機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).ppt

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1、工業(yè)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),任務(wù)1：工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì),任務(wù)2：工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng),任務(wù)3：機(jī)身和臂部設(shè)計(jì),任務(wù)4：腕部設(shè)計(jì),任務(wù)5：手部設(shè)計(jì),2,任務(wù)1 工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)的步驟 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方式選擇 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 材料選擇 平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì),3,1、系統(tǒng)分析,機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的有力工具。首先確定使用機(jī)器人是否需要與合適，決定采用后需要做如下分析工作： (1)明確采用機(jī)器人的目的和任務(wù)。 (2)分析機(jī)器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境，包括設(shè)備兼容性等。 (3)認(rèn)真分析系統(tǒng)的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方 案。如機(jī)器人的自由度數(shù)、信息的存儲(chǔ)容量、定位精度、

2、抓取重量 (4)進(jìn)行必要的調(diào)查研究，搜集國(guó)內(nèi)外的有關(guān)技術(shù)資料。,總體設(shè)計(jì)的步驟,4,2、技術(shù)設(shè)計(jì),(1)機(jī)器人基本參數(shù)的確定。臂力、工作節(jié)拍、工作范圍、運(yùn)動(dòng)速度及定位精度等。 舉例：定位精度的確定 機(jī)器人或機(jī)械手的定位精度是根據(jù)使用要求確定的，而機(jī)器人或機(jī)械手本身所能達(dá)到的定位精度取決于定位方式、運(yùn)動(dòng)速度、控制方式、臂部剛性、驅(qū)動(dòng)方式、緩沖方式等。 工藝過(guò)程的不同，對(duì)機(jī)器人或機(jī)械手重復(fù)定位精度的要求也不同，不同工藝過(guò)程所要求的定位精度如下： 金屬切削機(jī)床上下料：(0.05-1.00) mm 沖床上下料：1 mm 模鍛： (0.1-2.0) mm 點(diǎn)焊： 1 mm 裝配、測(cè)量： (0.01-0.

3、50) mm 噴涂： 3 mm 當(dāng)機(jī)器人或機(jī)械手本身所能達(dá)到的定位精度有困難時(shí)，可采用輔助工夾具協(xié)助定位的辦法，即機(jī)器人實(shí)現(xiàn)粗定位、工夾具實(shí)現(xiàn)精定位。,5,(2) 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式的選擇。 常見(jiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式有五種：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型和SCARA型。 (3) 擬定檢測(cè)傳感系統(tǒng)框圖。選擇合適的傳感器，以便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮安裝位置。 (4) 確定控制系統(tǒng)總體方案，繪制框圖。 (5) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。確定驅(qū)動(dòng)方式，選擇運(yùn)動(dòng)部件和設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)，繪制機(jī)器人總裝圖及主要部件零件圖。,6,3、仿真分析,(1)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算。分析是否達(dá)到要求的速度、加速度、位置。 (2)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。計(jì)算關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)

4、力的大小，分析驅(qū)動(dòng)裝置是否滿足要求。 (3)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)仿真。將每一位姿用三維圖形連續(xù)顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真。 (4)性能分析。建立機(jī)器人數(shù)學(xué)模型，對(duì)機(jī)器人動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行仿真計(jì)算。 (5)方案和參數(shù)修改。運(yùn)用仿真分析的結(jié)果對(duì)所設(shè)計(jì)的方案、結(jié)構(gòu)、尺寸和參數(shù)進(jìn)行修改，加以完善。 機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)器人設(shè)計(jì)的重要部分。其他系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡管有各自的獨(dú)立性，但都必須與機(jī)械系統(tǒng)相匹配，相輔相成，構(gòu)成一個(gè)完整的機(jī)器人系統(tǒng)。,主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是選擇由連桿件和運(yùn)動(dòng)副組成的坐標(biāo)形式 （1）直角坐標(biāo)機(jī)器人。主體結(jié)構(gòu)有三個(gè)自由度，全為伸縮 （2）圓柱坐標(biāo)機(jī)器人。主體結(jié)構(gòu)有三個(gè)自由度，腰轉(zhuǎn)、升降、

5、伸縮 （3）球面坐標(biāo)機(jī)器人。主體結(jié)構(gòu)有三個(gè)自由度，轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮 （4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人。主體結(jié)構(gòu)有三個(gè)自由度，全為轉(zhuǎn)動(dòng),傳動(dòng)方式選擇 （1）選擇驅(qū)動(dòng)源和傳動(dòng)裝置與關(guān)節(jié)部件的連接、驅(qū)動(dòng)方式 （2）工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)形式,模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模塊化工業(yè)機(jī)器人。由一些標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的模塊件通過(guò)具有特殊功能的結(jié)合部用積木拼搭方式組成的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。模塊化工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn) (1)經(jīng)濟(jì)性。 設(shè)計(jì)和制造通用性很強(qiáng)的工業(yè)機(jī)器人是很不經(jīng)濟(jì)的，價(jià)格昂貴。用戶希望廠商能為諸多的作業(yè)崗位提供可選擇的，自由度盡可能少，控制和編程簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)的專用機(jī)器人。 機(jī)器人制造廠家也希望改變?cè)O(shè)計(jì)和制造模式，采用批量制造技術(shù)來(lái)生產(chǎn)標(biāo)

6、準(zhǔn)化系列化的工業(yè)機(jī)器人模塊，自由拼裝工業(yè)機(jī)器人，滿足用戶經(jīng)濟(jì)性好和基本功能全的要求。,(2)靈活性。其主要體現(xiàn)在： 可根據(jù)工業(yè)機(jī)器人所要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)決定模塊的數(shù)量，機(jī)器人的自由度可以方便地增減。比如，用戶要求機(jī)器人能為多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行作業(yè)時(shí)，可增選一個(gè)底座移動(dòng)軸模塊或其它行走軸模塊,工業(yè)機(jī)器人成為移動(dòng)式機(jī)器人。 為了擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人的工作范圍，可更換具有更長(zhǎng)長(zhǎng)度的手臂模塊或加接手臂模塊。下圖所示是一種多關(guān)節(jié)多臂檢測(cè)機(jī)器人，不僅多臂模塊組合成的手臂很長(zhǎng)，而且手臂可作波浪運(yùn)動(dòng)。 能不斷對(duì)現(xiàn)役模塊化工業(yè)機(jī)器人更新改造。比如，用戶可以選用伸縮套筒式手臂模塊來(lái)更替原有固定長(zhǎng)度的模塊；隨著控制技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)

7、展，可更換更高性能的控制模塊和更高精度的傳感器模塊；更換新模塊來(lái)進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的維修保養(yǎng)。,3.模塊化工業(yè)機(jī)器人所存在的問(wèn)題 (1)模塊化工業(yè)機(jī)器人整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的剛度比較差。因?yàn)槟K之間的結(jié)合是可方便拆卸的，盡管在設(shè)計(jì)上已經(jīng)注意到了標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口的高精度要求，但實(shí)際制造仍會(huì)存在誤差，所以與整體結(jié)構(gòu)相比剛度相對(duì)地差些。 (2)因?yàn)橛性S多機(jī)械接口及其它連接附件，所以模塊化工業(yè)機(jī)器人的整體重量有可能增加。 (3)雖然功能模塊的形式有多種多樣，但是尚未真正做到根據(jù)作業(yè)對(duì)象就可以合理進(jìn)行模塊化分析和設(shè)計(jì)。,機(jī)器人本體材料的選擇,材料選擇 基本要求,(1)強(qiáng)度高。機(jī)器人的臂是直接受力的構(gòu)件，高強(qiáng)度材料不僅能

8、滿足機(jī)器人臂的強(qiáng)度條件，而且可望減少臂桿的截面尺寸，減輕重量。 (2)彈性模量大。從材料力學(xué)公式可知，構(gòu)件剛度(或變形量)與材料的彈性模量E、G有關(guān)，彈性模量越大，變形量越小，剛度越大。不同材料的彈性模量的差異比較大，而同一種材料的改性對(duì)彈性模量卻沒(méi)有多大差別。比如，普通結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度極限為420MPa，高合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度極限為20002300MPa，但是二者的彈性模量 E 卻沒(méi)有多大變化，均為210000MPa。因此，還應(yīng)尋找其它提高構(gòu)件剛度的途徑。,(3)重量輕。在機(jī)器人手臂構(gòu)件中產(chǎn)生的變形很大程度上是由于慣性力引起的，與構(gòu)件的質(zhì)量有關(guān)。也就是說(shuō)，為了提高構(gòu)件剛度選用彈性模量 E 大而密度也

9、大的材料是不合理的。因此，提出了選用高彈性模量低密度材料的要求，可用E /指標(biāo)來(lái)衡量。下表列出了幾種材料的應(yīng)E、和E / 值,供參考。,(4)阻尼大。工業(yè)機(jī)器人在選材時(shí)不僅要求剛度大，重量輕，而且希望材料的阻尼盡可能大。機(jī)器人的臂經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)后，要求能平穩(wěn)地停下來(lái)?？墒怯捎谠跇?gòu)件終止運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)，構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生慣性力和慣性力矩，構(gòu)件自身又具有彈性，因而會(huì)產(chǎn)生“殘余振動(dòng)”。從提高定位精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性來(lái)考慮，希望能采用大阻尼材料或采取增加構(gòu)件阻尼的措施來(lái)吸收能量。 (5)材料價(jià)格低。材料價(jià)格是工業(yè)機(jī)器人成本價(jià)格的重要組成部分。有些新材料如棚纖維增強(qiáng)鋁合金、石墨纖維增強(qiáng)鎂合金，用來(lái)作機(jī)器人臂的材料是很理想的，

10、但價(jià)格昂貴。,(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼：強(qiáng)度好，特別是合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度增大了4至5倍,彈性模量E大，抗變形能力強(qiáng)，是應(yīng)用最廣泛的材料。 (2)鋁、鋁合金及其它輕合金材料：這類材料的共同特點(diǎn)是重量輕，彈量模量E并不大，但是材料密度小,故E /比仍可與鋼材相比。有些稀貴鋁合金的品質(zhì)得到了更明顯的改善，例如添加了3.2%重量的鋰的鋁合金彈性模量增加了14%，E/比增加16%。 (3)纖維增強(qiáng)合金：如棚纖維增強(qiáng)鋁合金、石墨纖維增強(qiáng)鎂合金，其E/比分別達(dá)到11.4107m2/s2和8.9X107m2/s2。這種纖維增強(qiáng)金屬材料具有非常高的E/ 比，而且沒(méi)有無(wú)機(jī)復(fù)合材料的缺陷，但價(jià)格昂貴。,(4)陶瓷：

11、陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，不易加工成具有長(zhǎng)孔的連桿，與金屬零件連接的接合部需特殊設(shè)計(jì)。然而，日本已經(jīng)試制了在小型高精度機(jī)器人上使用的陶瓷機(jī)器人臂的樣品。 (5)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：這類材料具有極好的E/比，但存在老化、蠕變、高溫?zé)崤蛎?、與金屬件連接困難等問(wèn)題。這種材料不但重量輕、剛度大，而且還具有十分突出的阻尼大的優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)金屬材料不可能具有這么大的阻尼。所以,在高速機(jī)器人上應(yīng)用復(fù)合材料的實(shí)例越來(lái)越多。疊層復(fù)合材料的制造工藝還允許用戶進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)疊層厚度、纖維傾斜角、最佳橫斷面尺寸等使其具有最大阻尼值。,(6)粘彈性大阻尼材料：增大機(jī)器人連桿件的阻尼是改善機(jī)器人動(dòng)態(tài)特性的有效方法。目

12、前有許多方法來(lái)增加結(jié)構(gòu)件材料的阻尼，其中最適合機(jī)器人結(jié)構(gòu)采用的一種方法是用粘彈性大阻尼材料對(duì)原構(gòu)件進(jìn)行約束層阻尼處理，如下圖所示。吉林工大和西安交大進(jìn)行了粘彈性大阻尼材料在柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：機(jī)械臂的重復(fù)定位精度在阻尼處理前為土0.30mm，處理后為士0.16mm，殘余振動(dòng)時(shí)間在阻尼處理前、后分別為0.9s和0.5s。,工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)多剛體耦合系統(tǒng)，系統(tǒng)的平衡性是極其重要的，在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中采用平衡系統(tǒng)的理由是： (1)安全。根據(jù)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程知道，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩包括重力矩項(xiàng)，即各連桿質(zhì)量對(duì)關(guān)節(jié)產(chǎn)生重力矩。因?yàn)橹亓κ怯篮愕?，即使機(jī)器人停止了運(yùn)動(dòng)，重力矩項(xiàng)仍然存在。這樣

13、，當(dāng)機(jī)器人完成作業(yè)切斷電源后，機(jī)器人機(jī)構(gòu)會(huì)因重力而失去穩(wěn)定。平衡系統(tǒng)是為了防止機(jī)器人因動(dòng)力源中斷而失穩(wěn)，引起向地面“倒”的趨勢(shì)。,平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì),(2)借助平衡系統(tǒng)能降低因機(jī)器人構(gòu)形變化而導(dǎo)致重力引起關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩變化的峰值。 (3)借助平衡系統(tǒng)能降低因機(jī)器人運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致慣性力矩引起關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩變化的峰值。 (4)借助平衡系統(tǒng)能減少動(dòng)力學(xué)方程中內(nèi)部耦合項(xiàng)和非線性項(xiàng)，改進(jìn)機(jī)器人動(dòng)力特性。 (5)借助平衡系統(tǒng)能減小機(jī)械臂結(jié)構(gòu)柔性所引起的不良影響。 (6)借助平衡系統(tǒng)能使機(jī)器人運(yùn)行穩(wěn)定，降低地面安裝要求。,平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要途徑 盡管為了防止因動(dòng)力源中斷機(jī)器人有向地面“倒塌”的趨勢(shì)，可采用不可逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)或制

14、動(dòng)閥。但是，在工業(yè)機(jī)器人日趨高速化之時(shí)，工業(yè)機(jī)器人平衡系統(tǒng)的良好設(shè)計(jì)是非常重要的，其設(shè)計(jì)途徑有三條： (1)質(zhì)量平衡技術(shù)； (2)彈簧力平衡技術(shù)； (3)可控力平衡技術(shù)。,25,任務(wù)2：工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng),機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)裝置的類型和特點(diǎn) 新型驅(qū)動(dòng)方式,26,機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的形式,齒條固定不動(dòng)，當(dāng)齒輪傳動(dòng)時(shí), 齒輪軸連同拖板沿齒條方向做直線運(yùn)動(dòng) 拖板是由導(dǎo)桿或?qū)к壷С械摹?該裝置的回差較大。,（1）直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) （a）齒輪齒條裝置,齒輪齒條裝置,普通絲杠驅(qū)動(dòng)是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的精密絲杠驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺母沿絲杠軸向移動(dòng)。 摩擦力較大, 效率低, 慣性大, 精度低, 回差

15、大,容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象, 而且因此在機(jī)器人上很少采用。,機(jī)械學(xué)中的爬行現(xiàn)象,在滑動(dòng)摩擦副中從動(dòng)件在勻速驅(qū)動(dòng)和一定摩擦條件下產(chǎn)生的周期性時(shí)停時(shí)走或時(shí)慢時(shí)快的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。,絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的手臂升降機(jī)構(gòu) 1電動(dòng)機(jī)；2蝸桿；3臂架；4絲杠；5蝸輪；6箱體；7花鍵套,（b） 普通絲杠,（c）滾珠絲杠 滾珠絲杠在絲杠螺母的螺旋槽里放置了許多滾珠,傳動(dòng)過(guò)程中所受的摩擦力是滾動(dòng)摩擦, 可極大地減小摩擦力,因此傳動(dòng)效率高,消除了低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的爬行現(xiàn)象。,滾球絲杠副,30,（d）液壓傳動(dòng)（直接平移）,31,（e）氣壓傳動(dòng)（直接平移）,（2） 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),（a）齒輪鏈 齒輪鏈?zhǔn)怯蓛蓚€(gè)或兩個(gè)以上的齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它不但

16、可以傳遞運(yùn)動(dòng)角位移和角速度, 而且可以傳遞力和力矩。 現(xiàn)以具有兩個(gè)齒輪的齒輪鏈為例, 說(shuō)明其傳動(dòng)轉(zhuǎn)換關(guān)系。其中一個(gè)齒輪裝在輸入軸上, 另一個(gè)齒輪裝在輸出軸上, 如圖所示。,齒輪鏈機(jī)構(gòu),使用齒輪鏈機(jī)構(gòu)應(yīng)注意的問(wèn)題 齒輪鏈的引入會(huì)改變系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, 從而使驅(qū)動(dòng)電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間減小, 這樣伺服系統(tǒng)就更加容易控制。 輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上, 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的下降與輸入輸出齒輪齒數(shù)的平方成正比。 由于齒輪間隙誤差, 將會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人手臂的定位誤差增加; 而且, 假如不采取一些補(bǔ)救措施, 齒隙誤差還會(huì)引起伺服系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。,(a) 圓柱齒輪; (b) 斜齒輪; (c) 錐齒輪; (d) 蝸輪蝸桿

17、; (e) 行星輪系,常用的齒輪鏈,35,(b) 同步皮帶,同步皮帶的特點(diǎn) 同步帶相當(dāng)于柔軟的齒輪, 具有柔性好, 價(jià)格便宜、加工也容易。 同步皮帶還被用于輸入軸和輸出軸方向不一致的情況。只要同步皮帶足夠長(zhǎng),使皮帶的扭角誤差不太大, 則同步皮帶仍能夠正常工作。 在伺服系統(tǒng)中, 如果輸出軸的位置采用碼盤(pán)測(cè)量, 則輸入傳動(dòng)的同步皮帶可以放在伺服環(huán)外面, 這對(duì)系統(tǒng)的定位精度和重復(fù)性不會(huì)有影響, 重復(fù)精度可以達(dá)到1 mm以內(nèi)。 有時(shí), 齒輪鏈和同步皮帶結(jié)合起來(lái)使用更為方便。,諧波齒輪傳動(dòng),（c）諧波齒輪,傳動(dòng)部件設(shè)計(jì),機(jī)器人是運(yùn)動(dòng)的，各個(gè)部位都需要能源和動(dòng)力，因此設(shè)計(jì)和選擇良好的傳動(dòng)部件是非常重要的。

18、這涉及到關(guān)節(jié)形式的確定，傳動(dòng)方式以及傳動(dòng)部件的定位和消隙等多個(gè)方面。 (1) 關(guān)節(jié)(如轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與移動(dòng)關(guān)節(jié)) (2) 傳動(dòng)件的定位和消隙 (3) 機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如齒輪、繩與鋼帶傳動(dòng)等),1. 關(guān)節(jié),（1）轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié),轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)由回轉(zhuǎn)軸、軸承和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。,轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的形式,（a）轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的形式,40,（b）軸承 機(jī)器人中軸承起著相當(dāng)重要的作用，用于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的軸承有多種形式，球軸承是機(jī)器人和機(jī)械手結(jié)構(gòu)中最常用的軸承。球軸承能承受徑向和軸向載荷，摩擦較小，對(duì)軸和軸承座的剛度不敏感。,圖4.34 基本耐磨球軸承,2移動(dòng)關(guān)節(jié) 移動(dòng)關(guān)節(jié)由直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和在整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)起直線導(dǎo)向作用的直線導(dǎo)軌部分組成。 導(dǎo)軌

19、部分分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和磁性懸浮導(dǎo)軌等形式。 一般，要求機(jī)器人導(dǎo)軌間隙小或能消除間隙；在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上要求剛度高，摩擦系數(shù)小且不隨速度變化，并且有高阻尼、小尺寸和小慣量。 通常，由于機(jī)器人在速度和精度方面的要求很高，故一般采用結(jié)構(gòu)緊湊且價(jià)格低廉的滾動(dòng)導(dǎo)軌。,42,滾動(dòng)導(dǎo)軌可以按直線導(dǎo)軌的種類、軌道形狀和滾動(dòng)體分為: (1) 按滾動(dòng)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(dòng)體是否循環(huán)分類循環(huán)式、非循環(huán)式。,直線導(dǎo)軌,滾珠絲杠,2. 機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu),（1）齒輪傳動(dòng),行星齒輪傳動(dòng),諧波齒輪傳動(dòng),采用液壓靜壓諧波發(fā)生器的諧波傳動(dòng) 1凸輪 2柔

20、輪 3小孔,（2）絲杠傳動(dòng),滾動(dòng)絲杠的基本組成 1絲杠；2螺母； 3滾珠；4導(dǎo)向槽,絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的手臂升降機(jī)構(gòu) 1電動(dòng)機(jī)；2蝸桿；3臂架；4絲杠；5蝸輪；6箱體；7花鍵套,（4）帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng),齒形帶形狀,鋼帶傳動(dòng),（5）繩傳動(dòng)與鋼帶傳動(dòng),（6） 桿、連桿與凸輪傳動(dòng),凸輪機(jī)構(gòu),連桿機(jī)構(gòu),采用鋼帶傳動(dòng)的ADEPT機(jī)器人,（7）流體傳動(dòng),油缸和齒輪齒條手臂機(jī)構(gòu),氣缸和齒輪齒條增倍手臂機(jī)構(gòu) 1運(yùn)動(dòng)齒條；2齒輪；3活塞桿,3. 傳動(dòng)件的定位和消隙 （1）傳動(dòng)件的定位,利用插銷(xiāo)定位的結(jié)構(gòu) 1行程節(jié)流閥 2定位圓盤(pán) 3插銷(xiāo) 4定位油缸,（2）傳動(dòng)件的消隙,1）消隙齒輪,50,2）柔性齒輪消隙,3）對(duì)稱傳動(dòng)

21、消隙,雙諧波傳動(dòng)消隙方法,1電動(dòng)機(jī)；2小齒輪； 3 ，3減速傳動(dòng)齒輪； 4 ，4軸；5，5齒輪；6齒輪,1，2齒輪箱；3，4，5齒輪；6電動(dòng)機(jī)； 7同步帶；8壓緊輪；9同步帶傳動(dòng),4）偏心機(jī)構(gòu)消隙,5）齒廓彈性覆層消隙,偏心消隙機(jī)構(gòu) 齒廓彈性覆層消隙,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

22、率機(jī)器人系統(tǒng)。,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(pán)式無(wú)刷直流電機(jī),交流伺服電機(jī),54,2. 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,55,3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

23、制閥,56,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100 kg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?chē)延幸簤涸吹某貓?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)。,4驅(qū)動(dòng)裝置的選擇原則,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(zhǎng)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。,58,形狀記憶效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

24、,原始形狀,拉直,加熱后恢復(fù)變形前形狀,2. 形狀記憶合金,59,60,形狀恢復(fù)完全可逆需具備以下條件： 馬氏體相變是熱彈性的； 母相和馬氏體呈現(xiàn)有序的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)； 馬氏體點(diǎn)陣的不變切變?yōu)閷\生，亞結(jié)構(gòu)為孿晶或?qū)渝e(cuò)； 馬氏體相變?cè)诰w學(xué)上是可逆的。,61,隨著形狀記憶材料研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)不完全具備上述條件的合金也可以顯示形狀記憶效應(yīng)。 溫度場(chǎng)可以誘導(dǎo)形狀記憶效應(yīng)，磁場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等也可誘導(dǎo)馬氏體相變，出現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)。,傳統(tǒng)熱誘導(dǎo)形狀記憶合金,磁誘導(dǎo)形狀記憶合金,Magnetic field,62,左圖是一個(gè)雙程CuZnAl記憶合金彈簧，它是SMA用作驅(qū)動(dòng)器的典型形式。該彈簧是隨溫度變化自行伸縮的

25、感溫驅(qū)動(dòng)元件。采用CuZnAl記憶合金絲，表面鍍錫，以熱水或熱風(fēng)為熱源，典型伸縮溫度為6585，自由狀態(tài)為45mm，伸長(zhǎng)狀態(tài)為200mm。 可見(jiàn)其形變量較大，可以產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力。,利用記憶合金在加熱時(shí)形狀恢復(fù)的同時(shí)其回復(fù)力可對(duì)外作功的特性，能夠制成各種驅(qū)動(dòng)元件。這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，可靠性好。,形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器,3. 靜電驅(qū)動(dòng)器 圖2.77是一個(gè)帶有電阻器移動(dòng)子的三相靜電驅(qū)動(dòng)器的工作原理圖。,圖 2.77 三相靜電驅(qū)動(dòng)器工作原理,這種執(zhí)行器有下列特征: (1) 因?yàn)橐苿?dòng)子中沒(méi)有電極, 所以不必確定與定子的相對(duì)位置, 定子電極的間距可以非常小。 (2) 因?yàn)轵?qū)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生浮力,所以摩

26、擦力小,在停止時(shí)由于存在著吸引力和摩擦力, 因此可以獲得比較大的保持力。 (3) 因?yàn)闃?gòu)造簡(jiǎn)單, 所以可以實(shí)現(xiàn)以薄膜為基礎(chǔ)的大面積多層化結(jié)構(gòu)。 基于上述各點(diǎn), 把這種執(zhí)行器作為實(shí)現(xiàn)人工筋肉的一種方法, 受到了人們的關(guān)注。,4. 超聲波電機(jī) 超聲波電機(jī)的工作原理是用超聲波激勵(lì)彈性體定子， 使其表面形成橢圓運(yùn)動(dòng)， 由于其上與轉(zhuǎn)子(或滑塊)接觸， 在摩擦的作用下轉(zhuǎn)子獲得推力輸出。 如圖2.78所示， 可以認(rèn)為定子按照角頻率0， 進(jìn)行超聲波振動(dòng)， 在預(yù)壓W作用下， 轉(zhuǎn)子被推動(dòng)。 超聲波電機(jī)的負(fù)載特性與DC電機(jī)相似， 相對(duì)于負(fù)載增加， 轉(zhuǎn)速有垂直下降的趨勢(shì)， 將超聲波電機(jī)與DC電機(jī)進(jìn)行比較， 它的特點(diǎn)有

27、： 可望達(dá)到低速、 高效率； 同樣的尺寸， 能得到大的轉(zhuǎn)矩； 能保持大轉(zhuǎn)矩； 無(wú)電磁噪聲； 易控制； 外形的自由度大等。,圖 2.78 超聲波電機(jī)的工作原理圖,01,02,03,編織式氣動(dòng)肌肉,網(wǎng)孔式氣動(dòng)肌肉,嵌入式氣動(dòng)肌肉,氣動(dòng)肌肉,按結(jié)構(gòu)形式可將氣動(dòng)肌肉分為三類：,氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器(Pneumatic MuscleActuator，PMA)，以下簡(jiǎn)稱氣動(dòng)肌肉，是一種新型的拉伸型氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，通常由一段包裹纖維網(wǎng)的橡膠筒和兩端的接頭附件連接組成，能夠像生物肌肉那樣產(chǎn)生很大的收縮力。,編織式氣動(dòng)肌肉,編織式氣動(dòng)肌肉主要由氣密彈性管和套在它外面的編織套組成,網(wǎng)孔式氣動(dòng)肌肉,網(wǎng)孔式氣動(dòng)肌肉是網(wǎng)狀式氣動(dòng)

28、肌肉，網(wǎng)孔比較大，纖維比較稀疏，網(wǎng)是系結(jié)而成的，這種肌肉只能在較低的壓力下工作。,嵌入式氣動(dòng)肌,氣動(dòng)肌肉承受負(fù)載的構(gòu)件(絲、纖維) 嵌入到彈性薄膜里。,氣動(dòng)肌肉原理,氣動(dòng)肌肉的結(jié)構(gòu)雖然很多，但原理上基本類似。其核心是個(gè)可膨脹的薄壁囊，外部為限制變形的支撐材料，兩端使用連接件固定。對(duì)橡膠筒套充氣時(shí)，橡膠筒套因彈性變形壓迫外部編織網(wǎng)，由于編織網(wǎng)剛度很大，限制其只能徑向變形，直徑變大，長(zhǎng)度縮短。此時(shí)，如果將氣動(dòng)人工肌肉與負(fù)載相聯(lián)，就會(huì)產(chǎn)生收縮力；反之，當(dāng)放氣時(shí)氣動(dòng)人工肌肉彈性回縮，直徑變細(xì)，長(zhǎng)度增加，收縮力減小。,氣動(dòng)肌肉關(guān)節(jié)模型,氣動(dòng)肌肉和生物肌肉的工作原理是一樣的，都是通過(guò)收縮產(chǎn)生的力來(lái)帶動(dòng)負(fù)載

29、，一個(gè)氣動(dòng)肌肉收縮，另一個(gè)伸長(zhǎng)，從而帶動(dòng)關(guān)節(jié)臂轉(zhuǎn)動(dòng)。,常用安裝方式,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),直線運(yùn)動(dòng),氣動(dòng)肌肉的特性,低成本、清潔安全、安裝簡(jiǎn)便； 高功率/質(zhì)量比和高功率/體積比； 具有柔性結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能與生物肌肉相似，應(yīng)用前景良好。,行程較小； 其充氣變形為強(qiáng)非線性環(huán)節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)精確控制； 柔性也使得精度和重復(fù)性受到了限制。,優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn),理療康復(fù),該機(jī)器腳踝特別的地方是它的人工肌肉實(shí)際上是一系列氣動(dòng)管； 膝蓋上超靈敏的傳感器告訴它們?nèi)绾涡袆?dòng)時(shí)，它們會(huì)擴(kuò)張和收縮。,機(jī)身結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn),臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn),任務(wù)3 機(jī)身及臂部結(jié)構(gòu),機(jī)器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法,77,1、機(jī)身與臂部的配置形式,機(jī)身結(jié)

30、構(gòu)的基本形式和特點(diǎn),2. 機(jī)身的典型結(jié)構(gòu),（1）回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身,單桿活塞氣缸 驅(qū)動(dòng)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu),雙桿活塞氣缸 驅(qū)動(dòng)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu),（2）回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身,3. 機(jī)身驅(qū)動(dòng)力(力矩)計(jì)算,（2）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算,（1）垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算,（3）升降立柱下降不卡死 (不自鎖)的條件計(jì)算,偏重力臂的大小,偏重力矩,根據(jù)升降立柱平衡條件有,升降立柱依靠自重下降而不引起卡死的條件,即：,4. 機(jī)身設(shè)計(jì)要注意的問(wèn)題,83,1. 臂部的典型機(jī)構(gòu),（1）臂部伸縮機(jī)構(gòu),1手部 2夾緊缸 3油缸 4 導(dǎo)向柱 5運(yùn)行架 6行走車(chē)輪 7軌道 8支座,四導(dǎo)向柱式臂伸縮機(jī)構(gòu),臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn),（2）手臂俯仰運(yùn)動(dòng)

31、機(jī)構(gòu),1 手部 2 夾緊缸 3 升降缸 4 小臂 5，7 擺動(dòng)缸 6 大臂 8 立柱,擺動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)連桿俯仰臂機(jī)構(gòu),（3）手臂回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu),手臂回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，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馬達(dá)-錐齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。,2. 機(jī)器人手臂材料的選擇,優(yōu)先選擇強(qiáng)度大而密度小的材料做手臂。其中，非金屬材料有尼龍、聚乙烯（PEH）和碳素纖維等；金屬材料以輕合金（特別是鋁合金）為主。,3. 臂部設(shè)計(jì)要注意的問(wèn)題,機(jī)器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法,1. 質(zhì)量平衡方法,2. 彈簧力平衡方法,90,任務(wù)4 腕部設(shè)計(jì) 腕部自由度 腕部典型結(jié)構(gòu) 柔性手腕 腕部設(shè)計(jì)

32、注意的問(wèn)題,（1）手腕關(guān)節(jié)的滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn),1. 腕部自由度,手腕的坐標(biāo)系和自由度,6種3自由度手腕的結(jié)合方式示意圖,（2）RRR手腕,3R手腕關(guān)節(jié)遠(yuǎn)程傳動(dòng)示意,3R手腕結(jié)構(gòu)示意,2. 腕部的典型結(jié)構(gòu) （1）單自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手腕,1回轉(zhuǎn)缸；2 定片；3 腕回轉(zhuǎn)軸；4 動(dòng)片；5 手部,回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動(dòng)的單自由度腕部結(jié)構(gòu),（2）二自由度手腕 1）雙回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)的腕部,l手部 2中心軸 3固定中心軸 4定片 5擺動(dòng)回轉(zhuǎn)缸 6動(dòng)片 7回轉(zhuǎn)軸 8回轉(zhuǎn)缸,具有回轉(zhuǎn)與擺動(dòng)的二自由度腕部結(jié)構(gòu),2）齒輪傳動(dòng)二自由度腕部,齒輪傳動(dòng)回轉(zhuǎn)和俯仰型腕部原理,1，2，3，4，5，6錐齒輪 7殼體 8手腕 9手爪,（3）三自由

33、度手腕 1）液壓直接驅(qū)動(dòng)三自由度手腕,2）齒輪鏈輪傳動(dòng)三自由度腕部,1油缸；2鏈輪；3，4錐齒輪；5，6花鍵軸T；7傳動(dòng)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(dòng)軸；21，23雙聯(lián)圓柱齒輪；25傳動(dòng)軸B,4 柔順手腕結(jié)構(gòu) 柔順性裝配技術(shù)。主動(dòng)柔順裝配是從檢測(cè)、 控制的角度出發(fā), 采取各種不同的搜索方法, 實(shí)現(xiàn)邊校正邊裝配; 有的手爪還配有檢測(cè)元件, 如視覺(jué)傳感器力傳感器等。,移動(dòng)擺動(dòng)柔順手腕,被動(dòng)柔順裝配。從結(jié)構(gòu)的角度出發(fā), 在手腕部配置一個(gè)柔順環(huán)節(jié), 以滿足柔順裝配的需要。,圖 2.43 柔順手腕動(dòng)作過(guò)程,圖 2.

34、44 柔順手腕,圖 2.45 板彈簧柔順手腕,圖 2.46 鋼絲彈簧柔順手腕,5. 設(shè)計(jì)腕部時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題,107,任務(wù)5 手部設(shè)計(jì) 機(jī)器人手部的特點(diǎn) 手部的分類 手爪的設(shè)計(jì)和選用要求 典型的手抓結(jié)構(gòu),1. 機(jī)器人手部的特點(diǎn),2. 手部的分類 （1）按用途,平面鉗爪夾持圓柱零件,專用工具: 噴槍，焊具,（2）按夾持原理,（3）按手指或吸盤(pán)數(shù)目,三指手爪,柔性手指手爪,（4）按智能化,3. 手爪設(shè)計(jì)和選用的要求,夾鉗式取料手 夾鉗式手部與人手相似, 是工業(yè)機(jī)器人廣為應(yīng)用的一種手部形式。 它一般由手指(手爪)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及連接與支承元件組成, 能通過(guò)手爪的開(kāi)閉動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的夾持。,1.

35、 手指 手指是直接與工件接觸的部件。手部松開(kāi)和夾緊工件, 就是通過(guò)手指的張開(kāi)與閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人的手部一般有兩個(gè)手指, 也有三個(gè)或多個(gè)手指,其結(jié)構(gòu)形式常取決于被夾持工件的形狀和特性。 指端的形狀通常有兩類: V型指和平面指。如圖2.3所示的三種V型指的形狀, 用于夾持圓柱形工件。,(a) 固定V型； (b) 滾柱V型； (c) 自定位式V型,圖 2.4 夾鉗式手的指端 (a)平面指 （b）尖指 （c）特型指,如圖2.4所示的平面指為夾鉗式手的指端,一般用于夾持方形工件(具有兩個(gè)平行平面), 板形或細(xì)小棒料。另外，尖指和薄、長(zhǎng)指一般用于夾持小型或柔性工件。 其中, 薄指一般用于夾持位于狹窄工作

36、場(chǎng)地的細(xì)小工件, 以避免和周?chē)系K物相碰; 長(zhǎng)指一般用于夾持熾熱的工件, 以免熱輻射對(duì)手部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的影響。,指面的形狀常有光滑指面、齒形指面和柔性指面等。光滑指面平整光滑, 用來(lái)夾持已加工表面, 避免已加工表面受損。 齒形指面的指面刻有齒紋, 可增加夾持工件的磨擦力,以確保夾緊牢靠, 多用來(lái)夾持表面粗糙的毛坯或半成品。 柔性指面內(nèi)鑲橡膠、泡沫、石棉等物,有增加磨擦力、保護(hù)工件表面、 隔熱等作用, 一般用于夾持已加工表面、熾熱件,也適于夾持薄壁件和脆性工件。,2. 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力, 以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開(kāi)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)根據(jù)手指開(kāi)合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型又分為

37、一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)和多支點(diǎn)回轉(zhuǎn)。根據(jù)手爪夾緊是擺動(dòng)還是平動(dòng),又可分為擺動(dòng)回轉(zhuǎn)型和平動(dòng)回轉(zhuǎn)型。 (1) 回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。夾鉗式手部中較多的是回轉(zhuǎn)型手部, 其手指就是一對(duì)杠桿,一般再同斜楔、滑槽、連桿、齒輪、蝸輪蝸桿或螺桿等機(jī)構(gòu)組成復(fù)合式杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 用以改變傳動(dòng)比和運(yùn)動(dòng)方向等。,圖 2.5 斜楔杠桿式手部,圖2.5(a)所示為單作用斜楔式回轉(zhuǎn)型手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 斜楔向下運(yùn)動(dòng), 克服彈簧拉力, 使杠桿手指裝著滾子的一端向外撐開(kāi), 從而夾緊工件; 斜楔向上移動(dòng), 則在彈簧拉力作下使手指松開(kāi)。 手指與斜楔通過(guò)滾子接觸可以減少摩擦力, 提高機(jī)械效率, 有時(shí)為了簡(jiǎn)化, 也可讓手指與斜楔直接接觸。 也有如圖2.5(

38、b)所示的結(jié)構(gòu)。,圖 2.6 滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型手部,圖2.6所示為滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型手部簡(jiǎn)圖, 杠桿形手指4的一端裝有V形指5,另一端則開(kāi)有長(zhǎng)滑槽。 驅(qū)動(dòng)桿1上的圓柱銷(xiāo)2套在滑槽內(nèi), 當(dāng)驅(qū)動(dòng)連桿同圓柱銷(xiāo)一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí), 即可撥動(dòng)兩個(gè)手指各繞其支點(diǎn)(鉸銷(xiāo)3)作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 從而實(shí)現(xiàn)手指的夾緊與松開(kāi)動(dòng)作。,圖 2.7 雙支點(diǎn)連桿杠桿式手部,圖2.7所示為雙支點(diǎn)連桿杠桿式手部簡(jiǎn)圖。 驅(qū)動(dòng)桿2末端與連桿4由鉸銷(xiāo)3鉸接, 當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿2作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí), 則通過(guò)連桿推動(dòng)兩桿手指各繞其支點(diǎn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 從而使手指松開(kāi)或閉合。,圖 2.8 齒條齒輪杠桿式手部,圖2.8所示為齒輪齒條直接傳動(dòng)的齒輪杠桿式手部的結(jié)

39、構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)桿2末端制成雙面齒條,與扇齒輪4相嚙合, 而扇齒輪4與手指5固連在一起, 可繞支點(diǎn)回轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)齒條作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng), 即可帶動(dòng)扇齒輪回轉(zhuǎn), 從而使手指松開(kāi)或閉合。,(2) 平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。平移型夾鉗式手部是通過(guò)手指的指面作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或平面移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)張開(kāi)或閉合動(dòng)作的, 常用于夾持具有平行平面的工件(如冰箱等)。 其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,不如回轉(zhuǎn)型手部應(yīng)用廣泛。 直線往復(fù)型 復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu):實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)移動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多, 常用的斜楔傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等均可應(yīng)用于手部結(jié)構(gòu)。 它們既可是雙指型的, 也可是三指(或多指)型的; 既可自動(dòng)定心, 也可非自動(dòng)定心。,圖 2.9 直線平移型手部 (a)為斜

40、楔平移機(jī)構(gòu), (b)為連桿杠桿平移結(jié)構(gòu), (c)為螺旋斜楔平移結(jié)構(gòu), 平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)：圖2.10所示為幾種平面平行平移型夾鉗式手部的簡(jiǎn)圖。 它們的共同點(diǎn)是: 都采用平行四邊形的鉸鏈機(jī)構(gòu)雙曲柄鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu), 以實(shí)現(xiàn)手指平移。其差別在于分別采用齒條齒輪、 蝸桿蝸輪、 連桿斜滑槽的傳動(dòng)方法。,圖 2.10 四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部結(jié)構(gòu),2007年機(jī)器人大賽,2.1.2 吸附式取料手 1. 氣吸附式取料手 氣吸附式取料手是利用吸盤(pán)內(nèi)的壓力和大氣壓之間的壓力差而工作的。 按形成壓力差的方法,可分為真空吸附、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸式等幾種。 氣吸式取料手與夾鉗式取料手相比, 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,

41、 吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于薄片狀物體的搬運(yùn)更有其優(yōu)越性(如板材、 紙張、 玻璃等物體), 廣泛應(yīng)用于非金屬材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求物體表面較平整光滑, 無(wú)孔無(wú)凹槽。,1) 真空吸附取料手 圖2.11所示為真空吸附取料手的結(jié)構(gòu)原理。其真空的產(chǎn)生是利用真空泵, 真空度較高。主要零件為碟形橡膠吸盤(pán)1, 通過(guò)固定環(huán)2安裝在支承桿4上, 支承桿由螺母5固定在基板6上。 取料時(shí), 碟形橡膠吸盤(pán)與物體表面接觸, 橡膠吸盤(pán)在邊緣既起到密封作用,又起到緩沖作用, 然后真空抽氣,吸盤(pán)內(nèi)腔形成真空, 吸取物料。放料時(shí), 管路接通大氣, 失去真空, 物體放下。為避免在取、 放料時(shí)產(chǎn)生撞擊, 有的還在支承

42、桿上配有彈簧緩沖。為了更好地適應(yīng)物體吸附面的傾斜狀況,有的在橡膠吸盤(pán)背面設(shè)計(jì)有球鉸鏈。真空吸附取料手有時(shí)還用于微小無(wú)法抓取的零件, 如圖2.12所示。,圖 2.11 真空吸附取料手,圖 2.12 微小零件取料手 (a) 墊圈取料手； (b) 鋼球取料手,圖 2.13 各種真空吸附取料手,圖2.13所示為各種真空吸附取料手。,2) 氣流負(fù)壓吸附取料手 氣流負(fù)壓吸附取料手如圖2.14所示。氣流負(fù)壓吸附取料手是利用流體力學(xué)的原理, 當(dāng)需要取物時(shí), 壓縮空氣高速流經(jīng)噴嘴5時(shí), 其出口處的氣壓低于吸盤(pán)腔內(nèi)的氣壓, 于是腔內(nèi)的氣體被高速氣流帶走而形成負(fù)壓, 完成取物動(dòng)作;當(dāng)需要釋放時(shí), 切斷壓縮空氣即可。

43、這種取料手需要壓縮空氣,工廠里較易取得,故成本較低。,圖 2.14 氣流負(fù)壓吸附取料手,3) 擠壓排氣式取料手 擠壓排氣式取料手如圖2.15所示。其工作原理為: 取料時(shí)吸盤(pán)壓緊物體, 橡膠吸盤(pán)變形, 擠出腔內(nèi)多余的空氣,取料手上升, 靠橡膠吸盤(pán)的恢復(fù)力形成負(fù)壓, 將物體吸住; 釋放時(shí),壓下拉桿3, 使吸盤(pán)腔與大氣相連通而失去負(fù)壓。 該取料手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 但吸附力小, 吸附狀態(tài)不易長(zhǎng)期保持。,圖 2.15 擠壓排氣式取料手,2. 磁吸附式取料手 磁吸附式取料手是利用電磁鐵通電后產(chǎn)生的電磁吸力取料, 因此只能對(duì)鐵磁物體起作用; 另外,對(duì)某些不允許有剩磁的零件要禁止使用。所以, 磁吸附式取料手的使用有

44、一定的局限性。 電磁鐵工作原理如圖2.16(a)所示。當(dāng)線圈1通電后, 在鐵心2內(nèi)外產(chǎn)生磁場(chǎng), 磁力線穿過(guò)鐵心, 空氣隙和銜鐵3被磁化并形成回路, 銜鐵受到電磁吸力F的作用被牢牢吸住。實(shí)際使用時(shí), 往往采用如圖2.16(b)所示的盤(pán)式電磁鐵, 銜鐵是固定的, 銜鐵內(nèi)用隔磁材料將磁力線切斷, 當(dāng)銜鐵接觸磁鐵物體零件時(shí), 零件被磁化形成磁力線回路,并受到電磁吸力而被吸住。,圖 2.16 電磁鐵工作原理,圖2.17所示為盤(pán)狀磁吸附取料手的結(jié)構(gòu)圖。鐵心1和磁盤(pán)3之間用黃銅焊料焊接并構(gòu)成隔磁環(huán)2,既焊為一體又將鐵心和磁盤(pán)分隔, 這樣使鐵心1成為內(nèi)磁極, 磁盤(pán)3成為外磁極。其磁路由殼體6的外圈, 經(jīng)磁盤(pán)3

45、、 工件和鐵心, 再到殼體內(nèi)圈形成閉合回路, 以此吸附工件。鐵心、磁盤(pán)和殼體均采用810號(hào)低碳鋼制成, 可減少剩磁, 并在斷電時(shí)不吸或少吸鐵屑。蓋5為用黃銅或鋁板制成的隔磁材料,用以壓住線圈11, 防止工作過(guò)程中線圈的活動(dòng)。擋圈7、8用以調(diào)整鐵心和殼體的軸向間隙, 即磁路氣隙,在保證鐵心正常轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下,氣隙越小越好,氣隙越大， 則電磁吸力會(huì)顯著地減小,因此, 一般取0.10.3 mm。 在機(jī)器人手臂的孔內(nèi)可做軸向微量地移動(dòng), 但不能轉(zhuǎn)動(dòng)。鐵心1和磁盤(pán)3一起裝在軸承上, 用以實(shí)現(xiàn)在不停車(chē)的情況下自動(dòng)上下料。,圖 2.17 盤(pán)狀磁吸附取料手結(jié)構(gòu),圖 2.18 幾種電磁式吸盤(pán)吸料示意圖 (a) 吸

46、附滾動(dòng)軸承底座的電磁式吸盤(pán)； (b) 吸取鋼板的電磁式吸盤(pán)； (c) 吸取齒輪用的電磁式吸盤(pán)； (d) 吸附多孔鋼板用的電磁式吸盤(pán),2.1.3 專用操作器及轉(zhuǎn)換器 1. 專用末端操作器 機(jī)器人是一種通用性很強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)備,可根據(jù)作業(yè)要求完成各種動(dòng)作, 再配上各種專用的末端操作器后,就能完成各種動(dòng)作。如在通用機(jī)器人上安裝焊槍就成為一臺(tái)焊接機(jī)器人, 安裝擰螺母機(jī)則成為一臺(tái)裝配機(jī)器人。目前有許多由專用電動(dòng)、氣動(dòng)工具改型而成的操作器, 如圖2.19所示, 有擰螺母機(jī)、焊槍、電磨頭、電銑頭、拋光頭、激光切割機(jī)等。 所形成的一整套系列供用戶選用, 使機(jī)器人能勝任各種工作。,圖2.19還有一個(gè)裝有電磁吸盤(pán)式

47、換接器的機(jī)器人手腕, 電磁吸盤(pán)直徑60 mm, 質(zhì)量為1 kg,吸力1100 N, 換接器可接通電源、信號(hào)、壓力氣源和真空源,電插頭有18芯,氣路接頭有5路。為了保證聯(lián)接位置精度,設(shè)置了兩個(gè)定位銷(xiāo)。在各末端操作器的端面裝有換接器座,平時(shí)陳列于工具架上,需要使用時(shí)機(jī)器人手腕上的換接器吸盤(pán)可從正面吸牢換接器座,接通電源和氣源, 然后從側(cè)面將末端操作器退出工具架, 機(jī)器人便可進(jìn)行作業(yè)。,圖 2.19 各種專用末端操作器和電磁吸盤(pán)式換接器,2. 換接器或自動(dòng)手爪更換裝置 使用一臺(tái)通用機(jī)器人,要在作業(yè)時(shí)能自動(dòng)更換不同的末端操作器, 就需要配置具有快速裝卸功能的換接器。換接器由兩部分組成: 換接器插座和換

48、接器插頭, 分別裝在機(jī)器腕部和末端操作器上,能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人對(duì)末端操作器的快速自動(dòng)更換。 專用末端操作器換接器的要求主要有:同時(shí)具備氣源、電源及信號(hào)的快速聯(lián)接與切換; 能承受末端操作器的工作載荷; 在失電、 失氣情況下, 機(jī)器人停止工作時(shí)不會(huì)自行脫離;具有一定的換接精度等。,圖2.20所示為氣動(dòng)換接器和專用末端操作器庫(kù)。該換接器也分成兩部分: 一部分裝在手腕上, 稱為換接器; 另一部分裝在末端操作器上, 稱為配合器。利用氣動(dòng)鎖緊器將兩部分進(jìn)行聯(lián)接, 并具有就位指示燈以表示電路、 氣路是否接通。 具體實(shí)施時(shí), 各種末端操作器放在工具架上, 組成一個(gè)專用末端操作器庫(kù), 如圖2.21所示。,圖 2.2

49、0 氣動(dòng)換接器與專用末端操作器庫(kù),圖 2.21 專用末端操作器庫(kù),3. 多工位換接裝置 某些機(jī)器人的作業(yè)任務(wù)相對(duì)較為集中,需要換接一定量的末端操作器, 又不必配備數(shù)量較多的末端操作器庫(kù)。這時(shí)， 可以在機(jī)器人手腕上設(shè)置一個(gè)多工位換接裝置。例如,在機(jī)器人柔性裝配線某個(gè)工位上,機(jī)器人要依次裝配如墊圈、螺釘?shù)葞追N零件, 裝配采用多工位換接裝置,可以從幾個(gè)供料處依次抓取幾種零件, 然后逐個(gè)進(jìn)行裝配, 既可以節(jié)省幾臺(tái)專用機(jī)器人,也可以避免通用機(jī)器人頻繁換接操作器和節(jié)省裝配作業(yè)時(shí)間。,多工位換接裝置如圖2.22所示, 就像數(shù)控加工中心的刀庫(kù)一樣, 可以有棱錐型和棱柱型兩種形式。棱錐型換接裝置可保證手爪軸線和

50、手腕軸線一致, 受力較合理,但其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜;棱柱型換接器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單, 但其手爪軸線和手腕軸線不能保持一致, 受力不良。,圖 2.22 多工位末端操作器換接裝置 (a) 棱錐型； (b) 棱柱型,2.1.4 仿生多指靈巧手 1. 柔性手 為了能對(duì)不同外形的物體實(shí)施抓取, 并使物體表面受力比較均勻, 因此研制出了柔性手。如圖2.23所示為多關(guān)節(jié)柔性手腕,每個(gè)手指由多個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成。手指?jìng)鲃?dòng)部分由牽引鋼絲繩及摩擦滾輪組成,每個(gè)手指由兩根鋼絲繩牽引, 一側(cè)為握緊, 另一側(cè)為放松。 驅(qū)動(dòng)源可采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓、氣動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)。 柔性手腕可抓取凹凸不平的外形并使物體受力較為均勻。 圖2.24所示

51、為用柔性材料做成的柔性手。一端固定,一端為自由端的雙管合一的柔性管狀手爪, 當(dāng)一側(cè)管內(nèi)充氣體或液體、另一側(cè)管內(nèi)抽氣或抽液時(shí)形成壓力差,柔性手爪就向抽空側(cè)彎曲。此種柔性手適用于抓取輕型、圓形物體, 如玻璃器皿等。,圖2.23多關(guān)節(jié)柔性手腕,圖 2.24 柔性手,2. 多指靈巧手 機(jī)器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指靈巧手。 如圖2.25所示,多指靈巧手有多個(gè)手指, 每個(gè)手指有3個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié), 每一個(gè)關(guān)節(jié)的自由度都是獨(dú)立控制的。因此,幾乎人手指能完成的各種復(fù)雜動(dòng)作它都能模仿,諸如擰螺釘、彈鋼琴、 作禮儀手勢(shì)等動(dòng)作。在手部配置觸覺(jué)、力覺(jué)、視覺(jué)、溫度傳感器, 將會(huì)使多指靈巧手達(dá)到更完美的程度。多

52、指靈巧手的應(yīng)用前景十分廣泛,可在各種極限環(huán)境下完成人無(wú)法實(shí)現(xiàn)的操作, 如核工業(yè)領(lǐng)域、宇宙空間作業(yè), 在高溫、高壓、高真空環(huán)境下作業(yè)等。,圖 2.25 多指靈巧手,靈巧手的設(shè)計(jì),靈巧手一般選取3-5個(gè)手指,2.1.5 其它手 1. 彈性力手爪 彈性力手爪的特點(diǎn)是其夾持物體的抓力是由彈性元件提供的,不需要專門(mén)的驅(qū)動(dòng)裝置, 在抓取物體時(shí)需要一定的壓入力, 而在卸料時(shí), 則需要一定的拉力。 圖2.26所示為幾種彈性力手爪的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2.26(a)所示的手爪有一個(gè)固定爪, 另一個(gè)活動(dòng)爪6靠壓簧4提供抓力, 活動(dòng)爪繞軸5回轉(zhuǎn), 空手時(shí)其回轉(zhuǎn)角度由平面2、3限制。 抓物時(shí),爪6在推力作用下張開(kāi),靠爪上的

53、凹槽和彈性力抓取物體; 卸料時(shí), 需固定物體的側(cè)面,手爪用力拔出即可。,圖 2.26 彈性力手爪,2. 擺動(dòng)式手爪 擺動(dòng)式手爪的特點(diǎn)是在手爪的開(kāi)合過(guò)程中, 其爪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是繞固定軸擺動(dòng)的, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用較廣,適合于圓柱表面物體的抓取。 圖2.27所示為一種擺動(dòng)式手爪的結(jié)構(gòu)原理圖。這是一種連桿擺動(dòng)式手爪, 活塞桿移動(dòng), 并通過(guò)連桿帶動(dòng)手爪回繞同一軸擺動(dòng), 完成開(kāi)合動(dòng)作。,圖 2.27 擺動(dòng)式手爪的結(jié)構(gòu)原理圖,圖2.28所示為自重式手部結(jié)構(gòu), 要求工件對(duì)手指的作用力的方向應(yīng)在手指回轉(zhuǎn)軸垂直線的外側(cè), 使手指趨向閉合。 用這種手部結(jié)構(gòu)來(lái)夾緊工件是依靠工件本身的重量來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 工件越重,握力越大。手

54、指的開(kāi)合動(dòng)作由鉸接活塞油缸實(shí)現(xiàn)。 該手部結(jié)構(gòu)適用于傳輸垂直上升或水平移動(dòng)的重型工件。,圖 2.28 自重式手部結(jié)構(gòu),圖2.29所示為彈簧外卡式手部結(jié)構(gòu)。手指1的夾放動(dòng)作是依靠手臂的水平移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)頂桿2與工件端面相接觸時(shí), 壓縮彈簧3, 并推動(dòng)拉桿4向右移動(dòng), 使手指1繞支承軸回轉(zhuǎn)而夾緊工件。卸料時(shí)手指1與卸料槽口相接觸, 使手指張開(kāi), 頂桿2在彈簧3的作用下將工件推入卸料槽內(nèi)。這種手部適用于抓取輕小環(huán)形工件, 如軸承內(nèi)座圈等。,圖 2.29 彈簧外卡式手部結(jié)構(gòu),3. 勾托式手部 圖2.30所示為勾托式手部結(jié)構(gòu)示意圖。勾托式手部并不靠夾緊力來(lái)夾持工件, 而是利用工件本身的重量, 通過(guò)手指

55、對(duì)工件的勾、托、捧等動(dòng)作來(lái)托持工件。應(yīng)用勾托方式可降低對(duì)驅(qū)動(dòng)力的要求,簡(jiǎn)化手部結(jié)構(gòu), 甚至可以省略手部驅(qū)動(dòng)裝置。該手部適用于在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)搬運(yùn)大型笨重的工件或結(jié)構(gòu)粗大而質(zhì)量較輕且易變形的物體。 勾托式手部又有手部無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)裝置兩種類型。,圖 2.30 勾托式手部示意圖 (a) 無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置的手部； (b) 有驅(qū)動(dòng)裝置的手部,綜合實(shí)例雞蛋分檢包裝系統(tǒng)中的機(jī)器人,下面以雞蛋分檢包裝系統(tǒng)為例，介紹機(jī)器人的系統(tǒng)分析方法。 明確機(jī)器人的目的和任務(wù)： 從傳送帶拾取一個(gè)雞蛋； 把蛋置于強(qiáng)光下照射，測(cè)定蛋是否透光（有無(wú)胚胎生長(zhǎng)）； 根據(jù)蛋有無(wú)胚胎，把蛋放入廢品箱或包裝箱內(nèi)。,舉例示圖1：基本工作流程

56、,舉例示圖2：機(jī)器人與環(huán)境的關(guān)系,分析機(jī)器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境：包括工作車(chē)間的平面布置，相互間的位置關(guān)系等。,分析系統(tǒng)的工作要求： 循環(huán)時(shí)間3.0s 每次循環(huán)有三種不同的運(yùn)動(dòng)： 移動(dòng)到傳送帶并拾取一只雞蛋； 移動(dòng)到照射位置； 把雞蛋放入紙箱或廢品區(qū)。 一個(gè)循環(huán)中需要三次暫停： 閉合手爪0.2s；完成照射0.05s；開(kāi)啟手爪放蛋0.2s 每只雞蛋重量85g；手爪重量369g 位置分辨率最低為1.27mm,確定機(jī)器人的自由度及運(yùn)動(dòng)范圍：,初步分析：機(jī)器人滿足上面提出的條件，應(yīng)該具備一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 仔細(xì)分析：還應(yīng)該有一個(gè)附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以對(duì)蛋進(jìn)行定向排列。因?yàn)楫?dāng)受臂移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，雞蛋的取向

57、會(huì)發(fā)生改變。 確定技術(shù)參數(shù)為： 伸縮運(yùn)動(dòng)：45.761.0cm 腰部旋轉(zhuǎn)： 90 腕部旋轉(zhuǎn)：360 腕部垂直移動(dòng)：50.8cm,1機(jī)器人基本參數(shù)的確定（1）：,自由度的確定：在系統(tǒng)分析時(shí)已經(jīng)確定了。 臂力的確定： 對(duì)于專用機(jī)器人來(lái)說(shuō)：是針對(duì)專門(mén)的工作對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)的，臂力主要根據(jù)被抓取物體的重量確定，取1.53.0的安全系數(shù)。 對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)：具有一定的通用性，臂力要根據(jù)被抓取物體的重量變化來(lái)確定。 工作范圍的確定： 要根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)確定,二、技術(shù)設(shè)計(jì),1機(jī)器人基本參數(shù)的確定（2）：,運(yùn)動(dòng)速度的確定： 主要是根據(jù)生產(chǎn)需要的工作節(jié)拍分配每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，進(jìn)而根據(jù)機(jī)械手各部位的運(yùn)動(dòng)行

58、程確定其運(yùn)動(dòng)速度。 定位精度的確定： 機(jī)器人的定位精度是根據(jù)使用要求確定的。而要達(dá)到這樣的精度取決于機(jī)器人的定位方式、運(yùn)動(dòng)速度、控制方式、臂部剛度、驅(qū)動(dòng)方式、緩沖方法等。,夾緊工件,手臂升降,伸縮運(yùn)動(dòng),回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),工作節(jié)拍5分鐘,每一個(gè)動(dòng)作都由5個(gè)關(guān)節(jié)協(xié)同完成,綜合分配每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度,運(yùn)動(dòng)速度確定舉例,2機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式的選擇,直角坐標(biāo)型：機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)都是移動(dòng)關(guān)節(jié)。 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度高。 關(guān)節(jié)之間運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，沒(méi)有耦合作用。 占地面積大，導(dǎo)軌面防護(hù)比較困難。,圓柱坐標(biāo)型：圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自由度：腰轉(zhuǎn)、升降和伸縮。亦即具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 特點(diǎn)： 通用

59、性較強(qiáng)； 結(jié)構(gòu)緊湊； 機(jī)器人腰轉(zhuǎn)時(shí)將手臂縮回，減少了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 受結(jié)構(gòu)限制，手臂不能抵達(dá)底部，減少了工作范圍。,球面坐標(biāo)式（極坐標(biāo)）： 機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自由度，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 特點(diǎn)： 工作范圍較大； 占地面積??； 控制系統(tǒng)復(fù)雜,SCARA機(jī)器人：有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另一個(gè)是移動(dòng)關(guān)節(jié)。這種結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快。 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)輕便，響應(yīng)快； 適用于平面定位和在垂直方向進(jìn)行作的場(chǎng)合。,2機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式的選擇（6）：,關(guān)節(jié)式機(jī)器人：關(guān)節(jié)式機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)的三個(gè)自由度腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)全部是轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。 特點(diǎn)：動(dòng)作靈活，工作空間大；關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)部位密封性好；運(yùn)動(dòng)學(xué)復(fù)雜，不便于控制。,207,初步確定機(jī)器人的結(jié)構(gòu)：,圖例：傳感系統(tǒng)框圖：,圖例：控制系統(tǒng)總體方案,