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1、,机器人应用技术,大连职业技术学院 董春利 13804090490 QQ：958385645 实训楼414A,Compiled by: Dong Chunli,课前提问,机器人有哪几部分组成？ 各部分的作用有哪些？ 什么是自由度？ 什么是工作空间？ 什么是工作速度？ 什么是工作载荷？ 什么是控制方式？ 什么是驱动方式？ 什么是精度、重复精度？ 什么是分辨率？,机器人应用技术,第三章 机器人的机械结构系统,一、机器人的机身结构 二、机器人的臂部机构 三、机器人的腕部机构 四、机器人的手部机构 五、机器人的行走机构,机器人应用技术,第三节 机器人的机械结构与运动,一、机器人机械结构的组成 二、机器
2、人机构的运动 三、机身和臂部机构 四、手腕结构 五、手部机构 六、行走机构,Compiled by: Dong Chunli,第三章 机器人的机械结构系统,机器人机械结构的组成,1、手部结构 2、手腕结构 3、臂部结构 4、机身结构 5、行走机构,Compiled by: Dong Chunli,手部 机器人为了进行作业，在手腕上配置了操作机构，有时也称为手爪或末端操作器 手腕 联接手部和手臂的部分，主要作用是改变手部的空间方向和将作业载荷传递到手臂 臂部 联接机身和手腕的部分，主要作用是改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，并将各种载荷传递到机座 机身 机器人的基础部分，起支承作用对固定
3、式机器人，直接联接在地面基础上，对移动式机器人，则安装在移动机构上,机器人机械结构的组成,Compiled by: Dong Chunli,机器人机构的运动,手臂的运动 垂直移动 径向移动 回转运动,手腕的运动 (1)手腕旋转 (2)手腕弯曲 (3)手腕侧摆,Compiled by: Dong Chunli,（1）垂直移动 指机器人手臂的上下运动。这种运动通常采用液压缸机构或其他垂直升降机构来完成，也可以通过调整整个机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。 （2）径向移动 是手臂的伸缩运动。机器人手臂的伸缩使其手臂的工作长度发生变化。在圆柱坐标式结构中，手臂的最大工作长度决定其末端所能达到的圆
4、柱表面直径。 （3）回转运动 指机器人绕铅垂轴的转动。这种运动决定了机器人能手臂所能到达的角位置。,1.手臂和本体的运动,Compiled by: Dong Chunli,(1)手腕旋转 手腕绕小臂轴线的转动。有些机器人限制其手腕转动角度小于360度。另一些机器人则仅仅受到控制电缆缠绕圈数的限制，手腕可以转几圈。 (2)手腕弯曲 指手腕的上下摆动，这种运动也称为俯仰。 (3)手腕侧摆 指机器人手腕的水平摆动。手腕的旋转和俯仰两种运动结合起来可以构成侧摆运动，通常机器人的侧摆运动由一个单独的关节提供。,2.手腕的运动,Compiled by: Dong Chunli,机身是直接联接、支承和传动手
5、臂及行走机构的部件。它是由臂部运动(升降、平移、回转和俯仰)机构及有关的导向装置、支撑件等组成。由于机器人的运动型式、使用条件、负载能力各不相同，所采用的驱动装置、传动机构、导向装置也不同，致使机身结构有很大差异。 一般情况下，实现臂部的升降、回转或或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上。臂部的运动愈多，机身的结构和受力愈复杂。机身既可以是固定式的，也可以是行走式的，即在它的下部装有能行走的机构，可沿地面或架空轨道运行。,一、机器人的机身机构,Compiled by: Dong Chunli,常用的机身结构有： （1）升降回转型机身结构； （2）俯仰型机身结构； （3）直移型机身结构；
6、（4）类人机器人机身结构。,一、机器人的机身机构,Compiled by: Dong Chunli,（1）升降回转型机身结构； 由实现臂部的回转和升降的机构组成： 回转：回转轴液（气）压缸驱动、直线液（气）压缸驱动的传动链、涡轮蜗杆机械传动。 升降：直线缸驱动、丝杆-螺母机构驱动、直线缸驱动的连杆升降台。,一、机器人的机身机构,Compiled by: Dong Chunli,（2）俯仰型机身结构； 由实现手臂左右回转和上下俯仰的部件组成： 它用手臂的俯仰运动部件代替手臂的升降运动部件。 俯仰运动大多采用摆式直线缸驱动。,一、机器人的机身机构,Compiled by: Dong Chunli,
7、（3）直移型机身结构； 多为悬挂的；机身实际是悬挂手臂的横梁。 为使手臂能沿横梁平移，除了要有驱动和传动机构外，导轨是一个重要的部件,一、机器人的机身机构,Compiled by: Dong Chunli,（4）类人机器人机身结构。 机身上除了装有驱动臂部的运动装置外，还应该有驱动腿部运动的装置和腰部关节。 靠腿部的屈伸运动来实现升降，腰部关节实现左右和前后的俯仰和人身轴线方向的回转运动,一、机器人的机身机构,Compiled by: Dong Chunli,手臂部件(简称臂部)是机器人的主要执行部件，它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。 机器人的臂部主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸
8、或自转等运动有关的构件，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。 此外，还有与腕部或手臂的运动和联接支撑等有关的构件、配管配线等。,二、机器人的臂部机构,Compiled by: Dong Chunli,根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同，可分为： （1）伸缩型臂部结构； （2）转动伸缩型臂部结构； （3）屈伸型臂部结构； （4）其他专用的机械传动臂部结构。 伸缩型臂部结构可由液（气）压缸驱动或直线电机驱动； 转动伸缩型臂部结构除了臂部做伸缩运动，还绕自身轴线运动，以便使手部旋转运动。转动可由液（气）压缸驱动或机械传动,二、机器人的臂部机构,Compil
9、ed by: Dong Chunli,机身和臂部的配置形式,机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体布局。由于机器人的运动要求、工作对象、作业环境和场地等因素的不同，出现了各种不同的配置形式。目前常用的有如下几种形式：,（）横梁式 （）立柱式 （）机座式 （）驱伸式,二、机器人的臂部机构,Compiled by: Dong Chunli,机身和臂部的配置形式,横梁式：机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，这类机器人的运动形式大多为移动式。 它具有占地面积小，能有效利用空间，直观等优点。,二、机器人的臂部机构,Compiled by: Dong Chunli,立柱式：立柱式机器人多采用回转型、
10、俯仰型或屈伸型的运动型式，是一种常见的配置形式。一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。,机身和臂部的配置形式,二、机器人的臂部机构,Compiled by: Dong Chunli,机座式：机身设计成机座式，这种机器人可以是独立的、自成系统的完整装置，可以随意安放和搬动。,机身和臂部的配置形式,单臂回转式 双臂回转式 多臂回转式,二、机器人的臂部机构,Compiled by: Dong Chunli,屈伸式：屈伸式机器人的臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂。,机身和臂部的配置形式,平面屈伸型 空间屈伸型,二、机器人的臂部机构,Compiled by: Do
11、ng Chunli,手腕是连接手臂和手部的结构部件，它的主要作用是确定手部的作业方向。多数将腕部结构的驱动部分安排在小臂上。,要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，这三个回转方向为： (1) 臂转：绕小臂轴线方向的旋转。 (2)手转：使手部绕自身的轴线方向旋转。 (3)腕摆：使手部相对于臂进行摆动。,三、机器人的腕部机构,Compiled by: Dong Chunli,臂转、腕摆、手转结构 臂转、双腕摆、手转结构,手腕结构多为上述三个回转方式的组合，组合的方式可以有多种形式，常用的手腕组合的方式：,三、机器人的腕部机构,Compiled by: Dong Chunli,腕部结构的设计要满
12、足传动灵活、结构紧凑轻巧、避免干涉。 机器人多数将腕部结构的驱动部分安排在小臂上。 首先设法使几个电动机的运动传递到同轴旋转的心轴和多层套筒上去。运动传入腕部后再分别实现各个动作。,三、机器人的腕部机构,Compiled by: Dong Chunli,柔顺手腕,在用机器人进行精密装配作业中，当被装配零件的不一致、工件的定位夹具、机器人的定位精度不能满足装配要求时，会导致装配困难。这就提出了柔顺性要求。 柔顺装配技术有两种： 一种是从检测、控制的角度，采取各种不同的搜索方法，实现边校正边装配。 一种是从机械结构的角度在手腕部配置一个柔顺环节，以满足柔顺装配的要求。,三、机器人的腕部机构,Compiled by: Dong Chunli,柔顺手腕,三、机器人的腕部机构,
