第二章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件

第二章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第二章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1工業(yè)機(jī)器人常見構(gòu)型機(jī)器人基本概念與關(guān)鍵參數(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器人工作空間與軌跡規(guī)劃機(jī)器人靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)機(jī)器人關(guān)鍵功能部件機(jī)器人元器件與傳動(dòng)方式機(jī)器人典型結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析機(jī)器人設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方法主要內(nèi)容工業(yè)機(jī)器人常見構(gòu)型主要內(nèi)容2

機(jī)器人組成

機(jī)器人是一個(gè)高度自動(dòng)化的機(jī)電一體化設(shè)備。從控制觀點(diǎn)來看，機(jī)器人系統(tǒng)可以分成四大部分：機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)、感知反饋系統(tǒng)。處理器關(guān)節(jié)控制器驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作對象控制系統(tǒng)感知反饋系統(tǒng)內(nèi)部傳感器（位形檢測）外部傳感器（環(huán)境檢測） 機(jī)器人組成處理器關(guān)節(jié)控制器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行工作對象控制系統(tǒng)感知反饋3機(jī)器人分類

氣壓驅(qū)動(dòng)按驅(qū)動(dòng)形式液壓驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)直流伺服驅(qū)動(dòng)交流伺服驅(qū)動(dòng)

按用途劃分 （應(yīng)用領(lǐng)域）（1）工業(yè)機(jī)器人

（步進(jìn)電機(jī)）弧焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人裝配機(jī)器人噴涂機(jī)器人拋光機(jī)器人機(jī)器人分類按驅(qū)動(dòng)形式液壓驅(qū)動(dòng)直流伺服驅(qū)動(dòng) 按用途劃分 （步4機(jī)器人分類

（2）特種機(jī)器人 空間機(jī)器人 水下機(jī)器人軍用機(jī)器人教學(xué)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人醫(yī)用機(jī)器人排險(xiǎn)救災(zāi)機(jī)器人固定式移動(dòng)式輪式履帶式足式蛇行機(jī)器人分類軍用機(jī)器人固定式輪式5機(jī)器人的常見構(gòu)型機(jī)器人的常見構(gòu)型6機(jī)器人常見構(gòu)型1、直角坐標(biāo)型(3P)2、圓柱坐標(biāo)型(R2P)3、極坐標(biāo)型（也稱球面坐標(biāo)型）(2RP)4、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型(3R)5、平面關(guān)節(jié)型(SCARA)機(jī)器人常見構(gòu)型1、直角坐標(biāo)型(3P)3、極坐標(biāo)型（也稱球面7光柵）進(jìn)行相對位移時(shí)，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相Parasolid(.在相同輸出轉(zhuǎn)矩下，一般質(zhì)量僅為電大，調(diào)速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時(shí)還要有性步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題編碼器通?？煞譃樵隽渴焦怆娋幋a器、絕對式光電編碼器及混合式光電編碼器。-往往需要將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成我們運(yùn)動(dòng)速度單關(guān)節(jié)速度；機(jī)器人基本概念與關(guān)鍵參數(shù)交叉滾柱導(dǎo)軌支撐型直線導(dǎo)軌（直線軸承）直線導(dǎo)軌（滑塊）旋轉(zhuǎn)變壓器：輸出電信號與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成某種函數(shù)關(guān)系的電感式角度傳感元件。轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測量的某種物理量(如電量)的繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖、三維簡圖直驅(qū)電機(jī),直接驅(qū)動(dòng)式電機(jī)的簡稱.-作業(yè)空間與占地面積比很大，應(yīng)用鉤拖方式可降低驅(qū)動(dòng)力的要求，簡化手部結(jié)構(gòu)，甚至可以省略手部驅(qū)動(dòng)裝置。運(yùn)動(dòng)范圍機(jī)器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達(dá)到的最大距離。精度指機(jī)器人到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度。工藝、表面處理、外部零件安裝、安全防護(hù)直角坐標(biāo)機(jī)器人l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-在直角坐標(biāo)空間內(nèi)解耦，空間軌跡易于求解；-易于實(shí)現(xiàn)高定位精度；-當(dāng)具有相同的工作空間時(shí)，本體所占空間體積較大這也是大多數(shù)數(shù)控設(shè)備采用這種結(jié)構(gòu)形式的原因光柵）進(jìn)行相對位移時(shí)，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間8圓柱坐標(biāo)機(jī)器人l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-在圓柱坐標(biāo)空間內(nèi)解耦；-能夠伸入型腔式空間；-相同工作空間，本體所占空間體積比直角坐標(biāo)式要??；-直線驅(qū)動(dòng)部分密封、防塵較難圓柱坐標(biāo)機(jī)器人l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-在圓柱坐標(biāo)空間內(nèi)解耦；-9極坐標(biāo)機(jī)器人l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-所占空間體積小，機(jī)構(gòu)緊湊；-往往需要將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成我們 習(xí)慣的直角坐標(biāo)，軌跡求解較 難；-直線驅(qū)動(dòng)同樣存在密封、防塵問題極坐標(biāo)機(jī)器人l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-所占空間體積小，機(jī)構(gòu)緊湊；-10垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-機(jī)構(gòu)緊湊，動(dòng)作靈活，工作空間大；-能繞過基座周圍的一些障礙物；-適合電機(jī)驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)密封、防塵比較容易相鄰關(guān)節(jié)軸線垂直或水平垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-機(jī)構(gòu)緊湊，動(dòng)作靈活，工作11水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人（SCARA）l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-作業(yè)空間與占地面積比很大，使用起來方便；-沿升降方向剛性好，尤其適合平面裝配作業(yè)SCARA-SelectiveComplianceAssemblyRobotArm1978年由日本山梨大學(xué)牧野洋教授首先提出水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人（SCARA）l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-作業(yè)空12并聯(lián)機(jī)器人

模擬器加工設(shè)備微動(dòng)機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)器人加工設(shè)備微動(dòng)機(jī)構(gòu)13機(jī)器人基本概念與關(guān)鍵參數(shù)機(jī)器人基本概念與關(guān)鍵參數(shù)141.2.3.4.5.基本概念重復(fù)定位精度：往復(fù)運(yùn)動(dòng)的物體,每次停止的位置與第一次調(diào)定的位置之間角度或長度的差值。差值越小,精度越高。描述方式：±0.08mm精度：觀測結(jié)果、計(jì)算值或估計(jì)值與真值（或被認(rèn)為是真值）之間的接近程度。描述方式：±0.08mm分辨率：設(shè)備輸出最小位移或角度的能力。自由度：完全確定一個(gè)物體在空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目，叫做這個(gè)物體的自由度。柔性（適應(yīng)性）：“柔性”是相對于“剛性”而言的,傳統(tǒng)的“剛性”自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高,由于設(shè)備是固定的,所以設(shè)備利用率也很高,單件產(chǎn)品的成本低。但價(jià)格相當(dāng)昂貴,且只能加工一個(gè)或幾個(gè)相類似的零件,難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換,一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi),生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當(dāng)重要的位置。1.2.3.4.5.基本概念重復(fù)定位精度：往復(fù)運(yùn)動(dòng)的物體,每156.7.8.9.基本概念柔性制造系統(tǒng)（FMS）：柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng),它包括多個(gè)柔性制造單元,能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整,適用于多品種、中小批量生產(chǎn)?！焙唵蔚卣f,ＦＭＳ是由若干數(shù)控設(shè)備、物料運(yùn)貯裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。剛度：剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。零件的剛度（或稱剛性）常用單位變形所需的力或力矩來表示，剛度的大小取決于零件的幾何形狀和材料種類（即材料的彈性模量）。強(qiáng)度：強(qiáng)度是指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力。也就是說，強(qiáng)度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標(biāo)。強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。

示教再現(xiàn)：具有記憶再現(xiàn)功能的機(jī)器人。操作者預(yù)先進(jìn)行逐步示教，機(jī)器人記憶有關(guān)作業(yè)程序、位置及其他信息，然后按照再現(xiàn)指令，逐條取出解讀，在一定精度范圍內(nèi)重復(fù)被示教的程序，完成工作任務(wù)。6.7.8.9.基本概念柔性制造系統(tǒng)（FMS）：柔性制造系統(tǒng)16§§§§§§§§§關(guān)鍵參數(shù)

自由度數(shù)衡量機(jī)器人適應(yīng)性和靈活性的重要指標(biāo)，一般等于機(jī)器人的關(guān)節(jié) 數(shù)。機(jī)器人所需要的自由度數(shù)決定與其作業(yè)任務(wù)。 負(fù)載能力機(jī)器人在滿足其它性能要求的前提下，能夠承載的負(fù)荷重量。

運(yùn)動(dòng)范圍機(jī)器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達(dá)到的最大距離。它是機(jī)器人關(guān)節(jié)長度和其 構(gòu)型的函數(shù)。

精度指機(jī)器人到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度。與機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的分辨率及反饋裝 置有關(guān)。 重復(fù)定位精度指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)同樣位置的精確程度。它不僅與機(jī)器人驅(qū) 動(dòng)器的分辨率及反饋裝置有關(guān)，還與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度及機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能 有關(guān)。 控制模式引導(dǎo)或點(diǎn)到點(diǎn)示教模式；連續(xù)軌跡示教模式；軟件編程模式；自 主模式。 運(yùn)動(dòng)速度單關(guān)節(jié)速度；合成速度 電源與電源容量 動(dòng)態(tài)特性—穩(wěn)定、柔順§材料§§§§§§§§§關(guān)鍵參數(shù)§材料17機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)18機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)?在一般機(jī)器人應(yīng)用問題中，人們感興趣的是：末端執(zhí)行器相對于固定參考坐標(biāo)系的空間幾何描述，也就是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題?機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)即是研究機(jī)器人手臂末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)與關(guān)節(jié)變量空間之間的關(guān)系n也就是要把機(jī)器人的空間位移解析地表示為時(shí)間的函數(shù)，特別是研究機(jī)器人關(guān)節(jié)變量空間和機(jī)器人末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)之間的關(guān)系機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)?在一般機(jī)器人應(yīng)用問題中，人們感興趣的是：末19研究的對象?機(jī)器人從機(jī)構(gòu)形式上主要分為兩種，一種是關(guān)節(jié)式串聯(lián)機(jī)器人， 另外一種是并聯(lián)機(jī)器人，如圖：PUMA560FanucmanipulatorHexapod研究的對象PUMA560FanucmanipulatorH20運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的問題Whereismyhand?運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題DirectKinematicsHERE!HowdoIputmyhandhere?運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題

InverseKinematics:Choosetheseangles!運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的問題Whereismyhand?運(yùn)動(dòng)學(xué)正問21-結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)同軸輸出2、給出某一限定的工作空間，求操作機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、參數(shù)和關(guān)節(jié)變量的各種運(yùn)動(dòng)形式均可設(shè)計(jì)成機(jī)座式。足式行走在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動(dòng)速度較高，能耗較少。力（矩）與接觸力的關(guān)系。機(jī)構(gòu)都可稱之為并聯(lián)機(jī)構(gòu)，-6-DOF串聯(lián)機(jī)器人抓取物體時(shí)，手臂機(jī)構(gòu)（前3個(gè)自由由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)要求、工作對象、作業(yè)環(huán)境和場地等因素的不同，出現(xiàn)了各種不同的配置形式。在初選參數(shù)條件下，即R=400，偏心套，在偏心套上裝有兩個(gè)滾柱運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題于機(jī)器人結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其動(dòng)力學(xué)模型也常常很復(fù)雜，難以力（矩）與接觸力的關(guān)系。連桿機(jī)構(gòu)---六足爬蟲等仿生機(jī)器人、助力機(jī)械手廣泛應(yīng)用于非金屬材料（如板材、紙張、玻璃等物體）或不可有剩磁的材料的吸附。25）/2=24N*m例如，早晨起床后的安排。２）轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮型臂部結(jié)構(gòu)由于擺線輪上齒廓曲線的特點(diǎn)及其02875/802/0.速勻速減速分別占時(shí)間的1/3.研究的問題:n運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題---已知桿件幾何參數(shù)和關(guān)節(jié)角矢量，求操作機(jī)末端執(zhí)行器相對 于固定參考作標(biāo)的位置和姿態(tài)（齊次變換問題）。n運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題---已知操作機(jī)桿件的幾何參數(shù)，給定操作機(jī)末端執(zhí)行器相對于 參考坐標(biāo)系的期望位置和姿態(tài)（位姿），操作機(jī)能否使其末端執(zhí)行器達(dá)到這 個(gè)預(yù)期的位姿？如能達(dá)到，那么操作機(jī)有幾種不同形態(tài)可以滿足同樣的條 件？

桿件參數(shù)關(guān)節(jié)角 關(guān)節(jié)角運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題 桿件參數(shù) 運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題末端執(zhí)行器-結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)同軸輸出研究的問題:關(guān)節(jié)角運(yùn)22解的存在性n目標(biāo)點(diǎn)應(yīng)位于工作空間內(nèi)n可能存在多解，如何選擇最合適的解？存在雙解!解的存在性n目標(biāo)點(diǎn)應(yīng)位于工作空間內(nèi)n可能存在多解，如何選23什么是并聯(lián)機(jī)器人n并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以嚴(yán)格定義為：上，下平臺(tái)用2個(gè)或2個(gè)以上分支相連，機(jī)構(gòu)具有2個(gè)或2個(gè)以上的自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。n從廣義機(jī)構(gòu)學(xué)的角度出發(fā)，只要是多自由度的，驅(qū)動(dòng)器分配在不同環(huán)境上的多環(huán)路機(jī)構(gòu)都可稱之為并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如步行機(jī)器人，多指手爪等。什么是并聯(lián)機(jī)器人n并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以嚴(yán)格定義為：上，下平臺(tái)24并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參考教材：燕山大學(xué)黃真《并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論及其控制》并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參考教材：燕山大學(xué)黃真《并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)25并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用n用作模擬器：運(yùn)動(dòng)、飛行、地震、艦船、汽車、火車…n操作器：空間對按機(jī)構(gòu)、潛艇救援、土方挖掘、煤礦開采等，醫(yī)療外科…n微動(dòng)機(jī)構(gòu)和微型機(jī)構(gòu)：顯微外科、細(xì)胞操作、誤差補(bǔ)償器.n加工設(shè)備：虛擬軸機(jī)床，很容易獲得6軸聯(lián)動(dòng)，前兩年研究的較多，近年來，大家發(fā)現(xiàn)虛擬機(jī)床很難獲得高的加工精度，如天津大學(xué)的黃田教授等人進(jìn)行了多年的研究，發(fā)現(xiàn)很難超過20μ.n娛樂：《真實(shí)的謊言》中的拍攝施瓦辛格駕駛鷂式飛機(jī)，就是在一個(gè)stewart平臺(tái)上進(jìn)行的.并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用n用作模擬器：運(yùn)動(dòng)、飛行、地震、艦船、汽車26并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)n在串聯(lián)機(jī)器人中，正解容易且有唯一解，逆解比較繁雜，計(jì)算時(shí)間長，且有時(shí)出現(xiàn)多解n并聯(lián)機(jī)器人正好相反，逆解容易，且有唯一解，正解不容易求解，且多解，并聯(lián)機(jī)器人正解一直是并聯(lián)機(jī)器人研究的一個(gè)難題。并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)n在串聯(lián)機(jī)器人中，正解容易且有唯一解，逆解27機(jī)器人工作空間與軌跡規(guī)劃機(jī)器人工作空間與軌跡規(guī)劃28模擬型---輸出是與輸入物理量變化相對應(yīng)的連續(xù)變化的電量，溫度、稱重、位多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（高逼真要求下，才考慮多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)）-運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率較高（85%）-諧波發(fā)生器自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大-國外，日本帝人制機(jī)（Nabtesco前身）VIGODRIVE中的RV-C、?加速時(shí)間：s=360/60/2=3s它直觀性強(qiáng)，便于和計(jì)算機(jī)結(jié)合，以顯示在可達(dá)點(diǎn)操作機(jī)的構(gòu)形特征。代表人物Orin,Luh(陸?zhàn)B生)等。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同-同時(shí)嚙合齒數(shù)多（30%+），承載能力大02875/802/0.表示機(jī)器人構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，利用動(dòng)靜法建立基于牛頓—?dú)W拉方程擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用）墊片、雙螺母或齒差調(diào)整兩段螺母的相對軸向位置，從而消除間-動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差極小，傳動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高。n步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字式脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移（角位移或線位移）的對于夾鉗式手部，其手指材料可選用一般碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼?；蛏a(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整,適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。-當(dāng)具有相同的工作空間時(shí)，本工作空間工作空間是從幾何方面討論操作機(jī)的工作性能。B．Roth在1975年提出了操作機(jī)工作空間的概念。n如何獲得工作空間:利用正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,改變關(guān)節(jié)變量值?操作機(jī)的可達(dá)工作空間（Reachableworkspace）：機(jī)器人操作機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，末端在空間活動(dòng)的最大范圍；或者說末端可達(dá)點(diǎn)占有的體積空間。這一空間又稱可達(dá)空間或總工作空間，記作W(P)。?靈活工作空間(Dexterousworkspace)：在總工作空間內(nèi)，末端以給定姿態(tài)達(dá)到的點(diǎn)所構(gòu)成的體積空間。記作Wp(P)。?次工作空間：總工作空間中去掉靈活工作空間所余下的部分。記作Ws(P)。模擬型---輸出是與輸入物理量變化相對應(yīng)的連續(xù)變化的電量，溫29工作空間工作空間的兩個(gè)基本問題：1、給出某一結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)的操作機(jī)以及關(guān)節(jié)變量的變化范圍，求工作空間。稱為工作空間分析或工作空間正問題。2、給出某一限定的工作空間，求操作機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、參數(shù)和關(guān)節(jié)變量的變化范圍。稱工作空間的綜合或工作空間逆問題。工作空間的確定方法：1、解析法2、圖解法

用圖解法求工作空間，得到的往往是工作空間的各類別截面(或削截線)。它直觀性強(qiáng)，便于和計(jì)算機(jī)結(jié)合，以顯示在可達(dá)點(diǎn)操作機(jī)的構(gòu)形特征。 在應(yīng)用圖解法時(shí)．也將關(guān)節(jié)分為兩組，即前三關(guān)節(jié)和后三關(guān)節(jié)(有時(shí)為兩關(guān)節(jié)或一關(guān)節(jié))，前三關(guān)節(jié)稱位置結(jié)構(gòu)，主要確定工作空間大小，后三關(guān)節(jié)稱定向結(jié)構(gòu)，主要決定手部姿勢。首先分別求出該兩組關(guān)節(jié)所形成的腕點(diǎn)空間和參考點(diǎn)在腕坐標(biāo)系中的工作空間，再進(jìn)行包絡(luò)整合。工作空間工作空間的兩個(gè)基本問題：1、給出某一結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參30第二章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件31機(jī)器人的軌跡規(guī)劃

機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)基本問題是為解決某個(gè)預(yù)定的任務(wù)而規(guī)劃機(jī)器人的動(dòng)作，然后在機(jī)器人執(zhí)行完成那些動(dòng)作所需的命令時(shí)控制它。這里，規(guī)劃的意思就是機(jī)器人在行動(dòng)前確定一系列動(dòng)作(作決策)，這種動(dòng)作的確定可用問題求解系統(tǒng)來解決，給定初始情況后，該系統(tǒng)可達(dá)到某一規(guī)定的目標(biāo)。因此，規(guī)劃就是指機(jī)器人為達(dá)到目標(biāo)而需要的行動(dòng)過程的描述。規(guī)劃內(nèi)容可能沒有次序，但是一般來說，規(guī)劃具有某個(gè)規(guī)劃目標(biāo)的蘊(yùn)含排序。例如，早晨起床后的安排。缺乏規(guī)劃可能導(dǎo)致不是最佳的問題求解，甚至得不到問題的求解。機(jī)器人規(guī)劃是機(jī)器人學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，也是人工智能與機(jī)器人學(xué)一個(gè)令人感興趣的結(jié)合點(diǎn)。機(jī)器人的軌跡規(guī)劃 機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)基本問題是為解決某個(gè)預(yù)定的32PTP-pointtopointLIN-linear CIRC-circularPTP-pointtopointLIN-linear33機(jī)器人靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)機(jī)器人靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)34靜力矩M=9.參考坐標(biāo)系的期望位置和姿態(tài)（位姿），操作機(jī)能否使其末端執(zhí)行器達(dá)到這機(jī)器人關(guān)鍵功能部件光柵）進(jìn)行相對位移時(shí)，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相x_t)：UG、SolidWorks、SolidEdge、MSC、ANSYS、CAXA氣吸式手部的另一個(gè)特點(diǎn)是對工件表面沒有損傷，且對被吸持工件預(yù)定的位置精度要求不高；應(yīng)用鉤拖方式可降低驅(qū)動(dòng)力的要求，簡化手部結(jié)構(gòu)，甚至可以省略手部驅(qū)動(dòng)裝置。l6-DOF串聯(lián)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成在機(jī)器人與機(jī)電一體化系統(tǒng)中有各種不同的物理量(如位移、壓力、速度n微動(dòng)機(jī)構(gòu)和微型機(jī)構(gòu)：顯微外科、細(xì)胞操作、誤差補(bǔ)償器.直角坐標(biāo)機(jī)器人設(shè)計(jì)計(jì)算把電能直接轉(zhuǎn)化為直線機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量的裝置。由接收機(jī)發(fā)出訊號給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)則返回方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟。水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人（SCARA）機(jī)器人工作空間與軌跡規(guī)劃l選取減速器注意參數(shù)及事項(xiàng)：速勻速減速分別占時(shí)間的1/3.向上轉(zhuǎn)過一個(gè)齒差從而得到減速，度，如天津大學(xué)的黃田教授等人進(jìn)行了多年的研究，發(fā)現(xiàn)很機(jī)器人靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)

靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，是機(jī)器人操作機(jī)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)性能分析的基礎(chǔ)。特別是動(dòng)力學(xué)分析，它還是機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真的基礎(chǔ)。

機(jī)器人靜力學(xué)研究機(jī)器人靜止或緩慢運(yùn)動(dòng)式，作用在機(jī)器人上的力和力矩問題。特別是當(dāng)手端與環(huán)境接觸時(shí)，各關(guān)節(jié)力（矩）與接觸力的關(guān)系。

機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力（矩）間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。描述這種動(dòng)態(tài)關(guān)系的微分方程稱為動(dòng)力學(xué)模型。由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其動(dòng)力學(xué)模型也常常很復(fù)雜，難以用于機(jī)器人實(shí)時(shí)控制。然而高質(zhì)量的控制應(yīng)當(dāng)基于被控對象的動(dòng)態(tài)特性，因此，如何合理簡化機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，使其適合于實(shí)時(shí)控制的要求，是機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究追求的目標(biāo)。靜力矩M=9.機(jī)器人靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué) 靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分35動(dòng)力學(xué)研究方法：ADAMS1．拉格朗日方程法：通過動(dòng)、勢能變化與廣義力的關(guān)系，建立機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程。代表人物、、等。計(jì)算量O(n4)，經(jīng)優(yōu)化O(n3)，遞推O(n)。2．牛頓—?dú)W拉方程法：用構(gòu)件質(zhì)心的平動(dòng)和相對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)表示機(jī)器人構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，利用動(dòng)靜法建立基于牛頓—?dú)W拉方程的動(dòng)力學(xué)方程。代表人物Orin,Luh(陸?zhàn)B生)等。計(jì)算量O(n)。3．高斯原理法:利用力學(xué)中的高斯最小約束原理,把機(jī)器人動(dòng)力學(xué)問題化成極值問題求解.代表人物波波夫(蘇).用以解決第二類問題。計(jì)算量O(n3)。4．凱恩方程法：引入偏速度概念，應(yīng)用矢量分析建立動(dòng)力學(xué)方程。該方法在求構(gòu)件的速度、加速度及關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力時(shí)，只進(jìn)行一次由基礎(chǔ)到末桿的推導(dǎo)，即可求出關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力，其間不必求關(guān)節(jié)的約束力，具有完整的結(jié)構(gòu)，也適用于閉鏈機(jī)器人。計(jì)算量O(n!)。動(dòng)力學(xué)研究方法：ADAMS1．拉格朗日方程法：通過動(dòng)、勢能變36機(jī)器人關(guān)鍵功能部件

——電機(jī)、減速器、傳感器機(jī)器人關(guān)鍵功能部件37電機(jī)

選取電機(jī)注意參數(shù)及事項(xiàng)

?外形

?功率

?轉(zhuǎn)矩

?轉(zhuǎn)速?轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?軸端?電流?安裝方式?制動(dòng)?重量?進(jìn)口與國產(chǎn)電機(jī)?轉(zhuǎn)動(dòng)慣量38電機(jī)n步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字式脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移（角位移或線位移）的機(jī)電執(zhí)行元件。它的機(jī)械位移與輸入的數(shù)字脈沖數(shù)有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，即一個(gè)脈沖信號可使步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步，所以稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。ü有較高的定位精度，無位置累積誤差；ü開環(huán)運(yùn)行，成本低，可靠性較高。ü低速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大、噪聲大n伺服就是一個(gè)提供閉環(huán)反饋信號來控制位置和轉(zhuǎn)速。n伺服電機(jī)是一個(gè)位置的半閉環(huán)控制。所以伺服電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，每一個(gè)指令脈沖都可以得到可靠響應(yīng)。電機(jī)n步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字式脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移（角位移39電機(jī)?步進(jìn)電機(jī)：混合式兩相、五相?伺服電機(jī)：直流伺服（干擾小、供電限制-電池）：有刷無刷交流伺服（大慣量，功率范圍大）一、控制精度不同兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、1.8°交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。二、低頻特性不同步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。三、矩頻特性不同步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降四、過載能力不同步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。五、運(yùn)行性能不同步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，控制性能更為可靠。六、速度響應(yīng)性能不同步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒。電機(jī)?步進(jìn)電機(jī)：混合式兩相、五相?伺服電機(jī)：直流伺服（干40???電機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)：220V單相交流電動(dòng)機(jī)：220V直流電動(dòng)機(jī)：24V?調(diào)速：變頻器調(diào)速器???電機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)：220V?調(diào)速：變頻器調(diào)速41舵機(jī)

舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。電壓影響電池舵機(jī) 舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器42直線電機(jī)把電能直接轉(zhuǎn)化為直線機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量的裝置。電機(jī)是一種執(zhí)行裝置，是執(zhí)行器的一種。直線電機(jī)把電能直接轉(zhuǎn)化為直線機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量的裝置。43直驅(qū)電機(jī)DD直驅(qū)電機(jī)

直驅(qū)電機(jī),直接驅(qū)動(dòng)式電機(jī)的簡稱.主要指電機(jī)在驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí),不需經(jīng)過傳動(dòng)裝置(如傳動(dòng)皮帶等).直驅(qū)電機(jī)的主要好處主要是避免使用了傳動(dòng)皮帶等傳動(dòng)設(shè)備,而這些傳動(dòng)部件恰恰是系統(tǒng)中故障率較高的部件.所以使用直驅(qū)電機(jī)的系統(tǒng),從技術(shù)上講,應(yīng)具有更低的故障率超聲電機(jī)：

超聲電機(jī)采用壓電陶瓷材料實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，功率密度更高，比電磁型力矩電機(jī)具有更大的轉(zhuǎn)矩重量比。在相同輸出轉(zhuǎn)矩下，一般質(zhì)量僅為電磁型力矩電機(jī)的三分之一。此外，由于超聲電機(jī)采用摩擦傳動(dòng)，其機(jī)械常數(shù)比電磁型力矩電機(jī)高一個(gè)數(shù)量級，響應(yīng)更快。直驅(qū)電機(jī)DD直驅(qū)電機(jī) 直驅(qū)電機(jī),直接驅(qū)動(dòng)式電機(jī)的簡稱.主要指44由于擺線輪上齒廓曲線的特點(diǎn)及其工藝、表面處理、外部零件安裝、安全防護(hù)絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起n加工設(shè)備：虛擬軸機(jī)床，很容易獲得6軸聯(lián)動(dòng)，前兩年研究-國內(nèi)，浙江恒豐泰CORT復(fù)式滾動(dòng)活齒減速機(jī)機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支承作用．對固定式機(jī)器人，直接聯(lián)接在地面基礎(chǔ)上，對移動(dòng)式機(jī)器人，則安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上．１）升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。直流電動(dòng)機(jī)：24Vl液壓優(yōu)點(diǎn)是功率大，可省去減速裝置l功能強(qiáng)大的Adams平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)據(jù)其結(jié)構(gòu)，大致可分平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種類型。寸，大致可以確定每關(guān)節(jié)電機(jī)尺寸范圍，進(jìn)而確定在相同輸出轉(zhuǎn)矩下，一般質(zhì)量僅為電珠，使其由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的一種螺旋傳動(dòng)。柔輪相對于鋼輪沿著諧波發(fā)生器的反方向作微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置：它是向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的裝置。為了提高機(jī)器人手部和手腕的操作能力、靈活性和快速反應(yīng)能力，使機(jī)器人能像人手一樣進(jìn)行各種復(fù)雜的作業(yè)，就必須有一個(gè)運(yùn)動(dòng)靈活、動(dòng)作多樣的靈巧手，即仿人手。裝置(如傳動(dòng)皮帶等).5=(2π/9)/S^2減速器l選取減速器注意參數(shù)及事項(xiàng)：?外形?潤滑?效率?與電機(jī)連接方式?承受轉(zhuǎn)矩?轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?減速比?安裝方式?重量?進(jìn)口與國產(chǎn)由于擺線輪上齒廓曲線的特點(diǎn)及其減速器l選取減速器注意參數(shù)及45?減速器

蝸輪蝸桿減速器發(fā)熱磨損---潤滑減速比：蝸輪齒數(shù)/蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)越多，傳動(dòng)效率越高，但加工會(huì)更加困難。若要求自鎖，應(yīng)選擇單頭?減速器發(fā)熱磨損---潤滑減速比：蝸輪齒數(shù)/蝸桿頭數(shù)蝸桿46?減速器行星減速器u當(dāng)太陽輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)行星齒輪旋轉(zhuǎn)，由于齒圈被固定，所以行星齒輪除作自轉(zhuǎn)外，還將繞中心旋轉(zhuǎn)軸線作行星運(yùn)動(dòng)-低速公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過行星輪軸，將行星齒輪的低速公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳至輸出軸，這樣便完成了減速運(yùn)動(dòng)。減速比=內(nèi)齒環(huán)齒數(shù)/太陽齒齒數(shù)+1?減速器行星減速器u當(dāng)太陽輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)行星齒輪旋轉(zhuǎn)，由于47諧波減速器l構(gòu)成-由諧波發(fā)生器（橢圓形凸輪及薄壁軸承）、柔輪（在柔性材料上切制齒形）以及與它們嚙合的鋼輪構(gòu)成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)諧波減速器l構(gòu)成-由諧波發(fā)生器（橢圓形凸輪及薄壁軸承48諧波減速器三個(gè)基本構(gòu)件組成（減速原理可認(rèn)為同類于行星減速）（1）帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當(dāng)于行星系中的中心輪；（2）帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當(dāng)于行星齒輪；（3）波發(fā)生器H，它相當(dāng)于行星架。作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式。i=-z1/(z1-z2)諧波減速器三個(gè)基本構(gòu)件組成（減速原理可認(rèn)為同類于行星減速）（49諧波減速器l原理-柔輪的齒數(shù)比鋼輪的齒數(shù)少兩個(gè)齒。隨著諧波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動(dòng)，柔輪與鋼 輪的齒依次嚙合，從轉(zhuǎn)過相同齒數(shù)的中心角來說，柔輪比鋼輪大，于是 柔輪相對于鋼輪沿著諧波發(fā)生器的反方向作微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，齒數(shù)為

100的鋼輪與齒數(shù)為98的柔輪組合，每一周會(huì)產(chǎn)生2/100的轉(zhuǎn)動(dòng)差，從而 得到大的減速比。諧波減速器l原理-柔輪的齒數(shù)比鋼輪的齒數(shù)少兩個(gè)齒。隨50諧波減速器l特點(diǎn)-結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)同軸輸出-減速比大-同時(shí)嚙合齒數(shù)多（30%+），承載能力大-回差?。?lt;3’）,傳動(dòng)精度高-運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率較高（70%）l缺點(diǎn)-扭轉(zhuǎn)剛度不足-諧波發(fā)生器自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大諧波減速器l特點(diǎn)-結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)同軸輸出-同51諧波減速機(jī)l品牌-國外，日本HarmonicDrive(HD)、德國HarmonicDrivePolymerGmbH-國內(nèi)，北京諧波研究所、中技克美、眾合天成諧波減速機(jī)l品牌-國外，日本HarmonicDri52擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用）l結(jié)構(gòu)-行星擺線針輪減速機(jī)全部傳動(dòng)裝置 可分為三部分：輸入部分、減速部 分、輸出部分。-在輸入軸上裝有一個(gè)錯(cuò)位180°的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個(gè)滾柱軸承，形成H機(jī)構(gòu)，兩個(gè)擺線輪的中心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列的針齒輪相嚙合，以組成少齒差內(nèi)嚙合減速機(jī)構(gòu)，（為了減少摩擦，在速比小的減速機(jī)中，針齒上帶有針齒套）。擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用）l結(jié)構(gòu)-行星擺線針輪減速機(jī)53擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用）l減速原理-當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)， 由于擺線輪上齒廓曲線的特點(diǎn)及其 受針齒輪上針齒限制之故，擺線輪 的運(yùn)動(dòng)成為即有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平 面運(yùn)動(dòng)，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時(shí)，偏 心套亦轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線輪于相反方 向上轉(zhuǎn)過一個(gè)齒差從而得到減速， 再借助W輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低 速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過銷軸，傳遞給輸出 軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用）l減速原理-當(dāng)輸入軸帶著偏54擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用）l特點(diǎn)-結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)同軸輸出-減速比大-高剛度，負(fù)載能力大-回差小（<1’）,傳動(dòng)精度高-運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率較高（70%）-可靠性高，壽命長擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用）l特點(diǎn)-結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)同55擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用）l品牌-國外，日本住友FINECYCLO-C、D系列、斯洛伐克SPINEA公司TwinSpin系列-國內(nèi)，暫無擺線針輪減速機(jī)（機(jī)器人用）l品牌-國外，日本住友FI56RV減速機(jī)l結(jié)構(gòu)-由一級行星輪系再串聯(lián)一級擺線針輪減速器組合而成的RV減速機(jī)l結(jié)構(gòu)-由一級行星輪系再串聯(lián)一級擺線針輪減57RV減速器輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線輪移動(dòng)了1個(gè)齒，擺線輪的齒數(shù)就是速比RV減速器輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線輪移動(dòng)了1個(gè)齒，擺線輪的齒數(shù)就58nnRV減速機(jī)l特點(diǎn)-相比擺線針輪減速機(jī)，結(jié)構(gòu)上更緊湊-相比擺線針輪減速機(jī)，減速比更大-高剛度，負(fù)載能力大-回差?。?lt;1’）,傳動(dòng)精度高-運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率較高（85%）-可靠性高，壽命長與諧波傳動(dòng)相比，除了具有相同的速比大、同軸線傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等待點(diǎn)外，最顯著的特點(diǎn)是剛性好，傳動(dòng)剛度較諧波傳動(dòng)要大2—6倍，但重量卻增加了1—3倍。高剛度作用，可以大大提高整機(jī)的固有頻率，降低振動(dòng)；在頻繁加、減速的運(yùn)動(dòng)過程中可以提高響應(yīng)速度并降低能量消耗。RV減速機(jī)目前是工業(yè)機(jī)器人上應(yīng)用的主流減速機(jī)類型，其次是諧波減速機(jī)?。nRV減速機(jī)l特點(diǎn)-相比擺線針輪減速機(jī)，結(jié)構(gòu)上更緊59RV減速機(jī)l品牌-國外，日本帝人制機(jī)（Nabtesco前身）VIGODRIVE中的RV-C、RV-E系列減速機(jī)、日本住友FINECYCLO-T系列、韓國SEJIN-iGB中的XQ、QH系列-國內(nèi)，浙江恒豐泰CORT復(fù)式滾動(dòng)活齒減速機(jī)RV減速機(jī)l品牌-國外，日本帝人制機(jī)（Nabtesc60l

傳感器

在機(jī)器人與機(jī)電一體化系統(tǒng)中有各種不同的物理量(如位移、壓力、速度等)需要測量與控制，如果沒有傳感器對原始的各種參數(shù)進(jìn)行精確而可靠的檢測，那么對機(jī)電產(chǎn)品的各種控制是無法實(shí)現(xiàn)的。因此能把各種不同的非電量轉(zhuǎn)換成電量的傳感器便成為機(jī)電一體化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 傳感器：傳感器是一種以一定的精確度將被測量(如位移、力、加速度等)轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測量的某種物理量(如電量)的測量部件或裝置。l組成：

1、敏感元件直接感受被測量、并以確定關(guān)系輸出物理量。如彈性敏元件將力轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出。

2、轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的非電物理量(如位移、應(yīng)變、光強(qiáng)等)轉(zhuǎn)換成電量參數(shù)(如電阻、電感、電容等)等。

3、基本轉(zhuǎn)換電路將電路參數(shù)量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量，如電壓、電流、頻率等。l分類：開關(guān)型---傳感器的二值就是“1”和“0”或開(ON)和關(guān)(OFF)。數(shù)字型---計(jì)數(shù)型和代碼型。碼盤、光柵模擬型---輸出是與輸入物理量變化相對應(yīng)的連續(xù)變化的電量，溫度、稱重、位移----A/D轉(zhuǎn)換器l 傳感器l組成： 1、敏感元件直接感受被測量、并以61???????????傳感器稱重傳感器：電阻應(yīng)變式稱重傳感器，用于檢測工件重量。機(jī)械開關(guān)：普通接近開關(guān)，用于檢測運(yùn)動(dòng)部分是否到位。光電開關(guān)：包括對射式、反射板式、漫反射式紅外線光電開關(guān)，用于檢測工件位置。磁性開關(guān)：用于檢測運(yùn)動(dòng)部分是否到位。接近開關(guān)材質(zhì)傳感器：用于檢測工件材質(zhì)。位移傳感器：滑動(dòng)電阻式位移傳感器，用于檢測孔深。顏色傳感器：包括顏色傳感器和色標(biāo)傳感器，用于檢測工件顏色。色標(biāo)傳感器形狀傳感器光纖傳感器—光在調(diào)制區(qū)內(nèi),外界信號與光的相互作用,可能引起光的強(qiáng)度,波長,頻率,相位,偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)的變化,從而形成不同的調(diào)制---抗干擾能力???????????傳感器稱重傳感器：電阻應(yīng)變式稱重傳感器62重復(fù)定位精度：往復(fù)運(yùn)動(dòng)的物體,每次停止的位置與第一次調(diào)定的位置之間計(jì)算量O(n4)，經(jīng)優(yōu)化O(n3)，遞推O(n)。目前常用的有如下幾種形式：連桿機(jī)構(gòu)---六足爬蟲等仿生機(jī)器人、助力機(jī)械手是在一個(gè)stewart平臺(tái)上進(jìn)行的.1、給出某一結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)的操作機(jī)以及關(guān)節(jié)變量的變化范圍，求（２）車輪的培植和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)車輪行走機(jī)構(gòu)依據(jù)車輪的多少分為1輪、2輪、3輪、4輪以及多輪機(jī)構(gòu)。編碼器通?？煞譃樵隽渴焦怆娋幋a器、絕對式光電編碼器及混合式光電編碼器。的運(yùn)動(dòng)成為即有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高,由于設(shè)備iGB中的XQ、QH系列運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題因此能把各種不同的非電量轉(zhuǎn)為了消除回差(空回)，螺母分成兩段，以Parasolid(.對于夾鉗式手部，其手指材料可選用一般碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。動(dòng)力源及關(guān)節(jié)傳動(dòng)方式；這一空間又稱可達(dá)空間或總工作空間，記作W(P)。動(dòng)，透過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（高逼真要求下，才考慮多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)）帶傳動(dòng)的應(yīng)用是傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，???傳感器光柵尺、圓光柵：是由一對光柵副中的主光柵（即標(biāo)尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進(jìn)行相對位移時(shí)，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相間）的規(guī)則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經(jīng)過光電器件轉(zhuǎn)換使黑白（或明暗）相同的條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化的電信號，再經(jīng)過放大器放大，整形電路整形后，得到兩路相差為90o的正弦波或方波，送入光柵數(shù)顯表計(jì)數(shù)顯示。（尺是有很多很細(xì)的間格組成，靠光來讀取每次走過的光線數(shù)量，來算出走的尺寸，線愈細(xì)精度愈高）--圓形光柵尺可認(rèn)為是編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器：旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件.分為增量式和絕對式、混合式。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個(gè)電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。旋轉(zhuǎn)變壓器：輸出電信號與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成某種函數(shù)關(guān)系的電感式角度傳感元件。角度反饋重復(fù)定位精度：往復(fù)運(yùn)動(dòng)的物體,每次停止的位置與第一次調(diào)定的位63??伺服編碼器編碼器是將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信號轉(zhuǎn)換為控制器可以接收的電信號的，并反饋給控制器從而進(jìn)行閉環(huán)控制。其中光電式編碼器是利用光電原理把機(jī)械角位移變成電信號，可以非常方便的測量電機(jī)軸的角位移或角速度。按輸出信號與對應(yīng)角度的關(guān)系，光電式編碼器通?？煞譃樵隽渴焦怆娋幋a器、絕對式光電編碼器及混合式光電編碼器。增量式光電編碼器每產(chǎn)生的一個(gè)輸出信號就對應(yīng)軸的一個(gè)角位移，不能直接測量軸的絕對角度。絕對式光電編碼器則通過讀取碼盤上的圖案來測量軸的位置，可以直讀取量角度坐標(biāo)的絕對值?；旌鲜焦怆娋幋a器則是增量式和絕對式共有的編碼器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號。松下：2500線（碼盤一圈的刻線數(shù)）富士：17位（分辨率）32768線??伺服編碼器編碼器是將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信號轉(zhuǎn)換為控制器可以接64??視覺傳感器機(jī)器視覺CCD：一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭、CCD相機(jī)（機(jī)身與鏡頭）、圖像采集卡、圖像處理軟件等。

機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格/不合格、有/無等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。應(yīng)用：在系統(tǒng)中主要進(jìn)行圖象的顏色識(shí)別、形狀識(shí)別、尺寸位置精度檢測。??視覺傳感器機(jī)器視覺CCD：一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：光65????????傳感器

觸覺傳感器 紅外傳感器 力傳感器 超聲傳感器 激光傳感器 電子羅盤?GPS條碼掃描器電子標(biāo)簽????????傳感器?GPS662.氣動(dòng)與真空吸附1.3.4.5.6.基本組成各元件主要性能參數(shù)氣動(dòng)機(jī)器人介紹產(chǎn)品應(yīng)用手爪氣缸氣動(dòng)機(jī)械手

文丘里管原理2.氣動(dòng)與真空吸附1.基本組成67液壓l液壓優(yōu)點(diǎn)是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。但需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫場合，故液壓驅(qū)動(dòng)目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)模擬器液壓l液壓優(yōu)點(diǎn)是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件68l驅(qū)動(dòng)源選取原則l驅(qū)動(dòng)的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，以價(jià)格高低、技術(shù)水平為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。一般說來，目前負(fù)荷為100kg以下的,可優(yōu)先考慮電動(dòng)驅(qū)動(dòng)；只須點(diǎn)位控制且功率較小者，可采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)；負(fù)荷較大或機(jī)器人周圍已有液壓源的場合，可采用液壓驅(qū)動(dòng)。對于驅(qū)動(dòng)源來說，最重要的是要求起動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時(shí)還要有性能好的、與之配套的數(shù)字控制系統(tǒng)。l驅(qū)動(dòng)源選取原則l驅(qū)動(dòng)的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條69機(jī)器人典型元器件與傳動(dòng)方式機(jī)器人典型元器件與傳動(dòng)方式70????典型元器件彈性聯(lián)軸器交叉滾柱導(dǎo)軌支撐型直線導(dǎo)軌（直線軸承）直線導(dǎo)軌（滑塊）滾珠絲杠滑動(dòng)軸承????典型元器件彈性聯(lián)軸器交叉滾柱導(dǎo)軌支撐型直線導(dǎo)軌71?????滾珠絲杠、同步帶

絲杠的應(yīng)用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過絲母轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。帶傳動(dòng)的應(yīng)用是傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 改變旋向，改變速比。 絲杠傳動(dòng)，鋼性較好，可以傳遞較大扭力，位置準(zhǔn)確，頻繁換向時(shí)容易產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。帶傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，消除振動(dòng)，重負(fù)荷時(shí)容易丟轉(zhuǎn)。絲杠導(dǎo)軌精度等級：C普通級P精密級預(yù)壓?張緊?導(dǎo)程絲杠選取與計(jì)算裝配注意事項(xiàng)花鍵絲杠（回轉(zhuǎn)+直線）?????滾珠絲杠、同步帶帶傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，消除振動(dòng)，重負(fù)荷72???典型機(jī)械傳動(dòng)類型

螺旋傳動(dòng)、同步齒形帶、鏈條傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、齒輪齒條 連桿機(jī)構(gòu)---六足爬蟲等仿生機(jī)器人、助力機(jī)械手 行程倍增機(jī)構(gòu)??鋼帶（鋼繩）間歇機(jī)構(gòu)?張緊???典型機(jī)械傳動(dòng)類型?鋼帶（鋼繩）?張緊73滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)l結(jié)構(gòu)-滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間放入適當(dāng)?shù)臐L珠，使其由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的一種螺旋傳動(dòng)。-滾珠在工作過程中順螺旋槽(滾道)滾動(dòng)，故必須設(shè)置滾珠的返回 通道，才能循環(huán)使用。為了消除回差(空回)，螺母分成兩段，以 墊片、雙螺母或齒差調(diào)整兩段螺母的相對軸向位置，從而消除間 隙和施加預(yù)緊力，使回差為零。1一齒輪；2一返回裝置；3一鍵；4一滾珠；5一絲杠；6一螺母；7—支座滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)l結(jié)構(gòu)-滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是在具有螺旋槽的絲杠74滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)l特點(diǎn)-摩擦小、效率高。一般情況下，傳動(dòng)的效率在90％以上。-動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差極小，傳動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高。-磨損小、壽命長。-可以通過預(yù)緊消除軸向間隙，提高軸向剛度。l缺點(diǎn)-大大加大了2、3關(guān)節(jié)軌跡算法的復(fù)雜性-不能自鎖-密封、防塵困難滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)l特點(diǎn)-摩擦小、效率高。一般情況下，傳動(dòng)75其他傳動(dòng)l齒輪傳動(dòng)-間隙調(diào)整較困難，因?yàn)橛旋X側(cè)間隙，所以有較大的回差。-一般不會(huì)單獨(dú)使用，常用于其他減速傳動(dòng)的前一級傳動(dòng)-高速時(shí)，噪聲較大，盡量采用弧形齒和磨齒l同步帶傳動(dòng)-需要張緊或調(diào)整機(jī)構(gòu)，否則會(huì)有較大的回差-一般也不會(huì)單獨(dú)使用，常用于其他減速傳動(dòng)的前一級傳動(dòng)-負(fù)載能力不能太大-噪聲較小，無需潤滑其他傳動(dòng)l齒輪傳動(dòng)-間隙調(diào)整較困難，因?yàn)橛旋X側(cè)間隙，76n????nn傳動(dòng)特點(diǎn)與事項(xiàng)滾動(dòng)絲杠特點(diǎn)：摩擦小、效率高。一般情況下，傳動(dòng)的效率在90％以上動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差極小，傳動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高磨損小、壽命長可以通過預(yù)緊消除軸向間隙，提高軸向剛度。

滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)不能自鎖，必須有防止逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)或自鎖機(jī)構(gòu)才能安全地用于有自重下降的場合。最怕落入灰塵、鐵屑、砂粒。通常，螺母兩端必須密封，絲杠的外露部分視情況加以密封。

對于齒輪傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)，須注意消除間隙，否則達(dá)不到應(yīng)有的轉(zhuǎn)角精度要求。對于鏈傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng)、鋼帶傳動(dòng)和鋼絲繩傳動(dòng)，須考慮張緊問題，否則會(huì)產(chǎn)生很大的回差。n????nn傳動(dòng)特點(diǎn)與事項(xiàng)滾動(dòng)絲杠特點(diǎn)：摩擦小、效率高。一77機(jī)器人傳動(dòng)選取原則u原則：?極少的傳動(dòng)環(huán)節(jié)；?結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕；?傳動(dòng)剛度大，即承受扭矩時(shí)角度變形要小，以提高整機(jī)的固有頻率，降低整機(jī)的低頻振動(dòng)；?回差小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，以得到較高的位置控制精度；?壽命長、價(jià)格低。l各類機(jī)器人幾乎使用了目前出現(xiàn)的絕大多數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中最常用的為諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪行星傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。此外選取需注意：精度、剛度、負(fù)載、成本、應(yīng)用場合等。機(jī)器人傳動(dòng)選取原則u原則：?極少的傳動(dòng)環(huán)節(jié)；78機(jī)器人常用傳動(dòng)比較機(jī)器人常用傳動(dòng)比較79機(jī)器人常用傳動(dòng)比較機(jī)器人常用傳動(dòng)比較80機(jī)器人的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)81典型結(jié)構(gòu)組成l為什么通用型工業(yè)機(jī)器人均選用6-DOF串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式？

-一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體在直角坐標(biāo)系中的位姿（位置和姿態(tài)） 可由6個(gè)自由度變量（3個(gè)平動(dòng)、3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）來表示；

-6-DOF串聯(lián)機(jī)器人抓取物體時(shí)，手臂機(jī)構(gòu)（前3個(gè)自由 度）決定物體的位置，手腕機(jī)構(gòu)（后3個(gè)自由度）決定 物體的姿態(tài)；-6-DOF串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式給機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算帶來了方便——可以將位置和姿態(tài)變量分開計(jì)算典型結(jié)構(gòu)組成l為什么通用型工業(yè)機(jī)器人均選用6-DOF串聯(lián)結(jié)82-----典型結(jié)構(gòu)組成l6-DOF串聯(lián)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成-----底座腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)座肩關(guān)節(jié)大臂肘關(guān)節(jié)小臂腕部末端執(zhí)行器（手爪）平衡裝置-----典型結(jié)構(gòu)組成-底座83一、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成1.手部2.手腕3.臂部4.機(jī)身

一、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成1.手部84一、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成１．手部機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置了操作機(jī)構(gòu)，有時(shí)也稱為手爪或末端操作器．２．手腕聯(lián)接手部和手臂的部分，主要作用是改變手部的空間方向和將作業(yè)載荷傳遞到手臂．３．臂部聯(lián)接機(jī)身和手腕的部分，主要作用是改變手部的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機(jī)座．４．機(jī)身機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支承作用．對固定式機(jī)器人，直接聯(lián)接在地面基礎(chǔ)上，對移動(dòng)式機(jī)器人，則安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上．一、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成１．手部85二、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)１．手臂的運(yùn)動(dòng)垂直移動(dòng)徑向移動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)２．手腕的運(yùn)動(dòng)(1)手腕旋轉(zhuǎn)(2)手腕彎曲(3)手腕側(cè)擺二、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)１．手臂的運(yùn)動(dòng)２．手腕的運(yùn)動(dòng)86三、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)１．機(jī)身結(jié)構(gòu)

機(jī)身是直接聯(lián)接、支承和傳動(dòng)手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。它是由臂部運(yùn)動(dòng)(升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰)機(jī)構(gòu)及有關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等組成。由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)型式、使用條件、負(fù)載能力各不相同，所采用的驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置也不同，致使機(jī)身結(jié)構(gòu)有很大差異。一般情況下，實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上。臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力愈復(fù)雜。機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走式的，即在它的下部裝有能行走的機(jī)構(gòu)，可沿地面或架空軌道運(yùn)行。三、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)１．機(jī)身結(jié)構(gòu)機(jī)身是直接聯(lián)接、支承和傳動(dòng)87１．機(jī)身結(jié)構(gòu)常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)：１）升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)２）俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)３）直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)４）類人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)１．機(jī)身結(jié)構(gòu)常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)：88２．臂部結(jié)構(gòu)手臂部件(簡稱臂部)是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們在空間運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的臂部主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)有關(guān)的構(gòu)件，如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐聯(lián)接和位置檢測元件等。此外，還有與腕部或手臂的運(yùn)動(dòng)和聯(lián)接支撐等有關(guān)的構(gòu)件、配管配線等。２．臂部結(jié)構(gòu)手臂部件(簡稱臂部)是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，89２．臂部結(jié)構(gòu)根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置的不同可分為：１）伸縮型臂部結(jié)構(gòu)２）轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮型臂部結(jié)構(gòu)３）驅(qū)伸型臂部結(jié)構(gòu)４）其他專用的機(jī)械傳動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)２．臂部結(jié)構(gòu)根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置的90３．機(jī)身和臂部的配置形式機(jī)身和臂部的配置形式基本上反映了機(jī)器人的總體布局。由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)要求、工作對象、作業(yè)環(huán)境和場地等因素的不同，出現(xiàn)了各種不同的配置形式。目前常用的有如下幾種形式：（１）橫梁式（２）立柱式（３）機(jī)座式（４）驅(qū)伸式３．機(jī)身和臂部的配置形式機(jī)身和臂部的配置形式基本上反映了91３．機(jī)身和臂部的配置形式橫梁式：機(jī)身設(shè)計(jì)成橫梁式，用于懸掛手臂部件，這類機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式大多為移動(dòng)式。它具有占地面積小，能有效利用空間，直觀等優(yōu)點(diǎn)。橫梁可設(shè)計(jì)成固定的或行走的，一般橫梁安裝在廠房原有建筑的柱梁或有關(guān)設(shè)備上，也可從地面架設(shè)。３．機(jī)身和臂部的配置形式橫梁式：機(jī)身設(shè)計(jì)成橫梁式，用于懸掛手92３．機(jī)身和臂部的配置形式立柱式：立柱式機(jī)器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運(yùn)動(dòng)型式，是一種常見的配置形式。一般臂部都可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小而工作范圍大的特點(diǎn)。立柱可固定安裝在空地上，也可以固定在床身上。立主式結(jié)構(gòu)簡單，服務(wù)于某種主機(jī)，承擔(dān)上、下料或轉(zhuǎn)運(yùn)等工作。３．機(jī)身和臂部的配置形式立柱式：立柱式機(jī)器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯93３．機(jī)身和臂部的配置形式機(jī)座式：機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這種機(jī)器人可以是獨(dú)立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以隨意安放和搬動(dòng)。也可以具有行走機(jī)構(gòu)，如沿地面上的專用軌道移動(dòng)，以擴(kuò)大其活動(dòng)范圍。各種運(yùn)動(dòng)形式均可設(shè)計(jì)成機(jī)座式。３．機(jī)身和臂部的配置形式機(jī)座式：機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這種機(jī)器人94３．機(jī)身和臂部的配置形式屈伸式：屈伸式機(jī)器人的臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運(yùn)動(dòng)，稱為屈伸臂。屈伸臂與機(jī)身間的配置形式關(guān)系到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)，也可以作空間運(yùn)動(dòng)。（圖見下頁）３．機(jī)身和臂部的配置形式屈伸式：屈伸式機(jī)器人的臂部由大小臂組95第二章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件96四、手腕結(jié)構(gòu)

手腕是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。因此它具有獨(dú)立的自由度，以滿足機(jī)器人手部完成復(fù)雜的姿態(tài)。要確定手部的作業(yè)方向，一般需要三個(gè)自由度，這三個(gè)回轉(zhuǎn)方向?yàn)椋海保┍坜D(zhuǎn)繞小臂軸線方向的旋轉(zhuǎn)。２）手轉(zhuǎn)使手部繞自身的軸線方向旋轉(zhuǎn)。３）腕擺使手部相對于臂進(jìn)行擺動(dòng)。四、手腕結(jié)構(gòu)手腕是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它的主要作用97手腕結(jié)構(gòu)多為上述三個(gè)回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式如下圖所示：手腕結(jié)構(gòu)多為上述三個(gè)回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式98腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足傳動(dòng)靈活、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、避免干涉。機(jī)器人多數(shù)將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分安排在小臂上。首先設(shè)法使幾個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞到同軸旋轉(zhuǎn)的心軸和多層套筒上去。運(yùn)動(dòng)傳入腕部后再分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)作。腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足傳動(dòng)靈活、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、避免干涉。機(jī)99柔順手腕在用機(jī)器人進(jìn)行精密裝配作業(yè)中，當(dāng)被裝配零件的不一致、工件的定位夾具、機(jī)器人的定位精度不能滿足裝配要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致裝配困難。這就提出了柔順性要求。柔順裝配技術(shù)有兩種：一種是從檢測、控制的角度，采取各種不同的搜索方法，實(shí)現(xiàn)邊校正邊裝配。一種是從機(jī)械結(jié)構(gòu)的角度在手腕部配置一個(gè)柔順環(huán)節(jié)，以滿足柔順裝配的要求。柔順手腕示意圖如下頁柔順手腕在用機(jī)器人進(jìn)行精密裝配作業(yè)中，當(dāng)被裝配零件的不一100柔順手腕柔順手腕101五、手部機(jī)構(gòu)機(jī)器人的手部是是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從功能和形態(tài)上看，它可分為工業(yè)機(jī)器人的手部和仿人機(jī)器人的手部。常用的手部按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類。五、手部機(jī)構(gòu)機(jī)器人的手部是是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從功能和形102１.夾持類夾持類手部除常用的夾鉗式外，還有脫鉤式和彈簧式。此類手部按其手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式不同又可分為手指回轉(zhuǎn)型和指面平移型。１.夾持類夾持類手部除常用的夾鉗式外，還有脫鉤式和彈簧式103(1)夾鉗式夾鉗式是工業(yè)機(jī)器人最常用的一種手部形式,一般夾鉗式(見圖2-13所示)由以下幾部分組成:1)手指2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3)驅(qū)動(dòng)裝置4)支架(1)夾鉗式夾鉗式是工業(yè)機(jī)器人最常用的一種手部形式,一般夾鉗104(1)夾鉗式手指:

它是直接與工件5接觸的構(gòu)件。手部松開和夾緊工件，就是通過手指的張開和閉合來實(shí)現(xiàn)的。一般情況下，機(jī)器人的手部只有兩個(gè)手指，少數(shù)有三個(gè)或多個(gè)手指。它們的結(jié)構(gòu)形式常取決于被夾持工件的形狀和特性。(1)夾鉗式手指:它是直接與工件5接觸的構(gòu)件。手部松開和夾105(1)夾鉗式１）指端的形狀①(1)夾鉗式１）指端的形狀①106(1)夾鉗式２）指面形式根據(jù)工件形狀、大小及其被夾持部位材料質(zhì)軟硬、表面性質(zhì)等的不同，手指的指面有光滑指面、齒型指面和柔性指面３種形式。３）手指的材料手指材料選用恰當(dāng)與否，對機(jī)器人的使用效果有很大的影響。對于夾鉗式手部，其手指材料可選用一般碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。(1)夾鉗式２）指面形式107(1)夾鉗式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：它是向手指傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。１）回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)夾鉗式手部中較多的是回轉(zhuǎn)型手部，其手指就是一隊(duì)（或幾對）杠桿，再同斜楔、滑槽、連桿、齒輪、蝸輪蝸桿或螺桿等機(jī)構(gòu)組成復(fù)合式杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，來改變傳力比、傳動(dòng)比及運(yùn)動(dòng)方向等。(1)夾鉗式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：它是向手指傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)夾緊和108(1)夾鉗式回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)夾鉗式回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)109(1)夾鉗式２）平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平移型夾鉗式手部是通過手指的指面作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或平面移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)張開或閉合動(dòng)作的，常用于夾持具有平行平面的工件（如箱體等）。其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不如回轉(zhuǎn)型應(yīng)用廣泛。平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)據(jù)其結(jié)構(gòu)，大致可分平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種類型。(1)夾鉗式２）平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)110(1)夾鉗式平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)夾鉗式平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)111(1)夾鉗式驅(qū)動(dòng)裝置：它是向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的裝置。按驅(qū)動(dòng)方式不同有液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)之分。支架：使手部與機(jī)器人的腕或臂相聯(lián)接。(1)夾鉗式驅(qū)動(dòng)裝置：它是向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的裝置。按驅(qū)動(dòng)方112(2)鉤拖式手部主要特征是不靠夾緊力來夾持工件，而是利用手指對工件鉤、拖、捧等動(dòng)作來拖持工件。應(yīng)用鉤拖方式可降低驅(qū)動(dòng)力的要求，簡化手部結(jié)構(gòu)，甚至可以省略手部驅(qū)動(dòng)裝置。它適用于在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)作低速移動(dòng)的搬運(yùn)工作，尤其對大型笨重的工件或結(jié)構(gòu)粗大而質(zhì)量較輕且易變形的工件更為有利。(2)鉤拖式手部主要特征是不靠夾緊力來夾持工件，而是利用113(2)鉤拖式手部無驅(qū)動(dòng)裝置有驅(qū)動(dòng)裝置(2)鉤拖式手部無驅(qū)動(dòng)裝置114無驅(qū)動(dòng)裝置(2)鉤拖式手部工作原理：手部在臂的帶動(dòng)下向下移動(dòng)，當(dāng)手部下降到一定位置時(shí)齒條１下端碰到撞塊，臂部繼續(xù)下移，齒條便帶動(dòng)齒輪２旋轉(zhuǎn)，手指３即進(jìn)入工件鉤拖部位。手指拖持工件時(shí)，銷子４在彈簧力作用下插入齒條缺口，保持手指的鉤拖狀態(tài)并可使手臂攜帶工件離開原始位置。在完成鉤拖任務(wù)后，由電磁鐵將銷子向外拔出，手指又呈自由狀態(tài)，可繼續(xù)下個(gè)工作循環(huán)程序。無驅(qū)動(dòng)裝置(2)鉤拖式手部工作原理：手部在臂的帶動(dòng)下向下移動(dòng)115(2)鉤拖式手部有驅(qū)動(dòng)裝置工作原理：依靠機(jī)構(gòu)內(nèi)力來平衡工件重力而保持拖持狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)液壓缸５以較小的力驅(qū)動(dòng)杠桿手指６和７回轉(zhuǎn)，使手指閉合至拖特工件的位置。手指與工件的接觸點(diǎn)均在其回轉(zhuǎn)支點(diǎn)O1、O2的外側(cè)，因此在手指拖持工件后，工件本身的重量不會(huì)使手指自行松脫。(2)鉤拖式手部有驅(qū)動(dòng)裝置工作原理：依靠機(jī)構(gòu)內(nèi)力來平衡工件重116(2)鉤拖式手部彈簧式手部靠彈簧力的作用將工件夾緊，手部不需要專用的驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡單。它的使用特點(diǎn)是工件進(jìn)入手指和從手指中取下工件都是強(qiáng)制進(jìn)行的。由于彈簧力有限，故只適用于夾持輕小工件。(2)鉤拖式手部彈簧式手部靠彈簧力的作用將工件夾緊，手部117２．吸附類(1)氣吸式氣吸式手部是工業(yè)機(jī)器人常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤（一個(gè)或幾個(gè)）、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于非金屬材料（如板材、紙張、玻璃等物體）或不可有剩磁的材料的吸附。氣吸式手部的另一個(gè)特點(diǎn)是對工件表面沒有損傷，且對被吸持工件預(yù)定的位置精度要求不高；但要求工件上與吸盤接觸部位光滑平整、清潔，被吸工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。氣吸式手部是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的。按形成壓力差的方法，可分為真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸。２．吸附類(1)氣吸式氣吸式手部是工業(yè)機(jī)器人常用的一種吸118(1)氣吸式(1)氣吸式119(2)磁吸式磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附工件的，其應(yīng)用較廣。磁吸式手部與氣吸式手部相同，不會(huì)破壞被吸收表面質(zhì)量。磁吸收式手部比氣吸收式手部優(yōu)越的方面是：有較大的單位面積吸力，對工件表面粗糙度及通孔、溝槽等無特殊要求。(2)磁吸式磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的120３.仿人機(jī)器人的手部目前，大部分工業(yè)機(jī)器人的手部只有２個(gè)手指，而且手指上一般沒有關(guān)節(jié)。因此取料不能適應(yīng)物體外形的變化，不能使物體表面承受比較均勻的夾持力，因此無法滿足對復(fù)雜形狀、不同材質(zhì)的物體實(shí)施夾持和操作。為了提高機(jī)器人手部和手腕的操作能力、靈活性和快速反應(yīng)能力，使機(jī)器人能像人手一樣進(jìn)行各種復(fù)雜的作業(yè)，就必須有一個(gè)運(yùn)動(dòng)靈活、動(dòng)作多樣的靈巧手，即仿人手。３.仿人機(jī)器人的手部目前，大部分工業(yè)機(jī)器人的手部只有２個(gè)121３.仿人機(jī)器人的手部（１）柔性手（２）多指靈活手３.仿人機(jī)器人的手部（１）柔性手122六、行走機(jī)構(gòu)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)、位置檢測元件、傳感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機(jī)器人的機(jī)身、臂部和手部，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在更廣闊的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。一般而言，行走機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要有車輪式行走機(jī)構(gòu)、履帶式行走機(jī)構(gòu)和足式行走機(jī)構(gòu)，此外，還有不進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式行走機(jī)構(gòu)、混合式行走機(jī)構(gòu)和蛇行式行走機(jī)構(gòu)等，以適合于各種特別的場合。六、行走機(jī)構(gòu)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)123１.車輪式行走機(jī)構(gòu)輪式行走機(jī)器人是機(jī)器人中應(yīng)用最多的一種機(jī)器人，在相對平坦的地面上，用車輪移動(dòng)方式行走是相當(dāng)優(yōu)越的。（１）車輪的形式車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。１.車輪式行走機(jī)構(gòu)輪式行走機(jī)器人是機(jī)器人中應(yīng)用最多的一種124１.車輪式行走機(jī)構(gòu)（２）車輪的培植和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)車輪行走機(jī)構(gòu)依據(jù)車輪的多少分為1輪、2輪、3輪、4輪以及多輪機(jī)構(gòu)。1輪和2輪行走機(jī)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)上的主要障礙是穩(wěn)定性問題，實(shí)際應(yīng)用的車輪式行走機(jī)構(gòu)多為3輪和4輪。１.車輪式行走機(jī)構(gòu)（２）車輪的培植和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)車輪行走機(jī)構(gòu)依125１.車輪式行走機(jī)構(gòu)１.車輪式行走機(jī)構(gòu)126２.足式行走機(jī)構(gòu)

履帶式行走機(jī)構(gòu)雖然可在高低不平的地面上運(yùn)動(dòng)，但它的適應(yīng)性不夠，行走時(shí)候晃動(dòng)太大，在軟地面上行駛運(yùn)動(dòng)效率低。根據(jù)調(diào)查，在地球上近一半的地面不適合于傳統(tǒng)的輪式或履帶式車輛行走。但是一般多足動(dòng)物卻能在這些地方行動(dòng)自如，顯然足式與輪式和履帶式行走方式相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

足式行走對崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力一，足式運(yùn)動(dòng)方式的立足點(diǎn)是離散的點(diǎn)，可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)，而輪式和履帶行走工具必須面臨最壞的地形上的幾乎所有點(diǎn)；足式運(yùn)動(dòng)方式還具有主動(dòng)隔振能力，盡管地面高低不平，機(jī)身的運(yùn)動(dòng)仍然可以相當(dāng)平穩(wěn)；足式行走在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動(dòng)速度較高，能耗較少。２.足式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)雖然可在高低不平的地面上運(yùn)127２.足式行走機(jī)構(gòu)（１）足的數(shù)目現(xiàn)有的步行機(jī)器人的足數(shù)分別為單足、雙足、三足、