机器人本体结构.ppt

1、第五章机器人本体的基本结构，本体结构：本体结构和机械传动系统，也是机器人的支撑基础和执行机构。5.1概述，5.1.1机器人本体的基本结构形式1 .机器人本体的基本结构(1)传动部件。(2)机身和行走机构。(3)手臂。(4)手腕。(5)手。机器底座、腰部、大臂、大臂、位置机构、姿态机构，上述操作者的分类是根据位置机构的结构形式来划分的。2.机器人主体的基本结构示例，1个腰部关节、1个肩部关节、1个肘关节、3个腕关节和：个工业机器人运动对的关节。本体基本结构的主要特征如下：(1)开放式运动链：结构刚性不高。(2)相对机架：独立驱动，运动灵活。(3)扭矩变化非常复杂：对刚度、间隙和运动精度要求很高。

2、(4)动态参数(力、刚度、动态性能)随着姿态的变化而变化：容易发生振动或其他不稳定现象。本体的基本结构要求是：1)自重小：提高机器人操作的动态性能；2)高静动态刚度：提高定位精度和跟踪精度；增加机械系统设计的灵活性；减少定位时的超调稳定时间，降低对控制系统的要求和系统成本；3)高固有频率：避开机器人的工作频率有利于系统的稳定性。5.1.2机器人本体材料的选择，1。材料选择的基本要求(1)高强度：以减轻重量。(2)弹性模量大，刚度大。但是用合金钢代替碳结构钢并不能增加硬度。普通碳素结构钢：b=420兆帕，E=2.1105兆帕高合金结构钢：b=2000MPa兆帕，E=2.1105兆帕(3)低密度：

3、轻质。(4)大阻尼：减少稳定时间。(5)经济。二是引进机器人常用材料1碳结构钢和合金结构钢具有良好的强度；e是大的；最广泛使用的。2铝、铝合金等轻合金材料重量轻，弹性模量E小；市盈率仍可与钢铁相比。稀有而昂贵的铝合金：例如，含3.2%(重量百分比)锂的铝合金的弹性模量增加了14，弹性模量/弹性模量比增加了16。3.纤维增强合金的弹性模量很高，但价格昂贵。硼纤维增强铝合金和石墨纤维增强镁合金的e/e比分别达到11.4107和8.9107。4.陶瓷易碎。5.纤维增强复合材料具有高弹性模量、易老化、蠕变、高温热膨胀和金属零件连接困难等特点。重量轻，刚性高，阻尼大。6粘弹性大阻尼材料吉林工业大学和Xi

4、交通大学进行了粘弹性大阻尼材料在柔性机械臂振动控制中的应用实验。结果表明，阻尼处理前机械手重复定位精度为0.30毫米，重复定位精度为0.16毫米；阻尼处理后；阻尼处理前后的剩余振动时间分别为0.9s和0.5s。5.2机身和手臂结构，5.2.1机器人机身结构的基本形式和特点，1。典型的机身结构通常由机器人的总体设计决定。1回转提升机身(1)由油缸驱动，提升油缸在底部，回转油缸在顶部。提升活塞杆的尺寸应加大。(2)驱动油缸，旋转油缸在底部，提升油缸在顶部。旋转油缸的驱动扭矩应设计得更大。(3)链轮驱动机构。转角可以大于360度。链轮驱动实现机身旋转的示意图，2。旋转和俯仰机身，1。计算得到的摩擦力

5、/总重力/垂直提升驱动力的惯性力为：即启动时的总惯性力(n)；是运动部件的总重力(n)。是每个轴承的摩擦力(n)；2.机身驱动力(扭矩)的计算；2.旋转运动驱动扭矩的计算，即总摩擦阻力扭矩(nm)；是旋转运动部件的总惯性矩(nm );3.升降柱下降时不卡(不自锁)条件的计算；3.机身设计中应注意的问题(1)刚度和强度大1.典型的臂机构1臂伸缩机构，4导柱臂伸缩机构1手；2夹紧气缸；3油缸；4导向柱；5运行框架；6个行走轮；7轨道；8个支架和2个手臂俯仰运动机构，通常由摆臂油(气)缸驱动，由铰链连杆机构驱动，实现手臂俯仰。1手；2夹紧气缸；3提升油缸；4件小武器；5、7摆动油缸；6只大胳膊；八柱

6、三臂回转起升机构通常由回转油缸和起升油缸分别驱动，适用于短起升行程小于360；还有使用提升缸和气动马达-伞齿轮传动的结构。第三，臂架设计中应注意的问题有足够的承载能力。高刚性。良好的导向性能。重量轻，转动惯量小。合理设计手腕与机身的连接部位。5.2.3机器人平稳性和手臂平衡方法，1。质量平衡法，如果满足，则总扭矩：弹簧平衡法、3。气动和液压平衡方法气动和液压平衡的原理类似于弹簧平衡的原理。优点3360 1)平衡缸中的压力是恒定的；2)同时，平衡缸的压力易于调节和控制。缺点：1)需要电源和储能，系统复杂；2)电源中断时应采取预防措施。5.3腕部和手部结构，5.3.1机器人腕部结构的基本形式和特点

7、，驱动方式：远程驱动和直接驱动。直接驱动：驱动器安装在腕关节附近，传动路线短，传动刚性好，体积和质量大，惯性大。远程驱动：驱动器安装在机器人手臂、基座或手臂的远端。腕关节由连杆、链条或其他传动机构间接驱动。结构紧凑，尺寸和质量小，但传动设计复杂，传动刚度也降低。滚动和弯曲滚动：可实现360无障碍旋转的关节运动，通常标有r。弯曲：旋转角度一般小于360。转弯通常标有B.手腕根据自由度的多少可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。6种三自由度手腕，2。RRR手腕，1。RRR手腕结构示意图，制造简单，润滑条件好，机械效率高，应用广泛。RRR腕关节远程传输示意图，3。手腕的典型结构。单自由度手

8、腕运动。旋转油缸直接驱动的单自由度腕式结构：2.固定；3腕部旋转轴；4个移动部件；5个手腕，2个由齿轮驱动的两自由度手腕，旋转和俯仰原理的手腕由齿轮驱动，1个手腕；2中轴线；3固定中心轴；4.固定；5摆动旋转油缸；6个移动部件；7旋转轴；8个旋转和摆动两自由度腕关节结构的旋转油缸，3个三自由度腕关节，1)液压直接驱动三自由度腕关节，2)齿轮链轮驱动三自由度腕关节，齿轮链轮驱动三自由度腕关节示意图1油缸；2链轮；3、4个锥齿轮；5、6花键轴t；7个驱动轴。8个腕部框架；9号行星航母；10、11、22和24圆柱齿轮；12、13、14、15、16、17、18、20锥齿轮；19摆动轴；21，23双圆柱

9、齿轮；25传动轴B，5.3.2机械手结构的基本形式和特点，1。机器人手的特点(1)手和手腕之间的关节是可分离的。(2)手是机器人的末端执行器。(3)手的普遍性差。(4)手是一个独立的部分。2.手的分类2)工具1)爪1)根据目的的爪2)夹紧原理3)手指或吸盘数量1)手指可分为两指爪和多指爪。(2)按手指关节可分为单关节手指爪和多关节手指爪。(3)根据吸盘的数量，吸式夹持器可分为单吸式夹持器和多吸式夹持器。柔性手指爪、三指爪、4个智能点(1个普通爪)。这种类型的夹爪没有传感器。(2)智能手爪。这种手爪有一种或多种传感器，如力传感器、触觉传感器和滑动传感器。3.手爪1的设计和选择要求。被抓住的物体1

10、)几何参数(1(5)夹紧面的几何形状。2)机械性能(1)质量。(2)材料。(3)固有稳定性。(4)表面质量和质量。(5)表面状态。(6)工件温度。2.进料器或储存装置3。机器人操作顺序4。手爪和机器人5之间的匹配。环境条件。夹爪1机械夹爪、气动夹爪1扇形齿轮的典型结构；2架；3活塞；4个气缸；5爪钳、V型爪钳、四种爪传动机构、2个磁性吸盘、电磁吸盘结构L型电磁吸盘；2防尘罩；3个线圈；4个外壳，3个真空吸盘，1个电机；2台真空泵；3、4个电磁阀；5个吸盘；6个空气、空气负压吸盘，1个吸盘架；2个腺体；3垫片；4个吸盘；5工件、挤压负压吸盘、工作原理、自适应吸盘、异形吸盘、4真空吸盘新设计、2轴

11、承、2活动关节(1球)、圆柱滚子、滚针按滚动体分类。(2)根据轨道分类，分为圆轴型、平面型和滚道型。(3)根据滚动体是否循环，将其分为循环或非循环。齿轮传动中常用的机器人传动机构、行星齿轮传动机构和谐波传动机构。最佳传动比。Ja是工作臂的惯性矩；Jm是电机的惯性矩。行星齿轮传动，1个刚性轮；2刚性轮齿圈；3输入轴；4谐波发生器；轴线5；6个柔轮；7柔性齿圈，谐波传动，如果刚性轮(圆花键轮)1不旋转，如果柔性轮6静止，1刚性轮；2刚性轮齿圈；3输入轴；4谐波发生器；轴线5；6个柔轮；7柔性齿圈，谐波传动，如果刚性轮(圆花键轮)1不转动，如果柔性轮6静止，谐波传动的优点是：体积小，惯性低；误差均匀

12、分布在多个啮合点上，传动精度高；预紧啮合传动的侧隙很小；多齿啮合传动具有高阻尼特性。谐波传动的缺点：柔轮疲劳；扭转刚度低；振动产生的啮合频率是输入轴速度的2、4和6倍；与行星传动相比，谐波传动具有较小的传动间隙和较轻的重量，但其刚度比行星减速器差。静压谐波发生器的谐波传动，1凸轮；2个柔轮；3个孔，2个螺杆驱动，滚珠丝杠1个螺杆的基本组成；2个螺母；3个球；4个导向槽，1个电机；2条蠕虫；3臂支架；4导螺杆；5蜗轮；6箱体；7花键套、由螺钉和螺母驱动的臂提升机构、3皮带传动和链条传动、4绳索传动和钢带传动、ADEPT机器人、5连杆和凸轮传动、连杆和凸轮机构广泛用于搬运机器人，这些机器人重复完成

13、简单的动作，例如从一个位置抓取物体并将它们放在另一个位置的操作。凸轮机构、连杆机构、六流体传动、液压传动由液压泵、液压马达或液压缸组成，可获得较高的扭矩-惯量比。其他具有气动传动比的传动装置的运动精度较差，但由于其容易达到高速，所以大部分都用于搬运完成简单操作的机器人。模块化和小型化机构易于应用于液压和气动传动。油缸和齿轮齿条臂机构，油缸和齿轮齿条倍增臂机构，1个移动齿条；2档；3个活塞杆，3个传动部件的定位和间隙消除，1个传动部件的定位，1)电气开关的定位，2)机械止动器的定位，结构1节流阀由机械螺栓定位；2张光盘；3个螺栓；4定位油缸；3)伺服定位，2传动部分间隙消除，1、2薄齿轮；3螺杆、消隙齿轮、消隙柔性齿轮5.4.2机器人行走机构的基本结构形式和特点，机器人行走机构是行走机器人的重要执行部件，由驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆和管道等组成。行走机构可分为固定轨道式和非固定轨道式。由丝杠螺母驱动，整个机器人沿丝杠纵向移动。也可采