机器人腕部结构分析.pptx

,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,*,机器人腕部结构,主讲 郝建豹,机器人腕部结构分析专家讲座,第1页,引言：,腕部是臂部和手部连接件，起支承手部和改变手部姿态作用。,机器人腕部结构分析专家讲座,第2页,一、手腕自由度,机器人腕部结构分析专家讲座,第3页,1,手腕自由度：,为了使手部能处于空间任意,方向,，要求腕部能实现对空间三个坐标轴,X,、,Y,、,Z,旋转运动。这便是腕部运动三个自由度，分别称为,翻转,R,（,Roll,）,、,俯仰,P,（,Pitch,）,和,偏转,Y,（,Yaw,）,。,并不是全部手腕都必须具备三个自由度，而是依据实际使用工作性能要求来确定。,机器人腕部结构分析专家讲座,第4页,手腕自由度图例：,腕部坐标系,手腕偏转,手腕俯仰,手腕回转,机器人腕部结构分析专家讲座,第5页,二、手腕设计要求,结构紧凑、重量轻；,动作灵活、平稳，定位精度高；,强度、刚度高；,与臂部及手部连接部位合理连接结构，传感器和驱动装置合理布局及安装等。,机器人腕部结构分析专家讲座,第6页,三、手腕分类,机器人腕部结构分析专家讲座,第7页,1,按自由度数目分（1）：,单自由度,手腕,：,手腕在空间可含有三个自由度，也能够具备以下单一功效：,单一翻转功效：,手腕关节轴线与手臂纵轴线共线，常回转角度不受结构限制，能够回转360以上。该运动用翻转关节（,R,关节）实现。,单一俯仰功效：,手腕关节轴线与手臂及手轴线相互垂直，转角度受结构限制，通常小于360。该运动用折曲关节（,B,关节）实现。,单一偏转功效：,手腕关节轴线与手臂及手轴线在另一个方向上相互垂直；转角度受结构限制，通常小于360。该运动用折曲关节（,B,关节）实现。,机器人腕部结构分析专家讲座,第8页,单自由度手腕图例：,R,手腕,B,手腕,B,手腕,T,手腕,机器人腕部结构分析专家讲座,第9页,1,按自由度数目分（2）：,二自由度,手腕,：,能够由一个,R,关节和一个,B,关节联合组成,BR,关节,实现，或由两个,B,关节组成,BB,关节,实现，但,不能由两个,RR,关节组成二自由度手腕,，因为两个,R,关节功效是重复，实际上只起到单自由度作用。,机器人腕部结构分析专家讲座,第10页,二自由度手腕图例：,BR,手腕,BB,手腕,RR,手腕(属于单自由度),机器人腕部结构分析专家讲座,第11页,1,按自由度数目分（3）：,三自由度,手腕,：,有,R,关节和,B,关节组合组成三自由度手腕能够有各种型式，实现,翻转,、,俯仰,和,偏转功效,。,机器人腕部结构分析专家讲座,第12页,三自由度手腕图例：,BBR,手腕,BRR,手腕,R,机器人腕部结构分析专家讲座,第13页,2,按手腕驱动方式分：,直接驱动,手腕,：,驱动源直接装在手腕上。这种直接驱动手腕关键是能否设计和加工出尺寸小、重量轻而驱动扭矩大、驱动性能好,驱动电机,或,液压马达,。,远距离传动,手腕,：,有时为了确保含有足够大驱动力，驱动装置又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕重量，采取,远距离驱动方式,，能够实现三个自由度运动。,机器人腕部结构分析专家讲座,第14页,液压直接驱动BBR手腕图例：,R,B,B,偏转,俯仰,回转,机器人腕部结构分析专家讲座,第15页,远距离传动手腕图例：,问题：,1,、各轴分别实现什么运动？,2,、当手腕进行俯仰运动时，能否同时进行回转运动？,回转运动,俯仰运动,偏转运动,机器人腕部结构分析专家讲座,第16页,动作分解：,偏转运动,俯仰运动,回转运动,机器人腕部结构分析专家讲座,第17页,四、经典结构,机器人腕部结构分析专家讲座,第18页,1,摆动液压缸（又称回转液压缸）：,结构,：,由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件组成。其中叶片,7,固定在转子上，,用花键将转子与驱动轴连接，用螺栓,2,将隔板与缸体连接。,工作原理：,在密封缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个油腔，相当油缸中无杆腔和有杆腔。液压力作用在活动叶片端面上，对传动轴中心产生力矩使被驱动轴转动。,摆动缸转角在,270,左右,。,机器人腕部结构分析专家讲座,第19页,摆动液压缸结构图：,机器人腕部结构分析专家讲座,第20页,2,单自由度回转运动手腕,：,结构,特点,：,机器人手部张合是由汽缸驱动，而手腕回转运动则由回转液压缸实现。,工作原理：,将,夹紧汽缸外壳与摆动油缸动片连接在一起,，当摆动液压缸中不一样油腔中进油时，即可实现手腕不一样方向摆动。,机器人腕部结构分析专家讲座,第21页,单回转油缸驱动手腕图例：,机器人腕部结构分析专家讲座,第22页,3,双回转油缸驱动手腕,：,结构,特点,：,采取双回转油缸驱动，一个带动手腕作,俯仰运动,，另一个油缸带动手腕作,回转运动,。,V-V,视图表示回转缸中动片带动回转油缸刚体，定片与固定中心轴联坚固现,俯仰运动,；,L-L,视图表示回转缸中动片与回转中心轴联结，定片与油缸缸体联坚固现,回转运动,。,机器人腕部结构分析专家讲座,第23页,双回转油缸驱动手腕图例：,机器人腕部结构分析专家讲座,第24页,3,轮系驱动二自由度,BR,手腕：,结构,特点,：,由轮系驱动可实现手腕,回转,和,俯仰,运动，其中手腕回转运动由传动轴,S,传递，手腕俯仰运动由传动轴,B,传递。,机器人腕部结构分析专家讲座,第25页,轮系驱动二自由度手腕图例（1）：,回转运动：,轴,S,旋转锥齿轮副,Z,1,、,Z,2,锥齿轮副,Z,3,、,Z,4,手腕与锥齿轮,Z,4,为一体手腕实现绕,C,轴旋转运动,俯仰,回转,机器人腕部结构分析专家讲座,第26页,轮系驱动二自由度手腕图例（2）：,俯仰运动：,轴,B,旋转锥齿轮副,Z,5,、,Z,6,轴,A,旋转手腕壳体,7,与轴,A,固联手腕实现绕,A,轴俯仰运动,机器人腕部结构分析专家讲座,第27页,轮系驱动二自由度手腕图例（4）：,思索题：,图中所表示情况，当,S,轴不输入，只有,B,轴输入时，腕部存在哪些运动，为何？,机器人腕部结构分析专家讲座,第28页,轮系驱动二自由度手腕图例（3）：,附加回转运动：,轴,S,不转而,B,轴回转锥齿轮,Z,3,不转锥齿轮,Z,3,、,Z,4,相啮合迫使,Z,4,绕,C,轴线有一个附加自转，即为附加回转运动。,附加回转运动在实际使用时应给予考虑。必要时应加以利用或,赔偿。,机器人腕部结构分析专家讲座,第29页,附加运动动作分解：,轴主动,齿轮固定不动,行星运动,机器人腕部结构分析专家讲座,第30页,4,轮系驱动三自由度手腕：,结构,特点,：,该机构为由齿轮、链轮传动实现,偏转,、,俯仰,和,回转,三个自由度运动手腕结构。,机器人腕部结构分析专家讲座,第31页,轮系驱动三自由度手腕图例（1）：,回转运动：,轴,S,旋转齿轮副,Z,10,/Z,23,、,Z,23,/Z,11,锥齿轮副,Z,12,、,Z,13,锥齿轮副,Z,14,、,Z,15,手腕与锥齿轮,Z,15,为一体手腕实现旋转运动,俯仰,回转,偏转,机器人腕部结构分析专家讲座,第32页,轮系驱动三自由度手腕图例（2）：,俯仰运动：,轴,B,旋转齿轮副,Z,24,/Z,21,，Z,21,/Z,22,齿轮副,Z,20,、Z,16,齿轮副,Z,16,、Z,17,齿轮副,Z,17,、Z,18,轴19旋转手腕壳体与轴19固联实现手腕俯仰运动,机器人腕部结构分析专家讲座,第33页,直线运动转化为旋转运动：,机器人腕部结构分析专家讲座,第34页,轮系驱动三自由度手腕图例（3）：,偏转运动：,油缸1中活塞左右移动带动链轮2旋转锥齿轮副,Z,3,/Z,4,带动花键轴5、6旋转花键轴6与行星架9连在一起带动行星架及手腕作偏转运动,机器人腕部结构分析专家讲座,第35页,轮系驱动三自由度手腕图例（4）：,附加俯仰运动：,轴,B、,轴,S,不转而,T,轴回转齿轮,Z,23,、Z,21,不转当行星架回转时迫使齿轮,Z,22,绕齿轮,Z,21,过程中自转经过,Z,20,、Z,16,、Z,17,、Z,18,实现附加俯仰运动,机器人腕部结构分析专家讲座,第36页,轮系驱动三自由度手腕图例（5）：,附加回转运动：,轴,B、,轴,S,不转而,T,轴回转齿轮,Z,23,、Z,21,不转当行星架回转时迫使齿轮,Z,11,绕齿轮,Z,23,过程中自转经过,Z,12,、Z,13,、Z,14,、Z,15,实现附加回转运动,机器人腕部结构分析专家讲座,第37页,