第二讲机器人的结构

1、机器人技术(jsh)浙江大学研究生培养(piyng)课程主讲：刘 昊 副教授电话：87951314-2127地址:液压楼气动127房间Email: 共五十四页机器人的概念(ginin)第一(dy)讲7/19/2022共五十四页讲座(jingzu)内容 机器人的定义 机器人的特征 机器人的发展历史(lsh)及现状 机器人的分类 机器人的关键技术（自选题讲座）共五十四页机器人的结构(jigu)第二(d r)讲7/19/2022共五十四页 讲座(jingzu)内容 机器人的基本构成 传动部件 行走机构 机身(j shn) 手臂 手和手腕 共五十四页机器人的基本(jbn)构成机身-骨架控制器-大脑(d

2、no)传感器-眼鼻耳信息通道(总线)-神经驱动器-肌肉执行器-手脚共五十四页机器人的基本(jbn)构成结构(jigu)类型：直角坐标机器人圆柱坐标机器人极坐标机器人关节机器人SCARA机器人移动机器人共五十四页机器人的基本(jbn)构成直角坐标(zh jio zu bio)机器人手部位置 P=f (x,y,z)优点：1.结构简单直观刚度高； 2.关节运动独立，无耦合；缺点：1.占地面积大，动作范围小； 2.导轨面防护较困难，移动部件惯量较大，灵活性较差传感器精度要求高；共五十四页机器人的基本(jbn)构成圆柱(yunzh)坐标机器人手部位置 P=f (,z,r)优点：1.结构简单； 2.空间定

3、位直观。缺点：1. 导轨面防护较困难。共五十四页机器人的基本(jbn)构成球(极)坐标(zubio)机器人手部位置 P=f (,r )优点：1.占地面积小； 2.工作空间大。缺点：1. 导轨面防护困难共五十四页机器人的基本(jbn)构成关节(gunji)机器人手部位置 P=f (1, 2, 3)优点：1.动作灵活，工作空间大； 2.结构紧凑，干涉最小； 3. 运动部件容易密封防尘。缺点：1. 运动学复杂，反解困难； 2.末端件位姿不直观； 3.控制计算量大。共五十四页机器人的基本(jbn)构成SCARA机器人手部位置(wi zhi) P=f (1, 2, z)优点：1.结构轻便； 2.响应快(

4、可至10m/s)； 3. 运动部件容易密封防尘。缺点：1. 工作范围有限； 2. 导轨面防护较困难。共五十四页机器人的基本(jbn)构成移动机器人共五十四页机器人的基本(jbn)构成技术指标：自由度和关节(gunji)数运动作业范围定位和重复定位精度最大速度负载能力驱动方式控制方式 机器人手臂末端的最大速度。 机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。共五十四页机器人的传动(chundng)部分机器人关节驱动(q dn)形式直接驱动 驱动电机直接与关节连接，无速度和转矩的转换。优点：1.传动精度高；2.刚度好；3.损耗小；4.结构紧凑可靠；5.相应快，控制性能好。缺点：1.载荷变化对驱

5、动和控制影响大；2.传感器精度要求高；3.电机成本高；4.增加了手臂的总质量，并对下一关机产生干扰，使负载能力和效率降低。间接驱动 驱动器使用减速器和间接传动机构与关节连接。共五十四页机器人的传动(chundng)部分机器人关节直接(zhji)驱动共五十四页机器人的传动(chundng)部分机器人关节传动(chundng)形式钢丝绳连杆机构齿轮传动谐波传动蜗轮蜗杆、丝杠传动链轮传动钢带传动共五十四页机器人的传动(chundng)部分钢丝绳传动(chundng)钢丝绳软管钢丝绳滑轮共五十四页机器人的传动(chundng)部分平行四边形连杆机构共五十四页机器人的传动(chundng)部分谐波(xi

6、 b)传动共五十四页机器人的传动(chundng)部分二次谐波(xi b)传动三次谐波传动共五十四页机器人的传动(chundng)部分钢带传动(chundng)共五十四页机器人的行走机构机器人的行走方式(fngsh)轮式履带式脚式其它方式（蠕动、游泳）共五十四页机器人的行走机构轮式一：摇动摆线移动(ydng)机构共五十四页机器人的行走机构轮式二：带转向(zhunxing)机构的驱动轮共五十四页机器人的行走机构轮式三：转臂式阶梯升降(shngjing)机构共五十四页机器人的行走机构履带式共五十四页机器人的行走机构脚 式两足式四足式六足式共五十四页机器人的机身(j shn)机身的基本结构(jigu

7、)形式回转与升降机身回转与俯仰机身共五十四页机器人的机身(j shn)回转(huzhun)与升降机身共五十四页机器人的机身(j shn)回转与俯仰(fyng)机身共五十四页机器人的手臂(shu b)手臂多为直线(zhxin)驱动的连杆机构共五十四页机器人的手碗手腕(shuwn)的三种运动形式偏转 Yaw俯仰(fyng) Pitch回转 Roll共五十四页机器人的手碗单回转(huzhun)缸驱动手腕共五十四页机器人的手手的结构(jigu)指钳式吸盘式共五十四页机器人的手指钳式一共五十四页机器人的手指钳式二回转式驱动(q dn)平移(pn y)式驱动共五十四页机器人的手吸盘式（磁力吸盘(xpn)、

8、空气负压吸盘(xpn)）喷气式吸盘(xpn)挤气式吸盘共五十四页结束(jish)第二(d r)讲完！共五十四页机器人的基本(jbn)构成自由度独立坐标轴运动的个数关节数由转动副和移动(ydng)副实现运动 连接部件数冗余自由度完成某特定作业时具有的多 余自由度自由度和关节数：共五十四页机器人的基本(jbn)构成自由度的计算公式F=6(l-n-1)+fiF系统自由度l 连杆数，包括基座(j zu)n 关节的个数f i第i个关节的自由度共五十四页机器人的基本(jbn)构成例：液压多自由度平台(pngti)自由度的计算F=6(l-n-1)+fi =6(14-18-1) +62+63+61 =6共五十

9、四页机器人的基本(jbn)构成 机械手的作业范围(工作(gngzu)区域) 手臂末端或手腕中心所能达到的所有点的集合。共五十四页机器人的基本(jbn)构成定位精度和重复(chngf)定位精度定位精度：手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度：手部重复定位于同一目标位置的能力（统计量） 。共五十四页机器人的基本(jbn)构成打靶(d b)例一定位精度一般，重复定位精度很差。共五十四页机器人的基本(jbn)构成打靶(d b)例二定位精度很差，重复定位精度良好。共五十四页机器人的基本(jbn)构成打靶(d b)例三定位精度很好，重复定位精度很好。共五十四页机器人的分类(fn li)按用途：

10、工业机器人农业(nngy)机器人水下机器人军用机器人娱乐机器人医用机器人按负载能力：巨型机器人 1000Kg 大型机器人 1001000Kg中型机器人 10100Kg小型机器人 0.110Kg微型机器人 0.1Kg按结构：直角坐标机器人圆柱坐标机器人极坐标机器人关节机器人SCARA机器人移动机器人共五十四页机器人的基本(jbn)构成 机械手的驱动(q dn)方式(关节驱动(q dn)器)1. 电气传动2. 液压传动3. 气压传动 无污染、容易进行处理和控制所需要的信息，使用广泛。传递函数简单，线性度好，所需的功率转换环节少，节能效果较好。但是不易对高速、大功率的场合进行控制。 结构紧凑、体积小

11、、惯性小，动态响应快，工作平稳、冲击和噪声小，特别适合于频繁换向的往复运动或需要高速、大功率的场合。缺点在于它有污染，而且它的结构较复杂，一般阶次较高，并且有着本质的非线性，维护成本较高。 同属流体传动，工作介质是空气，因而对环境没有污染，由于空气流动阻力小，因而动作快，也特别适合于往复运动的场合。缺点是是空气的可压缩性大，负载刚度小，在快速高精度的情况下难以满足要求，伺服系统控制不易 。共五十四页电动(din dn)机械手共五十四页液压机械手共五十四页气动(q dn)机械手共五十四页机器人的基本(jbn)构成 机械手的控制(kngzh)方式非伺服控制伺服控制共五十四页内容摘要机器人技术。主讲：刘 昊 副教授。电话：87951314-2127地址:液压楼气动127房间Email: 。1/30/2022。2.导轨面防护较困难，移动部件惯量较大，灵活性较差传感器精度要求高。手部位置 P=f (,