清华大学机械原理课件--第9章_开式链机构课件.ppt

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第9章 开式链机构 9.1 开式链机构特点及应用 9.1.1 开式链机构的特点 9.1.2 开式链机构的应用 9.2 开式链机构的结构分析 操作器的白由度:等于操作器中各运动部件自由度的总和,F = ? f i 。 在确定操作器所有构件的位置时所必须给定的独立运动参数的数目。 9.2.2操作器的自由度 9.2.2操作器的自由度 9.2.2 操作器的自由度 9.2.3 操作器的自由度 9.2.2 操作器的自由度 9.2.2操作器的自由度 9.3 开式链机构的运动学 精密仪器与机械学系 设计工程研究所 9.1 开式链机构的特点及应用 9.2 开式链机构的结构分析 9.3 开式链机构的运动学 开式运动链中末端构件的运动与闭式运动链中任何构件的运动相比,更为任意和复杂多样。 9.1.1 开式链机构的特点 开式运动链要成为有确定运动的机构,常要更多的原动机。 机器人与传统自动机的区别: 机器人: 机器人的操作称为柔性自动化。 机器人是一种灵活的、万能的、具有多目的用途的自动化系统。易于调整来完成各种不同的劳动作业和智能动作,其中包括在变化之中及没有事先说明的情况下的作业。 传统自动机: 传统自动机的操作称为固定自动化。 由连杆机构、凸轮机构等所组成的传统自动机用于完成单一的重复的作业。 利用开式运动链的特点,结合伺服控制和计算机的使用,开式链机构在各种机器人和机械手中得到了广泛的应用。 铆接机器人 本田公司机器人 多操作器协调工作 9. 2. 1 操作器的组成 操作器是机器人的执行系统,是机器人握持工具或工件,完成各种运动和操作任务的机械部分。 本节以机器人操作器为例,介绍开式链机构的组成和结构. 组成:机身、臂部、腕部和手部(末端执行器)等。 9.2.2操作器的自由度 操作器的主运动链通常是一个装在固定机架上的开式运动链。 操作器中的运动副仅包含单白由度的运动副——转动关节和移动关节。 操作器臂部的运动称为操作器的主运动,臂部各关节称为操作器的基本关节。 1. 臂部自由度组合 直线运动 回转运动 1. 臂部自由度组合 直线及回转运动(1) 直线及回转运动(2) 结论: 为了使操作器手部能够达到空间任一指定位置,通用的空间机器人操作器臂部应至少具有3个自由度。 为了使操作器手部能够达到平面任一指定位置,通用的平面机器人操作器得臂部应至少具有2个自由度。 腕部自由度:用来调整手部在空间的状态 为了使手爪在平面中能取得任意要求的姿态,在通用的平面机器人操作器中,其腕部应至少有1个转动关节。 手部运动的自由度一般不计入操作器的自由度数目中。 为了使手爪在空间能取得任意要求的姿态,在通用的空间机器人操作器中其腕部应至少有3个自由度。一般情况下,这3个关节为轴线互相垂直的转动关节。 结论: 通用的空间机器人操作器的自由度大于等于6(位置3个、姿态3个),其中转动关节大于等于3。 仅用移动关节不可能建立通用的空间或平面机器人。 通用的平面机器人操作器的自由度大于等于3(位置2个、姿态1个),其中转动关节大于等于1。 冗余自由度: 操作器自由度数大于6时,手爪可绕过障碍到达一定的位置 特点: 三个基本关节均为移动关节。 运动图形:长方体 占据空间大,相应的工作范围小 优点: 结构简单,运动直观性强,便于实现高精度。 9.2.3 操作器的结构分类 1. 直角坐标型(又称直移型) 三个基本关节:移动关节2个,转动关节1个 运动图形:空心圆柱. 优点:运动直观性强,占据空间较小,结构紧凑,工作范圈大。 缺点:受升降机构的限制,一般不能提升地面或较低位置的工件。 9.2.3 操作器的结构分类 2. 圆柱坐标型(又称回转型) 三个基本关节:移动关节1个,转动关节2个。 运动图形:空心球体 优点:由于其具有俯仰白由度,能完成从地面提取工件的任务,工作范围扩大了。 缺点:运动直现性差,结构较复杂,臂端的位置误差会随臂的伸长而放大。 9.2.3 操作器的结构分类 3.球坐标型(又称俯仰型) 三个基本关节为转动关节 运动图形:球体 优点:占据空间小,工作范围大,可绕过障碍物提取和运送工件。 缺点:运动直观性差,驱动控制比较复杂。 9.2.3 操作器的结构分类 4. 关节型(又称屈伸型) 9.3.1 研究的主要问题 正向运动学问题 反向运动学问题 工作空间 给定操作器的一组关节参数,确定其末端执行器的位置和姿态。 9.3.1 研究的主要问题 1)正向运动学问题 可获得一组唯一确定的解。 给出末端执行器的位置和姿态,求关节参数。 9.3.1 研究的主要问题 2)反向运动学问题 对于工作所要求的末端执行器的一个给定位置和姿态,确定一组关节参数,使末端

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