第二講：機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

機(jī)器人技術(shù)浙江大學(xué)研究生培養(yǎng)課程主講：劉昊副教授電話：87951314-2127

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2/24/2024講座內(nèi)容

機(jī)器人的定義機(jī)器人的特征機(jī)器人的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀機(jī)器人的分類

機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)（自選題講座）機(jī)器人的結(jié)構(gòu)第二講

2/24/2024

講座內(nèi)容

機(jī)器人的基本構(gòu)成傳動(dòng)部件行走機(jī)構(gòu)機(jī)身手臂手和手腕

機(jī)器人的基本構(gòu)成機(jī)身--骨架控制器--大腦傳感器--眼鼻耳信息通道(總線)--神經(jīng)驅(qū)動(dòng)器--肌肉執(zhí)行器--手腳機(jī)器人的基本構(gòu)成結(jié)構(gòu)類型：直角坐標(biāo)機(jī)器人圓柱坐標(biāo)機(jī)器人極坐標(biāo)機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人SCARA機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人機(jī)器人的基本構(gòu)成直角坐標(biāo)機(jī)器人手部位置

P=f(x,y,z)優(yōu)點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀剛度高；

2.關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)獨(dú)立，無(wú)耦合；缺點(diǎn)：1.占地面積大，動(dòng)作范圍??；

2.導(dǎo)軌面防護(hù)較困難，移動(dòng)部件慣量較大，靈活性較差傳感器精度要求高；機(jī)器人的基本構(gòu)成圓柱坐標(biāo)機(jī)器人手部位置

P=f(θ,z,r)優(yōu)點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

2.空間定位直觀。缺點(diǎn)：1.導(dǎo)軌面防護(hù)較困難。機(jī)器人的基本構(gòu)成球(極)坐標(biāo)機(jī)器人手部位置

P=f(θ,φ,r

)優(yōu)點(diǎn)：1.占地面積?。?/p>

2.工作空間大。缺點(diǎn)：1.導(dǎo)軌面防護(hù)困難機(jī)器人的基本構(gòu)成關(guān)節(jié)機(jī)器人手部位置

P=f(φ1,φ2,φ3)優(yōu)點(diǎn)：1.動(dòng)作靈活，工作空間大；

2.結(jié)構(gòu)緊湊，干涉最??；

3.運(yùn)動(dòng)部件容易密封防塵。缺點(diǎn)：1.運(yùn)動(dòng)學(xué)復(fù)雜，反解困難；

2.末端件位姿不直觀；

3.控制計(jì)算量大。機(jī)器人的基本構(gòu)成SCARA機(jī)器人手部位置

P=f(φ1,φ2,z)優(yōu)點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)輕便；

2.響應(yīng)快(可至10m/s)；

3.運(yùn)動(dòng)部件容易密封防塵。缺點(diǎn)：1.工作范圍有限；

2.導(dǎo)軌面防護(hù)較困難。機(jī)器人的基本構(gòu)成移動(dòng)機(jī)器人機(jī)器人的基本構(gòu)成技術(shù)指標(biāo)：自由度和關(guān)節(jié)數(shù)運(yùn)動(dòng)作業(yè)范圍定位和重復(fù)定位精度最大速度負(fù)載能力驅(qū)動(dòng)方式控制方式機(jī)器人手臂末端的最大速度。機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。機(jī)器人的傳動(dòng)部分機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)形式直接驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接與關(guān)節(jié)連接，無(wú)速度和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)：1.傳動(dòng)精度高；2.剛度好；3.損耗??；4.結(jié)構(gòu)緊湊可靠；5.相應(yīng)快，控制性能好。缺點(diǎn)：1.載荷變化對(duì)驅(qū)動(dòng)和控制影響大；2.傳感器精度要求高；3.電機(jī)成本高；4.增加了手臂的總質(zhì)量，并對(duì)下一關(guān)機(jī)產(chǎn)生干擾，使負(fù)載能力和效率降低。間接驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器使用減速器和間接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與關(guān)節(jié)連接。機(jī)器人的傳動(dòng)部分機(jī)器人關(guān)節(jié)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的傳動(dòng)部分機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動(dòng)形式鋼絲繩連桿機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)諧波傳動(dòng)蝸輪蝸桿、絲杠傳動(dòng)鏈輪傳動(dòng)鋼帶傳動(dòng)機(jī)器人的傳動(dòng)部分鋼絲繩傳動(dòng)鋼絲繩—軟管鋼絲繩—滑輪機(jī)器人的傳動(dòng)部分平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)機(jī)器人的傳動(dòng)部分諧波傳動(dòng)機(jī)器人的傳動(dòng)部分二次諧波傳動(dòng)三次諧波傳動(dòng)機(jī)器人的傳動(dòng)部分鋼帶傳動(dòng)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)機(jī)器人的行走方式輪式履帶式腳式其它方式（蠕動(dòng)、游泳）機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)輪式一：搖動(dòng)擺線移動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)輪式二：帶轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)輪機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)輪式三：轉(zhuǎn)臂式階梯升降機(jī)構(gòu)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)履帶式機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)腳式兩足式四足式六足式機(jī)器人的機(jī)身機(jī)身的基本結(jié)構(gòu)形式回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身機(jī)器人的機(jī)身回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身機(jī)器人的機(jī)身回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身機(jī)器人的手臂手臂多為直線驅(qū)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)機(jī)器人的手碗手腕的三種運(yùn)動(dòng)形式偏轉(zhuǎn)Yaw俯仰Pitch回轉(zhuǎn)Roll機(jī)器人的手碗單回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)手腕機(jī)器人的手手的結(jié)構(gòu)指鉗式吸盤式機(jī)器人的手指鉗式一機(jī)器人的手指鉗式二回轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)平移式驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的手吸盤式（磁力吸盤、空氣負(fù)壓吸盤）噴氣式吸盤擠氣式吸盤結(jié)束第二講完！機(jī)器人的基本構(gòu)成自由度—獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)關(guān)節(jié)數(shù)—由轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)連接部件數(shù)冗余自由度—完成某特定作業(yè)時(shí)具有的多余自由度自由度和關(guān)節(jié)數(shù)：機(jī)器人的基本構(gòu)成自由度的計(jì)算公式F=6(l-n-1)+

fiF—系統(tǒng)自由度l—連桿數(shù)，包括基座n—關(guān)節(jié)的個(gè)數(shù)fi—第i個(gè)關(guān)節(jié)的自由度機(jī)器人的基本構(gòu)成例：液壓多自由度平臺(tái)自由度的計(jì)算F=6(l-n-1)+

fi=6×(14-18-1)+6×2+6×3+6×1=6機(jī)器人的基本構(gòu)成機(jī)械手的作業(yè)范圍(工作區(qū)域)手臂末端或手腕中心所能達(dá)到的所有點(diǎn)的集合。機(jī)器人的基本構(gòu)成定位精度和重復(fù)定位精度定位精度：手部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度：手部重復(fù)定位于同一目標(biāo)位置的能力（統(tǒng)計(jì)量）。機(jī)器人的基本構(gòu)成打靶例一定位精度一般，重復(fù)定位精度很差。機(jī)器人的基本構(gòu)成打靶例二定位精度很差，重復(fù)定位精度良好。機(jī)器人的基本構(gòu)成打靶例三定位精度很好，重復(fù)定位精度很好。機(jī)器人的分類按用途：工業(yè)機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人水下機(jī)器人軍用機(jī)器人娛樂(lè)機(jī)器人醫(yī)用機(jī)器人按負(fù)載能力：巨型機(jī)器人>1000Kg

大型機(jī)器人100～1000Kg中型機(jī)器人10～100Kg小型機(jī)器人0.1～10Kg微型機(jī)器人<0.1Kg按結(jié)構(gòu)：直角坐標(biāo)機(jī)器人圓柱坐標(biāo)機(jī)器人極坐標(biāo)機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人SCARA機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人機(jī)器人的基本構(gòu)成機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式(關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器)1.電氣傳動(dòng)2.液壓傳動(dòng)3.氣壓傳動(dòng)無(wú)污染、容易進(jìn)行處理和控制所需要的信息，使用廣泛。傳遞函數(shù)簡(jiǎn)單，線性度好，所需的功率轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，節(jié)能效果較好。但是不易對(duì)高速、大功率的場(chǎng)合進(jìn)行控制。結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，工作平穩(wěn)、沖擊和噪聲小，特別適合于頻繁換向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或需要高速、大功率的場(chǎng)合。缺點(diǎn)在于它有污染，而且它的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般階次較高，并且有著本質(zhì)的非線性，維護(hù)成本較高。