工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用 課件 項目2.1.5 基座

項目2工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》2.1工業(yè)機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)——2.1.5基座工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)2.1工業(yè)機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式機(jī)器人本體機(jī)械機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)手部（操作器）腕部臂部腰部電驅(qū)動裝置液壓驅(qū)動裝置氣壓驅(qū)動裝置處理器關(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）傳動裝置2.1.5基座工業(yè)機(jī)器人主要由三大部分構(gòu)成：機(jī)身(立柱)、臂部(包括手腕)、手部。若是固定式，則固定機(jī)座一般與機(jī)身為一體；若是移動式，則還需要一個行走機(jī)構(gòu)。機(jī)身是連接、支撐手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件，用于安裝臂部的驅(qū)動裝置或傳動裝置。2.1.5基座(1)機(jī)身設(shè)計

為保證機(jī)器人工作過程中的靈活性和準(zhǔn)確性，還必須注意以下幾點：機(jī)身要有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性；運動要靈活，用于實現(xiàn)升降運動的導(dǎo)向套長度不宜過短，以免發(fā)生卡死現(xiàn)象；驅(qū)動方式要適宜；結(jié)構(gòu)布置要合理。2.1.5基座(1)機(jī)身設(shè)計機(jī)身一般用于實現(xiàn)升降、回轉(zhuǎn)和俯仰等運動，通常有1~3個自由度。機(jī)身結(jié)構(gòu)一般由機(jī)器人的坐標(biāo)形式來確定：直角坐標(biāo)型：這種類型的機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)具有三個自由度且都是直線運動。通常把升降運動或水平移動的自由度歸為機(jī)身部分。2.1.5基座(1)機(jī)身設(shè)計機(jī)身一般用于實現(xiàn)升降、回轉(zhuǎn)和俯仰等運動，通常有1~3個自由度。機(jī)身結(jié)構(gòu)一般由機(jī)器人的坐標(biāo)形式來確定：圓柱坐標(biāo)型：具有三個自由度：一個回轉(zhuǎn)運動腰轉(zhuǎn)及兩個直線移動升降運動及手臂伸縮運動）。腰轉(zhuǎn)運動及升降運動通常由機(jī)身來實現(xiàn)。2.1.5基座8(1)機(jī)身設(shè)計機(jī)身一般用于實現(xiàn)升降、回轉(zhuǎn)和俯仰等運動，通常有1~3個自由度。機(jī)身結(jié)構(gòu)一般由機(jī)器人的坐標(biāo)形式來確定：關(guān)節(jié)坐標(biāo)型：三個自由度均為回轉(zhuǎn)運動，構(gòu)成機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運動、俯仰運動和偏轉(zhuǎn)運動。通常僅把回轉(zhuǎn)運動歸結(jié)為機(jī)身。2.1.5基座二、機(jī)身典型結(jié)構(gòu)

2.1.5基座1．回轉(zhuǎn)與升降運動機(jī)身(1)：

鏈輪—液壓缸機(jī)構(gòu)：

構(gòu)成：主要由鏈輪機(jī)構(gòu)、液壓缸機(jī)構(gòu)、機(jī)身本體部分構(gòu)成。且升降機(jī)構(gòu)位于轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的上方。工作原理：回轉(zhuǎn)運動：通過液壓缸活塞的移動→帶動鏈條的移動→鏈輪的轉(zhuǎn)動→機(jī)身的轉(zhuǎn)動升降運動：活塞的上下移動→帶動機(jī)身的上下升降2.1.5基座鏈輪—液壓缸機(jī)構(gòu)圖例：問題：要使立柱作大于360°的旋轉(zhuǎn)，對活塞的行程有什么要求？每個液壓缸只有一個油口。2.1.5基座直線運動液壓缸—擺動

液壓缸機(jī)構(gòu)：

構(gòu)成：主要由直線運動液壓缸、擺動液壓缸、花鍵導(dǎo)向軸、機(jī)身本體等部分構(gòu)成。工作原理：升降運動：活塞1下腔進(jìn)油→活塞推動機(jī)身沿花鍵軸上升活塞1上腔進(jìn)油→活塞推動機(jī)身沿花鍵軸下降2.1.5基座直線運動液壓缸—擺動

液壓缸機(jī)構(gòu)：

工作原理：回轉(zhuǎn)運動：擺動液壓缸進(jìn)油→擺動缸動片7擺動→帶動擺動缸套5擺動由于花鍵軸3只起導(dǎo)向作用而不回轉(zhuǎn)，擺動缸定片與花鍵軸之間通過平鍵和螺釘固定連接，保證定片的位置確定。2.1.5基座問題：1、擺動液壓缸的動片與缸的什么部件相連？機(jī)械臂將與擺動液壓缸的什么部件相連？2、為什么采用長度較短的花鍵套導(dǎo)向？3、機(jī)身升降運動的行程和回轉(zhuǎn)運動角度取決于什么？4、畫出零件2的結(jié)構(gòu)圖。2.1.5基座2.1.5基座

俯仰動作一般采用液壓(氣)缸與連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，液壓缸位于手臂下方，活塞桿和手臂用鉸鏈連接。

此外，也有采用無桿活塞缸驅(qū)動齒條齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)俯仰運動。回轉(zhuǎn)與俯仰式機(jī)身2.1.5基座2.1.5基座腰關(guān)節(jié)

腰關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，既承受很大的軸向力、徑向力，又承受傾覆力矩，且應(yīng)具有較高的運動精度和剛度

腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的RV減速機(jī)傳動。為方便走線，常采用中空型RV2.1.5基座肩、肘關(guān)節(jié)

肩、肘關(guān)節(jié)承受很大扭矩（肩關(guān)節(jié)同時承受來自平衡裝置的彎矩）且應(yīng)具有較高的運動精度和剛度；多采用高剛性的RV減速機(jī)傳動。2.1.5基座三、機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)

2.1.5基座1．行走機(jī)構(gòu)的構(gòu)成：

機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)通常由驅(qū)動裝置、傳動裝置、位置檢測裝置、傳感器、電纜和管路等構(gòu)成。2.1.5基座2．行走機(jī)構(gòu)的分類：

按運行軌跡分：分為固定軌跡式和無固定軌跡式兩種。固定軌跡式主要用于工業(yè)機(jī)器人按行走機(jī)構(gòu)的特點分：對于無固定軌跡機(jī)器人，可分為輪式、履帶式和步行式等。前兩者與地面連續(xù)接觸，后者與地面為間斷接觸。2.1.5基座3．固定軌道式機(jī)器人運動的實現(xiàn)：

機(jī)器人機(jī)身底座，安裝在一個可移動的拖板上，依靠絲桿螺母副的運動將來自電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。2.1.5基座3．固定軌道式機(jī)器人運動的實現(xiàn)：

機(jī)器人機(jī)身底座，安裝在一個可移動的拖板上，依靠絲桿螺母副的運動將來自電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。2.1.5基座4．車輪式行走機(jī)器人：分類：車輪式行走機(jī)器人通常有三輪、四輪、六輪之分。它們或有驅(qū)動輪和自位輪，或有驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，用來轉(zhuǎn)彎。適用范圍：最適合平地行走，不能跨越高度，不能爬樓梯。2.1.5基座圖

利用陀螺儀的二輪車

2.1.5基座2.1.5基座三輪行走機(jī)器人結(jié)構(gòu)及驅(qū)動：構(gòu)成：三個車輪、轉(zhuǎn)向叉、驅(qū)動裝置等。驅(qū)動方案：電機(jī)5驅(qū)動輪1：通過V1、V2的不同速度控制小車的移動方向，同時，轉(zhuǎn)向叉3自動地轉(zhuǎn)向正確的方向。此時輪2受到地面的摩擦而滾動。電機(jī)6驅(qū)動輪2：由電機(jī)6驅(qū)動，小車的方向由專用電機(jī)7驅(qū)動轉(zhuǎn)向叉實現(xiàn)。此時輪1自由滾動。缺陷：施加在角落的力容易產(chǎn)生使機(jī)器人翻倒，對負(fù)載有一定的限制。2.1.5基座

圖2.59所示的三組輪是由美國Unimationstanford行走機(jī)器人課題研究小組設(shè)計研制的。它采用了三組輪子,呈等邊三角形分布在機(jī)器人的下部。

圖

2.59三組輪

2.1.5基座2.1.5基座2.1.5基座圖

2.60四輪車的驅(qū)動機(jī)構(gòu)和運動

2.1.5基座

圖2.62所示為四輪防爆機(jī)器人,該輪系由于采用了四組輪子,運動穩(wěn)定性有很大提高。但是,要保證四組輪子同時和地面接觸,必須使用特殊的輪系懸掛系統(tǒng)。它需要四個驅(qū)動電機(jī),控制系統(tǒng)也比較復(fù)雜,造價也較高。

2.1.5基座5．履帶式行走機(jī)器人：特點：可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度不太高的臺階。沒有自位輪，依靠左右兩個履帶的速度差轉(zhuǎn)彎，會產(chǎn)生滑動，轉(zhuǎn)彎阻力大，且不能準(zhǔn)確地確定回轉(zhuǎn)半徑。2.1.5基座2.1.5基座2.1.5基座救援機(jī)器人德國排爆機(jī)器人2.1.5基座

6．腳踏行走機(jī)器人：

腳踏行走機(jī)器人即步行機(jī)器人，典型特征是不僅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越溝壑，上下臺階，具有廣泛的適應(yīng)性。主要設(shè)計難點是機(jī)器人跨步時自動轉(zhuǎn)移重心而保持平衡的問題。2.1.5基座兩足步行機(jī)器人圖例：控制特點：使機(jī)器人的重心經(jīng)常在接地的腳掌上，一邊不斷取得準(zhǔn)靜態(tài)平衡，一邊穩(wěn)定的步行。結(jié)構(gòu)特點：為了能變換方向和上下臺階，一定要具備多自由度。2.1.5基座圖

2.65兩足步行式行走機(jī)構(gòu)原理圖

2.1.5基座步行式2.1.5基座四足機(jī)器人圖例（1）：特點：四足機(jī)器人在靜止?fàn)顟B(tài)下是穩(wěn)定的，具有很高的實用性。四足機(jī)器人步行時，一只腳抬起，三只腳支撐自重，這時有必要移動身體，讓重心落在三只腳接地點組成的三角形內(nèi)。2.1.5基座四足機(jī)器人圖例（2）：2.1.5基座四足機(jī)器人圖例（3）：2.