【正文】 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 2）按夾持原理分 手爪按夾持原理分類 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 (3)按手指或吸盤數(shù)分 1）按數(shù)目可分為：二指手爪、多指手爪。 2）機(jī)械手爪按關(guān)節(jié)分：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)手指手爪和多關(guān)節(jié)手指手爪。 柔性手指手爪 3）吸盤式手爪按吸盤數(shù)目分：?jiǎn)挝P式手爪、多吸盤式手爪。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 (4)按智能化分 （ 1）普通式手爪。 這種手爪不具備傳感器。 （ 2）智能化手爪 手爪具備一種或多種傳感器，如力傳感器、觸覺傳感器、滑覺傳感器等，手爪與傳感器集成成為智能化手爪 (Intelligent Grippers)。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （四）機(jī)身及行走機(jī)構(gòu) 具有行走機(jī)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 機(jī)身設(shè)計(jì) （ 1）回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身 鏈條鏈輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)身回轉(zhuǎn)的原理圖 弧焊機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 2）回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身 回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身示意圖 20公斤點(diǎn)焊機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）固定軌道可移動(dòng)機(jī)器人 該類機(jī)器人機(jī)身底座安裝在一個(gè)可移動(dòng)的拖板座上，靠絲杠螺母驅(qū)動(dòng)，整個(gè)機(jī)器人沿絲杠縱向移動(dòng)。除了這種直線驅(qū)動(dòng)方式外，還有類似起重機(jī)梁行走方式等。這種可移動(dòng)機(jī)器人主要用在作業(yè)區(qū)域大的場(chǎng)合，比如大型設(shè)備裝配，立體化倉庫中材料搬運(yùn)，材料堆垛和儲(chǔ)運(yùn)，大面積噴涂等。 搬運(yùn)機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 2）無軌行走機(jī)器人 無軌行走機(jī)器人必須具備功能完備的外部傳感器，能對(duì)環(huán)境進(jìn)行了解和判斷，能對(duì)環(huán)境中發(fā)生的事件進(jìn)行監(jiān)視和反應(yīng)，機(jī)器人具備自我規(guī)劃能力，包括任務(wù)分解，任務(wù)排序，信息資源管理，以及幾何規(guī)劃等。（例如） “ 土撥鼠 ” （右）和 “ 野牛 ” （左）排爆機(jī)器人 1）輪式、履帶式 月球車在月球 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 2）自動(dòng)導(dǎo)航式 我國 “ 探索者 ” 號(hào)無纜水下機(jī)器人在西沙群島附近海域成功地潛到水下1000m深處，整體功能和主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國際 90年代先進(jìn)的同類水下機(jī)器人水平。該機(jī)器人推進(jìn)器行走，最大前進(jìn)速度為 4節(jié)，續(xù)航能力為 6小時(shí)，主要從事水下工程、海洋石油及礦產(chǎn)資源開發(fā)、海洋科學(xué)考察及打撈救生等作業(yè)。 “ 探索者號(hào) ” 水下 1000米機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 3）步行機(jī)器人 步行機(jī)器人是非?；钴S的一個(gè)研究領(lǐng)域。 輪式行走機(jī)器人在平地上行駛比較方便，履帶式行走機(jī)器人可以在泥濘道路上和沙漠中行駛，而與人類腿十分相似的步行機(jī)器人具有它們無可此擬的優(yōu)點(diǎn)，比如能上下樓梯、跨越溝渠和障礙、能上陡坡、立地轉(zhuǎn)身等等。步行機(jī)器人可以根據(jù)足的多少來分類： 二足 10自由度步行機(jī)器人 1）二足步行機(jī)器人 雙足步行機(jī)器人在爬樓梯 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 八自由度兩腳步行機(jī)器人步行特征 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 2）四足、六足及多足步行機(jī)器人 四足步行機(jī)器人的平行幾何模型 六足縮放式腿步行機(jī)器人 機(jī)器蜘蛛 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 四腳步行機(jī)器人步態(tài) 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （一）機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)裝置是使機(jī)器人各部件動(dòng)作的動(dòng)力源，目前常見的有： （ 1）液壓驅(qū)動(dòng) （ 2）氣壓驅(qū)動(dòng) （ 3）電機(jī)驅(qū)動(dòng) （ 4）其他驅(qū)動(dòng)方式 三、 機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 1）液壓驅(qū)動(dòng) 1） 液壓驅(qū)動(dòng)： 是高壓油作為工作介質(zhì)，推動(dòng)直線或旋轉(zhuǎn)的油缸進(jìn)行工作的 , 在一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中其主要的部件如下 ： ①直線液壓缸 ： 在高壓油的作用下，可作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng) ， ②擺動(dòng)缸： 在高壓油的作用下可產(chǎn)生一定角度的擺動(dòng)。 ③電液伺服閥： 可精確地控制油路的開關(guān)、并可控制供油量的大小，以便對(duì)液壓缸進(jìn)行精確的控制，并可以根據(jù)位置傳感器和速度傳感器反饋的信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制。 2) 應(yīng)用： 目前在負(fù)荷較大的搬運(yùn)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人應(yīng)用較多。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 2）氣壓驅(qū)動(dòng) 在所有的驅(qū)動(dòng)方式中，氣壓驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的，在工業(yè)中應(yīng)用很廣，其組成與液壓驅(qū)動(dòng)相似。 可以用機(jī)械的檔次實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的控制，并能達(dá)到較高的精度 , 雖然達(dá)到高精度的伺服控制較難，但目前已經(jīng)用微處理機(jī)直接控制的氣動(dòng)馬達(dá)，定位精度在 1mm。 在機(jī)器人中主要用于各種氣動(dòng)手爪，以及小型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 3）電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)在機(jī)器人中的應(yīng)用可以分成三種： 直流電機(jī)組成伺服控制系統(tǒng)； 交流 （ 或 ） 無刷直流電機(jī)組成伺服控制系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng) 。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 4）其他驅(qū)動(dòng)方式 ① 氣囊式人工肌肉 ② 形狀記憶合金 （ SMA） 驅(qū)動(dòng)器 ③ 壓電晶體驅(qū)動(dòng)器 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 5）驅(qū)動(dòng)方式的選擇 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器要求啟動(dòng)力矩大、調(diào)速范圍寬、慣量小 ① 選擇驅(qū)動(dòng)方式： 負(fù)荷為 2022N以下采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 小功率點(diǎn)位控制采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 大功率大力矩采用液壓驅(qū)動(dòng)方式 ② 選擇驅(qū)動(dòng)器容量 ： 額定速度時(shí)的額定功率 關(guān)節(jié)加減速時(shí)加速功率 最不利形位時(shí)的負(fù)載力矩 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （二）機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) （ 1）常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型和特點(diǎn) 1) 齒輪類傳動(dòng)： 主要有齒輪、蝸輪蝸桿、齒輪齒條 優(yōu)點(diǎn) ： 響應(yīng)快、扭矩大、剛性好 缺點(diǎn) ： 傳動(dòng)有間隙、故回差大，精度低 應(yīng)用 ： 腰、腕關(guān)節(jié) 2) 鏈索類傳動(dòng)： 主要有鏈條、齒形帶、鋼帶 優(yōu)點(diǎn)： 無間隙、剛度與張緊裝置有關(guān)，力矩較大 缺點(diǎn)： 速比小，齒形帶和鋼帶適用于小負(fù)載 應(yīng)用： 腕關(guān)節(jié) 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 2) 滾珠絲杠螺母副 使絲杠與螺母之間由滑動(dòng)摩擦度為滾動(dòng)摩擦的一種螺旋轉(zhuǎn)動(dòng) 在數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人中應(yīng)用較為廣泛 。 1)結(jié)構(gòu)組成 ： 滾珠絲杠螺母副可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種 。 為消除回差 ， 螺母分成兩段 ， 采用雙螺母預(yù)緊消除間隙的方式 ， 以墊片 、 鎖緊螺母 、 齒差調(diào)整兩段螺母的相對(duì)位置 。 2)特點(diǎn) ： 摩擦系數(shù)小且動(dòng)靜摩擦系數(shù)差小 ， 效率高且逆?zhèn)鲃?dòng)效率 也高 ， 靈敏度高 、 傳動(dòng)平移 、 磨損小 、 壽命長(zhǎng) 。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 （ 3)諧波齒輪減速器 1) 原理和結(jié)構(gòu) 三大基本構(gòu)件：剛輪 、 柔輪 、 波發(fā)生器 剛輪固定時(shí)減速比 ： 剛輪固定時(shí)減速比 ： Zb ： 柔輪齒數(shù) Zg ： 剛輪齒數(shù) bgbzzzi???bggzzzi??1 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 2) 特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn) ： 傳動(dòng)比大，單級(jí)可為 50～ 300， 兩級(jí)可達(dá) 20220。 傳動(dòng)平穩(wěn)，承載力高。多齒嚙合磨 損小，傳動(dòng)效率可達(dá) ， 傳動(dòng)精度高。 回差小，一般可小于 3’~1’， 實(shí)現(xiàn)無回 差傳動(dòng) 。 缺點(diǎn) ： 杯式柔輪剛度較低 。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 (4) RV擺線針輪傳動(dòng) 1)工作原理 ： 由一級(jí)行星輪系再串聯(lián)一級(jí)擺線輪減速器組合而成 。 2)特點(diǎn) ： 除了諧波傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)外 ， 最顯著的特點(diǎn)是剛性好 。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 補(bǔ)充資料一：機(jī)器人的規(guī)格及主要性能指標(biāo) 有關(guān)負(fù)荷方面的性能指標(biāo)： (1) 額定負(fù)荷 ： 在正常運(yùn)行條件下施加到手腕部的 最大負(fù)荷的容許值 ， 包括末端執(zhí)行 器 、 附件和慣性力 。 (2)限定負(fù)荷 ： 機(jī)器人機(jī)構(gòu)部分不發(fā)生破壞或不出 故障時(shí)手腕外所能承受的最大負(fù)荷 。 (3)最大推力和最大扭矩： 指單軸的最大推力或最 大扭矩 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 有關(guān)運(yùn)動(dòng)方面的性能指標(biāo) (1) 自由度 (2) 單軸最大工作范圍和工作速度 (3) 合成速度：表現(xiàn)為手腕中心的線速度 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 有關(guān)幾何空間方面的性能指標(biāo) (1)工作空間 (2)靈活度：表示機(jī)器人在工作空間各點(diǎn)抓取物 體的靈活程度。用末桿位姿圖最能 直觀而準(zhǔn)確地表示這一特點(diǎn)。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 有關(guān)精度方面的性能指標(biāo) (1)位姿精度 (2)距離精度 (3)軌跡精度 前三項(xiàng)統(tǒng)稱定位精度 (4)位置重復(fù)精度 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 有關(guān)動(dòng)力源和控制方面的性能指標(biāo) (1)驅(qū)動(dòng)方式： (2)控制方式： 開環(huán)、閉環(huán)、點(diǎn)位、連續(xù)軌跡 (3)計(jì)算機(jī)容量 (4)插補(bǔ)方式 (5)編程方式 (6)分辨率： 指操作機(jī)各軸可有效反應(yīng)的最小 距離或角度。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 補(bǔ)充資料二：并聯(lián)機(jī)器人 并聯(lián)機(jī)器人的定義 并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn) 并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用 并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 并聯(lián)機(jī)器人的定義 1978年，澳大利亞著名教授 Hunt提出了可應(yīng)用 6自由度的 Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。 Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)是一種典型的并聯(lián)機(jī)構(gòu) ， 1965年由 Stewart提出，是作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員的。 并聯(lián)機(jī)器人從結(jié)構(gòu)上看，是用 6根支桿將上下平臺(tái)連接而形成。這 6根支桿可以獨(dú)立自由的伸縮，它分別用球鉸和虎克鉸與上下平臺(tái)連接，從而有 6個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，即有 6個(gè)自由度，可在三維空間做任意的移動(dòng)和任意的轉(zhuǎn)動(dòng)。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 末端執(zhí)行器機(jī)座Stewart 機(jī)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn) 1)并聯(lián)式結(jié)構(gòu)比串聯(lián)式相比，剛度大多了，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 2)由于剛度大，在相同條件下，并聯(lián)式的承載能力很高。 3)串聯(lián)式末端件的誤差是各個(gè)關(guān)節(jié)誤差的累積和放大，因而誤差大而精度低。而并聯(lián)式則沒有累積誤差誤差小而精度高。 4)串聯(lián)式機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)都放在臂上。系統(tǒng)慣性大；而并聯(lián)式機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)置于機(jī)座上，減小 了運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。 5)串聯(lián)機(jī)構(gòu)正解容易，反解困難；而并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解困難，反解容易。 由此可見，串聯(lián)式與并聯(lián)式形成了鮮明的對(duì)比。他們的關(guān)系是“對(duì)偶”關(guān)系。 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件簡(jiǎn)介 并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用 因?yàn)椴⒙?lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人是互補(bǔ)的關(guān)系，因而 并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用范圍也十分的廣闊 。 1）工業(yè)上，可用于汽車總裝線上安裝車輪 2）可用于飛船對(duì)接器的對(duì)接結(jié)構(gòu) 3）可用于困難的地下工程 4）可作為 6自由度