機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)06.ppt

1、機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,1、機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展 人類(lèi)在原始時(shí)期，從勞動(dòng)實(shí)踐中逐步認(rèn)識(shí)到，如果要鉆一個(gè)孔，就要使刀具旋轉(zhuǎn)的同時(shí)向深度推進(jìn)。如果要制造一個(gè)圓柱體，就需要使工件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)再拿著刀具沿著工件做縱向移動(dòng)。在這樣一種理念的基礎(chǔ)上，就造出了最古老的機(jī)床。圖示為幾種中國(guó)三代的機(jī)床和18世紀(jì)的機(jī)床。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,圖 古代的機(jī)床,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,第一節(jié) 機(jī)床的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì) 到了19世紀(jì)初發(fā)明了銑床，19世紀(jì)中期發(fā)展成基本上具有現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的萬(wàn)能銑床。機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展也是逐步進(jìn)行的，由齒輪變速箱代替了皮帶塔輪傳動(dòng)。如圖所示。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,2、現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展與展望 現(xiàn)代機(jī)床從功能

2、、規(guī)模、效率、精度、切削方式等方面都有了很大的發(fā)展。 組合機(jī)床人們運(yùn)用組合方法發(fā)明了各種多功能組合機(jī)床，從而使機(jī)床系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的資源得到充分的利用，使加工工序縮短，提高了加工效率。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面、多工位、同時(shí)加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車(chē)削、銑削、磨削等工序。組合機(jī)床的示意圖如圖所示。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,大型機(jī)床 體積與質(zhì)量大是大型機(jī)床的主要特征，但因此也就容易導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌接觸面的壓力增大，影響了運(yùn)動(dòng)的靈敏性，增大了摩擦力，從而導(dǎo)致較大的動(dòng)力消耗。為了解決這一問(wèn)題，就發(fā)明了大型機(jī)床專(zhuān)用的卸載裝置，以及靜壓導(dǎo)軌。如圖所示。,圖 大型機(jī)床

3、的導(dǎo)軌,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,高精度機(jī)床 隨著科技的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的精度要求越來(lái)越高。例如宇宙飛行用陀螺儀中的30mm球形轉(zhuǎn)子，要求其不圓度不大于0.12um；導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)允許誤差只有幾秒。這些高精度的零件當(dāng)然需要高精度機(jī)床來(lái)加工。高精度機(jī)床除本身具有高精度以外，主要還附加了一些特殊的校正、測(cè)量與定位裝置。如圖所示的機(jī)構(gòu)。,特種加工機(jī)床 隨著工件形狀的日益復(fù)雜，以及材料的特殊性能（高硬度材料及高脆性材料），引入了電加工、超聲波加工的方法，為機(jī)床開(kāi)辟了新的領(lǐng)域。圖中超聲波加工原理是：利用火花放電時(shí)能燒毀金屬表面的電蝕現(xiàn)象進(jìn)行金屬的加工。另外圖中還顯示了電解原理的磨削加工示意圖及超聲波

4、加工的應(yīng)用實(shí)例。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,第二節(jié) 動(dòng)力機(jī)發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì) 凡是將自然界中的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)械裝置稱(chēng)為動(dòng)力機(jī)械或設(shè)備。例如汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、水輪機(jī)、風(fēng)力機(jī)等都是典型的動(dòng)力機(jī)械。動(dòng)力機(jī)械在社會(huì)發(fā)展中的地位是顯著的。18世紀(jì)60年代出現(xiàn)了第一代動(dòng)力機(jī)械蒸汽機(jī)，引起了產(chǎn)業(yè)革命，促進(jìn)了社會(huì)的大發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,1、蒸汽機(jī) 原始蒸汽機(jī)17世紀(jì)末，法國(guó)技師巴本制成了世界第一臺(tái)蒸汽機(jī)。其工作原理是，通過(guò)向汽缸中注水并加熱，水蒸氣將活塞推動(dòng)上去，當(dāng)活塞被推到汽缸頂部時(shí)再撤熱，然后使缸內(nèi)汽冷卻，大氣壓力便將活塞推下來(lái)。該蒸汽機(jī)雖然很原始，但就其具備汽

5、缸與活塞來(lái)說(shuō)是具有劃時(shí)代意義的。 實(shí)用蒸汽機(jī)18世紀(jì)初，英國(guó)的紐科門(mén)為了解決礦井積水的問(wèn)題研制了實(shí)用性蒸汽機(jī)，用來(lái)抽水。該蒸汽機(jī)除了具有汽缸與活塞外，并且在汽缸中設(shè)有閥門(mén)，還配有一個(gè)鍋爐。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,改進(jìn)型蒸汽機(jī)紐科門(mén)的蒸汽機(jī)效率低下，盡管如此也用了60余年。后來(lái)瓦特分析了這種蒸汽機(jī)的缺點(diǎn)，對(duì)它進(jìn)行了兩次改進(jìn)。第一次是針對(duì)汽缸體冷卻頻繁轉(zhuǎn)換，耗費(fèi)熱能的問(wèn)題進(jìn)行改造。它用冷凝器代替向缸體噴冷水，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到頂部時(shí)，關(guān)閉蒸汽機(jī)閥門(mén)的同時(shí)打開(kāi)冷凝器的閥門(mén)，使汽缸內(nèi)蒸汽壓力消失，并冷凝形成真空。經(jīng)過(guò)這樣的改進(jìn)，使蒸汽機(jī)的熱效率提高了3倍，耗煤量節(jié)約了1/4。第二次改進(jìn)是，增加了連桿與曲軸結(jié)

6、構(gòu)，使活塞的移動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；并且還發(fā)明了世界上最早的自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽流量，使機(jī)器運(yùn)行速度保持恒定。瓦特的兩次改進(jìn)于1874年完成，由于瓦特的改造使蒸汽機(jī)更廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,2 、 內(nèi)燃機(jī) 早在蒸汽機(jī)問(wèn)世前就有人曾設(shè)想過(guò)在汽缸內(nèi)直接燃爆，致使汽缸內(nèi)氣體膨脹推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。但由于瓦特蒸汽機(jī)的廣泛使用影響了這種設(shè)想的進(jìn)一步發(fā)展。盡管如此，內(nèi)燃機(jī)還是十分具有吸引力。因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)不像蒸汽機(jī)那樣需要鍋爐和燒煤，這樣就可以使體積與質(zhì)量都減小，還可以隨意移動(dòng)。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,內(nèi)燃機(jī)的能量轉(zhuǎn)換由熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能是內(nèi)燃機(jī)的主要功能，但產(chǎn)生熱能的關(guān)鍵是點(diǎn)火裝置。能量的

7、轉(zhuǎn)換分為四個(gè)階段，即內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程：進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣。如圖所示。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)變換連桿活塞式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)變換是由活塞的移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)動(dòng)。主要活動(dòng)構(gòu)件有活塞、連桿、曲軸。布置形式有正置式、偏置式、主副連桿式和天平桿式4種，見(jiàn)圖。然后由這4種基本形式再組成單列式、單軸多列式、對(duì)向活塞式等多軸多列式的各種結(jié)構(gòu)形式內(nèi)燃機(jī)。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,凸輪活塞式內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)變換是由推桿式活塞的移動(dòng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)閳A柱凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，即為一種反凸輪機(jī)構(gòu)。它可以通過(guò)改變凸輪輪廓曲線(xiàn)的形狀，改變輸出軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)減速增矩的目的。這種內(nèi)燃機(jī)活動(dòng)構(gòu)件數(shù)量減少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本降低，常被稱(chēng)為無(wú)曲

8、軸式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，見(jiàn)圖。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,第三節(jié)機(jī)器人發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì) 1. 機(jī)器人簡(jiǎn)介 機(jī)器人是20世紀(jì)中后期發(fā)展起來(lái)的一個(gè)跨學(xué)科的高科技產(chǎn)品，它涉及到機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、傳感、控制、驅(qū)動(dòng)、材料、人工智能等多門(mén)學(xué)科，已形成機(jī)器人工程這一專(zhuān)門(mén)研究領(lǐng)域。機(jī)器人的“成長(zhǎng)”過(guò)程就是計(jì)算機(jī)、傳感器、和各種機(jī)構(gòu)等系統(tǒng)的創(chuàng)造、改進(jìn)與綜合配置的過(guò)程。,機(jī)器人的“大腦” 機(jī)器人的“大腦”就是計(jì)算機(jī)，或稱(chēng)電腦。現(xiàn)在廣為使用的電腦屬于具有邏輯思維能力的計(jì)算機(jī)，也就是說(shuō)目前機(jī)器人的大腦僅具有邏輯思維能力。 但現(xiàn)在關(guān)于形象思維能力的計(jì)算機(jī)研制已經(jīng)有所突破，即被稱(chēng)為神經(jīng)計(jì)算機(jī)。若機(jī)器人采用了具有

9、邏輯思維和形象思維的兩種計(jì)算機(jī)，其大腦就會(huì)像人一樣產(chǎn)生靈感、直覺(jué)和感情，就會(huì)成為高級(jí)智能機(jī)器人。 機(jī)器人的手臂和手 機(jī)器人的手和手臂是機(jī)器人最早發(fā)展部位。它雖然沒(méi)有人手靈活，但發(fā)展趨勢(shì)其功能卻會(huì)超過(guò)人手。因其手指可以設(shè)計(jì)成任意指數(shù)；其手臂可以設(shè)計(jì)成任意長(zhǎng)度或節(jié)數(shù)；握力和臂力也可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；觸覺(jué)與靈巧性也在不斷提高?，F(xiàn)在已經(jīng)研制出三指九關(guān)節(jié)靈巧手，它可完成復(fù)雜、精密的裝配，進(jìn)行細(xì)微的操作。,機(jī)器人的行走 機(jī)器人的行走方式有輪式、履帶式和步行式。前兩種適合較好路面，而后一種適合較差路面。為適應(yīng)各種情況，可采用幾種方式并行。機(jī)器人雖處于學(xué)步階段，但已顯示出超越人的行走能力的特征。它可以在

10、垂直平面上，天花板上行走。當(dāng)然這種在壁面上行走要具備吸附功能與移動(dòng)功能，目前吸附多采用真空吸附與電磁吸附。我國(guó)哈爾濱科技大學(xué)研制了一種永磁吸附輪、履帶復(fù)合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。 機(jī)器人的眼睛 研究機(jī)器人的眼睛有兩種方法：用攝像機(jī)輸入圖像，然后用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖像識(shí)別與分析；建立模擬生物眼系統(tǒng)，這是與神經(jīng)計(jì)算機(jī)相配合的視覺(jué)系統(tǒng)。硅視網(wǎng)膜是新型機(jī)器眼，硅視網(wǎng)膜由一系列光學(xué)傳感器組成，每個(gè)傳感器覆蓋一小部分圖像區(qū)，其功能與人眼的功能十分相似。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,機(jī)器人的鼻子 嗅覺(jué)研究難度較大，因它不僅與探測(cè)的化學(xué)組成有關(guān)，還與環(huán)境有關(guān)，而環(huán)境是隨時(shí)變化的。但近幾年已有所突破，現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的鼻子是依靠以電子芯片

11、為基礎(chǔ)的大量聚合物來(lái)鑒別各種氣味，并給出數(shù)字顯示的結(jié)果。它對(duì)每種氣味都會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的“鑒別圖譜”，并以此作為判別各種氣味的依據(jù)，而不必分析其化學(xué)成分。,2 、 工業(yè)機(jī)器人概述 工業(yè)機(jī)器人的組成 機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)又稱(chēng)為操作系統(tǒng)，是工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。可分為基座、腰部、臂部、腕部、和手部（末端）。分析時(shí)可簡(jiǎn)化為連桿與關(guān)節(jié)。末端即手部是直接參加工作部分，可以使用各種夾持器，也可以用各種工具，如焊槍、噴頭等。工作不僅要求末端達(dá)到指定的位置，還要求具有正確的方向 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)組成，一般分為兩個(gè)部分：一部分是控制計(jì)算機(jī)，他在系統(tǒng)軟件的支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用軟件的編譯，相鄰基點(diǎn)的差補(bǔ)運(yùn)算，各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)

12、學(xué)動(dòng)力學(xué)綜合，對(duì)操作及作業(yè)對(duì)象的信息采集處理，以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的故障檢測(cè)診斷和預(yù)報(bào)。另一部分是伺服控制器，他接受位移、速度及驅(qū)動(dòng)的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)臂桿的加速和閉環(huán)伺服控制。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)器：電機(jī)驅(qū)動(dòng)（直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)）；液壓氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)：機(jī)器人對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)要求具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，無(wú)間隙，反應(yīng)快的特點(diǎn)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)種類(lèi)很多，安性能可分為：固定速比式和無(wú)極變速式；按運(yùn)動(dòng)方式可分為：回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)直線(xiàn)，直線(xiàn)回轉(zhuǎn)，直線(xiàn)直線(xiàn)。現(xiàn)代機(jī)器人除以上三大部分外，還應(yīng)包括智能系統(tǒng)，它由感知和決策兩部分組成。前者主要是傳感器組，后者靠運(yùn)行軟件實(shí)現(xiàn)。

13、,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)可以簡(jiǎn)化為開(kāi)式連桿機(jī)構(gòu)） 操作機(jī)的結(jié)構(gòu)剛度差。因?yàn)檫B桿系末端是無(wú)法加以支承的，并且隨連桿系在空間位姿的變化而變化。 操作機(jī)的運(yùn)動(dòng)靈活。因?yàn)槊總€(gè)連桿都具有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器，各連桿之間的運(yùn)動(dòng)各自獨(dú)立，互不約束。 對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度、間隙和運(yùn)動(dòng)精度要求高。因?yàn)檫B桿的控制屬于伺服控制型，連桿驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的瞬態(tài)過(guò)程的變化是非常復(fù)雜的，并且與執(zhí)行件反饋信號(hào)有關(guān)。 極容易發(fā)生振動(dòng)與不穩(wěn)定現(xiàn)象。因?yàn)檫B桿的受力狀態(tài)、剛度條件、和動(dòng)態(tài)性能都隨位姿的變化而變化。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,機(jī)器人性能良好的體現(xiàn) （抓重/自重）盡量大。人類(lèi)：手臂質(zhì)量為49kg，抓重為1

14、525kg，則（抓重/自重）=34。但機(jī)器人： （抓重/自重）=1/20 結(jié)構(gòu)靜態(tài)剛度盡可能好。有利于提高末端的定位精度，對(duì)編程軌跡的跟蹤精度，降低對(duì)控制系統(tǒng)的要求與造價(jià)等。 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。其目的在于避開(kāi)機(jī)器人的工作頻率，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,工業(yè)機(jī)器人的基本參數(shù)及其特性 工作空間:指機(jī)器人臂桿特定部位在一定條件下所能達(dá)到空間位置的集合。 自由度：f=fi （式中fi為每個(gè)關(guān)節(jié)的自由度，末端自由度不計(jì)）一般工業(yè)用機(jī)器人具有4至6個(gè)自由度。當(dāng)自由度增加到超過(guò)末端定位需要時(shí)，便出現(xiàn)了冗余自由度。冗余自由度的存在增加了工作的靈活性，但也增加了編成的難

15、度，并使機(jī)器的結(jié)構(gòu)剛度與運(yùn)動(dòng)精度下降。（圖：具有冗余自由度的操作機(jī)構(gòu)的應(yīng)用）,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,有效負(fù)載：指操作機(jī)在工作時(shí)臂端可能搬運(yùn)物體的重量或所能承受的力及轉(zhuǎn)矩。機(jī)器人的有效負(fù)載除受到驅(qū)動(dòng)功率的限制外，還受到材料、環(huán)境、運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如速度、加速度及其方向）的限制。如圖示的加拿大手臂，用于航天飛機(jī)上的機(jī)器人，額定搬運(yùn)質(zhì)量為14500kg，在運(yùn)動(dòng)速度較低情況下能達(dá)到29500kg。然而，這種負(fù)荷能力只有在太空中失重條件下才有可能達(dá)到。在地球上，該手臂本身重量達(dá)410kg，連自重引起的臂桿變形都無(wú)法承受。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,運(yùn)動(dòng)精度：機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)精度涉及位置精度、重

16、復(fù)位置精度和系統(tǒng)分辨率。位置精度是指操作機(jī)臂端定位誤差的大小，它與系統(tǒng)分辨率、機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)間隙、臂桿變形等有關(guān)；重復(fù)位置精度是指手臂端點(diǎn)實(shí)際到達(dá)位置分布曲線(xiàn)的寬度；系統(tǒng)分辨率主要取決于反饋傳感器的分辨率，它代表了所能識(shí)別的可控制運(yùn)動(dòng)變化的最小單位。 速度：速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。最大加速度受到驅(qū)動(dòng)功率和系統(tǒng)剛度的限制。 動(dòng)態(tài)特性：結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)常用質(zhì)量、慣性矩、剛度、阻尼系數(shù)、固有頻率和振動(dòng)模態(tài)來(lái)表征。,工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式 直角坐標(biāo)型：又稱(chēng)為直移型。其三個(gè)基本關(guān)節(jié)均為移動(dòng)關(guān)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)升降、伸縮和平移動(dòng)作。其末端軌跡可以是直線(xiàn)、矩形、或長(zhǎng)方體。該結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)直觀(guān)性強(qiáng)，便

17、于提高精度。但占據(jù)空間大，工作范圍小。約占機(jī)器人總產(chǎn)量的14%左右。 圓柱坐標(biāo)型：又稱(chēng)為回轉(zhuǎn)型。其三個(gè)基本關(guān)節(jié)中，兩個(gè)為移動(dòng)關(guān)節(jié)，一個(gè)為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。其末端軌跡可以是圓弧、扇形平面、圓柱面或空心圓柱面。該結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)直觀(guān)性強(qiáng)，占據(jù)空間小，結(jié)構(gòu)緊湊，工作范圍大。但受升降機(jī)構(gòu)的限制，一般不能提升地面上較低位置的工件。約占機(jī)器人總產(chǎn)量的47%左右。,球坐標(biāo)型：又稱(chēng)為俯仰型。其三個(gè)基本關(guān)節(jié)中，兩個(gè)為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，一個(gè)為移動(dòng)關(guān)節(jié)。其末端軌跡是一個(gè)空心球體。該結(jié)構(gòu)與圓柱型相比，在占據(jù)同樣空間下工作范圍擴(kuò)大了，由于具有俯仰自由度，可以完成從地面提取工件。但運(yùn)動(dòng)直觀(guān)性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，臂端位置誤差會(huì)隨臂的伸長(zhǎng)而放大。約占機(jī)器

18、人總產(chǎn)量的13%左右。 關(guān)節(jié)坐標(biāo)型：其主體結(jié)構(gòu)有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，即腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)。它是一種廣泛化使用的擬人化機(jī)器人。該結(jié)構(gòu)占據(jù)空間小，而工作范圍最大。其末端軌跡為球體。它還可以繞過(guò)障礙物提取和運(yùn)送工件。但運(yùn)動(dòng)直觀(guān)性差，驅(qū)動(dòng)控制較復(fù)雜。約占機(jī)器人總產(chǎn)量的25 %左右。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié) 平移關(guān)節(jié)：要求無(wú)間隙、高剛度、摩 擦系數(shù)小、慣量小、穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊。類(lèi)型滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌、直線(xiàn)軸承、滾珠花鍵、固定軸滾動(dòng)支撐。 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)：要求無(wú)間隙、高剛度、摩 擦系數(shù)小、慣量小、穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊。類(lèi)型滾動(dòng)軸承（要求滾道合理，質(zhì)量輕，強(qiáng)度好，彈性模量高，精度高） 小位移運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：在機(jī)器人工作

19、中有許多頻繁小位移運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，為適應(yīng)這一條件，并保持較高的位置精度，小位移運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須有一定的柔性。因此許多小位移機(jī)構(gòu)都是采用彈性變形的原理實(shí)現(xiàn)的。常用的有平板彈簧；以及金屬橡膠疊片式兩類(lèi)。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)元件 普通齒輪傳動(dòng) 諧波齒輪傳動(dòng) 擺線(xiàn)針輪行星傳動(dòng) 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng) 鏈傳動(dòng) 齒型帶傳動(dòng) 鋼帶傳動(dòng) 鋼絲繩傳動(dòng) 柔性軸,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,3.仿人步行二足機(jī)器人 執(zhí)行部分與傳動(dòng)部分如圖所示。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,傳感裝置 腳與地面是否接觸的感覺(jué)是由力傳感器獲得；各關(guān)節(jié)彎曲程度由與伺服電機(jī)相連的光學(xué)周角編碼

20、器獲得；前后、左右兩個(gè)方向各裝有一個(gè)陀螺，用于檢測(cè)機(jī)器人身體傾倒的角速度，控制器平衡。 原動(dòng)機(jī)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 原動(dòng)機(jī)主要有伺服電機(jī)與放大器等組成。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，帶有軸角編碼器的伺服電機(jī)，傳感裝置，頻率電壓轉(zhuǎn)換器，控制放大器，反饋電路等組成。,機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例,第四節(jié) 自行車(chē)的發(fā)明與創(chuàng)新設(shè)計(jì) 1.自行車(chē)的演變史18161818年：用兩腿交替蹬地來(lái)推動(dòng)車(chē)子前進(jìn)（法），如圖；,這是歐洲文藝復(fù)興時(shí)代意大利的達(dá)芬奇勾畫(huà)的自行車(chē)圖紙。,1818年，德國(guó)的德賴(lài)斯發(fā)明木制、帶車(chē)把的兩輪自行車(chē),靠雙腳蹬地行駛，裝上了方向盤(pán)，使其改變行駛方向。,1839年，美國(guó)人麥克依倫發(fā)明了現(xiàn)代自行車(chē)相似的雙輪車(chē)，只不過(guò)前輪大，后輪小，閃輪的軸心裝有腳蹬，騎車(chē)人不必再用腳蹬地，只需踏蹬腳蹬就可以前進(jìn)了。,1861年，法國(guó)的米肖父子發(fā)明前輪大、后輪小、在前輪上裝有曲柄和能轉(zhuǎn)動(dòng)的踏板的自行車(chē)，并于1867年在巴黎博覽會(huì)上展出，曾一度掀起自行車(chē)熱。,這是法國(guó)在1868年舉第一場(chǎng)自行車(chē)競(jìng)賽使用的自行車(chē)。,1869年，英國(guó)的雷諾看了法國(guó)的自行車(chē)之后，覺(jué)得車(chē)子太笨重了，開(kāi)始琢磨如何把自行車(chē)做得輕巧一