機(jī)器人本題基本結(jié)構(gòu)課件

1、第第4 4章章 機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu) 機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)指其機(jī)體結(jié)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，也是機(jī)器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本章以工業(yè)機(jī)器人為主要對(duì)象，介紹機(jī)器人本體主要組成部分的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式。4.1 4.1 概概 述述機(jī)器人本體是機(jī)器人的重要部分，所有的計(jì)算、分析和編程最終要通過(guò)本體的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作完成特定的任務(wù)。機(jī)器人本體各部分的基本結(jié)構(gòu)、材料的選擇將直接影響整體性能。4.1.1 4.1.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)形式機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)形式一、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)一、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體主要包括:(1) 傳動(dòng)部件；(2) 機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)；(3) 臂部；(4) 腕部；(5) 手部。

2、二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)的舉例（二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)的舉例（關(guān)節(jié)型機(jī)器人）關(guān)節(jié)型機(jī)器人的主要特點(diǎn)是模仿人類腰部到手臂的基本結(jié)構(gòu)，因此本體結(jié)構(gòu)通常包括機(jī)器人的機(jī)座結(jié)構(gòu)及腰部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、大臂結(jié)構(gòu)及大臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、小臂結(jié)構(gòu)及小臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、手腕結(jié)構(gòu)及手腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和末端執(zhí)行器。目前，可以像人一樣行走的關(guān)節(jié)型機(jī)器人已經(jīng)取得成功，并正向具有高級(jí)智能的方向拓展。進(jìn)行機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和其他相關(guān)分析時(shí)，一般將機(jī)器人簡(jiǎn)化成由連桿、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器首尾相接，通過(guò)關(guān)節(jié)相連而構(gòu)成的一個(gè)開式連桿系。在連桿系的開端安裝有末端執(zhí)行器。末端執(zhí)行器是機(jī)器人直接參與工作的部分。手部可以是各種夾持器，也可以是各種

3、工具，如焊槍、噴頭等。操作時(shí)，往往要求手部不僅能到達(dá)指定的位置，而且要有正確的姿態(tài)。組成機(jī)器人的連桿和關(guān)節(jié)按功能可以分成兩類，一類是組成手臂的長(zhǎng)連桿，也稱臂桿，其產(chǎn)生主運(yùn)動(dòng)，是機(jī)器人的位置機(jī)構(gòu)；另一類是組成手腕的短連桿，它實(shí)際上是一組位于臂桿端部的關(guān)節(jié)組，是機(jī)器人的姿態(tài)機(jī)構(gòu)，確定了手部執(zhí)行器在空間的方向。機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要可歸納為以下四點(diǎn)：(1) 一般可以簡(jiǎn)化成各連桿首尾相接、末端無(wú)約束的開式連桿系，連桿系末端自由且無(wú)支承，這決定了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)剛度不高，并隨連桿系在空間位姿的變化而變化。(2) 開式連桿系中的每根連桿都具有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器，屬于主動(dòng)連桿系，連桿的運(yùn)動(dòng)各自獨(dú)立，不同連桿的運(yùn)

4、動(dòng)之間沒有依從關(guān)系，運(yùn)動(dòng)靈活。(3) 連桿驅(qū)動(dòng)扭矩的瞬態(tài)過(guò)程在時(shí)域中的變化非常復(fù)雜，且和執(zhí)行器反饋信號(hào)有關(guān)。連桿的驅(qū)動(dòng)屬于伺服控制型，因而對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度、間隙和運(yùn)動(dòng)精度都有較高的要求。(4) 連桿系的受力狀態(tài)、剛度條件和動(dòng)態(tài)性能都是隨位姿的變化而變化的，因此，極容易發(fā)生振動(dòng)或出現(xiàn)其他不穩(wěn)定現(xiàn)象。綜合可見，合理的機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)使其機(jī)械系統(tǒng)的工作負(fù)載與自重的比值盡可能大，結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)剛度盡可能高，并盡量提高系統(tǒng)的固有頻率和改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。臂桿質(zhì)量?。河欣诟纳茩C(jī)器人操作的動(dòng)態(tài)性能。結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)剛度高： 1.有利于提高手臂端點(diǎn)的定位精度和對(duì)編程軌跡的跟蹤精度; 2.可降低對(duì)控制系統(tǒng)的要

5、求和系統(tǒng)造價(jià); 3.可增加機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。提高機(jī)器人結(jié)構(gòu)固有頻率:可避開機(jī)器人的工作頻率，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。（通常機(jī)器人的低階固有頻率為525Hz，以中等速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，輸入信號(hào)的脈沖延續(xù)時(shí)間約在0.051s，振蕩頻率相當(dāng)于在120Hz，因而機(jī)械系統(tǒng)可能會(huì)因此激發(fā)振蕩。運(yùn)動(dòng)速度變化時(shí)振蕩的振幅和衰減時(shí)間是衡量機(jī)器人動(dòng)力學(xué)性能好壞的重要指標(biāo)。動(dòng)態(tài)剛度高可以減小定位時(shí)的超調(diào)量，縮短達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間，從而提高機(jī)器人的使用性能。）4.1.2 4.1.2 機(jī)器人本體材料的選擇機(jī)器人本體材料的選擇選擇機(jī)器人本體材料應(yīng)從機(jī)器人的性能要求出發(fā)，滿足機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作要求。機(jī)器人本體用來(lái)支承、連接、固定機(jī)器

6、人的各部分，當(dāng)然也包括機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)部分，這一點(diǎn)與一般機(jī)械結(jié)構(gòu)的特性相同。機(jī)器人本體所用的材料也是結(jié)構(gòu)材料。但另一方面，機(jī)器人本體又不單是固定結(jié)構(gòu)件，所以，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部分的材料質(zhì)量應(yīng)輕。精密機(jī)器人對(duì)于機(jī)器人的剛度有一定的要求，即對(duì)材料的剛度有要求。剛度設(shè)計(jì)時(shí)要考慮靜剛度和動(dòng)剛度，即要考慮振動(dòng)問(wèn)題。從材料角度看，控制振動(dòng)涉及減輕重量和抑制振動(dòng)兩方面，其本質(zhì)就是材料內(nèi)部的能量損耗和剛度問(wèn)題，它與材料的抗振性緊密相關(guān)。另外，機(jī)器人材料應(yīng)具備柔軟和外表美觀等特點(diǎn)。總之，正確選用結(jié)構(gòu)件材料不僅可降低機(jī)器人的成本價(jià)格，更重要的是可適應(yīng)機(jī)器人的高速化、高載荷化及高精度化，滿足其靜力學(xué)及動(dòng)力學(xué)特性要求。一、材料

7、選擇的基本要求一、材料選擇的基本要求機(jī)器人結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性是材料選擇的出發(fā)點(diǎn)。(1) 強(qiáng)度高。高強(qiáng)度材料不僅能滿足機(jī)器人臂的強(qiáng)度條件，而且可望減少臂桿的截面尺寸，減輕重量。(2) 彈性模量大。構(gòu)件剛度與材料的彈性模量E、G有關(guān)。彈性模量越大，變形量越小，剛度越大。(3) 重量輕。機(jī)器人手臂構(gòu)件中產(chǎn)生的變形很大程度上是由慣性力引起的，與構(gòu)件的質(zhì)量有關(guān)。為了提高構(gòu)件剛度應(yīng)選用彈性模量E大且低密度的材料。(4) 阻尼大。機(jī)器人臂經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)后，要求能平穩(wěn)地停下來(lái)?？墒窃诮K止運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生慣性力和慣性力矩，構(gòu)件自身又具有彈性，因而會(huì)產(chǎn)生殘余振動(dòng)。從提高定位精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性來(lái)考慮，應(yīng)采用大阻尼材料或采

8、取增加構(gòu)件阻尼的措施來(lái)吸收能量。(5) 材料經(jīng)濟(jì)性。材料價(jià)格是機(jī)器人成本價(jià)格的重要組成部分。二、機(jī)器人常用材料簡(jiǎn)介二、機(jī)器人常用材料簡(jiǎn)介1碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼這類材料強(qiáng)度好，彈性模量E大，抗變形能力強(qiáng)，是應(yīng)用最廣泛的材料。2鋁、鋁合金及其他輕合金材料這類材料重量輕，彈性模量E并不大，但是材料密度小，故E/之比仍可與鋼材相比。3纖維增強(qiáng)合金這種纖維增強(qiáng)金屬材料具有非常高的E/比，而且沒有無(wú)機(jī)復(fù)合材料的缺點(diǎn)，但價(jià)格昂貴。4陶瓷陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，不易加工成具有長(zhǎng)孔的連桿，與金屬零件連接的接合部需特殊設(shè)計(jì)。5纖維增強(qiáng)復(fù)合材料這類材料具有極好的E/比，而且具有大阻尼的優(yōu)點(diǎn)，但存在老化

9、、蠕變、高溫?zé)崤蛎浺约芭c金屬件連接困難等問(wèn)題。6粘彈性大阻尼材料增大機(jī)器人連桿件的阻尼是改善機(jī)器人動(dòng)態(tài)特性的有效方法。目前最適合機(jī)器人采用的一種方法是用粘彈性大阻尼材料對(duì)原構(gòu)件進(jìn)行約束層阻尼處理。4.2 4.2 機(jī)身及臂部結(jié)構(gòu)機(jī)身及臂部結(jié)構(gòu) 機(jī)器人必須有一個(gè)便于安裝的基礎(chǔ)件機(jī)座或行走機(jī)構(gòu)。機(jī)座往往與機(jī)身做成一體。機(jī)身和臂部相連，機(jī)身支承臂部，臂部又支承腕部和手部。另外，機(jī)身和臂部運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性也是應(yīng)重點(diǎn)注意的問(wèn)題。4.2.1 4.2.1 機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人機(jī)身(或稱立柱)是支承臂部及手部的部件。一、機(jī)身的典型結(jié)構(gòu)一、機(jī)身的典型結(jié)構(gòu)機(jī)身結(jié)構(gòu)一般由機(jī)器

10、人總體設(shè)計(jì)確定。比如，圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人把回轉(zhuǎn)與升降這兩個(gè)自由度歸屬于機(jī)身；球坐標(biāo)型機(jī)器人把回轉(zhuǎn)與俯仰這兩個(gè)自由度歸屬于機(jī)身；關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人把回轉(zhuǎn)自由度歸屬于機(jī)身；直角坐標(biāo)型機(jī)器人有時(shí)把升降(Z軸)或水平移動(dòng)(X軸)自由度歸屬于機(jī)身。現(xiàn)介紹回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身和回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身。1回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身(1) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)，升降油缸在下，回轉(zhuǎn)油缸在上。因擺動(dòng)油缸安置在升降活塞桿的上方，故活塞桿的尺寸要加大。(2) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)油缸在下，升降油缸在上，相比之下，回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動(dòng)力矩要設(shè)計(jì)得大一些。(3) 鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。鏈條鏈輪傳動(dòng)是將鏈條的直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)殒溳喌幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它的回轉(zhuǎn)角度可大

11、于360。圖4.1 鏈條鏈輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)身回轉(zhuǎn)的原理圖2回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身 機(jī)器人手臂的俯仰運(yùn)動(dòng)一般采用活塞油(氣)缸與連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。手臂俯仰運(yùn)動(dòng)用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞桿和手臂用鉸鏈連接，缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方式與立柱連接，如圖4.2所示。此外有時(shí)也采用無(wú)桿活塞缸驅(qū)動(dòng)齒條齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手臂的俯仰運(yùn)動(dòng)。圖4.2 回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身二、機(jī)身驅(qū)動(dòng)力二、機(jī)身驅(qū)動(dòng)力( (力矩力矩) )計(jì)算計(jì)算1垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦力之外，還要克服機(jī)身自身運(yùn)動(dòng)部件的重力和其支承的手臂、手腕、手部及工件的總重力以及升降運(yùn)動(dòng)的全部部件慣性力，故其驅(qū)動(dòng)力P Pq可按下式計(jì)算：qmgPF

12、FW式中：F Fm為各支承處的摩擦力(N)；F Fg為啟動(dòng)時(shí)的總慣性力(N)； W W為運(yùn)動(dòng)部件的總重力(N)；對(duì)于式中的正、負(fù)號(hào)，上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。2回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩只包括兩項(xiàng)：回轉(zhuǎn)部件的摩擦總力矩和機(jī)身自身運(yùn)動(dòng)部件和其支承的手臂、手腕、手部及工件的總慣性力矩，故驅(qū)動(dòng)力矩MqMq 可按下式計(jì)算：qmgMMM而0gMJt式中：為升速或制動(dòng)過(guò)程中的角速度增量(rad/s)；t為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)升速過(guò)程或制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間(s)；J0為全部回轉(zhuǎn)零部件對(duì)機(jī)身回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)。3升降立柱下降不卡死(不自鎖)的條件計(jì)算偏重力矩是指臂部全部零部件與工件的總重量對(duì)機(jī)身回轉(zhuǎn)軸的靜力

13、矩。當(dāng)手臂懸伸為最大行程時(shí)，其偏重力矩為最大。故偏重力矩應(yīng)按懸伸最大行程且最大抓重時(shí)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)靜力學(xué)原理可求出手臂總重量的重心位置距機(jī)身立柱軸的距離L，亦稱做偏重力臂，如圖4.3所示。圖4.3 機(jī)器人手臂的偏重力矩偏重力臂的大小為iiiG LLG偏重力矩為MWL手臂在總重量W的作用下有一個(gè)偏重力矩，而立柱支承導(dǎo)套中有阻止手臂傾斜的力矩，顯然偏重力矩對(duì)升降運(yùn)動(dòng)的靈活性有很大影響。如果偏重力矩過(guò)大，使支承導(dǎo)套與立柱之間的摩擦力過(guò)大，出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，此時(shí)必須增大升降驅(qū)動(dòng)力，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)龐大。如果依靠自重下降，立柱可能卡死在導(dǎo)套內(nèi)而不能作下降運(yùn)動(dòng)，這就是自鎖。故必須根據(jù)偏重力矩的大小決

14、定立柱導(dǎo)套的長(zhǎng)短。根據(jù)升降立柱的平衡條件可知1NF hWL12LFNFNWh要使升降立柱在導(dǎo)套內(nèi)下降自由，臂部總重量W必須大于導(dǎo)套與立柱之間的摩擦力F Fm1及F Fm2，因此升降立柱依靠自重下降而不引起卡死的條件為12122mmNLWFFFfWfh即2hfL式中：h為導(dǎo)套的長(zhǎng)度(m)；f為導(dǎo)套與立柱之間的摩擦系數(shù)，f=0.0150.1，一般取較大值；L為偏重力臂(m)。 假如立柱升降都是依靠驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行的，則不存在立柱自鎖(卡死)條件，升降驅(qū)動(dòng)力計(jì)算中摩擦阻力按上式計(jì)算。三、機(jī)身設(shè)計(jì)要注意的問(wèn)題三、機(jī)身設(shè)計(jì)要注意的問(wèn)題(1) 剛度和強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好。(2) 運(yùn)動(dòng)靈活，導(dǎo)套不宜過(guò)短，避免卡死。(

15、3) 驅(qū)動(dòng)方式適宜。(4) 結(jié)構(gòu)布置合理。4.2.2 4.2.2 機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人的手臂由大臂、小臂(或多臂)所組成。手臂的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)幾種形式，其中電動(dòng)形式最為通用。 一、臂部的典型機(jī)構(gòu)一、臂部的典型機(jī)構(gòu)1臂部伸縮機(jī)構(gòu)行程小時(shí)，采用油(氣)缸直接驅(qū)動(dòng)；行程較大時(shí)，可采用油(氣)缸驅(qū)動(dòng)齒條傳動(dòng)的倍增機(jī)構(gòu)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可采用絲杠螺母或滾珠絲杠傳動(dòng)。為了增加手臂的剛性，防止手臂在伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生變形，臂部伸縮機(jī)構(gòu)需設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。常用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿

16、等，可根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素選取。圖4.4所示為采用四根導(dǎo)向柱的臂部伸縮結(jié)構(gòu)。手臂的垂直伸縮運(yùn)動(dòng)由油缸3驅(qū)動(dòng)，其特點(diǎn)是行程長(zhǎng)，抓重大。工件形狀不規(guī)則時(shí)，為了防止產(chǎn)生較大的偏重力矩，可采用四根導(dǎo)向柱。這種結(jié)構(gòu)多用于箱體加工線上。圖4.4 四導(dǎo)向柱式臂部伸縮機(jī)構(gòu)1手部；2夾緊缸；3油缸；4導(dǎo)向柱；5運(yùn)行架；6行走車輪；7軌道；8支座2手臂俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常采用擺臂油(氣)缸驅(qū)動(dòng)、鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的俯仰，如圖4.5所示。3手臂回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)手臂回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，適用于升降行程短而回轉(zhuǎn)角度小于360的情況，也有采用升降缸與氣動(dòng)馬達(dá)-錐齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。圖4.5 擺動(dòng)油

17、缸驅(qū)動(dòng)連桿俯仰臂機(jī)構(gòu)1手部；2夾緊缸；3升降缸；4小臂；2、5、7擺動(dòng)油缸；6大臂；8立柱二、機(jī)器人手臂材料的選擇二、機(jī)器人手臂材料的選擇 機(jī)器人手臂材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來(lái)選擇。機(jī)器人手臂材料首先應(yīng)是結(jié)構(gòu)材料。手臂承受載荷時(shí)不應(yīng)有變形和斷裂。從力學(xué)角度看，即要具有一定的強(qiáng)度。手臂材料應(yīng)選擇高強(qiáng)度材料，如鋼、鑄鐵、合金鋼等。另一方面，機(jī)器人手臂是運(yùn)動(dòng)的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕，它應(yīng)是輕型材料。而手臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這將大大降低它的運(yùn)動(dòng)精度。因此，選擇材料時(shí)，需要對(duì)質(zhì)量、剛度、阻尼進(jìn)行綜合考慮，以便有效地提高手臂的動(dòng)態(tài)性能。綜合而言，應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度大而密度小的

18、材料制作手臂。三、臂部設(shè)計(jì)需注意的問(wèn)題三、臂部設(shè)計(jì)需注意的問(wèn)題(1) 承載能力足。要考慮抓取物體的重量和運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷。(2) 剛度高。為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，應(yīng)合理選擇手臂的截面形狀。常用鋼管制作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼制作支承板。(3) 導(dǎo)向性能好，動(dòng)作迅速、靈活、平穩(wěn)，定位精度高。(4) 重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。(5) 合理設(shè)計(jì)與腕和機(jī)身的連接部位。臂部安裝形式和位置不僅關(guān)系到機(jī)器人的強(qiáng)度、剛度和承載能力，而且還直接影響機(jī)器人的外觀。4.2.3 4.2.3 機(jī)器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法機(jī)

19、器人的平穩(wěn)性和臂桿平衡方法機(jī)身和臂部的運(yùn)動(dòng)較多，質(zhì)量較大，如果運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載又較大，當(dāng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)，將產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。為了提高工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取有效的緩沖裝置吸收能量。一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1) 要求機(jī)身和臂部運(yùn)動(dòng)部件緊湊，質(zhì)量輕，以減少慣性力。(2) 運(yùn)動(dòng)部件各部分的質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)軸或支承的分布情況，即重心的布置。盡量重心與轉(zhuǎn)軸重合。臂桿作為主要的運(yùn)動(dòng)部件需要重點(diǎn)考慮。為了減小驅(qū)動(dòng)力矩和增加運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，大、小臂桿一般都需要進(jìn)行動(dòng)力平衡。從機(jī)械驅(qū)動(dòng)的合理性和安全性角度出發(fā)，機(jī)器人臂桿的平衡還有助于在動(dòng)力被突然切斷時(shí)降低對(duì)剎車裝置的要求。常見操作機(jī)臂桿的平衡技術(shù)有四種，即質(zhì)量平衡法、彈簧平

20、衡法、氣動(dòng)或液壓平衡法和采用平衡電動(dòng)機(jī)。一、質(zhì)量平衡方法一、質(zhì)量平衡方法臂桿質(zhì)量平衡的原理是合理地分布臂桿質(zhì)量，使臂桿重心盡可能落在支點(diǎn)上，必要時(shí)甚至采用在適當(dāng)位置配置平衡質(zhì)量(即配重)的方法，使臂桿的重心落在支點(diǎn)上。在關(guān)節(jié)型機(jī)器人的應(yīng)用中，由于小臂桿質(zhì)量對(duì)驅(qū)動(dòng)扭矩的不利影響更大，因而在小臂桿上使用平衡技術(shù)更為普遍；對(duì)于大臂臂桿，主要使用彈簧力或其他可控力，如氣、液、電力等進(jìn)行平衡。圖4.6所示為一種在質(zhì)量平衡技術(shù)中最經(jīng)常使用的平行四邊形平衡機(jī)構(gòu)。圖4.6 機(jī)器人平行四邊形平衡機(jī)構(gòu)只要滿足3332223332m O Gm O Gm O GSVO Vmm就能保證0M 使平行四邊形機(jī)構(gòu)處于平衡狀態(tài)

21、。這說(shuō)明該平衡系統(tǒng)在機(jī)械臂的任何構(gòu)形下都是平衡的。二、彈簧平衡方法二、彈簧平衡方法彈簧平衡一般可以使用長(zhǎng)彈簧。如圖4.7所示，在工作位置上彈簧力產(chǎn)生的平衡力矩M M0 為圖4.7 彈簧平衡原理01sinMFr22sin 90cossinorrll0Fk ll由得01 20()cosk ll rrMl實(shí)際應(yīng)用時(shí)彈簧的剛度很難完全滿足要求的條件，此時(shí)，可通過(guò)適當(dāng)改變彈簧的長(zhǎng)度和剛度加以修正。三、氣動(dòng)和液壓平衡方法三、氣動(dòng)和液壓平衡方法氣動(dòng)和液壓平衡的原理和彈簧平衡的原理很相似。優(yōu)點(diǎn)：a.平衡缸中的壓力是恒定的，不會(huì)隨臂桿的位置變化而變化；b. 平衡缸的壓力很容易得到調(diào)節(jié)和控制，有利于提高整個(gè)機(jī)器人

22、的動(dòng)態(tài)性能。缺點(diǎn):需要?jiǎng)恿υ春蛢?chǔ)能器，因而系統(tǒng)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)比較龐大；而且設(shè)計(jì)時(shí)如果采用這種方案，需考慮動(dòng)力源一旦中斷時(shí)(如手臂會(huì)因自重下滑等)的防范措施，以免發(fā)生事故。4.3 4.3 腕部及手部結(jié)構(gòu)腕部及手部結(jié)構(gòu)機(jī)器人的手部作為末端執(zhí)行器是完成抓握工件或執(zhí)行特定作業(yè)的重要部件，需要有多種結(jié)構(gòu)。腕部是臂部與手部的連接部件，起支承手部和改變手部姿態(tài)的作用。目前，RRR型三自由度手腕應(yīng)用較普遍。4.3.1 4.3.1 機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)腕部是機(jī)器人的小臂與末端執(zhí)行器之間的連接部件，其作用是利用自身的活動(dòng)度確定手部的空間姿態(tài)。從驅(qū)動(dòng)方式看，手腕一般有兩種形式

23、:直接驅(qū)動(dòng)是指驅(qū)動(dòng)器安裝在手腕運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的附近直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，因而傳動(dòng)路線短，傳動(dòng)剛度好，但腕部的尺寸和質(zhì)量大，慣量大。遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器安裝在機(jī)器人的大臂、基座或小臂遠(yuǎn)端上，通過(guò)連桿、鏈條或其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間接驅(qū)動(dòng)腕部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，因而手腕的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸和質(zhì)量小，對(duì)改善機(jī)器人的整體動(dòng)態(tài)性能有好處，但傳動(dòng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，傳動(dòng)剛度也降低了。按轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)的不同，用于手腕關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)又可細(xì)分為:滾轉(zhuǎn)是能實(shí)現(xiàn)360無(wú)障礙旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，通常用R來(lái)標(biāo)記。 彎轉(zhuǎn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度一般小于360。通常用B來(lái)標(biāo)記。一、腕部的自由度一、腕部的自由度機(jī)器人一般具有六個(gè)自由度才能使手部達(dá)到目標(biāo)位置和處于期望的姿態(tài)。為了使手部能處于空間任意

24、方向，要求腕部能實(shí)現(xiàn)對(duì)空間三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z的轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有翻轉(zhuǎn)、俯仰和偏轉(zhuǎn)三個(gè)自由度，如圖4.9所示。圖4.9 手腕的坐標(biāo)系和自由度圖4.10 三自由度手腕的6種結(jié)合方式示意圖。手腕按自由度個(gè)數(shù)可分為單自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。三自由度手腕能使手部取得空間任意姿態(tài)。二、設(shè)計(jì)腕部時(shí)一般應(yīng)注意的問(wèn)題二、設(shè)計(jì)腕部時(shí)一般應(yīng)注意的問(wèn)題(1) 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。(2) 動(dòng)作靈活、平穩(wěn)，定位精度高。(3) 強(qiáng)度、剛度高。(4) 合理設(shè)計(jì)與臂和手部的連接部位以及傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置的布局和安裝。4.3.2 4.3.2 機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)一、機(jī)器人手部的特點(diǎn)

25、一、機(jī)器人手部的特點(diǎn)(1) 手部與手腕相連處可拆卸。(2) 手部是機(jī)器人末端執(zhí)行器。(3) 手部的通用性比較差。(4) 手部是一個(gè)獨(dú)立的部件。二、手部的分類二、手部的分類1按用途分1) 手爪手爪具有一定的通用性，它的主要功能是：抓住工件，握持工件，釋放工件。2) 工具工具是進(jìn)行某種作業(yè)的專用工具，如噴漆槍、焊具等。 圖4.18 平面鉗爪夾持圓柱工件 圖4.19 專用工具(噴漆槍、焊具)2按夾持原理分3按手指或吸盤數(shù)目分(1) 按手指數(shù)目可分為二指手爪及多指手爪。(2) 按手指關(guān)節(jié)可分為單關(guān)節(jié)手指手爪及多關(guān)節(jié)手指手爪。(3) 吸盤式手爪按吸盤數(shù)目可分為單吸盤式手爪及多吸盤式手爪。圖4.21 三指

26、手爪 圖4.22 柔性手指手爪4按智能化分(1) 普通式手爪。這類手爪不具備傳感器。(2) 智能化手爪。這類手爪具備一種或多種傳感器，如力傳感器、觸覺傳感器及滑覺傳感器等，手爪與傳感器集成成為智能化手爪。三、手爪設(shè)計(jì)和選用的要求三、手爪設(shè)計(jì)和選用的要求1被抓握的對(duì)象物 1) 幾何參數(shù) 2) 機(jī)械特性2物料饋送器或儲(chǔ)存裝置3機(jī)器人作業(yè)順序4手爪和機(jī)器人匹配 1）接口匹配。 2)承載能力匹配。5環(huán)境條件4.4 4.4 傳動(dòng)及行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)及行走機(jī)構(gòu)機(jī)器人是運(yùn)動(dòng)的，各個(gè)部位都需要能源和動(dòng)力，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)把驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)傳遞到關(guān)節(jié)和動(dòng)作部位，因此設(shè)計(jì)和選擇良好的傳動(dòng)部件是非常重要的。這涉及關(guān)節(jié)形式的確定、

27、傳動(dòng)方式以及傳動(dòng)部件的定位和消隙等多個(gè)方面的內(nèi)容。4.4.1 4.4.1 機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)圖4.33 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的形式一、關(guān)節(jié)一、關(guān)節(jié)1轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)由回轉(zhuǎn)軸、軸承和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。1）轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的形式2）軸承機(jī)器人中軸承起著相當(dāng)重要的作用，用于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的軸承有多種形式，球軸承是機(jī)器人和機(jī)械手結(jié)構(gòu)中最常用的軸承。球軸承能承受徑向和軸向載荷，摩擦較小，對(duì)軸和軸承座的剛度不敏感。圖4.34 基本耐磨球軸承2移動(dòng)關(guān)節(jié)移動(dòng)關(guān)節(jié)由直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和在整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)起直線導(dǎo)向作用的直線導(dǎo)軌部分組成。導(dǎo)軌部分分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和磁性懸浮導(dǎo)軌等形式。一般，

28、要求機(jī)器人導(dǎo)軌間隙小或能消除間隙；在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上要求剛度高，摩擦系數(shù)小且不隨速度變化，并且有高阻尼、小尺寸和小慣量。通常，由于機(jī)器人在速度和精度方面的要求很高，故一般采用結(jié)構(gòu)緊湊且價(jià)格低廉的滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌可以按直線導(dǎo)軌的種類、軌道形狀和滾動(dòng)體分為:(1) 按滾動(dòng)體分類球、圓柱滾子和滾針。(2) 按軌道分類圓軸式、平面式和滾道式。(3) 按滾動(dòng)體是否循環(huán)分類循環(huán)式、非循環(huán)式。二、機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)二、機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)、流體傳動(dòng)和連桿機(jī)構(gòu)與凸輪傳動(dòng)。1齒輪傳動(dòng)機(jī)器人中常用的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主要完成速度和力矩的

29、變換與調(diào)節(jié)。電動(dòng)機(jī)是高轉(zhuǎn)速、小力矩的驅(qū)動(dòng)器，而機(jī)器人常要求低轉(zhuǎn)速、大力矩。1) 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)行星齒輪傳動(dòng)尺寸小，慣量低；一級(jí)傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊；載荷分布在若干個(gè)行星齒輪上，內(nèi)齒輪也具有較高的承載能力。圖4.35 行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2) 諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)諧波傳動(dòng)在運(yùn)動(dòng)學(xué)上是一種具有柔性齒圈的行星傳動(dòng)，諧波發(fā)生器是在橢圓型凸輪的外周嵌入薄壁軸承制成的部件。軸承內(nèi)圈固定在凸輪上，外圈依靠鋼球發(fā)生彈性變形，一般與輸入軸相連。柔輪是杯狀薄壁金屬?gòu)椥泽w，杯口外圓切有齒，底部稱為柔輪底，用來(lái)與輸出軸相連。剛輪內(nèi)圓有很多齒，齒數(shù)比柔輪多兩個(gè)，一般固定在殼體。輸入軸為3，如果剛輪1固定，則軸5為輸出軸；如果軸

30、5固定，則剛輪1的軸為輸出軸。圖4.36所示是諧波傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。諧波傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)： 尺寸小，慣量低； 因?yàn)檎`差均布在多個(gè)嚙合點(diǎn)上，傳動(dòng)精度高； 因?yàn)闉榧宇A(yù)載嚙合，傳動(dòng)側(cè)隙非常小； 因?yàn)闉槎帻X嚙合，傳動(dòng)具有高阻尼特性。諧波傳動(dòng)的缺點(diǎn)： 柔輪的疲勞問(wèn)題； 扭轉(zhuǎn)剛度低； 以2、4、6倍輸入軸速度的嚙合頻率產(chǎn)生振動(dòng)； 諧波傳動(dòng)與行星傳動(dòng)相比具有較小的傳動(dòng)間隙和較輕的重量，但是剛度比行星減速器差。2絲杠傳動(dòng) 絲杠傳動(dòng)有滑動(dòng)式、滾珠式和靜壓式等。機(jī)器人傳動(dòng)用的絲杠具備結(jié)構(gòu)緊湊，間隙小和傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)?；瑒?dòng)式絲杠螺母機(jī)構(gòu)是連續(xù)的面接觸，傳動(dòng)中不會(huì)產(chǎn)生沖擊，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲，并且能自鎖。因絲杠的螺旋升角較小

31、，所以用較小的驅(qū)動(dòng)力矩可獲得較大的牽引力。但是，絲杠螺母螺旋面之間的摩擦為滑動(dòng)摩擦，故傳動(dòng)效率低。滾珠絲杠傳動(dòng)效率高，而且傳動(dòng)精度和定位精度均很高，傳動(dòng)時(shí)靈敏度和平穩(wěn)性亦很好。由于磨損小，滾珠絲桿的使用壽命比較長(zhǎng)，但成本較高。圖4.38 滾珠絲杠的基本組成1絲杠；2螺母；3滾珠；4導(dǎo)向槽圖4.39 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的手臂升降機(jī)構(gòu)1電動(dòng)機(jī)；2蝸桿；3臂架；4絲杠；5蝸輪；6箱體；7花鍵套3帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)用于傳遞平行軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人中的帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)分別通過(guò)帶輪或鏈輪傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有時(shí)還用來(lái)驅(qū)動(dòng)平行軸之間的小齒輪。1)同步帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)屬于低慣性傳動(dòng)

32、，適合于在電動(dòng)機(jī)和高速比減速器之間使用。同步帶上安裝滑座可完成與齒輪齒條機(jī)構(gòu)同樣的功能。由于同步帶傳動(dòng)慣性小，且有一定的剛度，所以適合于高速運(yùn)動(dòng)的輕型滑座。圖4.40 同步帶形狀2) 滾子鏈傳動(dòng)滾子鏈傳動(dòng)屬于比較完善的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于噪聲小，效率高，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但是，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)滾子與鏈輪之間的碰撞會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲和振動(dòng)，只有在低速時(shí)才能得到滿意的效果，即滾子鏈傳動(dòng)適合于低慣性負(fù)載的關(guān)節(jié)傳動(dòng)。鏈輪齒數(shù)少，摩擦力會(huì)增加，要得到平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，鏈輪的齒數(shù)應(yīng)大于17，并盡量采用奇數(shù)齒。4繩傳動(dòng)與鋼帶傳動(dòng)1) 繩傳動(dòng)繩傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的手爪開合傳動(dòng)，適合有限行程的運(yùn)動(dòng)傳遞。優(yōu)點(diǎn)：鋼絲繩強(qiáng)度大，各方

33、向上的柔軟性好，尺寸小，預(yù)載后有可能消除傳動(dòng)間隙。缺點(diǎn)：不加預(yù)載時(shí)存在傳動(dòng)間隙；因?yàn)槔K索的蠕變和索夾的松弛使傳動(dòng)不穩(wěn)定；多層纏繞后，在內(nèi)層繩索及支承中損耗能量；效率低；易積塵垢。2) 鋼帶傳動(dòng) 鋼帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比精確，傳動(dòng)件質(zhì)量小，慣量小，傳動(dòng)參數(shù)穩(wěn)定，柔性好，不需潤(rùn)滑，強(qiáng)度高。5桿、連桿與凸輪傳動(dòng)重復(fù)完成簡(jiǎn)單動(dòng)作的搬運(yùn)機(jī)器人中廣泛采用桿、連桿與凸輪機(jī)構(gòu)，例如，從某位置抓取物體放在另一位置上的作業(yè)。連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是用簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)可得到較大的位移，而凸輪機(jī)構(gòu)具有設(shè)計(jì)靈活，可靠性高和形式多樣等特點(diǎn)，外凸輪機(jī)構(gòu)是最常見的機(jī)構(gòu)，它借助于彈簧可得到較好的高速性能；內(nèi)凸輪驅(qū)動(dòng)時(shí)要求有一定的間隙，其高速性

34、能劣于前者；圓柱凸輪用于驅(qū)動(dòng)擺桿，而擺桿在與凸輪回轉(zhuǎn)方向平行的面內(nèi)擺動(dòng)。設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選用適應(yīng)大負(fù)載的凸輪曲線(修正梯形和修正正弦曲線等) 。圖4.43 凸輪機(jī)構(gòu)圖4.44 連桿機(jī)構(gòu)6流體傳動(dòng)流體傳動(dòng)分為液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)由液壓泵、液壓馬達(dá)或液壓缸組成，可得到高扭矩-慣性比。氣壓傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)精度差，但易達(dá)到高速，多數(shù)用在完成簡(jiǎn)易作業(yè)的搬運(yùn)機(jī)器人上。圖4.45 油缸和齒輪齒條手臂機(jī)構(gòu)圖4.46 氣缸和齒輪齒條增倍手臂機(jī)構(gòu)1運(yùn)動(dòng)齒條；2齒輪；3活塞桿三、傳動(dòng)件的定位和消隙三、傳動(dòng)件的定位和消隙1傳動(dòng)件的定位機(jī)器人的重復(fù)定位精度要求較高，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求選擇適當(dāng)?shù)亩ㄎ环椒?。目前常用的?/p>

35、位方法有電氣開關(guān)定位、機(jī)械擋塊定位和伺服定位。1) 電氣開關(guān)定位電氣開關(guān)定位是利用電氣開關(guān)作行程檢測(cè)元件。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行到定位點(diǎn)時(shí)，行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，切斷動(dòng)力源或接通制動(dòng)器，從而使機(jī)械手獲得定位。液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手運(yùn)行至定位點(diǎn)時(shí)，行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，電控系統(tǒng)使電磁換向閥關(guān)閉油路而實(shí)現(xiàn)定位。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手需要定位時(shí)，行程開關(guān)發(fā)信號(hào)，電氣系統(tǒng)激勵(lì)電磁制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)而定位。使用電氣開關(guān)定位的機(jī)械手，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便，但由于受慣性力、油溫波動(dòng)和電控系統(tǒng)誤差等因素的影響，其重復(fù)定位精度比較低，一般為(35) mm。2) 機(jī)械擋塊定位機(jī)械擋塊定位是在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊，當(dāng)機(jī)械手減速運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)

36、時(shí)，緊靠擋塊而定位。若定位前緩沖較好，定位時(shí)驅(qū)動(dòng)壓力未撤除，在驅(qū)動(dòng)壓力作用下將運(yùn)動(dòng)件壓在機(jī)械擋塊上，或驅(qū)動(dòng)壓力將活塞壓靠在缸蓋上就能達(dá)到較高的定位精度，最高可達(dá)0.02mm。若定位時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)油路，去掉驅(qū)動(dòng)壓力，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)件不能緊靠在機(jī)械擋塊上，定位精度就會(huì)減低，其減低的程度與定位前的緩沖效果和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)剛性等因素有關(guān)。圖4.47 利用機(jī)械插銷定位的結(jié)構(gòu)1行程節(jié)流閥；2定位圓盤；3插銷；4定位油缸3) 伺服定位前兩種定位方法只適用于兩點(diǎn)或多點(diǎn)定位。而在任意點(diǎn)定位時(shí)，要使用伺服定位系統(tǒng)。伺服定位系統(tǒng)可以輸入指令控制位移的變化，從而獲得良好的運(yùn)動(dòng)特性。它不僅適用于點(diǎn)位控制，而且也適用于連續(xù)軌跡控制

37、。開環(huán)伺服定位系統(tǒng)沒有行程檢測(cè)及反饋裝置，是一種直接用脈沖頻率變化和脈沖數(shù)量控制機(jī)器人速度和位移的定位方式。這種定位方式抗干擾能力差，定位精度較低。如果需要較高的定位精度(如0.2 mm)，則一定要降低機(jī)器人關(guān)節(jié)軸的平均速度。閉環(huán)伺服定位系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，抗干擾能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，容易實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)定位。2傳動(dòng)件的消隙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在間隙，也叫側(cè)隙。就齒輪傳動(dòng)而言，齒輪傳動(dòng)的側(cè)隙是指一對(duì)齒輪中一個(gè)齒輪固定不動(dòng)，另一個(gè)齒輪能夠獲得的最大角位移。傳動(dòng)間隙影響機(jī)器人的重復(fù)定位精度和平穩(wěn)性。對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，傳動(dòng)間隙導(dǎo)致顯著的非線性變化、振動(dòng)和不穩(wěn)定。但是，傳動(dòng)間隙是不可避免的，其產(chǎn)生的主要原因有：由于制造及裝配誤差所產(chǎn)生的間隙，為適應(yīng)熱膨脹而特意留出的間隙。消除傳動(dòng)間隙的主要途徑有：提高制造和裝配精度，設(shè)計(jì)可調(diào)整傳動(dòng)間隙的機(jī)構(gòu)，設(shè)置彈性補(bǔ)償元件。幾種常用傳動(dòng)消隙方法：1) 消隙齒輪2) 柔性齒輪消隙3) 對(duì)稱傳動(dòng)消隙4) 偏心機(jī)構(gòu)消隙5) 齒廓彈性覆層消隙4.4.2 4.4.2 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)行走機(jī)構(gòu)是行走機(jī)器人的重要執(zhí)行部件，它由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)元件、傳感器、電纜及管路等組