《机器人手臂》PPT课件

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1、第四讲机器人手臂引言■手臂是机器人执行机构中重要的部件,作用是将被抓取的工件运送到给定的位置上。■一般机器人手臂有3个自由度,即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。手臂回转和升降运动是通过机座的立柱实现的,立柱的横向移动即为手臂的横移。■手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现,它不仅仅承受被抓取工件的重量,而且承受末端执行器、手腕和手臂自身的重量。■手臂的结构、工作范围、灵活性、抓重大小(即臂力)和定位精度都直接影响机器人的工作性能。一、臂部设计的基本要求1．承载能力足：手臂是支承手腕的部件，设计时不仅要考虑抓取物体的重量或携带工具的重量，

2、还要考虑运动时的动载荷及转动惯性。2．刚度高：为了防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状要合理选择。工字型截面的弯曲刚度一般比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多。工字钢（GB706-88）：1、工字钢的型号与高度尺寸h有关，如：10号工字钢即指其高度尺寸为100mm。2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。3、工字钢的长度按长度系列购买。如：5~19m。工字钢工字钢也称钢梁，是截面为工字形的长条钢材。其规格以腰高(h)*腿宽(b)*腰厚(d)的毫数表示，如“工160*88*6”，即表示腰高为16

3、0毫米，腿宽为88毫米，腰厚为6毫米的工字钢。工字钢的规格也可用型号表示，型号表示腰高的厘米数，如工16#。槽钢（GB707-88）1、槽钢的型号与高度尺寸h有关，如：10号槽钢即指其高度尺为100mm。2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。3、导向性能好，定位精度高：为防止手臂在直线运动中，沿运动轴线发生相对转动，应设置导向装置。同时要采用一定形式的缓冲措施。4．重量轻、转动惯量小：为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少整个手臂对回转轴的转动惯量。5．合理设计与腕部和机身的连接部位：臂部的安装形式和

4、位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响到机器人的外观。二、机械臂分类按手臂的结构形式区分,手臂有单臂式、双臂式及悬挂式。图1手臂的结构形式(a)、(b)单臂式;(c)双臂式；(d)悬挂式三、机械臂的运动形式1．直线运动型：手臂伸缩、升降、横移2、回转运动型：手臂左右回转、上下摆动（俯仰）3、复合运动型：直线--回转、直线--直线、回转--回转1．手臂的直线运动机构机器人手臂的伸缩、升降及横向(或纵向)移动均属于直线运动,实现手臂往复直线活塞和连杆机构等运动的机构形式较多,常用的有活塞油(气)缸,活塞缸和齿轮齿条机构,丝杠螺母机构等。1．

5、手臂直线运动机构直线往复运动可采用液压或气压驱动的活塞油(气)缸。由于活塞油(气)缸的体积小,重量轻,因而在机器人手臂结构中应用较多。双导向杆手臂的伸缩结构图例：手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端,当双作用油缸1的两腔分别通入压力油时,则推动活塞杆2(即手臂)做往复直线移动。导向杆3在导向套4内移动,以防手臂伸缩时的转动(并兼作手腕回转缸6及手部7的夹紧油缸用的输油管道)。由于手臂的伸缩油缸安装在两根导向杆之间,由导向杆承受弯曲作用,活塞杆只受拉压作用,故受力简单,传动平稳,外形整齐美观,结构紧凑。图2.38：双导向杆手臂的伸缩结构2．手臂的回转运动

6、机构常见方式：常见的有叶片式回转缸、齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连杆传动机构等。曲柄滑块机构：假设滑块是主动件，当滑块沿一定的导轨移动时，可以推动曲柄做摆动或圆周运动。典型机构：液压缸—连杆回转机构：齿轮驱动回转机构：齿轮齿条机构图例：齿轮齿条机构是通过齿条的往复移动,带动与手臂联接的齿轮作往复回转,即可实现手臂的回转运动。带动齿条往复移动的活塞缸可以由压力油或压缩气体驱动。图2.39所示为手臂作升降和回转运动的结构。图2.39手臂升降和回转运动的结构图例1：平面四杆机构平面四杆机构双曲柄机构双摇杆机构图例2：平面四杆机构演变曲柄滑块机构图2.40：双

7、臂机器人手臂结构1—铰接活塞缸2—连杆3—手臂4—支承架5、6—定位锣钉运动特点：手臂关节的回转运动是通过液压缸-连杆机构实现。控制活塞的行程就控制了手臂摆角的大小。双臂机器人手臂结构图采用活塞缸和连杆机构的一种双臂机器人手臂的结构图,手臂的上下摆动由铰接活塞油缸和连杆机构来实现。当铰接活塞油缸1的两腔通压力油时,通过连杆2带动曲杆3(即手臂)绕轴心O做90°的上下摆动(如双点划线所示位置)。手臂下摆到水平位置时,其水平和侧向的定位由支承架4上的定位螺钉6和5来调节。此手臂结构具有传动结构简单、凑紧和轻巧等特点。丝杆螺母传动手臂升降机构P47图2.413

8、．手臂俯仰运动机构机器人手臂的俯仰运动一般采用活塞油