第2章机器人机械结构.ppt

第2章 机器人的机械结构 2.1 机身和臂部 2.2 腕部和手部结构 2.3 传动部件设计 2.1 机身和臂部 一.机身和臂部的作用 机身是直接连接支承传动手臂和行走机构的部件，机身可以是固定的，也可以是行走式的 手臂部件用来支承腕部（关节）和手部（包括工件和工具），并带动它们在空间运动 二.机身和臂部设计应注意问题 1.刚度：抵抗变形的能力 （1）合理选择截面形状和轮廓尺寸--封闭空心截面抗弯抗扭能力较实心和开口截面大；工字钢的抗弯强度比园截面大 （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-减小弯曲变形 2.精度 影响因素：装配精度，导向精度，刚度，耐磨性 3.平稳性： （1）应结构紧凑，质量轻，减少惯性力 （2）注意重心的位置 4.其他：传动链力求简短；元件布置合理紧凑 三.机身和臂部的配置形式 （2）双臂悬挂式（a） (2).双臂悬挂式（b） 2.立柱式 右图为铣端面，打中心孔机 床的上料机器人，臂架2带动 臂3绕机身立柱1回转，同时， 通过行星齿轮使臂3绕臂架2的 轴线回转，手部夹持中心的轨 迹为一空间曲线，能迅速地将 工件从料架送到机床的夹具上， 但惯性较大，适用于中小型工件 （2）双臂配置 双臂立柱式机器人，双臂 位于机身的前后两侧，可 同时绕立柱轴线回转和绕 水平轴作方向相反的俯仰 运动。 3.机座式（1） 机座式（2） 4.屈伸式 四.机身的结构形式 2.升降台式 活塞杆11带动 下移轴 8左右移动，通过连杆 使平台升降 2.俯仰式 4是回转油缸， 7是俯仰油缸 3.直移型机身结构 直移型型机器人多为悬挂式的，其机身实际上就是手臂的横梁 4.类人机器人机身 它没有直移型的升降装置，而是靠腿部和腰部的屈伸运动实现升降。须有驱动肩关节，腰关节，腿部的驱动装置 五.机械臂的典型结构 1.手臂直线运动的机构 常见方式： 行程小时：采用油缸或气缸直接驱动； 当行程较大时：可采用油缸或气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，并通过丝杆螺母来转换为直线运动。 典型结构： 电机驱动的丝杆螺母直线结构 电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例 2．手臂的回转运动机构 常见方式： 常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连杆传动机构等。 曲柄滑块机构： 典型机构： 液压缸—连杆回转机构： 齿轮驱动回转机构： 双臂机器人手臂结构图例： 齿轮传动机构（1） 齿轮传动机构（2） 3．关节型机械臂的结构（1） 存在的运动型式： 机身的旋转运动； 肩关节和肘关节的摆动； 腕关节的俯仰和旋转运动； 5轴关节型机器人。 五轴关节型机器人手臂运动图例（1）： 五轴关节型机器人手臂运动图例（2）： 3．关节型机械臂的结构（2） 各运动的实现： 腕部的旋转： 电机M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5 腕部俯仰： 电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4 肘关节摆动： 电机M3→两级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘关节摆动n3 肩关节的摆动： 电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2 2.2 腕部和手部结构 一.腕部 是臂部和手部的连接件，起支承手部和改变手部姿态的作用。 为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的旋转运动。这便是腕部运动的三个自由度，分别称为翻转R（Roll）、俯仰P（Pitch）和偏转Y（Yaw）。 并不是所有的手腕都必须具备三个自由度，而是根据实际使用的工作性能要求来确定。 手腕自由度图例： 二.手腕的设计要求 结构紧凑、重量轻； 动作灵活、平稳，定位精度高； 强度、刚度高； 与臂部及手部的连接部位的合理连接结构，传感器和驱动装置的合理布局及安装等。 三.手腕的分类 1．按自由度的数目分（1）： 单自由度手腕： 手腕在空间可具有三个自由度，也可以具备以下单一功能： 单一的翻转功能：手腕的关节轴线与手臂的纵轴线共线，常回转角度不受结构限制，可以回转360°以上。该运动用翻转关节（R关节）实现。 单一的俯仰功能：手腕关节轴线与手臂及手的轴线相互垂直，转角度受结构限制，通常小于360°。该运动用折曲关节（B关节）实现。 单一的偏转功能：手腕关节轴线与手臂及手的轴线在另一个方向上相互垂直；转角度受结构限制，通常小于360°。该运动用折曲关节（B关节）实现。 Ｔ手腕－移动关节(Translation) 1．按自由度的数目分（2）： 二自由度手腕： 可以由一个R关节和一个B关节联合构成BR关节实现，或由两个B关节组成BB关节实现，但不能由两个RR关节构成二自由度手腕，因为两个R关节的功能是重复的，实际上只起到单自由度的作用。 1．按自由度