机器人的机械结构.ppt

机器人的机械结构机器人的机械结构专业学号姓名概述：概述：l机器人自诞生之日起，便显示出其强大的生命力，机器人首先在工业生产中得到了广泛应用，并给传统工业带来了质的飞跃。它不仅提高了传统产业的自动化程度，提高了劳动生产率而且还推动了以资源消耗低环境污染少为特征的新型工业的诞生随着人类在机械工程、电气工程、微电子技术、计算机技术、控制论、传感技术、信息学、声学、仿生学、及人工智能等学科领域的飞速发展，机器人技术的应用也正在向农业、林业、畜牧、养殖、海洋开发、宇宙探索、国防建设、安全救济、生物医学、服务娱乐等新领域拓展开来，并已取得显著进展，机器人技术已成为高科技应用领域中的重要组成部分。一一机器人机械结构的组成机器人机械结构的组成l由于应用场合的不同，机器人结构形式有多种多样，各组成部分的驱动方式、传动原理和机械结构有各种不同的类型。通常根据机器人各部分功能，其机械部分主要由以下部分组成。l(1)(1)手部手部l机器人为进行作业，在手腕上配置了操作机构，有时也称为手抓或末端操作器。l(2)(2)手腕手腕l手腕是连接手部和手臂的部件，主要作用是改变手部的空间方向和将作业裁荷传递到手臂。l(3)(3)手臂手臂l联接机身和手腕的部分，主要作用于改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，并将各种裁荷传递到基座。l(4)(4)机身机身l机器人的基础部分，起支撑作用。对固定机器人，直接连接在地面基础上，对移动式机器人，则安装在移动机构上。机器人机械结构的组成二二机身和臂部结构机身和臂部结构2.1机身结构机身结构l机身是直接联接、支撑和传动手臂及行走机构的部件。它是由臂部运动（升降、平移、回转、俯仰）机构及有关的导向装置、支撑件等组成。由于机器人的运动形式、使用条件、负载能力各不相同，所采用的驱动装置、传动机构、导向装置也不同，致使机身结构有很大差异。l常用的机身结构：1）升降回转型机身结构；2）俯仰型机身结构；3）直移型机身结构；4）类人机器人机身结构。机身和臂部结构2.2臂部结构臂部结构l手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的主要作用是支撑腕部和手部，并带动他们在空间运动。机器人的臂部主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑连接和位置检测元件等。此外，还有与腕部或臂部的运动和联接支撑等有关的构件、配管配线等。l根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同，可分为：1）伸缩型臂部结构；2）转动伸缩型臂部结构；3）屈伸型臂部机构；4）其他专用的机械转动臂部结构。机身和臂部结构2.3机身和臂部的配置形式机身和臂部的配置形式l机身和臂部的配置形式基本反映了机器人的总体布局。由于机器人的运动要求、工作对象、作业环境和场地等因素的不同，出现了各种不同的配置形式。目前常用的有如下几种形式：l（1）横梁型l（2）立柱式l（3）机座式l（4）屈伸式机身和臂部结构2.3.1横梁式横梁式l运动形式大多为直移型运动形式大多为直移型l(1)单臂悬挂式单臂悬挂式l(2)双臂悬挂式双臂悬挂式l(3)多臂悬挂式多臂悬挂式机身和臂部结构2.3.2立柱式立柱式这类机器人多采用回转型、俯仰型或曲伸型这类机器人多采用回转型、俯仰型或曲伸型（1）单臂）单臂（2）双臂）双臂机身和臂部结构2.3.3.机座式机座式各种运动形式各种运动形式均可设计成机座式均可设计成机座式(1)手臂配置在手臂配置在机座顶端机座顶端(2)手臂配置在手臂配置在机座立柱中间机座立柱中间机身和臂部结构2.3.4曲伸式曲伸式l(1)平面屈伸平面屈伸l(2)SCARA机器人机器人l(3)空间屈伸空间屈伸三三手腕结构手腕结构l手腕是联接手臂和手部的结构部件，它的主要手腕是联接手臂和手部的结构部件，它的主要作用是确定手部的作业方向。因此它具有独立作用是确定手部的作业方向。因此它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂的姿态。的自由度，以满足机器人手部完成复杂的姿态。l要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，这三个回转方向为：这三个回转方向为：l1）臂转）臂转绕小臂轴线方向的旋转。绕小臂轴线方向的旋转。l2）手转）手转使手部绕自身的轴线方向旋转。使手部绕自身的轴线方向旋转。l3）腕摆）腕摆使手部相对于臂进行摆动。使手部相对于臂进行摆动。1.单自由度手腕单自由度手腕2.两自由度手腕两自由度手腕两种结构两种结构:a.汇交式汇交式b.偏置式偏置式手腕结构3.三自由度手腕三自由度手腕:a.偏交型偏交型b.汇交型汇交型c.球形汇交型球形汇交型d.中空偏交型中空偏交型e.汇形偏交型汇形偏交型手腕结构四四手部结构手部结构l机器人的手部是最重要的执行结构，从功能和形态上看，它可分为工业机器人的手部和仿人机器人的手部。目前，前者应用较多，也不叫成熟。l工业机器人的手部是用来握持工件和工具的部件。由于被握持工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同，手部结构是多种多样的。大部分的手部结构都是根据特定的工件要求而专门设计的。各种手部的工作原理不同，故其结构形态各异。常用的手部按其握持原理可分为夹持类和吸附类两大类。4.1夹持类夹持类l夹持类手部除常用的夹钳式外，还有托勾式和弹簧式。此类手部按其手指加持工件时的运动方式不同，又可分为手指回转型和指面平移型。l（1）夹钳式是工业机器人最常用的一种手部形式，一般夹钳式手部由以下几部分组成：l1）手指l2）传动机构l3）驱动装置l4）支架l（2）钩托式手部l（3）弹簧式手部手部结构4.2吸附类吸附类l吸附式手部靠吸附力取料。根据吸附力的不同有以下两种：l（1）气吸式气吸式手部是工业机器人常用一种吸持工件的装置。它由吸盘（一个或几个）、吸盘架及进排气系统组成，具有结构简单、重量轻、使用方便可靠等优点。广泛用于非金属材料（如板材、纸条、玻璃等物体）或不可有剩磁的材料的吸附。l（2）磁吸式磁吸式手部是利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附工件的，其应用较广。磁吸式手部与气吸式手部相同，不会破坏被吸件表面质量。磁吸式手部比气吸式手部优越的方面是：有较大的单位面积吸力，对工件表面粗糙度及通孔、沟槽等无特殊要求。磁吸式手部的不足之处是：被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑（如铁屑等），影响正常工作。因此对那些不允许有剩磁的零件要禁止使用。手臂结构五五行走机构行走机构l行走机构是行走机器人的重要执行部件，它由驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。它一方面支撑机器人的机身、臂部和手臂，另一方面还根据工作任务的要求，带动机器人实现在更广阔的空间内运动。l一般而言，行走机器人的行走机构主要有车轮式行走机构、履带式行走机构和足式行走机构，此外，还有步进式行走机构、蠕动式行走机构、混合式行走结构和蛇式行走机构等，以适合于各种特别的场合。5.1车轮型移动机构的结构和运动车轮型移动机构的结构和运动l1.一轮车一轮车l2.二轮车二轮车l3.三轮车三轮车l三轮移动机构是车轮型机器人的基本移动机构三轮移动机构是车轮型机器人的基本移动机构.行走结构l4.四轮车四轮车l5.全方位移动车全方位移动车行走结构l履带式移动机构称为履带式移动机构称为无限轨道方式无限轨道方式.l优点优点:l(1)能登上较高的台阶能登上较高的台阶l(2)着地压强小着地压强小,与地面的粘着力也较强与地面的粘着力也较强,适合于在荒适合于在荒地上移动地上移动.l(3)能够原地旋转能够原地旋转.l(4)重心低重心低,稳定稳定.5 5.2.2 履带式移动机构履带式移动机构行走结构行走结构行走结构5.3步行机器人机构步行机器人机构l1.两足步行机器人行走结构l2.多足机器人多足机器人行走结构