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1、機械臂結構 一、臂部設計的基本要求 1承載能力足 n手臂是支承手腕的部件，設計時不僅要考慮抓取物體的重量或攜帶工具的重量，還要考慮運動時的動載荷及轉動慣性。 2剛度高n為了防止臂部在運動過程中產生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。截面的彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉剛度都比實心軸大得多。 工字鋼（GB706-88）：1、工字鋼的型號與高度尺寸h有關，如：10號工字鋼即指其高度尺寸為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長度的理論質量、截面靜力矩等可查相應的設計手冊。3、工字鋼的長度按長度系列購買。如：519m。 槽鋼（GB707-88）1、槽鋼的型號與高度尺寸h有關，如：1
2、0號槽鋼即指其高度尺為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長度的理論質量、截面靜力矩等可查相應的設計手冊。3、鋼結構 3、導向性能好，定位精度高n為防止手臂在直線運動中，沿運動軸線發(fā)生相對轉動，應設置導向裝置。同時要采用一定形式的緩沖措施。 4重量輕、轉動慣量小n為提高機器人的運動速度，要盡量減少臂部運動部分的重量，以減少整個手臂對回轉軸的轉動慣量。 5合理設計與腕部和機身的連接部位n臂部的安裝形式和位置不僅關系到機器人的強度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機器人的外觀。 二、機械臂的運動形式 1直角坐標型n臂部由三個相互正交的移動副組成。帶動腕部分別沿X、Y、Z三個坐標軸的方向作直線移動
3、。結構簡單，運動位置精度高。但所占空間較大，工作范圍相對較小。 2圓柱坐標型n臂部由一個轉動副和兩個移動副組成。相對來說，所占空間較小，工作范圍較大，應用較廣泛。 3關節(jié)型n由動力型旋轉關節(jié)和前、下兩臂組成。關節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標。動作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內饒過各種障礙物。 4極坐標型n臂部由兩個轉動副和一個移動副組成。產生沿手臂軸X的直線移動，繞基座軸Y的轉動和繞關節(jié)軸Z的擺動。其手臂可作繞Z軸的俯仰運動，能抓取地面上的物體。 三、典型機械臂結構 1手臂直線運動機構n常見方式： n行程小時：采用油缸或氣缸直接驅動；n當行程較大時：可采用或氣缸
4、驅動齒條傳動的倍增機構或采用步進電機或伺服電機驅動，并通過絲桿螺母來轉換為直線運動。n典型結構： n油缸驅動的手臂結構n電機驅動的絲桿螺母結構 油缸齒條機構圖例： 油缸驅動的手臂伸縮運動結構圖例：四根導向柱的臂部伸縮機構： 手臂的垂直伸縮運動由油缸3驅動。特點：工作行程長，抓重大，適合于抓舉工 件形狀不規(guī)則、有偏轉力矩的場合。1手部 2夾緊缸；3油缸；4導向柱；5運行架；6行走車輪；7軌道；8支座 電機驅動絲桿螺母直線運動結構圖例： 2手臂的回轉運動機構 n常見方式： n常見的有齒輪傳動機構，鏈輪傳動機構，活塞及連桿傳動機構等。 n曲柄滑塊：n假設滑塊是主動件，當滑塊沿一定的導軌移動時，可以推
5、動曲柄做擺動或圓周運動。 n典型機構： n液壓缸連桿回轉：n齒輪驅動回轉： 平面四桿機構圖例： 平面四桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構 平面四桿機構演變圖例：曲柄滑塊機構 平面四桿機構的的演變不僅要滿足運動方面的要求，而且要滿足受力和結構上的要求。 雙臂機器人手臂結構圖例：1鉸接活塞缸2連桿 3手臂4支承架運動特點：手臂關節(jié)的回轉運動是通過液壓缸-連桿機構實現(xiàn)?？刂苹钊男谐叹涂刂屏耸直蹟[角的大小。 齒輪驅動回轉機構圖例： 3關節(jié)型機械臂的結構（1）n存在的運動型式： n機身的旋轉運動；n肩關節(jié)和肘關節(jié)的擺動；n腕關節(jié)的俯仰和旋轉運動；n各運動的協(xié)調： 稱為5軸關節(jié)型機器人。 五軸關節(jié)型機器人手臂運
6、動圖例（1）：腰轉肩轉肘轉俯仰偏轉 腰轉姿態(tài) 五軸關節(jié)型機器人手臂運動圖例（2）：肩關節(jié)、肘關節(jié)與手腕的協(xié)調 3關節(jié)型機械臂的結構（2）n各運動的實現(xiàn)： n腕部的旋轉：n電機M5減速器R5鏈輪副C5錐齒輪副G5旋轉運動n5n腕部俯仰：n電機M4減速器R4鏈輪副C4俯仰運動n4n肘關節(jié)擺動： n電機M3兩級同步帶傳動B3、B3減速器R3肘關節(jié)擺動n3n肩關節(jié)的擺動：n電機M2同步帶傳動B2減速器R2肩關節(jié)擺動n2 關節(jié)型機器人傳動 系統(tǒng)圖： 關節(jié)型機器人腕部旋轉局部圖：n電機M5減速器R5鏈輪 副C5錐齒輪副G5旋轉運動n5 關節(jié)型機器人腕部俯仰局部圖：n電機M4減速器R4鏈輪副C4俯仰運動n4 關節(jié)型機器人肘關節(jié)局部圖：n電機M3兩級同步帶傳動B3、B3減速器R3肘關節(jié)擺動n3 關節(jié)型機器人肩關節(jié)局部圖例： n電機M2同步帶傳動B2減速器R2肩關節(jié)擺動n2 四、機械臂的控制 1、伺服系統(tǒng)的分類n液壓伺服系統(tǒng)n機械臂各關節(jié)的運動通常由液壓伺服閥控制液壓缸實現(xiàn)。n電動伺服系統(tǒng)n機械臂各關節(jié)的運動通常由步進電機或直流電機驅動。 伺服直線液壓缸圖例： 電動伺服控制系統(tǒng)圖例： 作業(yè)：1、設計三種機器人小臂相對于大臂的直線運動方案，動力源為電機驅動，用示意圖表達。2、畫出型號為20a的工字鋼的截面形狀，并標注出有關幾何參數(shù)。3、解釋液壓伺服系統(tǒng)和電動伺服系統(tǒng)的組成及工作原理。
機器人的機械臂結構
