机器人本体结构.ppt

* 机器人本体基本结构 机器人的本体结构指其机体机构和机械传动系统，也是机器人的支承基础和执行机构 一、机器人本体主要包括： （1）传动部件 （2）机身及行走机构 （3）臂部 （4）腕部 （5）手部 二、机器人本体基本结构的举例 末杆+手部 腕部 大臂 大臂 腰部 机座 位置机构 姿态机构 组成机器人的连杆和关节按功能可以分成两类，一类是组成手臂的长连杆，也称臂杆，其产生主运动，是机器人的位置机构；另一类是组成手腕的短连杆，它实际上是一组位于臂杆端部的关节组，是机器人的姿态机构，确定了手部执行器在空间的方向。 机身及臂部结构 1.机器人机身结构的基本形式和特点 机器人机身(或称立柱)是支承臂部及手部的部件。 一、机身的典型结构 机身结构一般由机器人总体设计确定。 1．回转与升降机身 (1) 油缸驱动，升降油缸在下，回转油缸在上。升降活塞杆杆的尺寸要加大。 (2) 油缸驱动，回转油缸在下，升降油缸在上，回转油缸的驱动力矩要设计得大一些。 (3) 链轮传动机构。回转角度可大于360°。 2．回转与俯仰机身 2.机器人臂部结构的基本形式和特点 大臂、小臂(或多臂)，主要有液压驱动、气动驱动和电动驱动（最为通用）。 一、臂部的典型结构 1．臂部伸缩机构 行程小时，采用油(气)缸直接驱动；行程较大时，可采用油(气)缸驱动齿 条传动的倍增机构或步进电动机及伺服电动机驱动，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，臂部伸缩机构需设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。常用的导向装置有单导向杆和双导向杆等，可根据手臂的结构、抓重等因素 选取。 1—手部；2—夹紧缸；3—油缸；4—导向柱；5—运行架；6—行走车轮；7—轨道；8—支座 通常采用摆臂油(气)缸驱动、铰链连杆机构传动实现手臂的俯仰。 1—手部 2—夹紧缸 3—升降缸 4—小臂 5、7—摆动油缸 6—大臂 8—立柱 2．手臂俯仰运动机构 常采用回转缸与升降缸单独驱动，适用于升降行程短而回转角度小于360°的情况； 也有采用升降缸与气动马达-锥齿轮传动的结构。 3．手臂回转与升降机构 腕部及手部结构 机器人腕部结构的基本形式和特点 机器人的手部作为末端执行器是完成抓握工件或执行特定作业的重要部件，也需要有多种结构。腕部是臂部与手部的连接部件，起支承手部和改变手部姿态的作用。目前，RRR型三自由度手腕应用较普遍。 腕部是机器人的小臂与末端执行器(手部或称手爪)之间的连接部件，其作用是利用自身的活动度确定手部的空间姿态。对于一般的机器人，与手部相连接的手腕都具有独驱自转的功能，若手腕能在空间取任意方位，那么与之相连的手部就可在空间取任意姿态，即达到完全灵活。 从驱动方式看，手腕一般有两种形式，即远程驱动和直接驱动。直接驱动是指驱动器安装在手腕运动关节的附近直接驱动关节运动，因而传动路线短，传动刚度好，但腕部的尺寸和质量大，惯量大。远程驱动方式的驱动器安装在机器人的大臂、基座或小臂远端上，通过连杆、链条或其他传动机构间接驱动腕部关节运动，因而手腕的结构紧凑，尺寸和质量小，对改善机器人的整体动态性能有好处，但传动设计复杂，传动刚度也降低了。 按转动特点的不同，用于手腕关节的转动又可细分为滚转和弯转两种。滚转是指组成关节的两个零件自身的几何回转中心和相对运动的回转轴线重合，因而能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用R来标记。弯转是指两个零件的几何回转中心和其相对转动轴线垂直的关节运动。由于受到结构的限制，其相对转动角度一般小于360°。弯转通常用B来标记。 一、腕部的自由度 手腕按自由度个数可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。 腕部实际所需要的自由度数目应根据机器人的工作性能要求来确定。在有些情况下，腕部具有两个自由度，即翻转和俯仰或翻转和偏转。一些专用机械手甚至没有腕部，但有些腕部为了满足特殊要求还有横向移动自由度。 6种三自由度手腕的结合方式示意图 二、RRR型手腕 RRR型手腕结构示意图 RRR型手腕容易实现远距传动。 为了实现运动的传递，RRR型手腕的中间关节是斜置的，三根转动轴内外套在同一转动轴线上，最外面的转动轴套直接驱动整个手腕转动，中间的轴套驱动斜置的中间关节运动，中心轴驱动第三个滚转关节。 RRR型手腕制造简单，润滑条件好，机械效率高，应用较为普遍。 RRR型手腕结构示意图 RRR型手腕容易实现远距传动。 为了实现运动的传递，RRR型手腕的中间关节是斜置的，三根转动轴内外套在同一转动轴线上，最外面的转动轴套直接驱动整个手腕转动，中间的轴套驱动斜置的中间关节运动，中心轴驱动第三个滚转关节。 RRR型手腕制造简单，润滑条件好，机械效率高，应用较为普遍。 RRR型手腕关