w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-第二章機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng).ppt

1 工業(yè)機(jī)器人分類 1 基本概念與關(guān)鍵參數(shù) 2 機(jī)器人關(guān)鍵功能部件 3 機(jī)器人典型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與元器件 4 工業(yè)機(jī)器人 機(jī)械本體設(shè)計(jì) 機(jī)器人典型結(jié)構(gòu) 5 2 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)指其機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)指其 機(jī)體結(jié)構(gòu) 和 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) ，也是機(jī)器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機(jī) 構(gòu)。 本章以機(jī)器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本章以工業(yè) 機(jī)器人為主要對(duì)象為主要對(duì)象介紹機(jī)器人主要組成 部分的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn) 工業(yè)機(jī)器人 機(jī)械本體設(shè)計(jì) 3 2.1工業(yè)機(jī)器人分類 按手臂機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式分 直角坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)型 極坐標(biāo)型 垂直多關(guān)節(jié)型 水平多關(guān)節(jié)型 并聯(lián)機(jī)器人 一般工業(yè)機(jī)器人為 6個(gè)自由度： 前三個(gè)稱為手臂機(jī)構(gòu)；后三個(gè) 稱為手腕機(jī)構(gòu) 4 直角坐標(biāo)機(jī)器人 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在直角坐標(biāo)空間內(nèi)解耦， 空間軌跡易于求解； 易于實(shí)現(xiàn)高定位精度；當(dāng) 具有相同的工作空間時(shí)，本體 所占空間體積較大 這也是大多數(shù)數(shù)控設(shè)備采用這 種結(jié)構(gòu)形式的原因 工業(yè)機(jī)器人分類 5 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在圓柱坐標(biāo)空間內(nèi)解耦； 能夠伸入型腔式空間； 相同工作空間，本體所占 空間體積比直角坐標(biāo)式要 小； 直線驅(qū)動(dòng)部分密封、防塵 較難 工業(yè)機(jī)器人分類 6 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) - 所占空間體積小，機(jī)構(gòu)緊湊； - 往往需要將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成我們 習(xí)慣的直角坐標(biāo)，軌跡求解較難； - 直線驅(qū)動(dòng)同樣存在密封、防塵 問(wèn)題 極坐標(biāo)機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人分類 7 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) - 機(jī)構(gòu)緊湊，動(dòng)作靈活，工作空間 大； - 能繞過(guò)基座周圍的一些障礙物； - 適合電機(jī)驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)密封、防塵 比較容易 相鄰關(guān)節(jié)軸線垂直或水平 工業(yè)機(jī)器人分類 8 水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人（ SCARA ） 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) - 作業(yè)空間與占地面積比很大，使用起來(lái)方便； - 沿升降方向剛性好，尤其適合平面裝配作業(yè) SCARA-Selective Compliance Assembly Robot Arm 1978年由日本山梨大學(xué)牧野洋教 授首先提出 工業(yè)機(jī)器人分類 9 并聯(lián)機(jī)器人 模擬器 加工設(shè)備 微動(dòng)機(jī)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人分類 10 2.2機(jī)器人基本概念與關(guān)鍵參數(shù) 11 機(jī)器人基本概念 1. 重復(fù)定位精度 ：往復(fù)運(yùn)動(dòng)的物體 ,每次停止的位置與第一次調(diào)定的位置之 間角度或長(zhǎng)度的差值。差值越小 ,精度越高。描述方式： 0.08mm 2. 精度 ：觀測(cè)結(jié)果、計(jì)算值或估計(jì)值與真值（或被認(rèn)為是真值）之間的接 近程度。描述方式： 0.08 mm 3. 分辨率 (Resolution) ：設(shè)備輸出最小位移或角度的能力。 4. 自由度 (Degree of Freedom) ：完全確定一個(gè)物體在空間位置所需要的 獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目，叫做這個(gè)物體的自由度。 5. 柔性（適應(yīng)性） ： “ 柔性 ” 是相對(duì)于 “ 剛性 ” 而言的 ,傳統(tǒng)的 “ 剛性 ” 自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高 ,由于 設(shè)備是固定的 ,所以設(shè)備利用率也很高 ,單件產(chǎn)品的成本低。但價(jià)格相當(dāng)昂貴 , 且只能加工一個(gè)或幾個(gè)相類似的零件 ,難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨 著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換 ,一個(gè)制造自動(dòng)化 系統(tǒng)的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期 內(nèi) ,生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當(dāng)重 要的位置。 12 6. 柔性制造系統(tǒng) （ FMS）：柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝 置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng) ,它包括多個(gè)柔性制造單元 ,能 根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整 ,適用于多品種、中小批量 生產(chǎn)。 ” 7. 剛度 ：剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。零件的剛度 （或稱剛性）常用單位變形所需的力或力矩來(lái)表示，剛度的大小取決于零 件的幾何形狀和材料種類（即材料的彈性模量）。 8. 強(qiáng)度 ：強(qiáng)度是指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過(guò)容許限度的殘余 變形的能力。也就是說(shuō)，強(qiáng)度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力） 的重要指標(biāo)。強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。 9. 示教再現(xiàn) ：具有記憶再現(xiàn)功能的機(jī)器人。操作者預(yù)先進(jìn)行逐步示教， 機(jī)器人記憶有關(guān)作業(yè)程序、位置及其他信息，然后按照再現(xiàn)指令，逐條取 出解讀，在一定精度范圍內(nèi)重復(fù)被示教的程序，完成工作任務(wù)。 機(jī)器人基本概念 13 機(jī)器人關(guān)鍵參數(shù) 自由度數(shù) 衡量機(jī)器人適應(yīng)性和靈活性的重要指標(biāo)，一般等于機(jī)器人 的關(guān)節(jié)數(shù)。機(jī)器人所需要的自由度數(shù)決定與其作業(yè)任務(wù)。 負(fù)載能力 機(jī)器人在滿足其它性能要求的前提下，能夠承載的負(fù)荷 重量。 運(yùn)動(dòng)范圍 機(jī)器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達(dá)到的最大距離。它是機(jī)器 人關(guān)節(jié)長(zhǎng)度和其構(gòu)型的函數(shù)。 精度 指機(jī)器人到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度。與機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的分辨率 及反饋裝置有關(guān)。 14 機(jī)器人關(guān)鍵參數(shù) 重復(fù)定位精度指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)同樣位置的精確程度。它 不僅與機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的分辨率及反饋裝置有關(guān)，還與傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)的精度及機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能有關(guān)。 控制模式引導(dǎo)或點(diǎn)到點(diǎn)示教模式；連續(xù)軌跡示教模式；軟 件編程模式；自主模式。 運(yùn)動(dòng)速度單關(guān)節(jié)速度；合成速度 電源與電源容量 動(dòng)態(tài)特性 穩(wěn)定、柔順 材料 15 2.3 機(jī)器人關(guān)鍵功能部件 電機(jī) 減速器 16 步進(jìn)電機(jī) ：混合式兩相、五相 伺服電機(jī) ：直流伺服（干擾小、供電限制 -電池）： 有刷無(wú)刷 交流伺服電機(jī) （大慣量，功率范圍大） 一、 控制精度不同 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 3.6 、 1.8 ; 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。 二、 低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。 三、 矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降 電機(jī) 17 四、 過(guò)載能力不同 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能 力。 五、 運(yùn)行性能不同 步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。交流伺 服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，控制性能更 為可靠。 六、 速度響應(yīng)性能不同 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要 200 400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其 額定轉(zhuǎn)速 3000RPM僅需幾毫秒。 電機(jī) 18 步進(jìn)電機(jī) 是一種將數(shù)字式脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移（角位移或線位 移）的機(jī)電執(zhí)行元件。它的機(jī)械位移與輸入的數(shù)字脈沖數(shù)有著嚴(yán)格 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步，所以稱為步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 1. 有較高的定位精度，無(wú)位置累積誤差； 2. 開環(huán)運(yùn)行，成本低，可靠性較高。 3. 低速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大、噪聲大 伺服就是一個(gè)提供閉環(huán)反饋信號(hào)來(lái)控制位置和轉(zhuǎn)速。 伺服電機(jī) 是一個(gè)位置的半閉環(huán)控制。所以伺服電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn) 象，每一個(gè)指令脈沖都可以得到可靠響應(yīng)。 電機(jī) 19 三相異步電動(dòng)機(jī)： 220V 單相交流電動(dòng)機(jī)： 220V 直流電動(dòng)機(jī)： 24V 調(diào)速：變頻器 調(diào)速器 電機(jī) 20 舵機(jī)主要是由 外殼、電路板、無(wú)核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測(cè)器 所構(gòu)成。其 工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的 IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向， 再驅(qū)動(dòng)無(wú)核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過(guò)減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置 檢測(cè)器送回訊號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。 電壓影響 電池 舵機(jī) 21 把電能直接轉(zhuǎn)化為直線機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量的裝置。 電機(jī)是一種執(zhí)行裝置，是執(zhí)行器的一種。 直線電機(jī) 22 DD直驅(qū)電機(jī) 直驅(qū)電機(jī) ,直接驅(qū)動(dòng)式電機(jī)的簡(jiǎn)稱 .主要指電機(jī)在驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí) ,不需經(jīng)過(guò)傳動(dòng) 裝置 (如傳動(dòng)皮帶等 ). 直驅(qū)電機(jī)的主要好處主要是避免使用了傳動(dòng)皮帶等 傳動(dòng)設(shè)備 ,而這些傳動(dòng)部件恰恰是系統(tǒng)中故障率較高的部件 .所以使用直驅(qū) 電機(jī)的系統(tǒng) ,從技術(shù)上講 ,應(yīng)具有更低的故障率 超聲電機(jī) 超聲電機(jī)采用壓電陶瓷材料實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，功率密度更高，比 電磁型力矩電機(jī)具有更大的轉(zhuǎn)矩重量比。在相同輸出轉(zhuǎn)矩下，一般質(zhì)量?jī)H 為電磁型力矩電機(jī)的三分之一。此外，由于超聲電機(jī)采用摩擦傳動(dòng)，其機(jī) 械常數(shù)比電磁型力矩電機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí)，響應(yīng)更快。 直驅(qū)電機(jī) 23 選取電機(jī)注意參數(shù)及事項(xiàng) 外形 功率 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 軸端 電流 安裝方式 制動(dòng) 重量 進(jìn)口與國(guó)產(chǎn) 裝配注意 電機(jī)選取注意事項(xiàng) 24 減速器 蝸輪蝸桿減速器 行星減速器 諧波減速器 擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用） RV減速機(jī) 25 蝸輪蝸桿減速器 發(fā)熱磨損 -潤(rùn)滑減速比：蝸輪齒數(shù) /蝸桿頭數(shù) 蝸桿頭數(shù)越多，傳動(dòng)效率越高，但加工會(huì)更加困難。若要求自鎖，應(yīng)選擇單頭 26 行星減速器 當(dāng)太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)行星齒輪旋轉(zhuǎn)，由于齒圈 被固定，所以行星齒輪除作自轉(zhuǎn)外，還將繞中心 旋轉(zhuǎn)軸線作行星運(yùn)動(dòng) -低速公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)行星 輪軸，將行星齒輪的低速公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳至輸出軸， 這樣便完成了減速運(yùn)動(dòng)。 減速比 =內(nèi)齒環(huán)齒數(shù) /太陽(yáng)齒齒數(shù) + 1 27 諧波減速器 構(gòu)成 - 由諧波發(fā)生器（橢圓形凸輪及薄壁軸承）、柔輪（在柔性材料上切制 齒形）以及與它們嚙合的鋼輪構(gòu)成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 28 三個(gè)基本構(gòu)件組成（減速原理可認(rèn)為同類于行星減速） （ 1）帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當(dāng)于行星系中的中心輪； （ 2）帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當(dāng)于行星齒輪； （ 3）波發(fā)生器 H，它相當(dāng)于行星架。 作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式。 i=-z1/(z2-z1) 諧波減速器 29 原理 - 柔輪的齒數(shù)比鋼輪的齒數(shù)少兩個(gè)齒。隨著諧波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動(dòng)，柔輪與 鋼輪的齒依次嚙合，從轉(zhuǎn)過(guò)相同齒數(shù)的中心角來(lái)說(shuō)，柔輪比鋼輪大，于 是柔輪相對(duì)于鋼輪沿著諧波發(fā)生器的反方向作微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，齒數(shù) 為 100的鋼輪與齒數(shù)為 98的柔輪組合，每一周會(huì)產(chǎn)生 2/100的轉(zhuǎn)動(dòng)差，從 而得到大的減速比。 諧波減速器 30 特點(diǎn) - 結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)同軸輸出 - 減速比大 - 同時(shí)嚙合齒數(shù)多（ 30%+），承載能力大 - 回差?。?<3） ,傳動(dòng)精度高 - 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率較高（ 70%） 缺點(diǎn) - 扭轉(zhuǎn)剛度不足 - 諧波發(fā)生器自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大 諧波減速器 31 品牌 - 國(guó)外，日本 Harmonic Drive(HD)、德國(guó) Harmonic Drive Polymer GmbH - 國(guó)內(nèi)，北京諧波研究所、中技克美、眾合天成 諧波減速器 32 諧波減速器典型結(jié)構(gòu) 1、六節(jié)左支架 2、深溝球軸承 1 3、右壓蓋 4、波發(fā)生器軸及鍵 5、五節(jié)支撐 6、步進(jìn)電機(jī) 7、五節(jié)右支架 8、右有機(jī)玱璃罩 9、齒型帶傳動(dòng)組 10、深溝球軸承 2 11、隔套 1 12、隔套 2 13、諧波減速器 14、深溝球軸承 3 15、六節(jié)右支架 16、深溝球軸承 4 17、左壓蓋 18、六節(jié)有機(jī)玱璃罩 19、五節(jié)左支架 33 擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用） 結(jié)構(gòu) - 行星擺線針輪減速機(jī)全部傳動(dòng)裝置 可分為三部分： 輸入 部分、 減速 部 分、 輸出 部分。 - 在輸入軸上裝有一個(gè)錯(cuò)位 180 的 雙偏心套，在偏心套上裝有兩個(gè)滾柱 軸承，形成 H機(jī)構(gòu)，兩個(gè)擺線輪的中 心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道， 并由擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列 的針齒輪相嚙合，以組成少齒差內(nèi)嚙 合減速機(jī)構(gòu)，（為了減少摩擦，在速 比小的減速機(jī)中，針齒上帶有針齒 套）。 34 減速原理 - 當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，由于 擺線輪上齒廓曲線的特點(diǎn)及其受針齒輪上 針齒限制之故，擺線輪的運(yùn)動(dòng)成為即有公 轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平面運(yùn)動(dòng)，在輸入軸正轉(zhuǎn)一 周時(shí)，偏心套亦轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線輪于相反 方向上轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒差從而得到減速，再借 助 W輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 通過(guò)銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低 的輸出轉(zhuǎn)速。 擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用） 35 輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線輪移動(dòng)了 1個(gè)齒，擺線輪的齒數(shù)就是速比 擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用） 36 特點(diǎn) - 結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)同軸輸出 - 減速比大 - 高剛度，負(fù)載能力大 - 回差?。?<1） ,傳動(dòng)精度高 - 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率較高（ 70%） - 可靠性高，壽命長(zhǎng) 擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用） 37 品牌 - 國(guó)外，日本住友 FINE CYCLO-C、 D系列、斯洛伐克 SPINEA公司 TwinSpin系列 - 國(guó)內(nèi)，暫無(wú) 擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用） 38 RV減速機(jī) 結(jié)構(gòu) - 由一級(jí)行星輪系再串聯(lián)一級(jí)擺線針輪減速器組合而成的 39 特點(diǎn) - 相比擺線針輪減速機(jī)，結(jié)構(gòu)上更緊湊 - 相比擺線針輪減速機(jī)，減速比更大 - 高剛度，負(fù)載能力大 - 回差?。?<1） ,傳動(dòng)精度高 - 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率較高（ 85%） - 可靠性高，壽命長(zhǎng) 與諧波傳動(dòng)相比，除了具有相同的速比大、同軸線傳動(dòng)、 結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等待點(diǎn)外，最顯著的特點(diǎn)是剛性好，傳 動(dòng)剛度較諧波傳動(dòng)要大 2 6倍，但重量卻增加了 1 3倍。 高剛度作用，可以大大提高整機(jī)的固有頻率，降低振動(dòng)； 在頻繁加、減速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以提高響應(yīng)速度并降低能 量消耗。 RV減速機(jī)目前是工業(yè)機(jī)器人上應(yīng)用的主流減速機(jī)類型，其次是諧波減速機(jī)！ RV減速機(jī) 40 品牌 - 國(guó)外，日本帝人制機(jī)（ Nabtesco前身） VIGO DRIVE中的 RV-C、 RV-E系列減速機(jī)、日本住友 FINE CYCLO-T系列、韓國(guó) SEJINiGB 中的 XQ、 QH系列 - 國(guó)內(nèi)，浙江恒豐泰 CORT復(fù)式滾動(dòng)活齒減速機(jī) RV減速機(jī) 41 RV減速器典型結(jié)構(gòu) 1、三節(jié)支架 2、鍵 3、 RV減速器 4、機(jī)器人大臂 5、 RV減速器輸出 軸 6、伺服電機(jī) 7、三節(jié)電機(jī)罩 8、光電開關(guān) 9、光電開關(guān)動(dòng)片 10、大臂過(guò)線罩 11、三節(jié)側(cè)罩 12、三節(jié)上蓋 42 選取減速器注意參數(shù)及事項(xiàng)： 外形 潤(rùn)滑 效率 與電機(jī)連接方式 承受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 減速比 安裝方式 重量 進(jìn)口與國(guó)產(chǎn) 減速器 43 2.4機(jī)器人典型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與元器件 44 典型元器件 彈性聯(lián)軸器 交叉滾柱導(dǎo)軌支撐型直線導(dǎo)軌（直線 軸承） 直線導(dǎo)軌（滑塊） 滾珠絲杠 滑動(dòng)軸承 45 滾珠絲杠、同步帶 絲杠的應(yīng)用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)絲母轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。帶傳動(dòng)的 應(yīng)用是傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，改變旋向，改變速比。 絲杠傳動(dòng)，鋼性較好，可以傳遞較大扭力，位置準(zhǔn)確，頻繁換 向時(shí)容易產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。 帶傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，消除振動(dòng)，重負(fù)荷時(shí)容易丟轉(zhuǎn)。 絲杠導(dǎo)軌精度等級(jí)： C普通級(jí) P 精密級(jí)預(yù)壓 導(dǎo)程 絲杠選取 與計(jì)算 裝配注意事項(xiàng) 花鍵絲杠（回轉(zhuǎn) +直線） 張緊 46 螺旋傳動(dòng)、同步齒形帶、鏈條傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、 齒輪齒條 連桿機(jī)構(gòu) -六足爬蟲等仿生機(jī)器人、助力機(jī)械手 行程倍增機(jī)構(gòu) 鋼帶（鋼繩） 間歇機(jī)構(gòu) 張緊 典型機(jī)械傳動(dòng)類型 47 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) 結(jié)構(gòu) - 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間放入適當(dāng)?shù)臐L珠，使其 由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的一種螺旋傳動(dòng)。 - 滾珠在工作過(guò)程中順螺旋槽 (滾道 )滾動(dòng)，故必須設(shè)置滾珠的返回通道， 才能循環(huán)使用。為了消除回差 (空回 )，螺母分成兩段，以墊片、雙螺母或 齒差調(diào)整兩段螺母的相對(duì)軸向位置，從而消除間隙和施加預(yù)緊力，使回差 為零。 1一齒輪； 2一返回裝置； 3一鍵； 4一滾珠； 5一絲杠； 6一螺母； 7支座 48 特點(diǎn) - 摩擦小、效率高。一般情況下，傳動(dòng)的效率在 90以上。 - 動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差極小，傳動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高。 - 磨損小、壽命長(zhǎng)。 - 可以通過(guò)預(yù)緊消除軸向間隙，提高軸向剛度。 缺點(diǎn) - 大大加大了 2、 3關(guān)節(jié)軌跡算法的復(fù)雜性 - 不能自鎖 - 密封、防塵困難 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) 49 齒輪傳動(dòng) - 間隙調(diào)整較困難，因?yàn)橛旋X側(cè)間隙，所以有較大的回差。 - 一般不會(huì)單獨(dú)使用，常用于其他減速傳動(dòng)的前一級(jí)傳動(dòng) - 高速 時(shí)，噪聲較大，盡量采用弧形齒和磨齒 同步帶傳動(dòng) - 需要張緊或調(diào)整機(jī)構(gòu)，否則會(huì)有較大的回差 - 一般也不會(huì)單獨(dú)使用，常用于其他減速傳動(dòng)的前一級(jí)傳動(dòng) - 負(fù)載能力不能太大 - 噪聲較小，無(wú)需潤(rùn)滑 其他傳動(dòng) 50 滾動(dòng)絲杠特點(diǎn)： 摩擦小、效率高。一般情況下，傳動(dòng)的效率在 90以上 動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差極小，傳動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高 磨損小、壽命長(zhǎng) 可以通過(guò)預(yù)緊消除軸向間隙，提高軸向剛度。 滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)不能自鎖，必須有防止逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)或自鎖機(jī)構(gòu)才能安全地 用于有自重下降的場(chǎng)合。最怕落入灰塵、鐵屑、砂粒。通常，螺母兩端必 須密封，絲杠的外露部分視情況加以密封。 對(duì)于齒輪傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)，須注意消除間隙，否則達(dá)不到應(yīng)有的轉(zhuǎn) 角精度要求。對(duì)于鏈傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng)、鋼帶傳動(dòng)和鋼絲繩傳動(dòng)，須考慮 張緊問(wèn)題，否則會(huì)產(chǎn)生很大的回差。 傳動(dòng)特點(diǎn)與事項(xiàng) 51 原則 ： 極少的傳動(dòng)環(huán)節(jié)； 結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕； 傳動(dòng)剛度大，即承受扭矩時(shí)角度變形要小，以提高整機(jī)的固有頻率， 降低整機(jī)的低頻振動(dòng)； 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； 壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。 各類機(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)，其中最常用的為 諧波傳動(dòng)、 RV擺線針輪行星傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。此外選取需注意：精 度、剛度、負(fù)載、成本、應(yīng)用場(chǎng)合等。 機(jī)器人傳動(dòng)選取原則 52 機(jī)器人常用傳動(dòng)比較 53 機(jī)器人常用傳動(dòng)比較 54 2.5 機(jī)器人典型結(jié)構(gòu) 55 6-DOF串聯(lián)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成 底座 腰關(guān)節(jié) 轉(zhuǎn)座 肩關(guān)節(jié) 大臂 肘關(guān)節(jié) 小臂 腕部 末端執(zhí)行器（手爪） 平衡裝置 典型結(jié)構(gòu)組成 56 典型結(jié)構(gòu)組成 6-DOF串聯(lián)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成 底座 腰關(guān)節(jié) 轉(zhuǎn)座 肩關(guān)節(jié) 大臂 肘關(guān)節(jié) 小臂 腕部 末端執(zhí)行器（手爪） 平衡裝置 57 底座關(guān)節(jié) 58 底座 59 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 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(yùn)動(dòng)精度和剛度 腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的 RV 減速機(jī)傳動(dòng)。為方便走線，常采用中空型 RV 減速比？ 60 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 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(shí)承受來(lái)自平衡裝置的彎矩） 且應(yīng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度；多采用高剛性的 RV減速機(jī)傳動(dòng)。 61 手腕 匯交型 偏交型 中空偏交型 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 只要在其姿態(tài)能力范圍 內(nèi)，任一給定姿態(tài)，三 種結(jié)構(gòu)方式都能實(shí)現(xiàn) 62 中空偏交型手腕 主要應(yīng)用在噴涂行業(yè) 減少噴涂系統(tǒng)中空壓機(jī)到 機(jī)器人之間的輔助壓縮空 氣管道 杜絕噴槍軟管和噴涂對(duì)象 之間干涉 減少附著在軟管上的涂料 的滴落 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 63 偏交型手腕 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 64 匯交型手腕 應(yīng)用最為廣泛 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 65 為什么一般情況下將減速機(jī)配置在關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈的最末端？ 減小細(xì)長(zhǎng)軸（或套管）及有關(guān)傳動(dòng)齒輪的傳遞扭矩 ; 有利于減小輸出軸轉(zhuǎn)角誤差 (末端減速機(jī)對(duì)前端傳動(dòng)鏈的 轉(zhuǎn)角誤差有均化作用 ) 轉(zhuǎn)角誤差的來(lái)源？ 1、細(xì)長(zhǎng)軸扭轉(zhuǎn)角 2、齒輪齒側(cè)間隙造成的回差 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 66 電機(jī)配置位置 對(duì)小負(fù)載機(jī)器人， 5、 6關(guān)節(jié)電機(jī)一般配置在小臂內(nèi)部， 5、 6關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈 之間有交叉耦合 ; 對(duì)大負(fù)載機(jī)器人， 4、 5、 6關(guān)節(jié)電機(jī)一般配置在肘關(guān)節(jié) 附近， 4、 5、 6關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈之間有交叉耦合 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 67 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)。 實(shí)質(zhì)是因?yàn)閭鲃?dòng)鏈的交叉耦合 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)。 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 68 平衡機(jī)構(gòu) 為什么大負(fù)載串聯(lián)機(jī)器人需要平衡機(jī)構(gòu)？ 串聯(lián)機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)在正常工作角度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng) 時(shí)，由于重力的作用，電機(jī)所受負(fù)載力矩往往偏向正值（或負(fù) 值）一側(cè)，另一側(cè)的負(fù)載能力沒(méi)有起到作用。如果給大臂、小 臂加上平衡機(jī)構(gòu)，相當(dāng)于將電機(jī)所受負(fù)載力矩進(jìn)行了數(shù)值上的 平移，充分利用電機(jī)另一側(cè)的負(fù)載能力。平衡機(jī)構(gòu)的配置同時(shí) 也減小了電機(jī)的選用型號(hào)，節(jié)約了成本。 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 69 小臂平衡機(jī)構(gòu) 一般選用配重來(lái)平衡 配重平衡的一個(gè)缺點(diǎn)是增大了關(guān) 節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 70 大臂平衡機(jī)構(gòu) 一般選用彈簧、氣壓或液壓來(lái)平衡 彈簧平衡不會(huì)增加關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 71 手部也叫做末端執(zhí)行器，它是裝在機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的 部件，機(jī)器人手部的特點(diǎn) (1) 手部與手腕 相連處可拆卸 。手部與手腕有機(jī)械接口，也可能有電、氣、 液接頭，可以方便地拆卸和更換手部 (2) 手部是機(jī)器人 末端執(zhí)行器 。它可以像人手那樣具有手指，也可以是進(jìn)行 專業(yè)作業(yè)的工具，比如噴漆槍、焊接工具等 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） (3) 手部的 通用性比較差 。機(jī)器人手部通 常是專用的裝置，例如，一種手爪往往只 能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等 方面相近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一 種作業(yè)任務(wù) (4) 手部是一個(gè) 獨(dú)立的部件 ，是完成作業(yè) 好壞以及作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一 具有復(fù)雜感知能力的智能化手爪的出現(xiàn) 工業(yè)機(jī)器人作業(yè)的靈活性和可靠性 72 手部的典型結(jié)構(gòu) 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 1、夾鉗式夾鉗式夾持機(jī)構(gòu)夾持機(jī)構(gòu) 手指：兩指、多指； 手指：兩指、多指； 平面、平面、 V形 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：回轉(zhuǎn)、平移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：回轉(zhuǎn)、 平移 驅(qū)動(dòng)裝置：氣動(dòng)、液動(dòng)、驅(qū)動(dòng)裝置：氣動(dòng)、 液動(dòng)、電動(dòng)、電磁電動(dòng)、電磁支架 73 滑槽杠桿式手部 齒輪齒條式手部 斜楔杠 桿式 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 74 滑塊杠桿式手部 移動(dòng)型連桿式手部 齒輪齒條式手部 內(nèi)漲斜塊式手部 連桿杠桿式手部 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 75 3、彈簧式彈簧式夾持機(jī)構(gòu) 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 2、拖持式拖持式夾持機(jī)構(gòu)： 夾持機(jī)構(gòu)： 適于抓取適于抓取重量大重 量大的工件 76 4、 吸附式吸附式抓取機(jī)構(gòu)： 真空式真空式 負(fù)壓式負(fù)壓式 磁吸式吸盤磁吸式 氣流負(fù)壓 擠氣負(fù)壓 電磁吸盤結(jié)構(gòu) 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 77 滾 動(dòng) 軸 承 座 圈 鋼 板 齒 輪 多 孔 鋼 板 雙吸頭吸盤 多吸頭吸盤 吸取瓦楞板 雙吸頭吸盤 雙吸頭架式吸盤 多吸頭板式吸盤 電 磁式吸盤 氣吸式吸盤 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 78 5、柔性手 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 79 6、靈巧手 手抓（ 末端執(zhí)行器 ） 80 THANK YOU