機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)課件

1、第二章 機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué),第一節(jié) 概述 第二節(jié) 機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu) 第三節(jié) 手腕部機(jī)構(gòu) 第四節(jié) 行走部機(jī)構(gòu) 第五節(jié) 機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 第六節(jié) 機(jī)器人的各種性能指標(biāo) 第七節(jié) 并聯(lián)機(jī)器人,第一節(jié) 概述,1 機(jī)器人機(jī)構(gòu)的分類 2 機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) 3 機(jī)器人工作空間,直角坐標(biāo)型,圓柱坐標(biāo)型,球坐標(biāo)型,關(guān)節(jié)型,圖1 四種坐標(biāo)機(jī)器人,第一節(jié),沿著三個(gè)互相垂直的軸線移動(dòng)來改變手部的空間位置。其前三關(guān)節(jié)為移動(dòng)關(guān)節(jié)（PPP）運(yùn)動(dòng)形式如圖：,1）直角坐標(biāo)型機(jī)器人,1、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的分類,該類操作機(jī)是通過兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)（RPP）來實(shí)現(xiàn)手部的空間位置的變化，運(yùn)動(dòng)形式如圖所示：,2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人,該類操作機(jī)用

2、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)移動(dòng)（RRP）來改變手部的空間位置，運(yùn)動(dòng)形式如圖所示：,3）球坐標(biāo)型機(jī)器人,這類操作機(jī)是模擬人的上臂而構(gòu)成的。它的前三個(gè)關(guān)節(jié)都是轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（RRR），運(yùn)動(dòng)形式如圖所示：,4）關(guān)節(jié)型機(jī)器人,2、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),1）機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度 運(yùn)動(dòng)自由度的定義 以自由度分類的機(jī)器人 自由度的分布,機(jī)器人自由度的定義,定義：用來確定手部相對(duì)于機(jī)身位置的每個(gè)獨(dú)立變化的參數(shù)，稱為機(jī)器人的自由度。,以自由度分類的機(jī)器人,任一自由的空間物體，須有六個(gè)自由度描述其在空間的位置和姿態(tài)，三個(gè)正交移動(dòng)軸，決定物體的位置；三個(gè)繞坐標(biāo)軸 的轉(zhuǎn)動(dòng)，決定物體的姿態(tài)變化。 稱六個(gè)自由度機(jī)器人為滿自由度機(jī)器人，少于六個(gè)自

3、由度機(jī)器人為欠自由度機(jī)器人， 多于六個(gè)自由度機(jī) 器人為冗余自由度機(jī)器人。,第一節(jié),自由度的分布,一般機(jī)器人的機(jī)身和手臂構(gòu)成前三個(gè)關(guān)節(jié)，具有三個(gè)自由度，可確定手部在空間的位置，所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱位置機(jī)構(gòu)； 手腕和手部構(gòu)成后三個(gè)關(guān)節(jié)，具有三個(gè)自由度，可確定手部在空間的姿態(tài)，所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱之為姿態(tài)機(jī)構(gòu)。 位置機(jī)構(gòu)確定機(jī)器人的 空間工作范圍， 其運(yùn)動(dòng)稱為 主運(yùn)動(dòng) 。,圖2-3 PUMA操作機(jī)的各個(gè)自由度 1機(jī)座 2腰部 3臂部 4腕部 5手部,2）機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍,指機(jī)器人手腕在空間運(yùn)動(dòng)圖形及其大小，運(yùn)動(dòng)范圍取決于臂部的自由度。,3）機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)形式,（1）直移型：直線運(yùn)動(dòng)L 伸縮運(yùn)動(dòng)E （2）回轉(zhuǎn)型

4、：扭角運(yùn)動(dòng)T 擺角運(yùn)動(dòng)R,第一節(jié),3、 機(jī)器人工作空間,1）定義： 手腕部坐標(biāo)系原點(diǎn)PW能在空間活動(dòng)的最大活動(dòng)范圍。又稱可達(dá)空間 ，或總工作空間，記W(PW) 。,直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間示意圖,圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間示意圖,球坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間示意圖,PUMA機(jī)器人工作空間示意圖,2）靈活工作空間,靈活工作空間：末端執(zhí)行器可以任意姿態(tài)達(dá)到 的工作空間，記作WP(P)。 類靈活工作空間以全方位到達(dá)， 類靈活工作空間只能以有限個(gè)方位到達(dá)。 次靈活工作空間：總工作空間去掉靈活工作空 間的部分，WS(P)。,3）奇異形位,W(P)總工作空間的邊界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的機(jī)器人的位置和姿態(tài)，及機(jī)器人工作空間內(nèi)部

5、使機(jī)械產(chǎn)生干涉的位置和姿態(tài)。,4）兩個(gè)基本問題,1）正問題：給出某一結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)的操作機(jī)以及關(guān)節(jié)變量的變化范圍，求工作空間，稱工作空間分析。 2）逆問題：給出某一限定的工作空間，求操作機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)和關(guān)節(jié)變量的變化范圍，稱工作空間的綜合 。,5）確定工作空間的方法,（1）解析法 用數(shù)學(xué)模型計(jì)算工作空間的邊界 （2）圖解法 國標(biāo)規(guī)定了工作空間的幾何作圖法 結(jié)構(gòu)限制分析 畫出工作空間的主剖面（xoz剖面） 畫出工作空間的俯視剖面（xoy剖面）,第二節(jié) 機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu),1、機(jī)身和臂部的作用 2、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 3、機(jī)身結(jié)構(gòu) 4、臂部結(jié)構(gòu),1、機(jī)身和臂部的作用,1）機(jī)身定義：機(jī)身是

6、連接、支承手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件 作用：臂部的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)裝置安裝在機(jī)身上。 類型：機(jī)身有固定式和行走式兩種。 2）手臂定義：手臂部件是連接機(jī)身和手腕的部件。 作用：支承腕部和手部，帶動(dòng)手及腕在空間運(yùn)動(dòng)。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)類型多、受力復(fù)雜。,2、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),1）剛度 ：為了得到較高的精度，機(jī)器人機(jī)身和手臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度比強(qiáng)度更重要。剛度可分為結(jié)構(gòu)剛度、支承剛度、伺服剛度等。 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀與尺寸； 提高支承剛度和接觸剛度； 合理布置作用力的位置和方向；,2）精度 ：機(jī)器人的精度可分為絕對(duì)精度和重復(fù)定位精度。機(jī)器人終端執(zhí)行器（手部）的精度與臂和機(jī)身的位置精度密切相關(guān)。影響

7、機(jī)器人精度的因素有： 剛度 制造和裝配精度 手腕部在手臂上的連接和定位方式 運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)向精度,3）平穩(wěn)性 ：機(jī)身和臂部的運(yùn)動(dòng)多、質(zhì)量較大、當(dāng)負(fù)荷大且高速運(yùn)行時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，將產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。應(yīng)采取有效的緩沖裝置以吸收沖擊能量。 運(yùn)動(dòng)部件力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕； 減少重心布置不當(dāng)而造成的偏心附加力矩； 4）其他：對(duì)特殊要求的要有相應(yīng)措施，如防爆、防塵、防水、防真空、防輻射、防腐蝕等。,3、機(jī)身和臂的配置形式及結(jié)構(gòu),機(jī)身是支承手、臂且?guī)溥\(yùn)動(dòng)的部件，由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式、使用條件 、負(fù)荷能力各不相同，所采用的驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置亦不同，使機(jī)器人機(jī)身有很大差異，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。 分類:

8、1)橫梁式 2)立柱式 3)屈伸式 4)類人型;,垂直平面屈伸 水平平面屈伸（SCARA） 空間屈伸,基座與立柱結(jié)構(gòu)圖,PUMA-262型機(jī)器人,4、臂部結(jié)構(gòu),臂部主要包括臂桿，以及自身屈伸、伸縮、 自轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)向定位、支錄、 位置檢測元件等，主要結(jié)構(gòu)有： 伸縮型 伸縮與旋轉(zhuǎn)型 屈伸型 彈性手臂 柔性手臂,手臂的結(jié)構(gòu)形式 (a)、 (b) 單臂式; (c) 雙臂式； (d) 懸掛式,雙臂機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu),手臂俯仰驅(qū)動(dòng)缸安置示意圖,鉸接活塞缸實(shí)現(xiàn)手臂俯仰運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖,第三節(jié) 手腕部機(jī)構(gòu),1、 概述 2、手部機(jī)構(gòu) 3、腕部機(jī)構(gòu),1、 概述,（1）手部：是最重要的執(zhí)行機(jī)械，工業(yè)機(jī)

9、器人 手部可分為： 1.夾持類 2.吸附類 （2）腕部： 1.完成手部的俯仰，擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)； 2.智能機(jī)器人腕部具有力、力矩傳感器。,2、手部機(jī)構(gòu),1）夾鉗式手部的組成 手指 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)裝置,夾鉗式手部的組成,斜楔杠桿式手部,雙支點(diǎn)連桿杠桿式手部,齒條齒輪杠桿式手部,直線平移型手部,四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部結(jié)構(gòu),真空吸附取料手,2）設(shè)計(jì)要點(diǎn), 開閉范圍； 夾緊力； 定位精度； 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高； 通用性和可換性；,第三節(jié),氣動(dòng)換接器與專用末端操作器庫,專用末端操作器庫,多工位末端操作器換接裝置 (a) 棱錐型； (b) 棱柱型,3）手指, 手指形狀 V型手指 尖、薄、長型手指 平面型手指

10、 特型手指 指面形狀 光滑柔性 齒形 手指材料,4）傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 傳力比； 傳動(dòng)效率； 傳動(dòng)比； 精度； 動(dòng)作范圍； 回轉(zhuǎn)型 斜楔杠桿式 連桿杠桿式 滑槽杠桿式 齒輪、齒條杠桿式 平移型 平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu) 直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu),第三節(jié),5）其他結(jié)構(gòu)形式的手部, 鉤托式 彈簧式 氣吸式 磁吸式 撓性,第三節(jié),6）類人機(jī)器人手部關(guān)節(jié)式手指,貝 爾 格 萊 德 手 指,第三節(jié),這是一個(gè)典型的類人手指,第三節(jié),3、 腕部、關(guān)節(jié)部結(jié)構(gòu),1）關(guān)節(jié)的作用和分類 作用：關(guān)節(jié)將機(jī)器人的各構(gòu)件連接起來，機(jī)器人各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)裝置在各關(guān)節(jié)上實(shí)現(xiàn)的。主要有運(yùn)動(dòng)傳遞和力 傳遞。 分類：旋轉(zhuǎn)型關(guān)節(jié)和

11、直線移動(dòng)型關(guān)節(jié) 腕關(guān)節(jié)在機(jī)器人中很重要，以下主要討論腕關(guān)節(jié)。,第五節(jié),2） 關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn),力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕：關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)、重量、動(dòng)力載荷直接影響機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、重量和性能。 尤其是腕關(guān)節(jié)， 處于手臂的末端 有2-3個(gè)自由度和驅(qū)動(dòng)裝置 需較大的力矩和盡量輕的重量 綜合考慮，合理布局： 需要考慮強(qiáng)度、剛度、制造、裝配、精度和、控制可靠性。 須考慮腕部的工作條件 如高低溫、腐蝕性、防暴、防塵、防滲。,3）關(guān)節(jié)部結(jié)構(gòu),單自由度手腕 二自由度手腕 三自由度手腕,單自由度手腕,SCARA機(jī)器人,二自由度手腕,r = (A B )/2 p = (A + B )/2,Pitch-Roll 球形二自由度手腕,匯

12、交式兩自由度手腕,偏置式兩自由度手腕, 三自由度手腕,垂直相交三自由度手腕,匯交型三自由度手腕,球形匯交型三自由度手腕,偏交型三自由度手腕,回形偏交型三自由度手腕,PT-600型弧焊機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)圖,KUKA IR-662/100型機(jī)器人手腕裝配圖,第四節(jié) 行走部機(jī)構(gòu),1 概述 2運(yùn)行車式行走機(jī)構(gòu),1概述,機(jī)器人可分為固定型和行走型 兩種。工業(yè)機(jī)器人一般為固定式，而目前在開發(fā)研制的海洋水下機(jī)器人，原子能工業(yè)、空間機(jī)器人、軍用機(jī)器人，都將是可移動(dòng)的。,海洋水下機(jī)器人 核工業(yè)原子能反應(yīng)唯用機(jī)器人 空間機(jī)器人 軍用機(jī)器人 醫(yī)療福利機(jī)器人 服務(wù)機(jī)器人 移動(dòng)式搬運(yùn)機(jī)器人,移動(dòng)式,固定式工業(yè)機(jī)器人,焊接

13、噴漆 上下料,機(jī)器人,輪式移動(dòng)（包括履帶式）機(jī)器人 步行移動(dòng)（多足）機(jī)器人 推進(jìn)器或噴射式移動(dòng)機(jī)器人,可移動(dòng)機(jī)器人,驅(qū)動(dòng)裝置 傳動(dòng)裝置 位置檢測 傳感器,行走部機(jī)構(gòu)包括,2 運(yùn)行車式行走機(jī)構(gòu),（1）車輪式行走機(jī)構(gòu) （2）履帶式行走機(jī)構(gòu) （3）步行式行走機(jī)構(gòu),（1）車輪式行走機(jī)構(gòu),1）車輪式動(dòng)作穩(wěn)定，自動(dòng)操縱簡單，在FMS或自動(dòng)倉庫中作搬運(yùn)小車用得 較多，適合室內(nèi)平地行走。 2）車輪式行走機(jī)構(gòu)有3輪，4輪，或6輪等 3）車輪式行走機(jī)構(gòu)采用的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)： 采用自位輪和主動(dòng)輪差動(dòng)轉(zhuǎn)向?qū)?huì)有角度誤差。 采用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪，靜止?fàn)顟B(tài)阻力大。,三輪車型移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu),三組輪,四輪車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng),三角輪系的機(jī)

14、構(gòu)圖,全方位移動(dòng)車的移動(dòng)方式 (a) 全方位方式； (b) 轉(zhuǎn)彎方式; (c) 旋轉(zhuǎn)方式; (d) 制動(dòng)方式,（2）履帶式行走機(jī)構(gòu),履帶式行走機(jī)構(gòu)適合于野外作業(yè)，軍用機(jī)器人，及各種勘探及探險(xiǎn)，適應(yīng)各種地形，爬坡可達(dá)45，可以爬樓梯。,適應(yīng)地形的履帶,（3）步行式行走機(jī)構(gòu),1）概述 2）四腳和多腳步行機(jī)構(gòu) 3）腳-車混合行走機(jī)構(gòu) 4）兩腳步行式行走機(jī)構(gòu),（1）步行式行走機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn), 可在高低不平的地段上行走。 腳的主動(dòng)性可保持平衡，不隨地面晃動(dòng)。 在柔軟的地面上運(yùn)動(dòng)、效率不顯著降低。,1）概述,火星探測用小漫游車,（2）動(dòng)步行與靜步行,靜步行：機(jī)器人重心始終落在支持于地面的幾只腳所圈成的多邊形面

15、積內(nèi)。 動(dòng)步行：有時(shí)重心落在支撐面積外，利用重力和慣性力，作為步行的動(dòng)力，步行速度快、耗能少。,（3）腳數(shù)與關(guān)節(jié)自由度數(shù),步行機(jī)器人的腳數(shù)從兩腳到七腳，靜步行須四腳以上，各腳的自由度數(shù)不少于3個(gè)。,2）四腳和多腳步行機(jī)構(gòu),對(duì)于四腳以上的步行機(jī)構(gòu)，若腳擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的 速度為V，則腳落地時(shí)間與離地時(shí)間比為： ：為腳占定因數(shù) k：為機(jī)器人腳數(shù) 故四腳的最大行走速度（靜步行） 而六腳的最大行走速度則為,四腳步行機(jī)器人步態(tài),2 1,3 4,2 1,3 4,2 1,3 4,2 1,3 4,3）兩腳步行式行走機(jī)構(gòu),1）優(yōu)點(diǎn)： 有最好的適應(yīng)性，與人類相似的優(yōu)越性。 人類幻想的高級(jí)智能機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)。 2）控制：

16、 無論是靜步行或動(dòng)步行，控制都困難，猶如倒擺 測出各物理量，控制機(jī)構(gòu)連桿的相對(duì)角 利用腳尖在地面上的反作用力測重心的位置 3）靜、動(dòng)步行,第四節(jié),八自由度兩腳步行機(jī)器人步行特征,八自由度兩腳步行機(jī)器人步行特征,第五節(jié) 機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu),1、 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 2、機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),1. 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)裝置是使機(jī)器人各部件動(dòng)作的動(dòng)力源，目前常見的有： （1）液壓驅(qū)動(dòng) （2）氣壓驅(qū)動(dòng) （3）電機(jī)驅(qū)動(dòng) （4）其他驅(qū)動(dòng)方式,（1）液壓驅(qū)動(dòng),1）液壓驅(qū)動(dòng)：是高壓油作為工作介質(zhì)，推動(dòng)直線或旋轉(zhuǎn)的油缸進(jìn)行工作的, 在一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中其主要的部件如下： 直線液壓缸：在高壓油的作用下，可作直

17、線往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 擺動(dòng)缸：在高壓油的作用下可產(chǎn)生一定角度的擺動(dòng)。 電液伺服閥：可精確地控制油路的開關(guān)、并可控制供油量的大小，以便對(duì)液壓缸進(jìn)行精確的控制，并可以根據(jù)位置傳感器和速度傳感器反饋的信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制。 2) 應(yīng)用： 目前在負(fù)荷較大的搬運(yùn)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人應(yīng)用較多。,（2）氣壓驅(qū)動(dòng),在所有的驅(qū)動(dòng)方式中，氣壓驅(qū)動(dòng)是最簡單的，在工業(yè)中應(yīng)用很廣，其組成與液壓驅(qū)動(dòng)相似。 可以用機(jī)械的檔次實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的控制，并能達(dá)到較高的精度, 雖然達(dá)到高精度的伺服控制較難，但目前已經(jīng)用微處理機(jī)直接控制的氣動(dòng)馬達(dá)，定位精度在1mm。 在機(jī)器人中主要用于各種氣動(dòng)手爪，以及小型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)。,第五節(jié),（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng),電動(dòng)驅(qū)

18、動(dòng)在機(jī)器人中的應(yīng)用可以分成三種： 直流電機(jī)組成伺服控制系統(tǒng)； 交流（或）無刷直流電機(jī)組成伺服控制系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。,（4）其他驅(qū)動(dòng)方式,氣囊式人工肌肉 磁致伸縮驅(qū)動(dòng) 形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動(dòng)器 壓電晶體驅(qū)動(dòng)器,新型的驅(qū)動(dòng)方式 1. 磁致伸縮驅(qū)動(dòng) 鐵磁材料和亞鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變, 其長度和體積都要發(fā)生微小的變化, 這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)某些稀土元素在低溫時(shí)磁伸率達(dá)300010-610 00010-6,人們開始關(guān)注研究有適用價(jià)值的大磁致伸縮材料。 研究發(fā)現(xiàn),TbFe2(鋱鐵)、SmFe2(釤鐵)、DyFe2(鏑鐵)、 HoFe2(鈥鐵)、TbDyF

19、e2(鋱鏑鐵)等稀土鐵系化合物不僅磁致伸縮值高, 而且居里點(diǎn)高于室溫, 室溫磁致伸縮值為100010-6250010-6, 是傳統(tǒng)磁致伸縮材料如鐵、鎳等的10100倍。 這類材料被稱為稀土超磁致伸縮材料(Rear Earth Giant MagnetoStrictive Materials, 縮寫為RE-GMSM)。,這一現(xiàn)象已用于制造具有微英寸量級(jí)位移能力的直線電機(jī)。 為使這種驅(qū)動(dòng)器工作, 要將被磁性線圈覆蓋的磁致伸縮小棒的兩端固定在兩個(gè)架子上。當(dāng)磁場改變時(shí), 會(huì)導(dǎo)致小棒收縮或伸展, 這樣其中一個(gè)架子就會(huì)相對(duì)于另一個(gè)架子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 一個(gè)與此類似的概念是用壓電晶體來制造具有毫微英寸量級(jí)位移的直

20、線電機(jī)。 美國波士頓大學(xué)已經(jīng)研制出了一臺(tái)使用壓電微電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人“機(jī)器螞蟻”。 “機(jī)器螞蟻”的每條腿是長1 mm或不到1 mm的硅桿， 通過不帶傳動(dòng)裝置的壓電微電機(jī)來驅(qū)動(dòng)各條腿運(yùn)動(dòng)。 這種“機(jī)器螞蟻”可用在實(shí)驗(yàn)室中收集放射性的塵埃以及從活著的病人體中收取患病的細(xì)胞。,2. 形狀記憶金屬 有一種特殊的形狀記憶合金叫做Biometal(生物金屬), 它是一種專利合金, 在達(dá)到特定溫度時(shí)縮短大約4%。 通過改變合金的成分可以設(shè)計(jì)合金的轉(zhuǎn)變溫度, 但標(biāo)準(zhǔn)樣品都將溫度設(shè)在90左右。 在這個(gè)溫度附近, 合金的晶格結(jié)構(gòu)會(huì)從馬氏體狀態(tài)變化到奧氏體狀態(tài),并因此變短。然而,與許多其他形狀記憶合金不同的是,它變冷

21、時(shí)能再次回到馬氏體狀態(tài)。如果線材上負(fù)載低的話,上述過程能夠持續(xù)變化數(shù)十萬個(gè)循環(huán)。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的常用熱源來自于當(dāng)電流通過金屬時(shí),金屬因自身的電阻而產(chǎn)生的熱量。結(jié)果是,來自電池或者其他電源的電流輕易就能使生物金屬線縮短。這種線的主要缺點(diǎn)在于它的總應(yīng)變僅發(fā)生在一個(gè)很小的溫度范圍內(nèi),因此除了在開關(guān)情況下以外, 要精確控制它的拉力很困難,同時(shí)也很難控制位移。,（5）驅(qū)動(dòng)方式的選擇,機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器要求啟動(dòng)力矩大、調(diào)速范圍寬、慣量小 選擇驅(qū)動(dòng)方式：負(fù)荷為2000N以下采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 小功率點(diǎn)位控制采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 大功率大力矩采用液壓驅(qū)動(dòng)方式 選擇驅(qū)動(dòng)器容量：額定速度時(shí)的額定功率 關(guān)節(jié)加減速時(shí)加速功率 最不

22、利形位時(shí)的負(fù)載力矩,2. 機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),1）常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型和特點(diǎn) (1) 齒輪類傳動(dòng)：主要有齒輪、蝸輪蝸桿、齒輪齒條 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快、扭矩大、剛性好 缺點(diǎn)：傳動(dòng)有間隙、故回差大，精度低 應(yīng)用：腰、腕關(guān)節(jié) (2) 鏈索類傳動(dòng)：主要有鏈條、齒形帶、鋼帶 優(yōu)點(diǎn)：無間隙、剛度與張緊裝置有關(guān)，力矩較大 缺點(diǎn)：速比小，齒形帶和鋼帶適用于小負(fù)載 應(yīng)用：腕關(guān)節(jié),2) 滾珠絲杠螺母副,使絲杠與螺母之間由滑動(dòng)摩擦度為滾動(dòng)摩擦的一種螺旋轉(zhuǎn)動(dòng) 在數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人中應(yīng)用較為廣泛。 (1)結(jié)構(gòu)組成： 滾珠絲杠螺母副可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。為消除回差，螺母分成兩段，采用雙螺母預(yù)緊消除間隙的方式，以墊片、鎖緊螺母、齒差

23、調(diào)整兩段螺母的相對(duì)位置。 (2)特點(diǎn)： 摩擦系數(shù)小且動(dòng)靜摩擦系數(shù)差小，效率高且逆?zhèn)鲃?dòng)效率 也高，靈敏度高、傳動(dòng)平移、磨損小、壽命長。,滾球絲杠副,3)諧波齒輪減速器,(1) 原理和結(jié)構(gòu) 三大基本構(gòu)件：剛輪、柔輪、波發(fā)生器 剛輪固定時(shí)減速比： 剛輪固定時(shí)減速比： Zb ：柔輪齒數(shù) Zg ：剛輪齒數(shù),(2) 特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比大，單級(jí)可為50300，兩級(jí)可達(dá) 20000。傳動(dòng)平穩(wěn)，承載力高。多齒嚙合磨 損小，傳動(dòng)效率可達(dá)0.85，傳動(dòng)精度高。 回差小，一般可小于 ，實(shí)現(xiàn)無回 差傳動(dòng)。 缺點(diǎn)：杯式柔輪剛度較低。,諧波齒輪傳動(dòng),4) RV擺線針輪傳動(dòng),(1)工作原理：由一級(jí)行星輪系再串聯(lián)一級(jí)擺線輪減

24、速器組合而成。 (2)特點(diǎn)：除了諧波傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)外，最顯著的特點(diǎn)是剛性好。,工業(yè)機(jī)器人常用傳動(dòng)方式的比較與分析,PUMA 562機(jī)器人的傳動(dòng)示意圖,第六節(jié) 機(jī)器人的規(guī)格及主要性能指標(biāo),1.有關(guān)負(fù)荷方面的性能指標(biāo)： (1) 額定負(fù)荷：在正常運(yùn)行條件下施加到手腕部的 最大負(fù)荷的容許值，包括末端執(zhí)行 器、附件和慣性力。 (2)限定負(fù)荷：機(jī)器人機(jī)構(gòu)部分不發(fā)生破壞或不出 故障時(shí)手腕外所能承受的最大負(fù)荷。 (3)最大推力和最大扭矩：指單軸的最大推力或最 大扭矩,2.有關(guān)運(yùn)動(dòng)方面的性能指標(biāo),(1) 自由度 (2) 單軸最大工作范圍和工作速度 (3) 合成速度：表現(xiàn)為手腕中心的線速度,3.有關(guān)幾何空間方面的性能指標(biāo),(1)工作空間 (2)靈活度：表示機(jī)器人在工作空間各點(diǎn)抓取物 體的靈活程度。用末桿位姿圖最能 直觀而準(zhǔn)確地表示這一特點(diǎn)。,第六節(jié),4. 有關(guān)精度方面的性能指標(biāo),(1)位姿精度 (2)距離精度 (3)軌跡精度 前三項(xiàng)統(tǒng)稱定位精度 (4)位置重復(fù)精度,5. 有關(guān)動(dòng)力源和控制方面的性能指標(biāo),(1)驅(qū)動(dòng)方式： (2)控制方式：開環(huán)、閉環(huán)、點(diǎn)位、連續(xù)軌跡 (3)計(jì)算機(jī)容量 (4)插補(bǔ)方式 (5)編程方式 (6)分辨率：指操作機(jī)各軸可有效反應(yīng)的最小 距離或角