机器人的机械结构.ppt

第二章 机器人的机械结构 2.1 机器人的组成和分类 机械系统是具有传动执行装置的机械，由臂、关节和末端执行装置组成 驱动系统为个部分提供动力，有4种 感知系统收集机器人内部状态和外部环境信息 控制系统从计算机接收指令，控制驱动器的动作，并与传感器反馈信息协调机器人运动 工业机器人-环境交互系统实现工业机器人与外部环境的设备互相连接和协调的系统 2 机器人的分类 人机交互系统是使操作人员参与计算机控制并与机器人进行联系的装置、指令给定装置和信息显示装置 3 机器人机构运动简图 定义：用机构与运动图形符号表示机器人机械臂、手腕和手指等运动机能的图形。 目的：分析和记录机器人各种运动及运动组合 （1）常见图形符号 （2）5种典型机器人的机构简图 机器人本体是机器人的重要组成部分，是所有的计算、分析、控制和编程的基础，最终要通过本体的运动和动作完成特定的任务。 机器人的本体各部分的结构、材料的选择直接影响整体性能。 典型的工业机器人仅仅实现了人类胳膊和手的某些功能，也称为机器人操作机或机械手。 2、机器人机构的运动 机器人机构可以视为一种连杆机构，它的基本结构是将机构学中的杆件（link）和运动副（Pair）相互链接而构成的运动链。 开式、半闭式、闭式运动链 Stewart机构是典型的并联机器人．末端执行器的位置和姿态可由6个直线油缸的行程长度所决定，油缸的一端与基座通过二自由度的万向连轴节(铰链)相连，另一端(连杆)由三自由度的球—套关节(球面副)与末端执行器相连．这种机器人手臀的三个自由度与手腕的三个自由度集成在一起，具有闭环机构的共同特点：刚度高，但连杆的运动范围十分有限。 3、机器人本体设计原则 （1）按用户要求优化工作空间相关参数 （2）优选材料、结构、工艺、提高速度及精度 材料选择：运动部分质量轻、强度高、弹性模量（刚度）大、价格经济，常用结构钢、铝合金、陶瓷、复合材料、纤维增强合金 （3）应用机电一体化思想提高功能价格比 （4）合理布置管线提高工作可靠性 （5）考虑安全，防止人机事故 2.4 机器人的机身和手臂结构 一、机身设计 机身是直接连接、支撑和传动手臂与行走机构的部件。 一般实现臂部运动的驱动及传动装置都安装 在机身上。 机身由臂部运动机构及导向装置和支撑件等组成。 机身结构种类：升降回转型、俯仰型、直移行、类人机器人型。 臂部运动越多，机身结构越复杂 升降回转型：实现臂部的回转和升降运动 如：圆柱坐标型机器人 俯仰型：实现臂部的回转和上下俯仰运动 如：球坐标机器人 直移行：有导轨，多为悬挂式，机身作为横梁 如：直角坐标机器人 类人机器人：靠腿和腰的屈伸运动实现升降 机身设计要注意的问题： (1)刚度和强度大，稳定性要好． (2)运动灵活，导套不宜过短，避免卡死． (3)驱动方式适宜． (4)结构布置合理． 手臂是机器人的主要执行部件，作用是支撑腕部和手部，并带动它们运动。 臂部由臂杆以及与其伸缩、自转等运动有关的构件组成。 臂部结构种类 伸缩型臂部 转动伸缩型臂部 屈伸型臂部 专用机械传动臂部 二、臂部设计 行程小时，采用油(汽)缸直接驱动；当行程较大时，可采用油(汽)缸驱动齿条传动的倍增机构或采用步进电机或伺服电机驱动，也可采用丝杠螺母或滚珠丝杠传动．为了增加手臂的刚性，防止手臂在伸缩运动时绕轴线转动或产生变形，手臂的伸缩机构要设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆． 伸缩型臂部： 图为采用四根导向柱的臂伸缩结构．手臂的垂直伸缩运动由油缸3驱动．其特点是行程长，抓重大．工件形状不规则时，为了防止产生较大的偏重力矩，采用四根导向柱．这种结构多用于箱体加工线上． 三、机器人机身和臂部的配置形式（4种） 横梁式 单臂悬挂式 双臂悬挂式 多臂悬挂 多用于自动化生产中，在工位间传送工件 横梁式特点：占地面积小，大多为移动式，有效利用空间、直观等优点。 立柱式（常见） 单臂配置 双臂配置 立柱式特点： 结构简单，占地面积小工作范围大，服务于某种主机，可承担上下料 的工作 机座式（常见） 手臂配置在机座顶端 手臂配置在机座立柱中间 手臂有单臂、双臂、多臂 屈伸式 平面屈伸型 空间屈伸型 2.5 机器人的腕部和手部结构 手腕是连接手臂和手部的结构部件，作用是支撑手部和确定手部的作业方向。 手腕一般需要3个自由度：臂转、手转、腕摆 腕部的典型结构 液压手腕结构 电动手腕结构 柔顺装配技术 机器人进行精密作业，被装配零件大小不一致，工件的定位夹具或机