機械手臂的結(jié)構(gòu)設計2

機械手臂的結(jié)構(gòu)設計演示文稿當前1頁，總共34頁。上海世博軸陽光谷焊接施工當前2頁，總共34頁。

機器人焊接陽光谷11060個節(jié)點

連接世博中國館、主題館、世博中心、演藝中心的世博軸今天上午完成了主體結(jié)構(gòu)施工。上海建工機施公司董事長張立新透露，在6個形如喇叭、距地30米高空的陽光谷的施工中，機施公司動用了機器人，焊接了11060個節(jié)點。

作為世博軸的最大亮點，6個陽光谷尺寸不一、間距不一、形狀也不完全一樣。陽光谷的基本構(gòu)建為方形鋼管，幾根鋼管連接于同一點，稱為“節(jié)點”。機施公司副總工程師陳曉明表示，陽光谷施工中采用的機器人，外形根據(jù)施工環(huán)境而改變，“編制程序后，給機器人發(fā)指令，隨后機器人開始做動作。”目前，這一套機器人施工技術，已納入國家863計劃。

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此前，世博軸頂部的索膜結(jié)構(gòu)也已完工。建設者總共安裝了69塊巨大的白色膜布，面積達68000平方米。如此巨大的膜布厚度僅為1毫米，但其設計張拉力每米達5噸，是當今世界強度最高的膜材。

世博軸是一個由商業(yè)服務、餐飲、會展服務等多功能組成的大型商業(yè)、交通綜合體。長度大約為1000米，寬約110米，跨越4條城市道路，聯(lián)系5個街區(qū)，連通3個軌道交通站。在世博軸設置6個陽光谷，考慮的是把陽光和空氣引入地下，“降低”建筑密度。此外，世博軸還引入黃浦江水作冷熱源，用全生態(tài)綠色節(jié)能技術營造舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境。

世博期間，一旦面臨降雨，世博軸也能“輕松應對”。機施公司透露，世博軸底部還設置了雨水溝渠，用來收集雨水。除了滿足特大暴雨時的蓄洪要求，雨水在經(jīng)過處理后，還能用于澆灌和世博軸內(nèi)“小氣候”的調(diào)節(jié)。當前4頁，總共34頁。一、臂部設計的基本要求

當前5頁，總共34頁。1．承載能力足：

手臂是支承手腕的部件，設計時不僅要考慮抓取物體的重量或攜帶工具的重量，還要考慮運動時的動載荷及轉(zhuǎn)動慣性。當前6頁，總共34頁。2．剛度高：

為了防止臂部在運動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。

工字型截面的彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實心軸大得多。

當前7頁，總共34頁。工字鋼（GB706-88）：1、工字鋼的型號與高度尺寸h有關，如：10號工字鋼即指其高度尺寸為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應的設計手冊。3、工字鋼的長度按長度系列購買。如：5~19m。當前8頁，總共34頁。槽鋼（GB707-88）1、槽鋼的型號與高度尺寸h有關，如：10號槽鋼即指其高度尺為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應的設計手冊。當前9頁，總共34頁。3、導向性能好，定位精度高：

為防止手臂在直線運動中，沿運動軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，應設置導向裝置。同時要采用一定形式的緩沖措施。當前10頁，總共34頁。4．重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小：

為提高機器人的運動速度，要盡量減少臂部運動部分的重量，以減少整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。當前11頁，總共34頁。5．合理設計與腕部和機身的連接部位：

臂部的安裝形式和位置不僅關系到機器人的強度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機器人的外觀。當前12頁，總共34頁。二、機械臂的運動形式

當前13頁，總共34頁。1．直角坐標型：

臂部由三個相互正交的移動副組成。帶動腕部分別沿X、Y、Z三個坐標軸的方向作直線移動。結(jié)構(gòu)簡單，運動位置精度高。但所占空間較大，工作范圍相對較小。當前14頁，總共34頁。2．圓柱坐標型：

臂部由一個轉(zhuǎn)動副和兩個移動副組成。相對來說，所占空間較小，工作范圍較大，應用較廣泛。當前15頁，總共34頁。3．關節(jié)型：

由動力型旋轉(zhuǎn)關節(jié)和前、下兩臂組成。關節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標。動作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內(nèi)饒過各種障礙物。當前16頁，總共34頁。三、典型機械臂結(jié)構(gòu)

當前17頁，總共34頁。1．手臂直線運動機構(gòu)

常見方式：

行程小時：采用油缸或汽缸直接驅(qū)動；當行程較大時：可采用油缸或汽缸驅(qū)動齒條傳動的倍增機構(gòu)或采用步進電機或伺服電機驅(qū)動，并通過絲桿螺母來轉(zhuǎn)換為直線運動。典型結(jié)構(gòu)：油缸驅(qū)動的手臂伸縮運動結(jié)構(gòu)電機驅(qū)動的絲桿螺母直線運動結(jié)構(gòu)當前18頁，總共34頁。油缸—齒條機構(gòu)圖例：當前19頁，總共34頁。電機驅(qū)動絲桿螺母直線運動結(jié)構(gòu)圖例：當前20頁，總共34頁。2．手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)

常見方式：

常見的有齒輪傳動機構(gòu)，鏈輪傳動機構(gòu)，活塞及連桿傳動機構(gòu)等。

曲柄滑塊機構(gòu)：假設滑塊是主動件，當滑塊沿一定的導軌移動時，可以推動曲柄做擺動或圓周運動。典型機構(gòu)：

液壓缸—連桿回轉(zhuǎn)機構(gòu)：齒輪驅(qū)動回轉(zhuǎn)機構(gòu)：當前21頁，總共34頁。平面四桿機構(gòu)圖例：平面四桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)當前22頁，總共34頁。平面四桿機構(gòu)演變圖例：曲柄滑塊機構(gòu)當前23頁，總共34頁。雙臂機器人手臂結(jié)構(gòu)圖例：

1—鉸接活塞缸2—連桿3—手臂4—支承架運動特點：手臂關節(jié)的回轉(zhuǎn)運動是通過液壓缸-連桿機構(gòu)實現(xiàn)?？刂苹钊男谐叹涂刂屏耸直蹟[角的大小。當前24頁，總共34頁。齒輪驅(qū)動回轉(zhuǎn)機構(gòu)圖例：當前25頁，總共34頁。3．關節(jié)型機械臂的結(jié)構(gòu)（1）

存在的運動型式：

機身的旋轉(zhuǎn)運動；肩關節(jié)和肘關節(jié)的擺動；腕關節(jié)的俯仰和旋轉(zhuǎn)運動；各運動的協(xié)調(diào)：

稱為5軸關節(jié)型機器人。

當前26頁，總共34頁。五軸關節(jié)型機器人手臂運動圖例（1）：腰轉(zhuǎn)肩轉(zhuǎn)肘轉(zhuǎn)俯仰偏轉(zhuǎn)腰轉(zhuǎn)姿態(tài)當前27頁，總共34頁。五軸關節(jié)型機器人手臂運動圖例（2）：肩關節(jié)、肘關節(jié)與手腕的協(xié)調(diào)當前28頁，總共34頁。3．關節(jié)型機械臂的結(jié)構(gòu)（2）

各運動的實現(xiàn)：腕部的旋轉(zhuǎn)：電機M5→減速器R5→鏈輪副C5→錐齒輪副G5→旋轉(zhuǎn)運動n5腕部俯仰：電機M4→減速器R4→鏈輪副C4→俯仰運動n4肘關節(jié)擺動：電機M3→兩級同步帶傳動B3、B3′→減速器R3→肘關節(jié)擺動n3肩關節(jié)的擺動：電機M2→同步帶傳動B2→減速器R2→肩關節(jié)擺動n2

當前29頁，總共34頁。關節(jié)型機器人傳動系統(tǒng)圖：當前30頁，總共34頁。腕部旋轉(zhuǎn)局部圖例：電機M5→減速器R5→鏈輪副C5→錐齒輪副G5→旋轉(zhuǎn)運動n5當前31頁，總共34頁。腕部俯仰局部圖例：電機M4→減速器R4→鏈輪副C4→俯