《機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課件

機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式

第二章機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)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ppt課件機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式第二章機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)機(jī)器人2手部腕部小臂（上臂）大臂（下臂）腰部

基座控制柜示教盒ppt課件2手部腕部小臂（上臂）大臂腰部基座控制柜示教盒ppt課件32.1機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的步驟1、作業(yè)分析

作業(yè)分析包括任務(wù)分析和環(huán)境分析，不同的作業(yè)任務(wù)和環(huán)境對(duì)機(jī)器人操作及的方案設(shè)計(jì)有著決定性的影響。2、總體方案設(shè)計(jì)

（1）確定動(dòng)力源（2）確定構(gòu)型和安裝方式（3）確定自由度（4）確定動(dòng)力容量和傳動(dòng)方式

（5）優(yōu)化運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)（6）確定平衡方式和平衡量

（7）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

ppt課件32.1機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的步驟1、作業(yè)分析2、總體方案43、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的配置及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)及桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，走線及電器接口設(shè)計(jì)等。4、動(dòng)特性分析

估算慣性參數(shù)，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真、分析，確定其結(jié)構(gòu)固有頻率和響應(yīng)特性。5、施工設(shè)計(jì)

完成施工圖設(shè)計(jì)，編制相關(guān)技術(shù)文件。ppt課件43、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4、動(dòng)特性分析5、施工設(shè)計(jì)ppt課件例：六自由度輕型機(jī)械臂的設(shè)計(jì)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)指標(biāo)：ppt課件例：六自由度輕型機(jī)械臂的設(shè)計(jì)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)指標(biāo)：ppt課件構(gòu)型設(shè)計(jì)原則自由度為主，兼顧復(fù)雜程度、剛度及控制難度關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍盡可能大關(guān)節(jié)無(wú)奇異工作空間無(wú)死區(qū)，至少6自由度構(gòu)型合理，驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)布置模塊化ppt課件構(gòu)型設(shè)計(jì)原則自由度為主，兼顧復(fù)雜程度、剛度及控制難度ppt課幾何構(gòu)型考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的存在性：1）三個(gè)相鄰關(guān)節(jié)軸線交于一點(diǎn)，2）三個(gè)相鄰關(guān)節(jié)軸線相互平行ppt課件幾何構(gòu)型考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的存在性：1）三個(gè)相鄰關(guān)節(jié)軸線交于一6自由度輕型臂構(gòu)型ppt課件6自由度輕型臂構(gòu)型ppt課件傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)ppt課件傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)ppt課件集成化設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、傳感、控制ppt課件集成化設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、傳感、控制ppt課件集成化設(shè)計(jì)電氣及傳感器ppt課件集成化設(shè)計(jì)電氣及傳感器ppt課件2.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器（通過(guò)聯(lián)軸器）帶動(dòng)傳動(dòng)裝置(一般為減速器)，再通過(guò)關(guān)節(jié)軸帶動(dòng)桿件運(yùn)動(dòng)。最常用的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)——轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和移(直)動(dòng)關(guān)節(jié)。為了進(jìn)行位置和速度控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還包括位置和速度檢測(cè)元件。2.2.1驅(qū)動(dòng)—傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成ppt課件2.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器（通過(guò)131—碼盤；2—測(cè)速機(jī)；3—電機(jī)；4—聯(lián)軸器；5—傳動(dòng)裝置；6—轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；7—桿8—電機(jī)；

9—聯(lián)軸器；10—螺旋副；11—移動(dòng)關(guān)節(jié)；12—電位器(或光柵尺)

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)——伺服電機(jī)+聯(lián)軸節(jié)+傳動(dòng)裝置+運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)+反饋元件ppt課件131—碼盤；8—電機(jī)；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)——伺服電機(jī)+1．電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置又可分為直流(DC)、交流(AC)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電機(jī)電刷易磨損，且易形成火花。無(wú)刷直流電機(jī)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多為開(kāi)環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度小功率機(jī)器人系統(tǒng)。2.2.2驅(qū)動(dòng)裝置的類型和特點(diǎn)直流電機(jī)（有刷）步進(jìn)電機(jī)盤式無(wú)刷直流電機(jī)交流伺服電機(jī)ppt課件1．電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2.2.2驅(qū)動(dòng)裝置的類型和特點(diǎn)直流電機(jī)（有152.液壓驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)點(diǎn)：功率大，可省去減速裝置直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。缺點(diǎn)：需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫場(chǎng)合，故液壓驅(qū)動(dòng)目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。

液壓馬達(dá)液壓擺動(dòng)馬達(dá)液壓控制閥液壓泵ppt課件152.液壓驅(qū)動(dòng)裝置液壓馬達(dá)液壓擺動(dòng)馬達(dá)液壓控制閥液壓泵ppt課件ppt課件ppt課件ppt課件ppt課件ppt課件應(yīng)用：并聯(lián)機(jī)器人（六自由度搖擺臺(tái)）ppt課件應(yīng)用：并聯(lián)機(jī)器人（六自由度搖擺臺(tái)）ppt課件203．氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，具有緩沖作用。但與液壓驅(qū)動(dòng)裝置相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制機(jī)器人。

氣動(dòng)馬達(dá)氣動(dòng)擺動(dòng)馬達(dá)氣缸氣泵氣動(dòng)三大件氣動(dòng)控制閥ppt課件203．氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置氣動(dòng)馬達(dá)氣動(dòng)擺動(dòng)馬達(dá)氣缸氣泵氣動(dòng)三大件氣21

4．其它驅(qū)動(dòng)裝置

作為特殊的驅(qū)動(dòng)裝置，有壓電晶體、形狀記憶合金、人工肌肉等。壓電微驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手ppt課件214．其它驅(qū)動(dòng)裝置壓電微驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人形狀記憶合金22

驅(qū)動(dòng)裝置的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，以價(jià)格高低、技術(shù)水平為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。一般說(shuō)來(lái)，目前負(fù)荷為100kg以下的,可優(yōu)先考慮電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。只須點(diǎn)位控制且負(fù)荷較小者，或有防暴、清潔等特殊要求者，可采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。負(fù)荷很大或機(jī)器人周圍已有液壓源的常溫場(chǎng)合，可采用液壓驅(qū)動(dòng)裝置。對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)，最重要的指標(biāo)要求是起動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時(shí)還要有性能好、與之配套的數(shù)字控制系統(tǒng)。5．驅(qū)動(dòng)裝置的選擇原則ppt課件22驅(qū)動(dòng)裝置的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，以價(jià)232.2.3機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求(1)結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕；(2)傳動(dòng)剛度大，即承受力矩作用時(shí)變形要小，以提高整機(jī)的固有領(lǐng)率，降低整機(jī)的低頻振動(dòng)；(3)回差小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，以得到較高的位置控制精度；(4)壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。

微電機(jī)+減速器微小型減速器ppt課件232.2.3機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基242.機(jī)器人常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人幾乎使用了目前出現(xiàn)的絕大多數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。ppt課件242.機(jī)器人常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)ppt課件25ppt課件25ppt課件26

其中腰關(guān)節(jié)最常用諧波傳動(dòng)、齒輪/蝸輪傳動(dòng)；臂關(guān)節(jié)最常用諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪行星傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。腕關(guān)節(jié)最常用齒輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)和綱繩傳動(dòng)。ppt課件26其中腰關(guān)節(jié)最常用諧波傳動(dòng)、齒輪/蝸輪傳動(dòng)；臂關(guān)節(jié)27關(guān)節(jié)是操作機(jī)各桿件間的結(jié)合部分，通常為轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)兩種類型。工業(yè)機(jī)器人前三關(guān)節(jié)通常稱作腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，它們決定了操作機(jī)的位置。后面關(guān)節(jié)決定了操作機(jī)的姿態(tài)，稱作腕部關(guān)節(jié)。

2.3.1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，又承受傾翻力矩，且應(yīng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度。腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的RV減速器傳動(dòng)，也可采用諧波傳動(dòng)、擺線針輪或蝸桿傳動(dòng)。其轉(zhuǎn)動(dòng)副多采用薄壁軸承或四點(diǎn)接觸軸承，有的還設(shè)計(jì)有調(diào)隙機(jī)構(gòu)。對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，多采用回轉(zhuǎn)缸+齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

2.3

工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的構(gòu)造及其傳動(dòng)配置ppt課件27關(guān)節(jié)是操作機(jī)各桿件間的結(jié)合部分，通常為轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)兩種類型281—電機(jī)；2—RV減速器，3—支架，4—交叉滾子軸承；5—電纜同軸式腰關(guān)節(jié)〔電機(jī)上置)12345ppt課件281—電機(jī)；2—RV減速器，3—支架，4—交叉滾29同軸式腰關(guān)節(jié)(電機(jī)下置)1—腰部固定立柱殼體；2—腰部回轉(zhuǎn)殼體；3—四點(diǎn)接觸球軸承；4—伺服電機(jī)組件；5—諧波減速器；54ppt課件29同軸式腰關(guān)節(jié)(電機(jī)下置)1—腰部固定立柱殼體；54pp30平行軸式腰關(guān)節(jié)21341—電機(jī)；2—齒輪；3—空心立柱；4—軸承ppt課件30平行軸式腰關(guān)節(jié)21341—電機(jī)；ppt課件31

由上面的圖例可以看出，腰關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)副主要是兩種類型：使用交叉滾子或四點(diǎn)接觸式軸承的同軸式或平行軸式。

同軸式腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，腰關(guān)節(jié)高度尺寸小(使用特制軸承的緣故)，但關(guān)節(jié)的各種電纜走線比較困難，大多是在固定的中間柱體外面留有較大的環(huán)形空間，使電纜以盤旋的形式松松地套在中間柱體上，當(dāng)腰支架等機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電纜猶如盤旋彈簧般收緊或放松。對(duì)于平行軸式腰關(guān)節(jié)，電纜則可方便地通過(guò)中空軸，聯(lián)接于支座的固定接線板上。ppt課件31由上面的圖例可以看出，腰關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)副主要是兩種類型：使322.3.2肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)對(duì)于開(kāi)式連桿結(jié)構(gòu)，肩關(guān)節(jié)（大臂關(guān)節(jié)）位于腰部的支座上，多采用RV減速器傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)或擺線針輪傳動(dòng)；也可采用滾動(dòng)螺旋組合連桿機(jī)構(gòu)或直接應(yīng)用齒輪機(jī)構(gòu)。肘關(guān)節(jié)（小臂關(guān)節(jié)）位于大臂與小臂的聯(lián)接處，多采用諧波傳動(dòng)、擺線針輪或齒輪傳動(dòng)等。

關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式有：1、同軸式配置——電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸線重合。

2、偏置式配置——

電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸線偏離一定距離。同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)ppt課件322.3.2肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式有：同軸減速傳動(dòng)33同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)1—腰支座；2,7—RV減速器；3,6—驅(qū)動(dòng)電機(jī)；4—大臂；5—曲柄；8—軸承。12345678ppt課件33同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)1—腰支座；12345678ppt課件341—大臂；2—關(guān)節(jié)1電機(jī)；3—小臂定位板；4—小臂；5—?dú)鈩?dòng)閥；6—立柱；7—直齒輪；8—中間齒輪；9—機(jī)座；10—主齒輪；11—管形連接軸；12—手腕偏置減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(PUMA)ppt課件341—大臂；偏置減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(PUMA)ppt課件35ppt課件35ppt課件36

直動(dòng)關(guān)節(jié)

直動(dòng)關(guān)節(jié)可有兩種類型；電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。前者多采用滾動(dòng)絲杠和導(dǎo)柱(軌)式；后者可采用油缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條的移動(dòng)結(jié)構(gòu)。導(dǎo)柱(軌)起到導(dǎo)向及承受支承力與彎矩矩的作用。ppt課件36直動(dòng)關(guān)節(jié)ppt課件37

多關(guān)節(jié)柔性臂多關(guān)節(jié)柔性臂也稱作象鼻型或蛇型臂。其手臂由多節(jié)串聯(lián)而成，原來(lái)意義上的臂(大臂、小臂)已演化成一個(gè)節(jié)，節(jié)與節(jié)之間可以相對(duì)擺動(dòng)。嚴(yán)格講，多關(guān)節(jié)柔性臂并不是全柔性的，稱其為蛇型臂較為合適。由于柔性臂的關(guān)節(jié)多，能滿足避障等特殊需要。多級(jí)聯(lián)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性臂多級(jí)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性臂ppt課件37多關(guān)節(jié)柔性臂多級(jí)聯(lián)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性臂多級(jí)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性38多節(jié)萬(wàn)向節(jié)型柔性臂ppt課件38多節(jié)萬(wàn)向節(jié)型柔性臂ppt課件39脊骨式多節(jié)柔性臂ppt課件39脊骨式多節(jié)柔性臂ppt課件40連桿式多節(jié)型柔性臂1—定長(zhǎng)剛性臂；2—并聯(lián)機(jī)構(gòu)柔性臂ppt課件40連桿式多節(jié)型柔性臂1—定長(zhǎng)剛性臂；2—并聯(lián)機(jī)構(gòu)柔性臂412.3.3手腕關(guān)節(jié)1、單自由度手腕

SCARA水平關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人的手腕只有繞垂直軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，用于調(diào)整裝配件的方位。SCARA機(jī)器人

傳動(dòng)為兩級(jí)等徑輪齒形帶，所以大、小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)不影響末端執(zhí)行器的水平方位，而該方位的調(diào)整完全取決于腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

這種傳動(dòng)特點(diǎn)特別適合于電子線路板的插件作業(yè)。

ppt課件412.3.3手腕關(guān)節(jié)SCARA機(jī)器人傳動(dòng)為兩級(jí)422、兩自由度手腕兩種常見(jiàn)的配置形式——匯交式和偏置式（按手腕軸線交點(diǎn)與手臂軸線位置劃分）。1-法蘭2-齒輪軸3-錐齒輪4-彈簧5-鏈輪6-軸承7-鏈輪8-彈簧9-軸承10-轉(zhuǎn)殼1-法蘭2-腕殼3-錐齒輪軸4-小臂5-鏈輪6-錐齒輪軸7-鏈輪8-鏈9-彈簧10-彈簧匯交式兩自由度手腕偏置式兩自由度手腕2143658710943512871096ppt課件422、兩自由度手腕1-法蘭1-法蘭匯交式兩自由度手腕偏置43

兩自由度手腕的另兩種結(jié)構(gòu)：諧波減速器前置的匯交型手腕；驅(qū)動(dòng)電機(jī)與諧波減速器前置的偏置型手腕。1—扁平諧波；2—杯式諧波；3—齒形帶輪；4—錐齒輪；5—腕殼諧波前置匯交手腕

1—諧波減速；2—馬達(dá)；

3—鏈輪；4—腕殼電機(jī)前置偏置手腕ppt課件43兩自由度手腕的另兩種結(jié)構(gòu)：諧波減速器前置的匯交型44

誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)把某一桿件因另一桿件的被驅(qū)動(dòng)而引起的運(yùn)動(dòng)，稱作誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算時(shí)，必須考慮誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。

2—主動(dòng)鏈輪；3、5—從動(dòng)鏈輪手腕傳動(dòng)示意圖ppt課件44誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)2—主動(dòng)鏈輪；3、5—從動(dòng)鏈輪ppt課件453、三自由度手腕三自由度手腕是在兩自由度手腕的基礎(chǔ)上加一個(gè)整個(gè)手腕相對(duì)于小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度而形成的。三自由度手腕是“萬(wàn)向”型手腕，結(jié)構(gòu)形式繁多，可以完成兩自由度手腕很多無(wú)法完成的作業(yè)。近年來(lái)，大多數(shù)關(guān)節(jié)型機(jī)器人都采用了三自由度手腕。ppt課件453、三自由度手腕ppt課件46ppt課件46ppt課件47ppt課件47ppt課件48

必須指出，若操作機(jī)為6自由度，當(dāng)手腕為偏置式時(shí)，運(yùn)動(dòng)學(xué)反解得不出解析的顯式，且動(dòng)力學(xué)參數(shù)也是強(qiáng)耦合的。設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分注意。ppt課件48必須指出，若操作機(jī)為6自由度，當(dāng)手腕為偏置式時(shí)，運(yùn)動(dòng)學(xué)49KUKAIR—662／100機(jī)器人手碗傳動(dòng)圖KUKAIR—662／100機(jī)器人手碗結(jié)構(gòu)圖CincinnatiMilacronT3

機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)ppt課件49KUKAIR—662／100機(jī)器人手碗傳動(dòng)圖KUKA50PUMA一262

機(jī)器人手腕傳動(dòng)原理ppt課件50PUMA一262機(jī)器人手腕傳動(dòng)原理ppt課件514、柔順手腕結(jié)構(gòu)

機(jī)器人精密裝配時(shí)，由于被裝配零件的不一致性、工件定位夾具及機(jī)器人手部的定位精度無(wú)法滿足裝配要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致裝配困難甚至失敗。這就提出了裝配動(dòng)作的柔順性要求。

柔順裝配技術(shù)有兩種：一種是控制的角度，借助檢測(cè)元件采取邊校正、邊裝配的方式，稱為“主動(dòng)柔順裝配”；另一種是從結(jié)構(gòu)的角度在手腕部配置一

個(gè)柔順環(huán)節(jié)，這種柔順裝配技術(shù)稱為“被動(dòng)柔順裝配”即RCC(RemoteCenterCompliance)。

帶檢測(cè)元件的手腕移動(dòng)擺動(dòng)柔順手腕柔順手腕動(dòng)作過(guò)程ppt課件514、柔順手腕結(jié)構(gòu)帶檢測(cè)元件的手腕移動(dòng)擺動(dòng)柔順手腕柔順手腕52板彈簧柔順手腕鋼絲彈簧柔順手腕ppt課件52板彈簧柔順手腕鋼絲彈簧柔順手腕ppt課件53

2.4

機(jī)器人的手部

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、板類、箱類、包類物體等），手部的形式多樣。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：

1．卡爪式夾持器；

2．吸附式取料手；

3．專用操作器及換接器

4．仿生多指靈巧手。ppt課件532.4機(jī)器人的手部機(jī)器人手部是機(jī)器人為54卡爪式夾持器通常有兩個(gè)夾爪，分為彈力型、回轉(zhuǎn)型和平移型三種類型。

2.4.1卡爪式夾持器幾種彈力型夾持器1、彈力型夾持器ppt課件54卡爪式夾持器通常有兩個(gè)夾爪，分為彈力型、回轉(zhuǎn)型和552、回轉(zhuǎn)型夾持器開(kāi)合占用空間較小，但是夾持中心變化。ppt課件552、回轉(zhuǎn)型夾持器開(kāi)合占用空間較小，但是夾持中心變化。p563、平移型夾持器開(kāi)合占用空間較大，但是夾持中心不變。ppt課件563、平移型夾持器開(kāi)合占用空間較大，但是夾持中心不變。pp57

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。該類執(zhí)行器可分氣吸和磁吸兩類。

2.4.2吸附式取料手

氣吸附取料手是利用吸盤內(nèi)的壓力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ppt課件57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)58氣流負(fù)壓氣吸盤擠壓排氣吸盤真空氣吸盤ppt課件58氣流負(fù)壓氣吸盤擠壓排氣吸盤真空氣吸盤ppt課件592、磁吸附取料手ppt課件592、磁吸附取料手ppt課件603、專用操作器及換接器ppt課件603、專用操作器及換接器ppt課件61

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，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。

4、仿生多指靈巧手UTACH／MIT多指手

三指手

雙拇指手

ppt課件61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62最小的三指手

BH—II三指手

四指靈巧手

靈巧的雙手

DLR多指手哈工大多指手ppt課件62最小的三指手BH—II三指手四指靈巧手靈巧的雙手63

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，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡的要求。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)，可簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制，但需要滿足一定的力學(xué)條件。ppt課件63手指關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)ppt課件64

并聯(lián)機(jī)構(gòu)在1965年由Stewart提出．原是作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員的。機(jī)艙由6個(gè)液壓缸支撐和驅(qū)動(dòng)，可以使機(jī)艙獲得任何需要的位姿。在串聯(lián)機(jī)器人發(fā)展方興未艾時(shí)，澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授Hunt在1978年提出。可以應(yīng)用6自由度的Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。到80年代中期，國(guó)際上研究并聯(lián)機(jī)器人的人還寥寥無(wú)幾。到80年代末特別是90年代以來(lái)，并聯(lián)式機(jī)器人才被廣為主意，并成為了新的熱點(diǎn)。

2.6并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)ppt課件64并聯(lián)機(jī)構(gòu)在1965年由Stewart提出．原是作65ppt課件65ppt課件66ppt課件66ppt課件67ppt課件67ppt課件683—RPS機(jī)構(gòu)6—RSS機(jī)構(gòu)6—SPS機(jī)構(gòu)6—SPS雙三角機(jī)構(gòu)ppt課件683—RPS機(jī)構(gòu)6—RSS機(jī)構(gòu)6—SPS機(jī)構(gòu)6—SPS雙三696—RSS機(jī)構(gòu)6—PSS機(jī)構(gòu)6—SPS單三角機(jī)構(gòu)3—RRR球面機(jī)構(gòu)ppt課件696—RSS機(jī)構(gòu)6—PSS機(jī)構(gòu)6—SPS單三角機(jī)構(gòu)3—RR70

2.7移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)

移動(dòng)功能的機(jī)器人可認(rèn)為是人類行走功能的模擬和擴(kuò)展。

移動(dòng)機(jī)器人多是針對(duì)陸上表面環(huán)境的。其機(jī)構(gòu)形式主要有：

(1)車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；

(2)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；

(3)腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。此外，近有步進(jìn)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、混合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和蛇行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)等適合于一些特別的場(chǎng)合。ppt課件702.7移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)移動(dòng)功能的機(jī)器人可認(rèn)為是712.7.1輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)

輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)依據(jù)車輪的數(shù)目分為1輪、2輪、3輪、4輪、5輪、6輪以及多輪機(jī)構(gòu)。輪式移動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，功耗小，控制方便，運(yùn)動(dòng)靈活。缺點(diǎn)是其越野能力較差，但可以通過(guò)選擇合適的懸架系統(tǒng)來(lái)提高其地形適應(yīng)能力。

懸架系統(tǒng)分為被動(dòng)適應(yīng)型（自適應(yīng)）、主動(dòng)適應(yīng)型和混合適應(yīng)型三類。ppt課件712.7.1輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)依據(jù)車輪的72ppt課件72ppt課件73ppt課件73ppt課件74ppt課件74ppt課件75ppt課件75ppt課件76

車輪類型：ppt課件76車輪類型：ppt課件77

轉(zhuǎn)向方式：（Ackerman轉(zhuǎn)向）ppt課件77轉(zhuǎn)向方式：（Ackerman轉(zhuǎn)向）ppt課件78（全方位轉(zhuǎn)向）

（差動(dòng)轉(zhuǎn)向）ppt課件78（全方位轉(zhuǎn)向）（差動(dòng)轉(zhuǎn)向）ppt課件79麥克納姆輪輪系機(jī)構(gòu)：ppt課件79麥克納姆輪輪系機(jī)構(gòu)：ppt課件80

履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車輪連續(xù)鋪路的作用，著地面積較大，壓強(qiáng)較小，與路面的粘著力較強(qiáng)，能在不平和松軟的路面上穩(wěn)定移動(dòng)，具有很強(qiáng)的越野能力，控制也簡(jiǎn)單。但功耗較大，運(yùn)動(dòng)靈活性差。

2.7.2履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)ppt課件80履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著81

履帶形式ppt課件81履帶形式ppt課件82越障上、下臺(tái)階

關(guān)節(jié)履帶ppt課件82越障上、下臺(tái)階關(guān)節(jié)履帶ppt課件83履帶張緊機(jī)構(gòu)ppt課件83履帶張緊機(jī)構(gòu)ppt課件2.7.3腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)腿足式移動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是落足點(diǎn)為幾個(gè)離散的位置點(diǎn)，能夠自主選擇有利的落足點(diǎn)，具有出色的地形適應(yīng)能力；此外，能夠自主隔振，保證系統(tǒng)沿平滑預(yù)定的軌跡運(yùn)行其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性低；在松軟沙地行走時(shí)，抗沉陷性較差，效率較低，功耗也大。

日本雙足機(jī)器人載重100kg美國(guó)bigdogppt課件2.7.3腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)腿足式移動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是落

腿足結(jié)構(gòu)形式

兩足

多足

穩(wěn)定性問(wèn)題——

零力矩點(diǎn)（ZMP）：機(jī)器人重力與慣性力合力的延長(zhǎng)線與機(jī)器人支撐面的交點(diǎn)。步態(tài)問(wèn)題——

步態(tài)規(guī)劃：ppt課件腿足結(jié)構(gòu)形式兩足多足穩(wěn)定性問(wèn)題——步態(tài)問(wèn)題——ppt862.7.4輪腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)ppt課件862.7.4輪腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)ppt課件872.6機(jī)器人本體的材料制作機(jī)器人的材料是多種多樣的。選擇制作材料時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)方面：1）材料要能滿足機(jī)器人的強(qiáng)度和剛度要求；2）材料的加工工藝性好；3）材料的穩(wěn)定性好；4）材料的密度盡量??；5）材料的成本盡可能低；6）機(jī)器人的用途。

此外，對(duì)于一些特殊環(huán)境下的機(jī)器人，還要考慮環(huán)境對(duì)材料性能的要求和影響。

ppt課件872.6機(jī)器人本體的材料制作機(jī)器人的材料是多種多88原材料實(shí)用性成本強(qiáng)度切割性穩(wěn)定性抗震性密度木材優(yōu)優(yōu)良良良良小膠合板優(yōu)良良中等中等優(yōu)較小鋼材良良優(yōu)較差優(yōu)優(yōu)大鋁（合金）良中等良中等優(yōu)中等較大碎料板優(yōu)良良中等中等差較小紙板優(yōu)優(yōu)差優(yōu)差差小有機(jī)玻璃良優(yōu)中等中等良差較小塑料良優(yōu)中等中等中等中等較小部分原材料對(duì)比表ppt課件88原材料實(shí)用性成本強(qiáng)度切割性穩(wěn)定性抗震性密度木材優(yōu)優(yōu)良良良89主要參考文獻(xiàn)：（1）柳洪義，宋偉剛編著，《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》，冶金工業(yè)出版社，2002（2）龔振邦等，《機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)》，電子工業(yè)出版社，1995（3）[美]JohnJ.Craig著，贠遠(yuǎn)超譯，機(jī)器人學(xué)