机器人机身及行走机构

机器人机身及行走机构

引言：机器人机械结构由三大部分构成：机身、手臂（含手腕）、手部。其中机身又称立柱，是支承臂部的部件。同时，大多数工业机器人必须有一个便于安装的基础部件，这就是机器人的基座，基座往往与机身做成一体。有些机器人需要行走，机身下面还会安装有行走机构。一、机身的自由度和运动

1．机身的自由度：

机身往往具有升降、回转及俯仰三个自由度。

2．机身的运动：

由上面三个自由度可以组合成机身五种运动形式。分别是：回转运动；升降运动；回转—升降运动；回转—俯仰运动；回转—升降运动—俯仰运动。3．各种坐标类型机身运动方案设计（1）：

圆柱坐标式机器人：这种类型的机器人主体结构通常具有三个自由度：一个回转运动（腰转）及两个直线移动（升降运动及手臂伸缩运动）。腰转运动及升降运动通常由机身来实现。3．各种坐标类型机身运动方案设计（2）：

球面坐标式机器人：这种类型的机器人主体结构通常具有三个自由度：绕垂直轴线的回转运动（回转运动）、绕水平轴线的回转运动（俯仰运动）及手臂的伸缩运动。通常把回转及俯仰运动归属于机身。3．各种坐标类型机身运动方案设计（3）：

关节坐标式机器人：这种类型的机器人主体结构的三个自由度均为回转运动，构成机器人的回转运动、俯仰运动和偏转运动。通常仅把回转运动归结为机身。3．各种坐标类型机身运动方案设计（4）：

直角坐标式机器人：这种类型的机器人主体结构具有三个自由度且都是直线运动。通常把升降运动或水平移动的自由度归为机身部分。二、机身典型结构

1．回转与升降运动机身(1)：

链轮—液压缸机构：

构成：主要由链轮机构、液压缸机构、机身本体部分构成。且升降机构位于转动机构的上方。工作原理：回转运动：通过液压缸活塞的移动→带动链条的移动→链轮的转动→机身的转动升降运动：活塞的上下移动→带动机身的上下升降链轮—液压缸机构图例：问题：要使立柱作大于360°的旋转，对活塞的行程有什么要求？每个液压缸只有一个油口。1．回转与升降机身(2)：

直线运动液压缸—摆动液压缸机构：

构成：主要由直线运动液压缸、摆动液压缸、花键导向轴、机身本体等部分构成。工作原理：回转运动：摆动液压缸进油→摆动缸动片7摆动→带动摆动缸套5摆动由于花键轴3只起导向作用而不回转，摆动缸定片与花键轴之间通过平键和螺钉固定连接，保证定片的位置确定。升降运动：活塞1下腔进油→活塞推动机身沿花键轴上升活塞1上腔进油→活塞推动机身沿花键轴下降直线运动液压缸—摆动液压缸机构图例：问题：1、摆动液压缸的动片与缸的什么部件相连？机械臂将与摆动液压缸的什么部件相连？2、为什么采用长度较短的花键套导向？3、机身升降运动的行程和回转运动角度取决于什么？4、画出零件2的结构图。油口油口花键轴与花键孔：1．回转与升降机身(3)：

齿条活塞缸—升降缸机构：

构成：主要由升降缸体、齿条缸、齿轮套筒、固定立柱和升降回转台等部分构成。工作原理：回转运动：齿条缸的齿条活塞杆直线运动→齿轮套筒6回转运动→齿轮套筒6和升降缸体2及升降回转台1固联→升降回转台1回转升降运动：升降缸体2、齿轮套筒6、回转台1整个一起升降运动齿条活塞缸—升降缸机构图例：2．回转与俯仰机身：

机器人手臂的俯仰运动，一般采用活塞缸与连杆机构实现。手臂俯仰运动用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手臂用铰链连接好，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方法与立柱连接。回转与俯仰机身图例：三、机器人行走机构

1．行走机构的构成：

机器人行走机构通常由驱动装置、传动装置、位置检测装置、传感器、电缆和管路等构成。2．行走机构的分类：

按运行轨迹分：分为固定轨迹式和无固定轨迹式两种。固定轨迹式主要用于工业机器人按行走机构的特点分：对于无固定轨迹机器人，可分为轮式、履带式和步行式等。前两者与地面连续接触，后者与地面为间断接触。3．固定轨道式机器人运动的实现：

机器人机身底座，安装在一个可移动的拖板上，依靠丝杆螺母副的运动将来自电机的旋转运动转化为直线运动。4．车轮式行走机器人：

分类：车轮式行走机器人通常有三轮、四轮、六轮之分。它们或有驱动轮和自位轮，或有驱动轮和转向机构，用来转弯。适用范围：最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬楼梯。图

2.57利用陀螺仪的二轮车

三轮行走机器人图例：三轮行走机器人结构及驱动：构成：三个车轮、转向叉、驱动装置等。驱动方案：电机5驱动轮1：通过V1、V2的不同速度控制小车的移动方向，同时，转向叉3自动地转向正确的方向。此时轮2受到地面的摩擦而滚动。电机6驱动轮2：由电机6驱动，小车的方向由专用电机7驱动转向叉实现。此时轮1自由滚动。缺陷：施加在角落的力容易产生使机器人翻倒，对负载有一定的限制。图2.59所示的三组轮是由美国Unimationstanford行走机器人课题研究小组设计研制的。它采用了三组轮子,呈等边三角形分布在机器人的下部。

图

2.59三组轮

四轮行走机器人：图

2.60四轮车的驱动机构和运动

图2.62所示为四轮防爆机器人,该轮系由于采用了四组轮子,运动稳定性有很大提高。但是,要保证四组轮子同时和地面接触,必须使用特殊的轮系悬挂系统。它需要四个驱动电机,控制系统也比较复杂,造价也较高。

排爆机器人图

2.63三角轮系的机构图

图2.64全方位移动车的移动方式(a)全方位方式；

(b)转弯方式;(c)旋转方式;(d)制动方式

5．履带式行走机器人：特点：可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障碍物，能爬梯度不太高的台阶。没有自位轮，依靠左右两个履带的速度差转弯，会产生滑动，转弯阻力大，且不能准确地确定回转半径。履带式行走机器人图例（1）：履带式行走机器人图例（2）：救援机器人德国排爆机器人

6．脚踏行走机器人：

脚踏行走机器人即步行机器人，典型特征是不仅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越沟壑，上下台阶，具有广泛的适应性。主要设计难点是机器人跨步时自动转移重心而保持平衡的问题。两足步行机器人图例：控制特点：使机器人的重心经常在接地的脚掌上，一边不断取得准静态平衡，一边稳定的步行。结构特点：为了能变换方向和上下台阶，一定要具备多自由度。图

2.65两足步行式行走机构原理图

两足步行机器人图例：主要构成：

1—框架2—大腿3—小腿4—脚5—肩6—肘7—手8—液压缸图

2.66汉库科技公司的双足机器人

步行式四足机器人图例（1）：特点：四足机器人在静止状态下是稳定的，具有很高的实用性。四足机器人步行时，一只脚抬起，三只脚支撑自重，这时有必要移动身体，让重心落在三只脚接地点组成的三角形内。四足机器人图例（2）：四足机器人图例（3）：7．其它行走机器人：

爬壁机器人：车轮和脚混合式机器人：其它行走机器人图例：

4.其它移动方式军用昆虫机器人爬缆索机器人水下6000米无缆自治机器人蛇形机器人Classisover.

Bye-bye!第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<p