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第二章 机器人机构学 南京理工大学制造工程学院 第二章 机器人机构学 第一节 概述 第二节 机身和臂部机构 第三节 手腕部机构 第四节 行走部机构 第五节 机器人关节的驱动、传动机构 第六节 机器人的各种性能指标 第七节 并联机器人 第一节 概述 1 机器人机构的分类 2 机器人机构的运动 3 机器人工作空间 2、机器人机构的运动 1）机器人的运动自由度 ① 运动自由度的定义 ② 以自由度分类的机器人 ③ 自由度的分布 机器人自由度的定义 定义：用来确定手部相对于机身位置的每个独立变化的参数，称为机器人的自由度。 以自由度分类的机器人 任一自由的空间物体，须有六个自由度描述其在空间的位置和姿态，三个正交移动轴，决定物体的位置；三个绕坐标轴 的转动，决定物体的姿态变化。 称六个自由度机器人为满自由度机器人，少于六个自由度机器人为欠自由度机器人， 多于六个自由度机 器人为冗余自由度机器人。 自由度的分布 一般机器人的机身和手臂构成前三个关节，具有三个自由度，可确定手部在空间的位置，所构成的机构称位置机构； 手腕和手部构成后三个关节，具有三个自由度，可确定手部在空间的姿态，所构成的机构称之为姿态机构。 位置机构确定机器人的 空间工作范围， 其运动称为 主运动 。 3）机器人的各种运动形式 （1）直移型：直线运动 L 伸缩运动 E （2）回转型：扭角运动 T 摆角运动 R 3、 机器人工作空间 1）定义： 手腕部坐标系原点PW能在空间活动的最大活动范围。又称可达空间 ，或总工作空间，记W(PW) 。 2）灵活工作空间 灵活工作空间：末端执行器可以任意姿态达到 的工作空间，记作WP(P)。 Ⅰ类灵活工作空间以全方位到达， Ⅱ类灵活工作空间只能以有限个方位到达。 次灵活工作空间：总工作空间去掉灵活工作空 间的部分，WS(P)。 3）奇异形位 W(P)总工作空间的边界点所对应的机器人的位置和姿态，及机器人工作空间内部使机械产生干涉的位置和姿态。 4）两个基本问题 1）正问题：给出某一结构形式和结构参数的操作机以及关节变量的变化范围，求工作空间，称工作空间分析。 2）逆问题：给出某一限定的工作空间，求操作机的结构形式，参数和关节变量的变化范围，称工作空间的综合 。 5）确定工作空间的方法 第二节 机身和臂部机构 1、机身和臂部的作用 2、机身和臂部机构设计的特点 3、机身结构 4、臂部结构 1、机身和臂部的作用 2、机身和臂部机构设计的特点 1）刚度 ：为了得到较高的精度，机器人机身和手臂的机械结构刚度比强度更重要。刚度可分为结构刚度、支承刚度、伺服刚度等。 ①根据受力情况，合理选择截面形状与尺寸； ②提高支承刚度和接触刚度； ③合理布置作用力的位置和方向； 3、机身和臂的配置形式及结构 4、臂部结构 第三节 手腕部机构 1、 概述 2、手部机构 3、腕部机构 1、 概述 2、手部机构 2）设计要点 3）手指 4）传动机构 5）其他结构形式的手部 ⑴ 钩托式 ⑵ 弹簧式 ⑶ 气吸式 ⑷ 磁吸式 ⑸ 挠性 6）类人机器人手部——关节式手指 3、 腕部、关节部结构 2） 关节设计要点 ⑴力求结构紧凑，重量轻：关节的结构、重量、动力载荷直接影响机器人的结构、重量和性能。 尤其是腕关节， ①处于手臂的末端 ②有2-3个自由度和驱动装置 ③需较大的力矩和尽