工業(yè)機器人PPT通用課件

1、第七章 工業(yè)機器人教學(xué)目的及要求教學(xué)目的及要求 了解工業(yè)機器人的定義、分類和組成，了解工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)。 了解工業(yè)機器人的相關(guān)控制技術(shù) 了解機器人的視覺及機器人的智能 第一節(jié) 概述1. 工業(yè)機器人的定義 美國機器人協(xié)會(RIA)：“機器人是一種能自動控制、可重復(fù)編程、多功能多自由度的操作機，用于搬運材料、工件、工具的專用裝置?！?國際標準化組織(ISO)：機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機，這種操作機具有幾個軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。 中國：機器人是一種擬人功能的機械電子裝置。2. 工業(yè)機器人的組成 工業(yè)機器人一般由

2、執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)組成。工業(yè)機器人的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。 1) 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)是一種具有和人手臂相似的動作功能。可在空間抓放物體或執(zhí)行其他操作的機械裝置，通常包括機座、手臂、手腕和末端執(zhí)行器。 (1) 機座：機器人承受載荷的基礎(chǔ)部件。可分為固定式和移動式(平移和旋轉(zhuǎn))。旋轉(zhuǎn)的機座也稱“腰”。 (2) 手臂：分為大臂、小臂和手腕，完成各種動作。 (3) 手腕：連接手臂與末端執(zhí)行器的部件，用來調(diào)整末端執(zhí)行器的方位和姿態(tài)。 (4) 末端執(zhí)行器：又稱“手”，是直接執(zhí)行工作的裝置，可以是擬人的手掌、手指和夾持器等，也可以是各種作業(yè)工具，如焊槍、噴漆槍等。 2) 控制系統(tǒng) 控制工業(yè)機器人按照

3、規(guī)定要求動作，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。多采用計算機控制。 計算機控制系統(tǒng)按內(nèi)部功能劃分的不同，可細分為： 決策級：識別環(huán)境、建立模型、任務(wù)分解。 策略級：按關(guān)節(jié)坐標協(xié)調(diào)變化的規(guī)律，將動作轉(zhuǎn)化為各關(guān)節(jié)的運動參數(shù)，傳遞給伺服控制系統(tǒng)。 執(zhí)行級：按給定指令執(zhí)行動作。 3) 驅(qū)動系統(tǒng) 按照控制指令，放大驅(qū)動信號，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作。 常用的有：機械、液壓、氣動和電氣四種。 機器人的組成視頻3. 工業(yè)機器人的分類 1) 按坐標形式分 (1) 直角坐標式 執(zhí)行器通過沿三個互相垂直的軸線移動改變位置，機器人主體結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)都是移動關(guān)節(jié)。 位置精度高，控制無耦合，簡單可靠 結(jié)構(gòu)龐大，動作范圍小，靈活性差

4、 (2) 圓柱坐標型 圓柱坐標式機器人主體結(jié)構(gòu)具有三個自由度：腰轉(zhuǎn)、升降和伸縮，亦即具有一個旋轉(zhuǎn)運動和兩個直線運動。 通用性強，結(jié)構(gòu)緊湊 機器人腰轉(zhuǎn)時將手臂縮回，減少了轉(zhuǎn)動慣量 受結(jié)構(gòu)限制，手臂不能抵達底部，減少了工作范圍 (3) 球面坐標式(極坐標式) 機器人主體結(jié)構(gòu)具有三個自由度，兩個旋轉(zhuǎn)運動和一個直線運動。 結(jié)構(gòu)緊湊，位置精度尚可，工作范圍大，占地面積小，控制系統(tǒng)復(fù)雜。 (4) 關(guān)節(jié)坐標式 主要由立柱、大臂和小臂組成，形成腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)。 工作范圍大、動作靈活，但位置精度低，控制有復(fù)雜的耦合問題。水平多關(guān)節(jié)型垂直方向上的剛性好，適于裝配工作垂直多關(guān)節(jié)動作范圍寬；結(jié)構(gòu)剛度低；精度較

5、低；裝配、搬運、弧焊、噴涂、點焊等 2) 按控制方式分 (1) 點位控制(Point to Point) 運動是連接兩點之間的直線運動，關(guān)心的是末端執(zhí)行器在兩個給定點的位置精度和姿態(tài)，具體運動軌跡如何、運動時執(zhí)行器的姿態(tài)并不是重點。 控制方式簡單，適用于上下料、點焊等作業(yè)。 (2) 連續(xù)軌跡控制(Continuous Path) 運動軌跡可以是空間內(nèi)的任意連續(xù)曲線，在整個運動過程中，機器人和末端執(zhí)行器均處于可控制狀態(tài)。 3) 按驅(qū)動方式分 (1) 液壓驅(qū)動 精度高，反應(yīng)速度快，輸出力或力矩大 液壓機構(gòu)維護復(fù)雜，成本高 (2) 氣壓驅(qū)動 由氣動機構(gòu)產(chǎn)生動力驅(qū)動關(guān)節(jié)運動。動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，但受空

6、氣可壓縮性影響，穩(wěn)定性差，定位精度低，抓取力小 (3) 電力驅(qū)動 能完成高速運動，具有傳動機構(gòu)少，成本低等優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中已基本普及。 步進電動機直流伺服電動機交流伺服電動機 4) 按信息輸入方式分 (1) 人工操作機械手 (2) 固定程序機器人 (3) 可變程序機器人 (4) 程序控制機器人 (5) 示教再現(xiàn)機器人 示教記憶再現(xiàn) (6) 智能機器人 具有發(fā)現(xiàn)問題并能自主解決問題的能力 機器人的分類視頻1 機器人的分類視頻24. 工業(yè)機器人的用途與發(fā)展 用于一切可替代人操作的場合，尤其是勞動強度大、重復(fù)性高、環(huán)境惡劣的地方。 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、科研 1)焊接：主要是指利用機器人進行點焊

7、和弧焊。 點焊時要求機器人手腕握持焊接工具準確地對準所要求的焊點，焊槍不與部件的其它部位接觸。通常，這些機器人所夾持的焊接工具大而重，同時還要求機器人有一個比較大的活動范圍。 弧焊是對材料進行連續(xù)焊接，焊接前首先要將復(fù)雜的運行軌跡示教給機器人，在需要處理較寬的焊縫時，可以編程使機器人作編織狀的橫擺運動。汽車工業(yè)運用這種類型的機器人最多。本田車廠焊接機器人 三維激光切割與焊接 2) 噴漆：噴漆易引發(fā)火災(zāi)，同時有害于身體健康，因此，噴漆作業(yè)是機器人特有的用途。使用噴漆機器人的另一個優(yōu)點是涂層比人工噴涂的更加均勻。 機器人噴漆視頻 機器人噴脫模劑視頻 3) 磨削：利用工業(yè)機器人對焊縫或工作表面進行磨

8、削。 機器人磨刀視頻 機器人磨削汽車變速箱零件視頻 機器人拋光視頻1 機器人拋光視頻2 4) 零部件裝卸和傳送：常用于生產(chǎn)線上。將零件從一個位置移至工作區(qū)的另一個位置，有碼放和卸貨兩種操作，或在金屬加工中，將零件從一個工作區(qū)送至另一個工作區(qū)。下頁圖表示用機器人傳送鍛造毛坯的工作流程： 進料器將工件送至A點機器人R1將工件送至B點涂膜并轉(zhuǎn)至C點機器人R1將工件送至D點（干燥臺）并旋轉(zhuǎn)至E點正好干燥大機器人將工件從E移至F點（加熱轉(zhuǎn)臺）旋轉(zhuǎn)一周至G點從G點至H點鍛打機器人R2將加工好的工件料箱或傳送帶上。自動鍛造工作站示意圖 5) 其他應(yīng)用 水下機器人：用于海底礦物探測、打撈沉船、在海上或干式船塢

9、中修理船舶等。 軍用機器人：海軍和空軍對移動式消防機器人感興趣，由于配有紅外傳感器，在緊急關(guān)頭，能夠作出比人更快的反應(yīng)。還有裝炮彈機器人等。 發(fā)電廠機器人：在核發(fā)電廠，由于核燃料有放射作用，很多工作更適合于機器人操作。如：給活動篩附屬裝置上潤滑油；閥門密封件的檢修等。 家用機器人： 組裝機器人： 自動工廠中的機器人：機器人的未來用途是成為全自動化工廠或加工車間的一個組成部分工業(yè)機器人的發(fā)展： 提高速度和運動精度，減少重量和占地面積 部件的標準化和模塊化 使用新型結(jié)構(gòu) 開發(fā)各種新型傳感檢測設(shè)備 發(fā)展人工智能的推理和決策技術(shù)第二節(jié) 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)1. 手部(末端執(zhí)行器) 工業(yè)機器人的手部也叫

10、末端操作器，它直接裝在工業(yè)機器人的手腕上用于夾持工件或讓工具按照規(guī)定的程序完成指定的工作。 1) 手部的特點 (1) 手部與手腕相連處可拆卸 手部與手腕處有可拆卸的機械接口：手部與手腕處有可拆卸的機械接口：根據(jù)夾持對象的不同，手部結(jié)構(gòu)會有差異，通常一個機器人配有多個手部裝置或工具，因此要求手部與手腕處的接頭具有通用性和互換性。 手部可能還有一些電、氣、液的接口：手部可能還有一些電、氣、液的接口：由于手部的驅(qū)動方式不同造成。對這些部件的接口一定要求具有互換性。 (2) 手部是末端操作器 可以具有手指，也可以不具有手指手指；可以有手爪，也可以是專用工具工具。每個手指有三個或四個關(guān)節(jié)。技術(shù)關(guān)鍵是手指

11、之間的協(xié)調(diào)控制。末端操作器圖例(2) (3) 手部是一個獨立的部件 工業(yè)機器人通常分為三個大的部件：工業(yè)機器人通常分為三個大的部件：機身、手臂（含手腕）、手部。手部對整個機器人完成任務(wù)的好壞起著關(guān)鍵的作用，它直接關(guān)系著夾持工件時的定位精度、夾持力的大小等。 (4) 手部的通用性比較差 工業(yè)機器人的手部通常是專用裝置：工業(yè)機器人的手部通常是專用裝置：一種手爪往往只能抓住一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面相近的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。 2) 手部的設(shè)計要求手部的設(shè)計要求 具有足夠的夾持力。具有足夠的夾持力。 保證適當?shù)膴A持精度保證適當?shù)膴A持精度 手指應(yīng)能順應(yīng)被夾持工件的形狀，應(yīng)對被夾持

12、工件形成所要求的約束。 考慮手部自身的大小、形狀、機構(gòu)和運動自由度考慮手部自身的大小、形狀、機構(gòu)和運動自由度 主要是根據(jù)作業(yè)對象的大小、形狀、位置、姿態(tài)、重量、硬度和表面質(zhì)量等來綜合考慮。 智能化手部還應(yīng)配有相應(yīng)的傳感器智能化手部還應(yīng)配有相應(yīng)的傳感器 由于感知手爪和物體之間的接觸狀態(tài)、物體表面狀況和夾持力的大小等，以便根據(jù)實際工況進行調(diào)整等 3) 手部的構(gòu)成 主要有手指、驅(qū)動機構(gòu)和傳動機構(gòu)組成。 4) 手部的分類 (1) 按用途分 手爪：手爪：具有一定的通用性。主要功能是：抓住工件、握持工件、釋放工件。 抓住抓?。涸诮o定的目標位置和期望姿態(tài)上抓住工件，工件必須有可靠的定位，保持工件和手爪之間的

13、準確的相對位置關(guān)系，以保持機器人后續(xù)作業(yè)的準確性。 握?。捍_保工件在搬運過程中或零件裝配過程中定義了的位置和姿態(tài)的準確性。 釋放：在指定位置結(jié)束手部和工件之間的約束關(guān)系。 工具：工具：進行作業(yè)的專用工具。工件的定位和夾緊F(2) 按夾持方式分 外夾式外夾式 手部與被夾件的外表面相接觸。 內(nèi)撐式內(nèi)撐式 手部與工件的內(nèi)表面相接觸。 內(nèi)外夾持式內(nèi)外夾持式 手部與工件的內(nèi)、外表面相接觸。夾持方式圖例 (3) 按手爪的運動形式分按手爪的運動形式分 回轉(zhuǎn)型回轉(zhuǎn)型 當手爪夾緊和松開物體時，手指作回轉(zhuǎn)運動。當被抓物體的直徑大小變化時，需要調(diào)整手爪的位置才能保持物體的中心位置不變。 平動型平動型 手指由平行四桿

14、機構(gòu)傳動，當手爪夾緊和松開物體時，手指姿態(tài)不變，作平動。 平移型平移型 當手爪夾緊和松開工件時，手指作平移運動，并保持夾持中心的固定不變，不受工件直徑變化的影響。回轉(zhuǎn)型圖例壓縮彈簧拉伸彈簧平動型圖例平移型圖例該絲桿的螺紋具有什么特點？此時手部是張開還是合攏？ (4) 按夾持原理分按夾持原理分 手指式：手指式： 外夾式、內(nèi)撐式、內(nèi)外夾持式。 平移式、平動式、旋轉(zhuǎn)式。 二指式、多指式。 單關(guān)節(jié)式、多關(guān)節(jié)式。 吸盤式：吸盤式： 負壓吸盤：真空式、噴氣式、擠氣式。 磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。 5) 典型結(jié)構(gòu) (1) 機械式手爪結(jié)構(gòu) 氣動驅(qū)動： 氣缸驅(qū)動活塞平移齒條移動扇形齒輪擺動連桿機構(gòu)擺動手爪平

15、動 其它四種機械式手爪機構(gòu)氣動手爪圖例問題：1、分析手部的運動。2、手部作的是什么類型運動？機械手爪圖例重力式手爪齒輪齒條式手爪滑槽式手爪撥桿杠桿式手爪 (2) 電磁吸盤 電磁吸盤的電磁吸盤的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)： 主要由磁盤、防塵蓋、線圈、殼體等組成。 工作原理：工作原理： 夾持工件： 線圈通電空氣間隙的存在線圈產(chǎn)生大的電感和啟動電流周圍產(chǎn)生磁場(通電導(dǎo)體一定會在周圍產(chǎn)生磁場)吸附工件 放開工件： 線圈斷電磁吸力消失工件落位 適用范圍：適用范圍： 適用于用鐵磁材料做成的工件；不適合于由有色金屬和非金屬材料制成的工件。 適合于被吸附工件上有剩磁也不影響其工作性能的工件。 適合于定位精度要求不高的工件。 適

16、合于常溫狀況下工作。鐵磁材料高溫下的磁性會消失。電磁吸盤圖例 (3) 真空式吸盤 構(gòu)成: 由真空泵、電磁閥、電機和吸盤等構(gòu)成。 工作原理： 形成真空吸附工件： 電機真空泵3電磁閥左側(cè)從吸盤5處抽氣 釋放工件： 電機、泵停轉(zhuǎn)大氣經(jīng)6口 4電磁閥左側(cè) 3電磁閥右側(cè)送氣至吸盤5處真空吸盤控制系統(tǒng)圖例1Y2Y真空吸盤結(jié)構(gòu)圖例 (4) 自適應(yīng)吸盤結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 該吸盤具有一個球關(guān)節(jié)，使吸盤能傾斜自如，適應(yīng)工件表面傾角的變化。 (5) 異形吸盤結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 可用來吸附雞蛋、錐頸瓶等物件。擴大了真空吸盤在機器人上的應(yīng)用。 (6) 噴氣式吸盤 工作工作原理原理： 壓縮空氣進入噴嘴后，利用伯努利效

17、應(yīng)，當壓縮空氣剛進入時，由于噴嘴口逐漸縮小，致使氣流速度逐漸增加。當管路截面收縮到最小處時，氣流速度達到臨界速度，然后噴嘴管路的截面逐漸增加，使與橡膠皮碗相連的吸氣口處，造成很高的氣流速度而形成負壓。 應(yīng)用：應(yīng)用： 在工廠一般都有空壓站，噴氣式吸盤在工廠得到廣泛的應(yīng)用。噴氣式吸盤圖例 (7) 擠氣式吸盤主要主要構(gòu)成構(gòu)成：吸盤架、壓蓋、密封墊、吸盤工作原理：工作原理：擠氣式吸盤工作原理圖 6) 手部結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實例 (1) 平行指手爪機構(gòu)工作原理：工作原理： 回轉(zhuǎn)動力源1和6驅(qū)動構(gòu)件2和5順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，通過平行四邊形機構(gòu)帶動手指3和4作平動，夾緊或釋放工件。 (2) 設(shè)有檢測開關(guān)的手爪裝置工

18、作原理：工作原理： 手爪裝有限位開關(guān)5和7。在指爪4沿垂直方向接近工件6的過程中，限位開關(guān)檢測手爪與工件的相對位置。當工件接觸限位開關(guān)時發(fā)信號，汽缸通過連桿3驅(qū)動指爪夾緊工件。 (3) 上料吸盤A (4) 上料吸盤B2. 工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng) 工業(yè)機器人常用驅(qū)動系統(tǒng)主要有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動三種形式。每種方式都有直線型和旋轉(zhuǎn)型。直線型電動直線電機液壓活塞液壓缸氣壓伸縮軟管、氣缸旋轉(zhuǎn)型電動直流伺服電機、交流伺服電機、步進電機液壓旋轉(zhuǎn)馬達氣壓氣壓馬達、渦輪各種主要驅(qū)動方式特點的比較 方式內(nèi)容液壓驅(qū)動氣壓驅(qū)動電氣驅(qū)動交、直流電機伺服電機、步進電機輸出力大小大小控制性能可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可

19、實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制氣體壓縮性大，精確定位難，阻尼效果差，低速不易控制控制性能較差，慣性大，不易精確定位控制性能好，能精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜體積在輸出力相同條件下體積小較大要有減速裝置，故體積較大較小維修及使用方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求方便方便較復(fù)雜對環(huán)境影響 易漏油，易燃 排氣有噪聲無無應(yīng)用范圍重型低速驅(qū)動 中小型快速驅(qū)動抓取重量大而速度低的中、重型機器人可用于要求嚴格控制運動軌跡的中小型機器人成本元件成本較高低低較高3. 工業(yè)機器人的傳動機構(gòu) 傳動機構(gòu)用來將原動機發(fā)出的機械能傳遞給關(guān)節(jié)或其他工作部分，以實現(xiàn)機器人各種必要的運動。 常用傳動方案如下表所示。 常用傳動機構(gòu)有齒輪傳動、螺旋傳

20、動、帶及鏈傳動等。直線電機III變速電機 (回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié))伺服電機 (減速機構(gòu)) (回轉(zhuǎn)變直線機構(gòu)) (直動關(guān)節(jié))II液壓泵或空壓機 (液壓或氣動驅(qū)動器) (連桿機構(gòu)、擺桿機構(gòu))I執(zhí) 行 部 件傳動機構(gòu)原 動 機方案 1) 齒輪傳動 齒輪傳動最常用，包括： 圓柱齒輪傳動：直/斜齒，內(nèi)/外嚙合，齒輪齒條 圓錐齒輪傳動：直齒、曲齒 交錯軸斜齒輪傳動 蝸輪蝸桿傳動 準雙曲面齒輪傳動 行星齒輪減速機構(gòu) 諧波減速器 RV減速器：內(nèi)齒輪為帶滾針的圓弧齒，外齒輪采用周擺線齒，內(nèi)外齒輪在整個圓周上始終保持嚙合。RV減速器工作原理圖 2) 螺旋傳動 螺旋傳動可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動和平移運動的轉(zhuǎn)換。螺旋傳動均勻準確，主動件上

21、作用較小扭矩，即可在從動件上獲得很大的軸向力。螺桿旋轉(zhuǎn)一周，螺母只移動一個導(dǎo)程。 按摩擦性質(zhì)分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋。 滑動螺旋：絲杠螺母副 滾動螺旋：滾珠絲杠副 靜壓螺旋：變滑動、滾動摩擦為流體自身的粘性力摩擦，如使用氣體靜壓螺旋，則摩擦力很小，但承載能力也小。滑動螺旋傳動原理圖滾動螺旋傳動內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖滾珠絲杠實物圖靜壓螺旋傳動內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 3) 帶、鏈傳動 工業(yè)機器人中的帶傳動主要指同步齒形帶傳動，鏈傳動主要指精密套筒滾子鏈傳動。 主要用于平行軸之間的傳動。 4) 其他傳動方式 除上述三種主要傳動形式外，工業(yè)機器人中還有采用液壓傳動、氣壓傳動、連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等。4. 工業(yè)機器人

22、的手臂 手臂用來調(diào)節(jié)末端執(zhí)行器在空間的位置，或把物料、工具運送到工作范圍內(nèi)的指定位置上。一般具有三個自由度，這些自由度可以是移動副、繞同軸回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)副和繞銷軸擺轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)副。 關(guān)節(jié)型機器人目前用得最多，其手臂上的最重要部件就是關(guān)節(jié)。 回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)用來連接手臂與機座、手臂相鄰桿件及手臂與手腕，并實現(xiàn)兩構(gòu)件間的相對回轉(zhuǎn)(或擺動)。它由驅(qū)動器、回轉(zhuǎn)軸和軸承組成。 驅(qū)動電機和關(guān)節(jié)之間沒有速度和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換。這種驅(qū)動方式具有以下特點： A. 機械傳動精度高； B. 振動小，結(jié)構(gòu)剛性好； C. 結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高； D. 電機的重量會增加轉(zhuǎn)動負擔(dān)。 回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動器裝在同一軸上。SCARA型機器人中常用。

23、本形式位置精度高，但應(yīng)注意加強手臂剛度和選擇緊湊的減速裝置。 移動關(guān)節(jié)由直線運動機構(gòu)和直線導(dǎo)軌組成。在工業(yè)機器人中，為滿足高速、高精度要求，常采用緊湊、低價的滾動導(dǎo)軌。 直線滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖直線滾動導(dǎo)軌產(chǎn)品5. 工業(yè)機器人的手腕 手腕位于手臂末端，用來支撐末端執(zhí)行器并調(diào)整其姿態(tài)。 一般手腕由多個同軸回轉(zhuǎn)副(R)或銷軸回轉(zhuǎn)副(B)的關(guān)節(jié)組成。手腕按自由度分類，可分為單回轉(zhuǎn)、雙回轉(zhuǎn)、三回轉(zhuǎn)三種。常見的雙回轉(zhuǎn)副配置形式有B-R和R-B；三回轉(zhuǎn)副的配置形式有B-B-R，B-R-R，R-B-R，R-R-R，R-B-B五種。 三回轉(zhuǎn)手腕結(jié)構(gòu)形式有偏置結(jié)構(gòu)和球腕結(jié)構(gòu)兩類。前者手腕各關(guān)節(jié)軸作相對偏置，這在計

24、算控制上較為復(fù)雜；后者手腕各關(guān)節(jié)軸線相交于一點，這在運動分析和計算時，可等效于一高副球腕結(jié)構(gòu)處理。手腕自由度配置形式手腕結(jié)構(gòu)實例6. 機身與行走機構(gòu) 機器人機械結(jié)構(gòu)由三大部分構(gòu)成：機身、手臂(含手腕)、手部。其中機身又稱立柱，是支承臂部的部件。同時，大多數(shù)工業(yè)機器人必須有一個便于安裝的基礎(chǔ)部件，這就是機器人的基座，基座往往與機身做成一體。有些機器人需要行走，機身下面還會安裝有行走機構(gòu)。 1) 機身 (1) 機身的自由度 機身往往具有升降、回轉(zhuǎn)及俯仰三個自由度。 (2) 機身的運動 由上面三個自由度可以組合成機身五種運動形式。分別是：回轉(zhuǎn)運動；升降運動；回轉(zhuǎn)升降運動；回轉(zhuǎn)俯仰運動；回轉(zhuǎn)升降運動俯

25、仰運動。 (3) 各種坐標類型機身運動方案設(shè)計圓柱坐標式機器人：圓柱坐標式機器人： 這種類型的機器人主體結(jié)構(gòu)通常具有三個自由度：一個回轉(zhuǎn)運動(腰轉(zhuǎn))及兩個直線移動(升降運動及手臂伸縮運動)。腰轉(zhuǎn)運動及升降運動通常由機身來實現(xiàn)。球面坐標式機器人：球面坐標式機器人： 這種類型的機器人主體結(jié)構(gòu)通常具有三個自由度：繞垂直軸線的回轉(zhuǎn)運動(回轉(zhuǎn)運動)、繞水平軸線的回轉(zhuǎn)運動(俯仰運動)及手臂的伸縮運動。通常把回轉(zhuǎn)及俯仰運動歸屬于機身。關(guān)節(jié)坐標式機器人：關(guān)節(jié)坐標式機器人： 這種類型的機器人主體結(jié)構(gòu)的三個自由度均為回轉(zhuǎn)運動，構(gòu)成機器人的回轉(zhuǎn)運動、俯仰運動和偏轉(zhuǎn)運動。通常僅把回轉(zhuǎn)運動歸結(jié)為機身。直角坐標式機器人：

26、直角坐標式機器人： 這種類型的機器人主體結(jié)構(gòu)具有三個自由度且都是直線運動。通常把升降運動或水平移動的自由度歸為機身部分。鏈輪液壓缸機構(gòu)圖例問題：要使立柱作大于360的旋轉(zhuǎn)，對活塞的行程有什么要求？每個液壓缸只有一個油口?；剞D(zhuǎn)與俯仰機身 機器人手臂的俯仰運動，一般采用活塞缸與連桿機構(gòu)實現(xiàn)。手臂俯仰運動用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞桿和手臂用鉸鏈連接好，缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方法與立柱連接?；剞D(zhuǎn)與俯仰機身圖例 2) 機器人行走機構(gòu) (1) 行走機構(gòu)的構(gòu)成 機器人行走機構(gòu)通常由驅(qū)動裝置、傳動裝置、位置檢測裝置、傳感器、電纜和管路等構(gòu)成。 (2) 行走機構(gòu)的分類 按運行軌跡分：按運行軌跡分：

27、分為固定軌跡式和無固定軌跡式兩種。固定軌跡式主要用于工業(yè)機器人。 按行走機構(gòu)的特點分：按行走機構(gòu)的特點分： 對于無固定軌跡機器人，可分為輪式、履帶式和步行式等。前兩者與地面連續(xù)接觸，后者與地面為間斷接觸。 (3) 固定軌道式機器人運動的實現(xiàn) 機器人機身底座，安裝在一個可移動的拖板上，依靠絲桿螺母副的運動將來自電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。 (4) 車輪式行走機器人 分類： 車輪式行走機器人通常有三輪、四輪、六輪之分。它們或有驅(qū)動輪和自位輪，或有驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向機構(gòu)，用來轉(zhuǎn)彎。 適用范圍： 最適合平地行走，不能跨越高度，不能爬樓梯。三輪行走機器人圖例三輪行走機器人結(jié)構(gòu)及驅(qū)動構(gòu)成：構(gòu)成：三個車輪、轉(zhuǎn)向

28、叉、驅(qū)動裝置等。驅(qū)動方案驅(qū)動方案： 電機5驅(qū)動輪1：通過V1、V2的不同速度控制小車的移動方向，同時，轉(zhuǎn)向叉3自動地轉(zhuǎn)向正確的方向。此時輪2受到地面的摩擦而滾動。 電機6驅(qū)動輪2：由電機6驅(qū)動，小車的方向由專用電機7驅(qū)動轉(zhuǎn)向叉實現(xiàn)。此時輪1自由滾動。缺陷：缺陷：施加在角落的力容易產(chǎn)生使機器人翻倒，對負載有一定的限制。四輪行走機器人 (5) 履帶式行走機器人 特點：特點： 可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度不太高的臺階。 沒有自位輪，依靠左右兩個履帶的速度差轉(zhuǎn)彎，會產(chǎn)生滑動，轉(zhuǎn)彎阻力大，且不能準確地確定回轉(zhuǎn)半徑。履帶式行走機器人圖例A履帶式行走機器人圖例B (6) 腳踏行走機器

29、人 腳踏行走機器人即步行機器人，典型特征是不僅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越溝壑，上下臺階，具有廣泛的適應(yīng)性。主要設(shè)計難點是機器人跨步時自動轉(zhuǎn)移重心而保持平衡的問題。兩足步行機器人圖例控制特點：控制特點： 使機器人的重心經(jīng)常在接地的腳掌上，一邊不斷取得準靜態(tài)平衡，一邊穩(wěn)定的步行。結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 為了能變換方向和上下臺階，一定要具備多自由度。兩足步行機器人圖例主要構(gòu)成：主要構(gòu)成： 1-框架 2-大腿 3-小腿 4-腳 5-肩 6-肘 7-手 8-液壓缸兩足步行機器人視頻四足機器人圖例A特點：特點： 四足機器人在靜止狀態(tài)下是穩(wěn)定的，具有很高的實用性。 四足機器人步行時，一只腳抬起，三只腳支撐自重，這時有必要移動身體，讓重心落在三只腳接地點組成的三角形內(nèi)。四足機器人圖例B四足機器人圖例C (7) 其它行走機器人 爬壁機器人 車輪和腳混合式機器人其它行走機器人圖例第三節(jié) 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)1. 概述 控制系統(tǒng)是機器