙合→傳動具有高阻尼特性。諧波傳動的缺點：①柔輪的疲勞問題；②扭轉(zhuǎn)剛度低；③以2、4、6倍輸入軸速度的嚙合頻率產(chǎn)生振動；④諧波傳動與行星傳動相比具有較小的傳動間隙和較輕的重量，但是剛度比行星減速器差55ppt課件諧波傳動的優(yōu)點：55ppt課件液壓靜壓諧波發(fā)生器的諧波傳動1—凸輪；2—柔輪；3—小孔56ppt課件液壓靜壓諧波發(fā)生器的諧波傳動1—凸輪；2—柔輪；3—小孔52．絲杠傳動滾珠絲杠的基本組成1—絲杠；2—螺母；3—滾珠；4—導(dǎo)向槽57ppt課件2．絲杠傳動滾珠絲杠的基本組成57ppt課件1—電動機；2—蝸桿；3—臂架；4—絲杠；5—蝸輪；6—箱體；7—花鍵套絲杠螺母傳動的手臂升降機構(gòu)58ppt課件絲杠螺母傳動的手臂升降機構(gòu)58ppt課件3．帶傳動與鏈傳動4．繩傳動與鋼帶傳動59ppt課件3．帶傳動與鏈傳動4．繩傳動與鋼帶傳動59ppt課件ADEPT機器人60ppt課件ADEPT機器人60ppt課件5．連桿與凸輪傳動重復(fù)完成簡單動作的搬運機器人中廣泛采用連桿與凸輪機構(gòu)，例如，從某位置抓取物體放在另一位置上的作業(yè)。凸輪機構(gòu)61ppt課件5．連桿與凸輪傳動重復(fù)完成簡單動作的搬運機器人中廣泛采用連桿連桿機構(gòu)62ppt課件連桿機構(gòu)62ppt課件6．流體傳動液壓傳動由液壓泵、液壓馬達或液壓缸組成，可得到高扭矩-慣性比。氣壓傳動比其他傳動運動精度差，但由于容易達到高速，多數(shù)用在完成簡易作業(yè)的搬運機器人上。液壓、氣壓傳動中，模塊化和小型化的機構(gòu)較易得到應(yīng)用。63ppt課件6．流體傳動液壓傳動由液壓泵、液壓馬達或液壓缸組成，可得到高油缸和齒輪齒條手臂機構(gòu)64ppt課件油缸和齒輪齒條手臂機構(gòu)64ppt課件氣缸和齒輪齒條增倍手臂機構(gòu)1—運動齒條；2—齒輪；3—活塞桿65ppt課件氣缸和齒輪齒條增倍手臂機構(gòu)1—運動齒條；2—齒輪；3—活塞桿三、傳動件的定位和消隙1．傳動件的定位1)電氣開關(guān)定位2)機械擋塊定位利用機械插銷定位的結(jié)構(gòu)1—節(jié)流閥；2—圓盤；3—插銷；4—定位油缸；3)伺服定位66ppt課件三、傳動件的定位和消隙1．傳動件的定位1)電氣開關(guān)定位2)2．傳動件的消隙1、2—薄齒輪；3—螺釘消隙齒輪67ppt課件2．傳動件的消隙1、2—薄齒輪；3—螺釘消隙齒輪67ppt課柔性齒輪消隙68ppt課件柔性齒輪消隙68ppt課件5.4.2機器人行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本形式和特點行走機構(gòu)是行走機器人的重要執(zhí)行部件，它由驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)、位置檢測元件、傳感器、電纜及管路等組成。行走機構(gòu)可分為固定軌跡式和無固定軌跡式。絲杠螺母驅(qū)動，整個機器人沿絲杠縱向移動。也可采用類似起重機梁行走方式：主要用在作業(yè)區(qū)域大的場合，比如大型設(shè)備裝配，立體化倉庫中的材料搬運、材料堆垛和儲運及大面積噴涂等。一、固定軌跡可移動機器人69ppt課件5.4.2機器人行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本形式和特點行走機構(gòu)是行二、無固定軌跡式行走機器人1．對行走機器人的一般要求1）移動2）自行重新定位（可用計算機視覺系統(tǒng)定位)3）自身要平衡4）有足夠的強度和剛度。70ppt課件二、無固定軌跡式行走機器人1．對行走機器人的一般要求1）移動2．典型行走機構(gòu)1）具有三組輪子的輪系2)具有四組輪子的輪系71ppt課件2．典型行走機構(gòu)1）具有三組輪子的輪系2)具有四組輪子的輪3)兩足步行式機器人672ppt課件3)兩足步行式機器人672ppt課件WHL-11

雙足機器人73ppt課件WHL-11雙足機器人73ppt課件4)四足、六足及多足步行式機器人

四足縮放式腿步行機器人的平面幾何模型

74ppt課件4)四足、六足及多足步行式機器人四足縮4)四足、六足及多足步行式機器人

六足縮放式腿步行機器人75ppt課件4)四足、六足及多足步行式機器人六足縮5)履帶式行走機器人裝有轉(zhuǎn)向機構(gòu)的履帶式機器人76ppt課件5)履帶式行走機器人裝有轉(zhuǎn)向機構(gòu)的履帶式機器人76ppt課容易上下臺階的履帶式行走機器人77ppt課件容易上下臺階的履帶式行走機器人77ppt課件6)其他行走機器人爬壁機器人78ppt課件6)其他行走機器人爬壁機器人78ppt課件車輪和腳混合式行走機器人79ppt課件車輪和腳混合式行走機器人79ppt課件第5章機器人本體基本結(jié)構(gòu)本體結(jié)構(gòu)：機體結(jié)構(gòu)和機械傳動系統(tǒng)，也是機器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機構(gòu)。5.1概述5.1.1機器人本體的基本結(jié)構(gòu)形式一、機器人本體基本結(jié)構(gòu)(1)傳動部件。(2)機身及行走機構(gòu)。(3)臂部。(4)腕部。(5)手部。80ppt課件第5章機器人本體基本結(jié)構(gòu)本體結(jié)構(gòu)：機體結(jié)構(gòu)和機械傳動系統(tǒng)機座腰部大臂大臂腕部末桿+手部位置機構(gòu)姿態(tài)機構(gòu)上述操作機的分類是按位置機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式分的。二、機器人本體基本結(jié)構(gòu)的舉例81ppt課件機座腰部大臂大臂腕部末桿+位置機構(gòu)姿態(tài)機構(gòu)上述操作機的分類是1個腰關(guān)節(jié)1個肩關(guān)節(jié)1個肘關(guān)節(jié)3個腕關(guān)節(jié)關(guān)節(jié):工業(yè)機器人的運動副。82ppt課件1個腰關(guān)節(jié)1個肩關(guān)節(jié)1個肘關(guān)節(jié)3個腕關(guān)節(jié)關(guān)節(jié):工業(yè)機器人的運本體基本結(jié)構(gòu)的主要特點：(1)開式運動鏈：結(jié)構(gòu)剛度不高。(2)相對機架：獨立驅(qū)動器，運動靈活。(3)扭矩變化非常復(fù)雜：對剛度、間隙和運動精度都有較高的要求。(4)動力學(xué)參數(shù)（力、剛度、動態(tài)性能）都是隨位姿的變化而變化：易發(fā)生振動或出現(xiàn)其他不穩(wěn)定現(xiàn)象。本體基本結(jié)構(gòu)要求：1）自重?。焊纳茩C器人操作的動態(tài)性能；2）靜動態(tài)剛度高：提高定位精度和跟蹤精度；增加機械系統(tǒng)設(shè)計的靈活性；減小定位時的超調(diào)量穩(wěn)定時間，降低對控制系統(tǒng)的要求和系統(tǒng)造價；3）固有頻率高：避開機器人的工作頻率，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。83ppt課件本體基本結(jié)構(gòu)的主要特點：本體基本結(jié)構(gòu)要求：4ppt課件5.1.2機器人本體材料的選擇一、材料選擇的基本要求(1)強度高:減輕重量。(2)彈性模量大:剛度大。但是用合金鋼代替碳結(jié)構(gòu)鋼不增加剛度。普通碳結(jié)構(gòu)鋼：b=420MPa，E=2.1×105MPa高合金結(jié)構(gòu)鋼：b=2000MPa，E=2.1×105MPa(3)密度?。褐亓枯p。(4)阻尼大：減小穩(wěn)定時間。(5)經(jīng)濟性。84ppt課件5.1.2機器人本體材料的選擇一、材料選擇的基本要求5p二、機器人常用材料簡介1．碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼強度好；E大；應(yīng)用最廣泛。2．鋁、鋁合金及其他輕合金材料重量輕，彈性模量E不大；E/之比仍可與鋼材相比。稀貴鋁合金：例如添加3.2％(重量百分比)鋰的鋁合金，彈性模量增加了14％，E/比增加了16％。3.纖維增強合金E/非常高,但價格昂貴。如硼纖維增強鋁合金、石墨纖維增強鎂合金等，其E/比分別達到11.4×107和8.9×107。85ppt課件二、機器人常用材料簡介6ppt課件4.陶瓷脆性大。5．纖維增強復(fù)合材料E/高，易老化、蠕變、高溫?zé)崤蛎?金屬件連接困難等問題。重量輕，剛度大，大阻尼。6．粘彈性大阻尼材料吉林工業(yè)大學(xué)和西安交通大學(xué)進行了粘彈性大阻尼材料在柔性機械臂振動控制中應(yīng)用的實驗，結(jié)果表明，機械臂的重復(fù)定位精度在阻尼處理前為±0.30mm，處理后為±0.16mm；殘余振動時間在阻尼處理前后分別為0.9s和0.5s。86ppt課件4.陶瓷7ppt課件5.2機身及臂部結(jié)構(gòu)5.2.1機器人機身結(jié)構(gòu)的基本形式和特點一、機身的典型結(jié)構(gòu)機身結(jié)構(gòu)一般由機器人總體設(shè)計確定。1．回轉(zhuǎn)與升降機身(1)油缸驅(qū)動，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，回轉(zhuǎn)油缸在下，升降油缸在上，回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動力矩要設(shè)計得大一些。87ppt課件5.2機身及臂部結(jié)構(gòu)5.2.1機器人機身結(jié)構(gòu)的基本形(3)鏈輪傳動機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)角度可大于360°。鏈條鏈輪傳動實現(xiàn)機身回轉(zhuǎn)的原理圖88ppt課件(3)鏈輪傳動機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)角度可大于360°。鏈條鏈輪傳動實2．回轉(zhuǎn)與俯仰機身回轉(zhuǎn)與俯仰機身89ppt課件2．回轉(zhuǎn)與俯仰機身回轉(zhuǎn)與俯仰機身10ppt課件1.垂直升降運動驅(qū)動力的計算摩擦力/總重力/慣性力:為啟動時的總慣性力(N)；為運動部件的總重力(N)。為各支承處的摩擦力(N)；二、機身驅(qū)動力(力矩)計算90ppt課件1.垂直升降運動驅(qū)動力的計算為啟動時的總慣性力(N2.回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩的計算為總摩擦阻力矩(N·m)；為回轉(zhuǎn)運動部件的總慣性力矩(N·m)91ppt課件2.回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力矩的計算為總摩擦阻力矩(N·m)；為回轉(zhuǎn)運3.升降立柱下降不卡死(不自鎖)的條件計算92ppt課件3.升降立柱下降不卡死(不自鎖)的條件計算13ppt課件三、機身設(shè)計要注意的問題(1)剛度和強度大，穩(wěn)定性好。(2)運動靈活，導(dǎo)套不宜過短，避免卡死。(3)驅(qū)動方式適宜。(4)結(jié)構(gòu)布置合理。93ppt課件三、機身設(shè)計要注意的問題14ppt課件5.2.2機器人臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點大臂、小臂(或多臂)，主要有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和電動驅(qū)動（最為通用）。一、臂部的典型機構(gòu)1．臂部伸縮機構(gòu)四導(dǎo)向柱式臂部伸縮機構(gòu)1—手部；2—夾緊缸；3—油缸；4—導(dǎo)向柱；5—運行架；6—行走車輪；7—軌道；8—支座94ppt課件5.2.2機器人臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點大臂、小臂(或多2．手臂俯仰運動機構(gòu)通常采用擺臂油(氣)缸驅(qū)動、鉸鏈連桿機構(gòu)傳動實現(xiàn)手臂的俯仰。1—手部；2—夾緊缸；3—升降缸；4—小臂；5、7—擺動油缸；6—大臂；8—立柱95ppt課件2．手臂俯仰運動機構(gòu)通常采用擺臂油(氣)缸驅(qū)動、鉸鏈連桿機構(gòu)3．手臂回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨驅(qū)動，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馬達-錐齒輪傳動的結(jié)構(gòu)。96ppt課件3．手臂回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)17ppt課件三、臂部設(shè)計需注意的問題承載能力足。剛度高。導(dǎo)向性能好。重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小。合理設(shè)計與腕和機身的連接部位。97ppt課件三、臂部設(shè)計需注意的問題18ppt課件5.2.3機器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法一、質(zhì)量平衡方法若滿足則總力矩：98ppt課件5.2.3機器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法一、質(zhì)量平衡方法若二、彈簧平衡方法

99ppt課件二、彈簧平衡方法20ppt課件三、氣動和液壓平衡方法氣動和液壓平衡的原理和彈簧平衡的原理很相似優(yōu)點:1)平衡缸中的壓力是恒定的；2)同時平衡缸的壓力很容易得到調(diào)節(jié)和控制.缺點：1）需要動力源和儲能器，系統(tǒng)比較復(fù)雜2）需考慮動力源一旦中斷時的防范措施。100ppt課件三、氣動和液壓平衡方法21ppt課件5.3腕部及手部結(jié)構(gòu)5.3.1機器人腕部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點

驅(qū)動方式：遠程驅(qū)動和直接驅(qū)動。直接驅(qū)動：驅(qū)動器安裝在手腕運動關(guān)節(jié)的附近傳動路線短，傳動剛度好，尺寸和質(zhì)量大，慣量大。遠程驅(qū)動：驅(qū)動器安裝在機器人的大臂、基座或小臂遠端上，通過連桿、鏈條或其他傳動機構(gòu)間接驅(qū)動腕部關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸和質(zhì)量小，但傳動設(shè)計復(fù)雜，傳動剛度也降低了。101ppt課件5.3腕部及手部結(jié)構(gòu)5.3.1機器人腕部結(jié)構(gòu)的基本形滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn)滾轉(zhuǎn)：能實現(xiàn)360°無障礙旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)運動，通常用R來標記。彎轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)動角度一般小于360°。彎轉(zhuǎn)通常用B來標記。102ppt課件滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn)23ppt課件一、腕部的自由度手腕按自由度個數(shù)可分為單自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。103ppt課件一、腕部的自由度手腕按自由度個數(shù)可分為單自由度手腕、二自由度6種三自由度手腕的結(jié)合方式示意圖104ppt課件6種三自由度手腕的結(jié)合方式示意圖25ppt課件105ppt課件26ppt課件106ppt課件27ppt課件二、RRR型手腕1.RRR型手腕結(jié)構(gòu)示意制造簡單，潤滑條件好，機械效率高，應(yīng)用較為普遍。107ppt課件二、RRR型手腕1.RRR型手腕結(jié)構(gòu)示意制造簡單，潤滑條RRR型手腕關(guān)節(jié)遠程傳動示意圖108ppt課件RRR型手腕關(guān)節(jié)遠程傳動示意圖29ppt課件三、腕部的典型結(jié)構(gòu)1.單自由度回轉(zhuǎn)運動手腕回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動的單自由度腕部結(jié)構(gòu)1—回轉(zhuǎn)油缸；2—定片；3—腕回轉(zhuǎn)軸；4—動片；5—手腕109ppt課件三、腕部的典型結(jié)構(gòu)1.單自由度回轉(zhuǎn)運動手腕回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動的2.齒輪傳動二自由度腕部齒輪傳動回轉(zhuǎn)和俯仰型腕部原理110ppt課件2.齒輪傳動二自由度腕部齒輪傳動回轉(zhuǎn)和俯仰型腕部原理31pp1—手腕；2—中心軸；3—固定中心軸；4—定片；5—擺動回轉(zhuǎn)油缸；6—動片；7—回轉(zhuǎn)軸；8—回轉(zhuǎn)油缸具有回轉(zhuǎn)與擺動的二自由度腕部結(jié)構(gòu)111ppt課件1—手腕；2—中心軸；3—固定中心軸；4—定片；5—擺動回轉(zhuǎn)3．三自由度手腕1)液壓直接驅(qū)動三自由度手腕112ppt課件3．三自由度手腕1)液壓直接驅(qū)動三自由度手腕33ppt課件2)齒輪鏈輪傳動三自由度腕部齒輪鏈輪傳動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—擺動軸；21、23—雙聯(lián)圓柱齒輪；25—傳動軸B113ppt課件2)齒輪鏈輪傳動三自由度腕部齒輪鏈輪傳動三自由度手腕原理圖5.3.2機器人手部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點一、機器人手部的特點(1)手部與手腕相連處可拆卸。(2)手部是機器人末端執(zhí)行器。(3)手部的通用性比較差。(4)手部是一個獨立的部件。114ppt課件5.3.2機器人手部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點一、機器人手部的二、手部的分類

2)工具1)手爪1．按用途分115ppt課件二、手部的分類2)工具1)2．按夾持原理分116ppt課件2．按夾持原理分37ppt課件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。117ppt課件3．按手指或吸盤數(shù)目分38ppt課件

柔性手指手爪三指手爪118ppt課件柔性手指手爪三指手爪39ppt課件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、觸覺傳感器及滑覺傳感器等。119ppt課件4．按智能化分40ppt課件三、手爪設(shè)計和選用的要求1.被抓握的對象物1)幾何參數(shù)(1)工件尺寸。(2)可能給予抓握表面的數(shù)目。(3)可能給予抓握表面的位置和方向。(4)夾持表面之間的距離。(5)夾持表面的幾何形狀。2)機械特性(1)質(zhì)量。(2)材料。(3)固有穩(wěn)定性。(4)表面質(zhì)量和品質(zhì)。(5)表面狀態(tài)。(6)工件溫度。2.物料饋送器或儲存裝置3.機器人作業(yè)順序4.手爪和機器人匹配5.環(huán)境條件120ppt課件三、手爪設(shè)計和選用的要求41ppt課件四、手爪的典型結(jié)構(gòu)1．機械手爪

氣動手爪1—扇形齒輪；2—齒條；3—活塞；4—氣缸；5—爪鉗V形爪鉗121ppt課件四、手爪的典型結(jié)構(gòu)氣動手爪四種手爪傳動機構(gòu)122ppt課件四種手爪傳動機構(gòu)43ppt課件2．磁力吸盤電磁吸盤結(jié)構(gòu)l—電磁吸盤；2—防塵蓋；3—線圈；4—外殼體123ppt課件2．磁力吸盤電磁吸盤結(jié)構(gòu)44ppt課件3．真空式吸盤1—電動機；2—真空泵；3、4—電磁閥；5—吸盤；6—通大氣124ppt課件3．真空式吸盤1—電動機；2—真空泵；3、4—電磁閥；5—吸氣流負壓吸盤125ppt課件氣流負壓吸盤46ppt課件1—吸盤架；2—壓蓋；3—密封墊；4—吸盤；5—工件擠氣負壓吸盤126ppt課件1—吸盤架；2—壓蓋；3—密封墊；4—吸盤；5—工件擠氣負壓工作原理127ppt課件工作原理48ppt課件

自適應(yīng)吸盤異形吸盤4．真空吸盤的新設(shè)計128ppt課件自適應(yīng)吸盤異形吸盤4．真空吸盤的新設(shè)計492）軸承129ppt課件2）軸承50ppt課件2．移動關(guān)節(jié)(1)按滾動體分類——球、圓柱滾子和滾針。(2)按軌道分類——圓軸式、平面式和滾道式。(3)按滾動體是否循環(huán)分類——循環(huán)式、非循環(huán)式。二、機器人傳動機構(gòu)1．齒輪傳動常用行星齒輪傳動機構(gòu)和諧波傳動機構(gòu)。最優(yōu)傳動比。

Ja為工作臂的慣性矩；

Jm

為電動機的慣性矩。130ppt課件2．移動關(guān)節(jié)二、機器人傳動機構(gòu)1．齒輪傳動Ja為工作臂的慣性行星齒輪傳動131ppt課件行星齒輪傳動52ppt課件1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；4—諧波發(fā)生器；5—軸；6—柔輪；7—柔輪齒圈諧波傳動如果剛輪(圓形花鍵輪)1不轉(zhuǎn)動如果柔輪6靜止132ppt課件1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；諧波傳動如果剛輪(圓形1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；4—諧波發(fā)生器；5—軸；6—柔輪；7—柔輪齒圈諧波傳動如果剛輪(圓形花鍵輪)1不轉(zhuǎn)動如果柔輪6靜止133ppt課件1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；諧波傳動如果剛輪(圓形諧波傳動的優(yōu)點：①尺寸小→慣量低；②誤差均布在多個嚙合點上→傳動精度高；③加預(yù)載嚙合→傳動側(cè)隙非常?。虎芏帻X嚙合→傳動具有高阻尼特性。諧波傳動的缺點：①柔輪的疲勞問題；②扭轉(zhuǎn)剛度低；③以2、4、6倍輸入軸速度的嚙合頻率產(chǎn)生振動；④諧波傳動與行星傳動相比具有較小的傳動間隙和較輕的重量，但是剛度比行星減速器差134ppt課件諧波傳動的優(yōu)點：55ppt課件液壓靜壓諧波發(fā)生器的諧波傳動1—凸輪；2—柔輪；3—小孔135ppt課件液壓靜壓諧波發(fā)生器的諧波傳動1—凸輪；2—柔輪；3—小孔52．絲杠傳動滾珠絲杠的基本組成1—絲杠；2—螺母；3—滾珠；4—導(dǎo)向槽136ppt課件2．絲杠傳動滾珠絲杠的基本組成57ppt課件1—電動機；2—蝸桿；3—臂架；4—絲杠；5—蝸輪；6—箱體；7—花鍵套絲杠螺母傳動的手臂升降機構(gòu)137ppt課件絲杠螺母傳動的手臂升降機構(gòu)58ppt課件