第二章机器人结构设计汇编.pptx

机器人本体的结构形式 第二章 机器人的主要结构 2 手部 腕部 小臂（上臂） 大臂 （下臂） 腰部 基 座 控制柜 示教盒 3 2.1 机器人本体设计的步骤 1、作业分析 作业分析包括任务分析和环境分析，不同的作业任务和环境对机器人操作及的方案设计有着决定性的影响。 2、总体方案设计 （1）确定动力源 （2）确定构型和安装方式 （3）确定自由度 （4）确定动力容量和传动方式 （5）优化运动参数和结构参数 （6）确定平衡方式和平衡量 （7）绘制机构运动简图 4 3、结构设计 包括机器人驱动系统、传动系统的配置及其结构设计，关节及杆件的结构设计，平衡机构的设计，走线及电器接口设计等。 4、动特性分析 估算惯性参数，建立系统动力学模型进行仿真、分析，确定其结构固有频率和响应特性。 5、施工设计 完成施工图设计，编制相关技术文件。 例：六自由度轻型机械臂的设计 机械臂的设计指标： 构型设计原则 自由度为主，兼顾复杂程度、刚度及控制难度 关节运动范围尽可能大 关节无奇异 工作空间无死区，至少6自由度 构型合理，驱动、传动布置 模块化 几何构型 考虑运动学逆解的存在性：1） 三个相邻关节轴线交于一点，2）三个相邻关节轴线相互平行 6自由度轻型臂构型 传动方案设计 集成化设计 驱动、传动、传感、控制 集成化设计 电气及传感器 2.2 机器人的驱动与传动系统结构 驱动器（通过联轴器）带动传动装置(一般为减速器)，再通过关节轴带动杆件运动。 最常用的运动关节——转动关节和移(直)动关节。 为了进行位置和速度控制，驱动系统中还包括位置和速度检测元件。 2.2.1 驱动—传动系统的构成 13 1—码盘； 2 —测速机； 3 —电机； 4 —联轴器； 5 —传动装置； 6 —转动关节； 7 —杆 8 —电机； 9 —联轴器； 10 —螺旋副； 11 —移动关节； 12 —电位器(或光栅尺) 伺服电机驱动关节——伺服电机+联轴节+传动装置+运动关节+反馈元件 1．电动驱动装置 电动驱动装置的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。 电动驱动装置又可分为直流 (DC)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电机驱动。 直流伺服电机电刷易磨损，且易形成火花。无刷直流电机也得到了越来越广泛的应用。 步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。 2.2.2 驱动装置的类型和特点 直流电机（有刷） 步进电机 盘式无刷直流电机 交流伺服电机 15 2. 液压驱动装置 优点：功率大，可省去减速装置直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。 缺点：需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温场合，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。 液压马达 液压摆动马达 液压控制阀 液压泵 应用：并联机器人（六自由度摇摆台） 20 3．气动驱动装置 气压驱动的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但与液压驱动装置相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制机器人。 气动马达 气动摆动马达 气缸 气泵 气动三大件 气动控制阀 21 4．其它驱动装置 作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金、人工肌肉等。 压电微驱动并联机器人 形状记忆合金驱动机器人手 22 驱动装置的选择应以作业要求、生产环境为先决条件，以价格高低、技术水平为评价标准。 一般说来，目前负荷为100 kg以下的,可优先考虑电动驱动装置。 只须点位控制且负荷较小者，或有防暴、清洁等特殊要求者，可采用气动驱动装置。 负荷很大或机器人周围已有液压源的常温场合，可采用液压驱动装置。 对于驱动装置来说，最重要的指标要求是起动力矩大，调速范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好、与之配套的数字控制系统。 5．驱动装置的选择原则 23 2.2.3 机器人的常用传动机构 1. 机器人传动机构的基本要求 (1) 结构紧凑，即同比体积最小、重量最轻； (2) 传动刚度大，即承受力矩作用时变形要小，以提高整机的 固有领率，降低整机的低频振动； (3) 回差小，即由正转到反转时空行程要小，以得到较高的位 置控制精度； (4) 寿命长、价格低。 微电机+减速器 微小型减速器 24 2. 机器人常用传动机构 机器人几乎使用了目前出现的绝大多数传动机构。 25 26 其中腰关节最常用谐波传