机械臂结构设计原理 (1)课件

1、机械臂结构一、臂部设计的基本要求1承载能力足： 手臂是支承手腕的部件，设计时不仅要考虑抓取物体的重量或携带工具的重量，还要考虑运动时的动载荷及转动惯性。2刚度高：为了防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状要合理选择。工字型截面的弯曲刚度一般比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多。 工字钢（GB706-88）：1、工字钢的型号与高度尺寸h有关，如：10号工字钢即指其高度尺寸为100mm。2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。3、工字钢的长度按长度系列购买。如：519m。3、导向性能好，定位精度高：为防止手臂在直线运动中，沿运动轴线发

2、生相对转动，应设置导向装置。同时要采用一定形式的缓冲措施。4重量轻、转动惯量小：为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少整个手臂对回转轴的转动惯量。二、机械臂的运动形式1直角坐标型：臂部由三个相互正交的移动副组成。带动腕部分别沿X、Y、Z三个坐标轴的方向作直线移动。结构简单，运动位置精度高。但所占空间较大，工作范围相对较小。2圆柱坐标型：臂部由一个转动副和两个移动副组成。相对来说，所占空间较小，工作范围较大，应用较广泛。4极坐标型：臂部由两个转动副和一个移动副组成。产生沿手臂轴X的直线移动，绕基座轴Y的转动和绕关节轴Z的摆动。其手臂可作绕Z轴的俯仰运动，能抓取地面上的物体。

3、三、典型机械臂结构油缸齿条机构图例：油缸驱动的手臂伸缩运动结构图例：特点：工作行程长，抓重大，适合于抓举工件形状不规则、有偏转力矩的场合。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：假设滑块是主动件，当滑块沿一定的导轨移动时，可以推动曲柄做摆动或圆周运动。 典型机构： 液压缸连杆回转机构：齿轮驱动回转机构： 平面四杆机构图例：平面四杆机构双曲柄机构双摇杆机构平面四杆机构演变图例：曲柄滑块机构齿轮驱动回转机构图例：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

4、节的俯仰和旋转运动；各运动的协调： 称为5轴关节型机器人。 五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：肩关节、肘关节与手腕的协调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 关节型机器人传动 系统图：腕部旋转局部图例：电机M5减速器R5链轮 副C5锥齿轮副G5旋转运动n5腕部俯仰局部图例：电机M4减速器R4链轮副C4俯仰运动n4肩关节局部图例：电机M2同步带传动B2减速器R2肩关节摆动n2四、机械臂的控制1、伺服系统的分类：液压伺服系统：机械臂各关节的运动通常由液压伺服阀控制液压缸实现。电动伺服系统：机械臂各关节的运动通常由步进