七讲机器人的机械臂结构.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械臂结构,1,一、臂部设计的基本要求,2,1承载能力足,手臂是支承手腕的部件，设计时不仅要考虑抓取物体的,重量或携带工具的重量,，还要考虑运动时的,动载荷,及,转动惯性,。,3,2刚度高,为了防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的,截面形状,要合理选择。,工字型,截面的弯曲刚度一般比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多。,4,工字钢（,GB706-88,）：,1,、,工字钢的型号,与高度尺寸,h,有关，如：,10,号工字钢即指其高度尺寸为,100mm,。,2,、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。,3,、工字钢的长度按长度系列购买。如：,519m,。,5,槽钢（,GB707-88,）,1,、,槽钢的型号,与高度尺寸,h,有关，如：,10,号槽钢即指其高度尺为,100mm,。,2,、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。,3,、,钢结构,6,3、导向性能好，定位精度高,为防止手臂在直线运动中，沿运动轴线发生相对转动，应设置,导向装置,。同时要采用一定形式的,缓冲措施,。,7,4重量轻、转动惯量小,为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少整个手臂对回转轴的转动惯量。,8,5合理设计与腕部和机身的连接部位,臂部的安装形式和位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响到机器人的外观。,9,二、机械臂的运动形式,10,1直角坐标型,臂部由三个相互正交的移动副组成。带动腕部分别沿,X、Y、Z,三个坐标轴的方向作直线移动。,结构简单,，,运动位置精度高,。但,所占空间较大,，工作范围相对较小。,11,2圆柱坐标型,臂部由一个转动副和两个移动副组成。相对来说，所,占空间较小,，,工作范围较大,，应用较广泛。,12,3关节型,由动力型旋转关节和前、下两臂组成。关节型机器人以臂部各相邻部件的相对角位移为运动坐标。,动作灵活,，,所占空间小,，,工作范围大,，能在狭窄空间内饶过各种障碍物。,13,4极坐标型,臂部由两个转动副和一个移动副组成。产生沿手臂轴,X,的直线移动，绕基座轴,Y,的转动和绕关节轴,Z,的摆动。其手臂可作绕,Z,轴的,俯仰运动,，能抓取地面上的物体。,14,三、典型机械臂结构,15,1手臂直线运动机构,常见方式：,行程小时：,采用油缸或气缸直接驱动；,当行程较大时：,可采用,油缸,或气缸驱动齿条传动的倍增机构或采用步进电机或伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换为直线运动。,典型结构：,油缸驱动的手臂,伸缩运动,结构,电机驱动的丝杆螺母,直线运动,结构,16,油缸,齿条机构图例：,17,油缸驱动的手臂伸缩运动结构图例：,四根导向柱的臂部伸缩机构：,手臂的垂直伸缩运动由油缸,3,驱动。,特点：,工作行程长，抓重大，适合于抓举工件形状不规则、有偏转力矩的场合。,1,手部,2,夹紧缸；,3,油缸；,4,导向柱；,5,运行架；,6,行走车轮；,7,轨道；,8,支座,18,电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：,19,2手臂的回转运动机构,常见方式：,常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连杆传动机构等。,曲柄滑块,机构,：,假设滑块是主动件，当滑块沿一定的导轨移动时，可以推动曲柄做摆动或圆周运动。,典型机构：,液压缸,连杆回转,机构,：,齿轮驱动回转,机构,：,20,2025/5/28 周三,21,平面四杆机构图例：,平面四杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,22,平面四杆机构演变图例：,曲柄滑块机构,平面四杆机构的的演变不仅要满足运动方面的要求，而且要满足受力和结构上的要求。,23,双臂机器人手臂结构图例：,1,铰接活塞缸,2,连杆,3,手臂,4,支承架,运动特点：,手臂关节的回转运动是通过液压缸-连杆机构实现。控制活塞的行程就控制了手臂摆角的大小。,24,齿轮驱动回转机构图例：,25,3关节型机械臂的结构（1）,存在的运动,型式,：,机身的旋转运动；,肩关节和肘关节的摆动；,腕关节的俯仰和旋转运动；,各运动的协调：,称为5轴关节型机器人。,26,五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：,腰转,肩转,肘转,俯仰,偏转,腰转姿态,27,五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：,肩关节、肘关节与手腕的协调,28,3关节型机械臂的结构（2）,各运动的实现：,腕部的旋转：,电机,M,5,减速器,R,5,链轮副,C,5,锥齿轮副,G,5,旋转运动,n,5,腕部俯仰：,电机,M,4,减速器,R,4,链轮副,C,4,俯仰运动,n,4,肘关节摆动：,电机,M,3,两级同步带传动,B,3,、B,3,减速器,R,3,肘关节摆动,n,3,肩关节的摆动：,电机,M,2,同步带传动,B,2,减速器,R,2,肩关节摆动,n,2,29,关节型机器人传动,系统图：,30,关节型机器人腕部旋转,局部图：,电机,M,5,减速器,R,5,链轮 副,C,5,锥齿轮副,G,5,旋转运动,n,5,31,关节型机器人腕部俯仰,局部图：,电机,M,4,减速器,R,4,链轮副,C,4,俯仰运动,n,4,32,关节型机器人肘关节,局部图：,电机,M,3,两级同步带传动,B,3,、B,3,减速器,R,3,肘关节摆动,n,3,33,关节型机器人肩关节,局部图例：,电机,M,2,同步带传动,B,2,减速器,R,2,肩关节摆动,n,2,34,四、机械臂的控制,35,1、伺服系统的分类,液压伺服系统,机械臂各关节的运动通常由液压伺服阀控制液压缸实现。,电动伺服系统,机械臂各关节的运动通常由步进电机或直流电机驱动。,36,伺服直线液压缸图例：,37,电动伺服控制系统图例：,38,作业：,1,、设计三种机器人小臂相对于大臂的直线运动方案，动力源为电机驱动，用示意图表达。,2,、画出型号为,20a,的工字钢的截面形状，并标注出有关几何参数。,3,、解释液压伺服系统和电动伺服系统的组成及工作原理。,39,2025/5/28 周三,40,