工业机器人认知二.ppt

2.12.1工业机器人的机械系统工业机器人的机械系统工业机器人机械本体组成及要求工业机器人机械本体组成及要求 1.1.机械本体组成机械本体组成机械本体组成机械本体组成工业机器人本体部分是工业机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。由于应用场合不同，工业机器人本体的机械结构多种多样，其机械结构通常由下列部分组成：（1 1）手）手部部（2 2）腕腕部部（3 3）臂）臂部部 （4 4）腰）腰部部（5 5）基座）基座2.工业机器人对机械本体有如下要求：工业机器人对机械本体有如下要求：最小最小运动运动惯量惯量尺度规划尺度规划材料材料的的选用选用刚度刚度的要求的要求可靠性可靠性工艺工艺性性工业机器人的手部工业机器人的手部工业机器人的手部是最重要的执行机构，直接装在工业机器人的手腕上用于直接抓握工件或让工具按照规定的程序完成指定的工作。工业机器人的手部具有以下特点：手部与手腕相连处可拆卸；是末端操作器；通用性较差；是一个独立部件。由于由于机器人机器人作业内容作业内容作业内容作业内容的差异（如搬运、装配、的差异（如搬运、装配、焊接、喷涂等）和焊接、喷涂等）和作业对象作业对象作业对象作业对象的不同（如轴类、板类、的不同（如轴类、板类、箱类、包类物体等），手部的形式多样。综合考虑箱类、包类物体等），手部的形式多样。综合考虑手部的用途、功能和结构持点，大致可手部的用途、功能和结构持点，大致可分成分成：夹夹夹夹持式手部、吸附式手部及多指灵巧手持式手部、吸附式手部及多指灵巧手持式手部、吸附式手部及多指灵巧手持式手部、吸附式手部及多指灵巧手。夹夹持式手部持式手部是最常见的一种，它一般由手指和驱动装置、传动机构和承接支架组成，能通过手抓的开闭动作实现对物件的夹持。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等 （1 1）手指手指手指是直接与物件接触的构件。手指的张开和闭合实现了松开和加紧物件。通常机器人的手部只有两个手指，也有三个或多个手指。它们的结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。（a）V形指（b）平面指（c）尖指（d）特殊指 根据工件形状、大小及其被夹持部位材质软硬、表面性质等的不同，主要有光滑指面、齿型指面和柔性指面三种形式。光滑指面平整光滑，用来夹持已加工表面，避免已加工的光滑表面受损伤；齿型指面刻有齿纹，可增加与被夹持工件间的摩擦力，以确保夹紧可靠，多用来夹持表面粗糙的毛坯和半成品；柔性指面镶衬橡胶、泡沫、石棉等物，有增加摩擦力、保护工件表面、隔热等作用。一般用来夹持已加工表面、炽热件，也适于夹持薄壁件和脆性工件。（2 2）传动机构传动机构传动机构传动机构传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。传动机构按其运动方式分为回转型和移动型。回转型传动机构回转型传动机构 回转型传动机构手部的手指是一对杠杆，再同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、涡轮蜗杆或螺杆等机构组成复合杠杆传动机构，以改变传力比、传动比及运动方向等。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。平移型传动机构平移型传动机构 平移型传动机构是通过手指的指面做直线往复运动，或平面移动实现张开与闭合动作的。常用于夹持具有平行平面的工件，因其结构比较复杂，不如回转型应用广泛。杠杆滑槽式回转型手部 双支点杠杆式回转型手部 1-驱动杆 2-圆柱销 3-铰销 1-指座 2-驱动杆3-铰销 4-连杆 4-手指 5-V形指 6-工件 5-圆柱销 6-圆柱销 7-V形指 8-工件平行指手爪机构（3 3）驱动装置驱动装置驱动装置驱动装置 驱动装置是向传动机构提供动力的装置，它一般有液压、气动、机械等驱动方式。气动驱动手爪实物图2.吸附式手部吸附式手部吸附式手部依靠吸附力取料。吸附式手部适用于大平面、易碎、微小的物体抓取，结构简单，对薄片状的物体搬运具有优越性，要求物体表面平整光滑，无孔无凹槽。吸附式手部根据吸附力不同可分为气吸式和磁力吸附式两种。气吸式手部可分为真空吸附真空吸附、气流负压气流负压吸附吸附和挤压排气式吸附挤压排气式吸附等。真空吸附手部真空吸附手部真空吸附手部真空吸附手部图实物如图所图实物如图所示为，抓取物料时，碟形橡胶吸示为，抓取物料时，碟形橡胶吸盘与物料表面接触，橡胶吸盘起盘与物料表面接触，橡胶吸盘起到到密封密封密封密封和和缓冲缓冲缓冲缓冲两个作用，真空泵两个作用，真空泵进行真空抽气，在吸盘内前形成进行真空抽气，在吸盘内前形成负压，实现物料的抓取。放料时，负压，实现物料的抓取。放料时，吸盘内通入大气，失去真空后，吸盘内通入大气，失去真空后，物料放下。物料放下。返回返回 气流负压吸附手部示意图如图所示，其工作原理为：压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应（流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。为纪念这位科学家的贡献，这一发现被称为“伯努利效应”。挤压排气式吸盘，对于轻小片状工件，还可以采用橡胶吸盘紧压工件表面，靠挤压力作用使吸盘内的空气被挤出，造成负压将工件吸住。（2）磁吸式手部）磁吸式手部 利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附对象，与气吸式手部相同，磁吸式手部不会破坏被吸对象的表面质量。1-磁盘 2-防尘盖 3-线圈 4-外壳体 磁吸式手部适用于用铁磁材料做成的工件；不适用于由有色金属和非金属材料制成的工件；适用于被吸附工件上有剩磁也不影响其工作性能的工件；适用于定位精度要求不高的工件；适用于常温状况下工作，铁磁材料高温下的磁性会消失。3.多指灵巧手多指灵巧手简单的卡爪式取料手不能适应物体外形的变化，不能使物体表面承受比较均匀的夹持力，因此无法满足对复杂形状，不同材质的物体实施夹持和操作。为了提高机器人手爪和手腕的操作能力、灵活性和快速反应能力，使机器人能像人手一样进行各种复杂的作业，如装配作业、维修作业、设备操作以及机器人模特儿的礼仪手势等，就必需有一个运动灵活、动作多样的灵巧手。近年来国内外对灵巧手的研究十分重视。UtahMIT四指灵巧手 通常一个机器人配有多个手部装置或工具，因此要求手部与手腕处的接头具有通用性和互换性。手部一般用法兰式机械接口与手腕相连接，手部是可以更换的，手部形式可以不同，但是与手腕的机械接口必须相同，这就是接口匹配。具有通用接口的手部如图2-12所示。手部可能还有一些电、气、液的接口，由于手部的驱动方式不同造成。对这些部件的接口一定要求具有互换性。手部自重不能太大，工业机器人能抓取工件的重量是机器人承载能力减去手部重量。手爪自重要与机械手承载能力匹配具有通用接口的手部视频工业机器人的手腕工业机器人的手腕 手腕确定手部的作业姿态，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的旋转运动，这便是腕部运动的三个自由度，由三个回转关节组合而成，分别称为偏转偏转、翻转翻转和俯仰俯仰。按自由度的数目分单自由度手腕、两自由度手腕和三自由度手腕单自由度手腕、两自由度手腕和三自由度手腕 偏转 翻转俯仰手腕结构的设计要求（1）机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。机器人手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器人腕部的灵活性愈高，机器人对对作业的适应能力也愈强。但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加。（2）机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑。也会增加。（3）机器人手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。（4）机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。（5）要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。（6）手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。工业机器人的臂部工业机器人的臂部 工业机器人的臂部由大臂、小臂(或多臂)所组成，一般具有23个自由度，完成伸缩、左右回转、俯仰或升降动作，是工业机器人的主要执行部件，用于支撑手部和腕部，并改变手部的空间位置。工业机器人的手臂按结构形式分可分为单臂式，双单臂式，双臂式及悬挂式。臂式及悬挂式。按手臂的运动形式可分为，手臂有直线运动结构直线运动结构直线运动结构直线运动结构、回回回回转运动结构转运动结构转运动结构转运动结构和俯仰运动俯仰运动俯仰运动俯仰运动结构结构结构结构。1.1.手臂直线运动结构手臂直线运动结构手臂直线运动结构手臂直线运动结构机器人手臂的伸缩、升降及横向移动均属于直线运动，而实现手臂往复运动的机构较多，常用的有活塞油（气）缸、齿轮齿条机构、丝杠螺母机构及连杆机构等。2.2.手臂回转运动结构手臂回转运动结构手臂回转运动结构手臂回转运动结构机器人手臂的左右回转，上下摆动均属于回转运动，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动和连杆机构等。3.3.手臂俯仰运动机构手臂俯仰运动机构手臂俯仰运动机构手臂俯仰运动机构机器人手臂的俯仰运动一般采取活塞油（汽）缸与连杆机构联用来实现。手臂的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，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接手臂的设计要求机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原原则则；（1）应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。（2）机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。（4）机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。（3）为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。（6）机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。（5）机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。工业机器人的腰部工业机器人的腰部腰关节为回转关节，既承受很大的轴向力、径向力，又承受倾翻力矩，且应具有较高的运动精度和刚度。腰关节多采用高刚性的RV减速器传动，也可采用谐波传动、摆线针轮或蜗杆传动。其转动副多采用薄壁轴承或四点接触轴承，有的还设计有调隙机构。对于液压驱动关节，多采用回转缸+齿轮传动机构。在设计机器人腰部结构时，要注意以下设计原则原则：（1）腰部要有足够大的安装基面，用以保证机器人在工作时整体安装的稳定性。（2）腰部要承受机器人全部的重量和载荷，因此，机器人的机座和腰部轴及轴承的结构要有足够大的强度和刚度，以保证其承载能力。（4）腰部的回转运动要有相应的驱动装置，他包括驱动器电动、液压及气动）及减速器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。（3）机器人的腰部是机器人的第一个回转关节，它对机器人末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度的保证。（5）腰部结构要便于安装调整。腰部与机器人手臂的联合要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。要设有调整机构，用来调整腰部轴承间隙及减速器的传动间隙。（6）为了减轻机器人运动部分的惯量，提高机器人的控制精度一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。工业机器人的基座工业机器人的基座基座是连接、支撑手臂及行走机构的部件，用于安装臂部的驱动装置或传动装置。若是固定式，则固定机座一般与机身为一体；若是移动式，则还需要一个行走机构。1.固定轨迹式行走机构把机器人机身基座安装在一个可移动的平台上，通过将来自电机的旋转运动转化为直线运动来实现固定轨迹移动。该类机器人机身底座安装在一个可移动的拖板座上，靠丝杠螺母驱动，整个机器人沿丝杠纵向移动。除了这种直线驱动方式外，还有类似起重机梁行走方式等，这种可移动机主要用在作业区域大的场合，比如大型设备装配，立体化仓库中材料搬运等。2.无固定轨迹式行走机构(1)轮式行走机构(2)履带式行走机构工业机器人常用驱动方式工业机器人常用驱动方式与传动部件与传动部件 工业机器人常用驱动方式工业机器人常用驱动方式工业机器人驱动是按照电信号的指令，将来自电、液压和气压等各种能源产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的旋转运动、直线运动等的执行机构。工业机器人常用的驱动方式有电机驱动、电机驱动、液压驱动和气压驱动液压驱动和气压驱动三种基本类型以及新型新型驱动方式驱动方式。1电机驱动电机驱动 电机驱动是利用各种电动机产生的力或力矩，直接或间接经过减速机构去驱动机器人的关节，以获得要求的位置、速度和加速度。电机驱动具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低、驱动效率高等优点，应用最为广泛，电机驱动可分为步进电机驱动、直流(DC)伺服电机驱动、交流(AC)伺服电机驱动、直线电动机驱动。（1）直流伺服电机驱动 伺服电机是一种受输入电信号控制，并做出快速响应的电机，其转速与控制电压成正比，转速随着转矩的增加而近似线性下降，调速范围宽，当控制电压为零时能够立即停止。它由定子、转子（电枢）、换向器和机壳组成。定子的作用是产生磁场，转子由铁芯、线圈组成，用于产生电磁转矩；换向器由整流子、电刷组成，用于改变电枢线圈的电流方向，保证电枢在磁场作用下连续旋转。（2）交流伺服电动机驱动 同直流伺服电动机驱动系统相比，交流伺服电动机驱动器具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在工业机器人中得到广泛应用。交流伺服电动机分为两种，交流伺服电动机分为两种，交流伺服电动机分为两种，交流伺服电动机分为两种，同步型（同步型（同步型（同步型（SMSM）和感应型（）和感应型（）和感应型（）和感应型（LMLM）。）。）。）。同步型采用永磁结构的同步电动机，又称为无刷直流伺服电动机。其特点为：无接触换向部件；需要磁极位置检测器（如编码器）；具有直流伺服电动机的全部优点。感应型指笼型感应电动机。其特点为：对定子电流的激励分量和转矩分量分别控制；具有直流伺服电动机的全部优点。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛使用。交流伺服电动机及驱动器（3）步进电机驱动 步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电动机。（4）电机驱动的控制方法 电机驱动的控制方法有两种，一种是通过改变电机的电流来控制机器人手臂的力矩。另一种是通过改变电机的电压来控制机器人手臂的运动速度。2液压驱动液压驱动 在机器人的发展过程中，液压驱动是较早被采用的驱动方式。世界上首先问世的商品化工业机器人尤尼梅特就是液压机器人。液压驱动的组成：（1）油源：通常把油箱、滤油器、压力表等构成单元称为油源。通过电机带动油泵，把油箱中的低压油变成高压油，供给液压执行机构。机器人液压系统的油液工作压力一般是714MPa。（3）控制调节原件：溢流阀，方向阀，流量阀等。（4）辅助元件：管件、蓄能器等。（2）执行机构：液压系统的执行机构分为直线油箱和回转油箱。机器人运动部件的直线运动和回转运动绝大多数都是直接用直线运动的液压缸和液压马达驱动产生，叫做直接驱动方式；有时由于结构安排的需要也可以用转换产生回转或直线运动 图为一基本的液压驱动回路。由一般的发动机带动液压泵，液压泵转动形成图为一基本的液压驱动回路。由一般的发动机带动液压泵，液压泵转动形成高压液流（也就是动力），经溢流阀稳压后，高压液流（液压油）接着进入方向高压液流（也就是动力），经溢流阀稳压后，高压液流（液压油）接着进入方向控制阀，方向控制阀根据电信号，改变阀芯的位置使高压液压油进入液压缸控制阀，方向控制阀根据电信号，改变阀芯的位置使高压液压油进入液压缸A腔腔或者或者B腔，驱动活塞向右或者向左运动，由活塞杆将动力传出，带动机器人关节腔，驱动活塞向右或者向左运动，由活塞杆将动力传出，带动机器人关节做功。做功。气压驱动系统的组成与液压系统有许多相似之处 气压驱动执行装置除了上面提到的可把压缩空气的能量变换成直线运动的气压驱动执行装置除了上面提到的可把压缩空气的能量变换成直线运动的气气缸，缸，还有可变换成旋转运动的气动马达以及变换成摇摆运动的摆动式气动驱动器等。还有可变换成旋转运动的气动马达以及变换成摇摆运动的摆动式气动驱动器等。3气压驱动气压驱动内容内容驱动方式方式电机驱动液压驱动气气压驱动结构性能构性能伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低；除DD电动机外，电动机一般需配置减速装置，不能直接驱动，结构紧凑，无密封问题。结构适当，执行机构（直线缸、摆动缸）可标准化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大结构构适适当当，执行行机机构构（直直线气气缸缸、气气压马达达）可可标准准化化，易易实现直直接接驱动。功功率率/质量量比比大大，体体积小小，结构构紧凑，密封凑，密封问题较小小控制性能控制性能控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制气气体体压缩性性大大，精精度度低低，阻阻尼尼效效果果差差，低低速速不不易易控控制制，难以以实现高高速速、高精度的高精度的连续轨迹控制迹控制响响应速度速度很高很高较高高输出力出力较大，几十N到几千N很大，1000N以上小，小，200N左右，左右，压力一般小于力一般小于1Mpa成本成本成本高液压元件成本较高成本低成本低对环境的影响境的影响很小液压系统易漏油，对环境有污染排气排气时有噪声有噪声安全性安全性设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差防爆性能较好，液压油泄露影响工作性能，有火灾危险无无发热，火灾、爆炸等，火灾、爆炸等问题安装安装维护安装要求随传动方式变化而变化，无管路问题；维护方便，对直流有刷电动机要定时调整，更换电刷安装维护要求高，油液要定期过滤更换，密封件要定期更换安装要求不太高，安装要求不太高，维护简单应用范用范围适适用用于于中中小小负载、要要求求具具有有较高高的的位位置置控控制制精精度度和和轨迹迹控控制制精精度度、速速度度较高高的的机机器器人人，如如AC伺伺服服喷涂涂机机器器人人、点点焊机机器器人人、弧弧焊机机器器人人、装装配配机机器人等器人等适适用用于于重重载、低低速速驱动，电液液伺伺服服系系统适适用用于于喷涂涂机机器器人人、点点焊机机器器人和搬运机器人人和搬运机器人适适用用于于中中小小负载驱动、精精度度要要求求较低低的的有有限限点点位位程程序序控控制制机机器器人人，如如冲冲压机机器器人人本本体体的的气气动平平衡衡及及装装配配机器人气机器人气动夹具具工业机器人常用驱动方式特点对照表4新型驱动方式新型驱动方式 随着机器人技术的发展，出现了利用新工作原理制造的新型的驱动方式，如磁致伸缩驱动器、压电驱动器、静电驱动器、形状记忆合金驱动器、超声波电机驱动、人工肌肉、光驱动器等。（1 1）磁致伸缩驱动）磁致伸缩驱动 磁性体的外部一旦加上磁场，则磁性体的外形尺寸发生变化（焦耳效应），这种现象称为磁致伸缩现象。此时，如果磁性体在磁化方向的长度增大，则称为正磁致伸缩；如果磁性体在磁化方向的长度减少，则称为负磁致伸缩。从外部对磁性体施加压力，则磁性体的磁化状态会发生变化（维拉利效应），则称为逆磁致伸缩现象。这种驱动器主要用于微小驱动场合。（2）压电驱动）压电驱动压电材料是一种当它受到力作用时其表面上出现与外力成比例电荷的材料，又称压电陶瓷。反过来，把电场加到压电材料上，则压电材料产生应变，输出力或变位。利用这一特性可以制成压电驱动器，这种驱动器可以达到驱动亚微米级的精度。（3）静电驱动）静电驱动静电驱动器利用电荷间的吸力和排斥力互相作用顺序驱动电极而产生平移或旋转的运动。因静电作用属于表面力，它和元件尺寸的二次方成正比，在微小尺寸变化时，能够产生很大的能量。（4）超声波电机）超声波电机所谓超声波电机就是利用超声波振动作为驱动力的一种驱动器，即由振动部分和移动部分所组成，靠振动部分和移动部分之间的摩擦力来驱动的一种驱动器。超声波电机具有体积小，重量轻，不用制动器，不需配合减速装置就可以低速运行速度和位置控制灵敏度高，转子惯性小，响应性能好，没有电磁噪声等优点。因此，很适合用于机器人、照相机和摄像机等驱动。（5）人工肌肉）人工肌肉5驱动方式选择驱动方式选择 驱动方式的选择应以作业要求、生产环境如工作速度、最大搬运物重、驱动功率、驱动平稳性、精度要求为先决条件，以价格高低、技术水平为评价标准。一般说来，目前负荷为100 kg以下的，可优先考虑电动驱动装置。只须点位控制且负荷较小者，或有防暴、清洁等特殊要求者，可采用气动驱动装置。负荷很大或机器人周围已有液压源的常温场合，可采用液压驱动装置。工业机器人常用传动部件工业机器人常用传动部件工业机器人的运动是由驱动器（通过联轴器）带动传动部件(一般为减速器)，再通过关节轴带动杆件运动。传动部件是构成工业机器人的重要部件，机器人速度高、加、减速度特性好、运动平稳、精度高、承载能力大。这在很大程度上决定于传动部件的合理性和优劣。驱动器的输出轴一般是等速回转运动，而工作单元要求的运动形式则是多种多样的，如直线运动、旋转运动等，靠传动部件实现运动形式的改变。所以，传动部件是工业机器人关键部件之一。机械传动、流体(液体、气体)传动、电气传动三类，机器人几乎使用了目前出现的绝大多数传动方式，在工业机器人中常用齿轮传动、谐波传动、行星传动（RV）、涡轮传动、链传动、同步齿形带、钢绳传动、连杆及摇块传动、滚动丝杠传动、齿轮齿条传动等。其中工业机器人腰关节最常用谐波传动、齿轮/蜗轮传动；臂关节最常用谐波传动、RV行星传动和滚动螺旋传动。腕关节最常用齿轮传动、谐波传动、同步带传动和纲丝传动。1.齿轮传动齿轮传动 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。2.谐波传动谐波传动 谐波齿轮传动（简称谐波传动）是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型谐波齿轮传动（简称谐波传动）是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传减速器。它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传动。动。视频1视频23.RV减速机传动减速机传动 与谐波传动相比，最显著的特点是刚性好，传动刚度较谐波传与谐波传动相比，最显著的特点是刚性好，传动刚度较谐波传动要大动要大26倍，但重量却增加了倍，但重量却增加了13倍。高刚度作用，可以大大提高倍。高刚度作用，可以大大提高整机的固有频率，降低振动；在频繁加、减速的运动过程中可以提整机的固有频率，降低振动；在频繁加、减速的运动过程中可以提高响应速度并降低能量消耗。高响应速度并降低能量消耗。RV减速机具有长期使用不需再加润减速机具有长期使用不需再加润滑剂、寿命长、减速比大、低振动、高精度、保养便利等优点，适滑剂、寿命长、减速比大、低振动、高精度、保养便利等优点，适用于在机器人上使用。用于在机器人上使用。视频视频24.滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动 滚珠丝杠采用一个旋转的精密丝杠驱动一个螺母沿着丝杠轴向移动，从而将滚珠丝杠采用一个旋转的精密丝杠驱动一个螺母沿着丝杠轴向移动，从而将丝杠的旋转运动转化成螺母的直线运动，螺母槽里放置了很多滚珠，在丝杠传动丝杠的旋转运动转化成螺母的直线运动，螺母槽里放置了很多滚珠，在丝杠传动过程中以滚珠的滚动摩擦代替滑动摩擦，利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运过程中以滚珠的滚动摩擦代替滑动摩擦，利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。滚珠丝杠传动效率高而且传动精度和定位精度均很高，在传动动的机械传动。滚珠丝杠传动效率高而且传动精度和定位精度均很高，在传动时灵敏度和平稳性亦很好；由于磨损小，使用寿命比较长但丝杠及螺母的材料，时灵敏度和平稳性亦很好；由于磨损小，使用寿命比较长但丝杠及螺母的材料，热处理和加工工艺要求很高，故成本较高，不能自锁。工业机器人中主要用于将热处理和加工工艺要求很高，故成本较高，不能自锁。工业机器人中主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。滚珠的循环方式有内循环和外循环两种（a）单螺母内循环式 （b）双螺母消隙内循环式（c）单螺母外循环式 （d）双螺母垫片消隙外循环式5.齿轮齿条传动 齿轮齿条机构可以把齿轮的旋转运动转化为齿条的往复移动，或者把齿条的往复移动转化为齿轮的旋转运动。齿轮齿条实物图如图所示2.4机械结构扩展知识机械结构扩展知识 码垛机械手（也称手爪或抓手）的工作性能，包括高可靠性、码垛机械手（也称手爪或抓手）的工作性能，包括高可靠性、结构简单新颖、质量小等参数对码垛机器人的整体工作性能具有非结构简单新颖、质量小等参数对码垛机器人的整体工作性能具有非常重要的意义。常重要的意义。常用的码垛机器人手爪主要包括：常用的码垛机器人手爪主要包括：夹爪式机械手爪夹爪式机械手爪夹爪式机械手爪夹爪式机械手爪：主要用于：主要用于高速码跺；高速码跺；夹板式机械手爪夹板式机械手爪夹板式机械手爪夹板式机械手爪：主要适用于箱盒码垛；：主要适用于箱盒码垛；真空吸取式机真空吸取式机真空吸取式机真空吸取式机械手爪械手爪械手爪械手爪：主要适用于可吸取的码放物；：主要适用于可吸取的码放物；混合抓取式机械手爪混合抓取式机械手爪混合抓取式机械手爪混合抓取式机械手爪：适用：适用于几个工位的协作抓放。于几个工位的协作抓放。2.5工业机器人机械结构与传动方式示例工业机器人机械结构与传动方式示例 目前各大工业机器人厂商提供的六轴关节机器人结构从外观上看大同小异，相差不大，从本质上来说，其结构应该都是一致的，具体如下：（1）第一关节旋转轴（基座旋转轴）、第四关节旋转轴、第六关节旋转轴（手腕端部法兰安装盘的旋转中心）在同一个平面内；（2）第二关节旋转轴、第三关节旋转轴以及第五关节旋转轴互相平行，而且与前面提到的平面垂直；（3）还需要保证第四关节旋转轴线、第五关节旋转轴线以及第六关节旋转轴线相交于一点。采用该种结构的工业机器人可以使得其运动学算法最为简单可靠。机器人要保证高的定位精度，就必须尽可能的满足上述条件，通过机械加工及装配精度来保证最终的机器人运行精度控制在一定范围内。如果机器人的结构与此差别较大的话，难以满足实际的生产应用的需求。（1）腰部旋转）腰部旋转（2）肩部旋转）肩部旋转（3）肘部转动）肘部转动（4）腕部偏转）腕部偏转（5）腕部俯仰）腕部俯仰（6）腕部翻转）腕部翻转