机器人机身及行走机构.ppt

机器人机身及行走机构主讲 周兰1.引言：n机器人机械结构由三大部分构成：机身、手臂（含手腕）、手部。其中机身又称立柱，是支承臂部的部件。同时，大多数工业机器人必须有一个便于安装的基础部件，这就是机器人的基座，基座往往与机身做成一体。有些机器人需要行走，机身下面还会安装有行走机构。2.一、机身的自由度和运动3.1机身的自由度：n机身往往具有升降、回转及俯仰三个自由度。4.2机身的运动：n由上面三个自由度可以组合成机身五种运动形式。分别是：n回转运动；n升降运动；n n回转回转升降运动；升降运动；n n回转回转俯仰运动；俯仰运动；n n回转回转升降运动升降运动俯仰运动。俯仰运动。5.3各种坐标类型机身运动方案设计（1）：n圆柱坐标式机器人：n这种类型的机器人主体结构通常具有三个自由度：一个回转运动（腰转）及两个直线移动（升降运动及手臂伸缩运动）。腰转运动及升降运动通常由机身来实现。6.3各种坐标类型机身运动方案设计（2）：n球面坐标式机器人：n这种类型的机器人主体结构通常具有三个自由度：绕垂直轴线的回转运动（回转运动）、绕水平轴线的回转运动（俯仰运动）及手臂的伸缩运动。通常把回转及俯仰运动归属于机身。7.3各种坐标类型机身运动方案设计（3）：n关节坐标式机器人：n这种类型的机器人主体结构的三个自由度均为回转运动，构成机器人的回转运动、俯仰运动和偏转运动。通常仅把回转运动归结为机身。8.3各种坐标类型机身运动方案设计（4）：n直角坐标式机器人：n这种类型的机器人主体结构具有三个自由度且都是直线运动。通常把升降运动或水平移动的自由度归为机身部分。9.二、机身典型结构10.1回转与升降运动机身(1)：n链轮液压缸机构：n构成：n主要由链轮机构、液压缸机构、机身本体部分构成。且升降机构位于转动机构的上方。n工作原理：n回转运动：n通过液压缸活塞的移动带动链条的移动链轮的转动机身的转动n升降运动：n活塞的上下移动带动机身的上下升降11.链轮液压缸机构图例：问题：要使立柱作大于360的旋转，对活塞的行程有什么要求？每个液压缸只有一个油口。12.1回转与升降机身(2)：n直线运动液压缸摆动液压缸机构：n构成：n主要由直线运动液压缸、摆动液压缸、花键导向轴、机身本体等部分构成。n工作原理：n回转运动：n摆动液压缸进油摆动缸动片7摆动带动摆动缸套5摆动n由于花键轴3只起导向作用而不回转，摆动缸定片与花键轴之间通过平键和螺钉固定连接，保证定片的位置确定。n升降运动：n活塞1下腔进油活塞推动机身沿花键轴上升n活塞1上腔进油活塞推动机身沿花键轴下降13.直线运动液压缸摆动液压缸机构图例：问题：1、摆动液压缸的动片与缸的什么部件相连？机械臂将与摆动液压缸的什么部件相连？2、为什么采用长度较短的花键套导向？3、机身升降运动的行程和回转运动角度取决于什么？4、画出零件2的结构图。油口油口14.花键轴与花键孔：15.1回转与升降机身(3)：n齿条活塞缸升降缸机构：n构成：n主要由升降缸体、齿条缸、齿轮套筒、固定立柱和升降回转台等部分构成。n工作原理：n回转运动：n齿条缸的齿条活塞杆直线运动齿轮套筒6回转运动齿轮套筒6 和升降缸体2及升降回转台1固联升降回转台1 回转n升降运动：n升降缸体2、齿轮套筒6、回转台1整个一起升降运动16.齿条活塞缸升降缸机构图例：17.2回转与俯仰机身：n机器人手臂的俯仰运动，一般采用活塞缸与连杆机构实现。手臂俯仰运动用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手臂用铰链连接好，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方法与立柱连接。18.回转与俯仰机身图例：19.三、机器人行走机构20.1行走机构的构成：n机器人行走机构通常由驱动装置、传动装置、位置检测装置、传感器、电缆和管路等构成。21.2行走机构的分类：n按运行轨迹分：n分为固定轨迹式和无固定轨迹式两种。固定轨迹式主要用于工业机器人n按行走机构的特点分：n对于无固定轨迹机器人，可分为轮式、履带式和步行式等。前两者与地面连续接触，后者与地面为间断接触。22.3固定轨道式机器人运动的实现：n机器人机身底座，安装在一个可移动的拖板上，依靠丝杆螺母副的运动将来自电机的旋转运动转化为直线运动。23.4车轮式行走机器人：n分类：n车轮式行走机器人通常有三轮、四轮、六轮之分。它们或有驱动轮和自位轮，或有驱动轮和转向机构，用来转弯。n适用范围：n最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬楼梯。24.三轮行走机器人图例：25.三轮行走机器人结构及驱动：n构成：三个车轮、转向叉、驱动装置等。n驱动方案：n电机5驱动轮1：通过V1、V2的不同速度控制小车的移动方向，同时，转向叉3自动地转向正确的方向。此时轮2受到地面的摩擦而滚动。n电机6驱动轮2：由电机6驱动，小车的方向由专用电机7驱动转向叉实现。此时轮1自由滚动。n缺陷：施加在角落的力容易产生使机器人翻倒，对负载有一定的限制。26.四轮行走机器人：27.5履带式行走机器人：n特点：n可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障碍物，能爬梯度不太高的台阶。n没有自位轮，依靠左右两个履带的速度差转弯，会产生滑动，转弯阻力大，且不能准确地确定回转半径。28.履带式行走机器人图例（1）：29.履带式行走机器人图例（2）：30.6脚踏行走机器人：n脚踏行走机器人即步行机器人，典型特征是不仅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越沟壑，上下台阶，具有广泛的适应性。主要设计难点是机器人跨步时自动转移重心而保持平衡的问题。31.两足步行机器人图例：n控制特点：n使机器人的重心经常在接地的脚掌上，一边不断取得准静态平衡，一边稳定的步行。n结构特点：n为了能变换方向和上下台阶，一定要具备多自由度。32.两足步行机器人图例：主要构成：1框架 2大腿 3小腿 4脚 5肩 6肘 7手 8液压缸33.四足机器人图例（1）：n特点：n四足机器人在静止状态下是稳定的，具有很高的实用性。n四足机器人步行时，一只脚抬起，三只脚支撑自重，这时有必要移动身体，让重心落在三只脚接地点组成的三角形内。34.四足机器人图例（2）：35.四足机器人图例（3）：36.7其它行走机器人：n爬壁机器人：n车轮和脚混合式机器人：37.其它行走机器人图例：38.