工业机器人结构设计课件

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1、第2章机器人结构设计基础2.1本体基本结构2.2手部设计2.3腕部设计2.4臂部设计2.5缓冲与定位2.6行走机构一、机器人本体基本结构组成：1、传动部件2、机身及行走机构3、臂部4、腕部5、手部2.1机器人本体的基本结构KUKA公司的工业机器人在工作2.1机器人本体的基本结构二、机器人本体基本结构特点：1、可以简化成各连杆首尾相接、末端无约束的开式连杆系，连杆系末端自由且无支承，这决定了机器人的结构刚度不高，并随连杆系在空间位姿的变化而变化。2.1机器人本体的基本结构二、机器人本体基本结构特点：2、开式连杆系中的每根连杆都具有独立的驱动器，

2、属于主动连杆系，连杆的运动各自独立，不同连杆的运动之间没有依从关系，运动灵活。2.1机器人本体的基本结构二、机器人本体基本结构特点：3、连杆驱动扭矩的顺态过程在时域中的变化非常复杂，且和执行器反馈信号有关。连杆的驱动属于伺服控制型，因而对机械传动系统的刚度、间隙和运动精度都有较高的要求。2.1机器人本体的基本结构二、机器人本体基本结构特点：4、连杆系的受力状态、刚度条件和动态性能都是随位姿的变化而变化的，因此，极容易发生振动或出现其他不稳定现象。2.1机器人本体的基本结构二、机器人本体基本结构特点：↑工作负载与自重的比值↑静、动态刚度→↑定位

3、精度、跟踪精度→↓控制系统的要求、造价→↑机械系统设计的灵活性↑固有频率→避开工作频率→↑系统的稳定性2.1机器人本体的基本结构2.1机器人本体的基本结构1、材料选择的基本要求：强度高弹性模量大重量轻阻尼大材料经济性三、机器人本体材料的选择：三、机器人本体材料的选择：1、机器人常用材料：碳素结构钢和合金结构钢（广泛采用）铝、铝合金及其他轻合金材料（重量轻）纤维增强合金（较高的E/ρ比）陶瓷纤维增强复合材料（高阻尼）粘弹性大阻尼材料2.1机器人本体的基本结构SIWR-Ⅰ型和Ⅱ型水下作业机械手模拟试验装置2.2手部设计2.2手部设计新松的装配机器

4、人2.2手部设计2.2.1钳爪式手部的设计2.2.2吸盘式手部的设计2.2.3类人机器人的手部——关节式手指2.2手部设计习题：设计一手部结构，用来抓取盘中的苹果。要求：画出结构，并给出关键尺寸。说明其驱动方式及计算增力比N/P。机器人的手部是重要的执行机构。从其功能和形态上看，它可分为工业机器人的手部和类人机器人的手部。前者应用较多，也比较成熟，后者正处于深入研究阶段。工业机器人的手部是用来抓取工件或工具的部件。由于被抓取的工件的形状、尺寸、重量、材质等的不同，手部的结构也是多种多样的，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而专门设计的。各种

5、手部的工作原理不同，结构型式各异。常用的手部按其握持原理的不同可分为两类，即钳爪式和吸附式。2.2.1钳爪式手部的设计2.2手部设计2.2.1钳爪式手部的设计钳爪式手部的组成一般的钳爪式手部由以下三部分组成：手指：传动机构：驱动装置：此外，还有连接和支撑元件，将上述各部分连接成一个整体，以及实现手部与机器人的腕部的连接。2.2.1钳爪式手部的设计一、手指2.2.1钳爪式手部的设计二、传动机构——回转型传动机构2.2.1钳爪式手部的设计斜楔杠杆式手部二、传动机构——回转型传动机构2.2.1钳爪式手部的设计滑槽杠杆式手部二、传动机构——回转型传动

6、机构2.2.1钳爪式手部的设计双支点连杆杠杆式手部二、传动机构——回转型传动机构2.2.1钳爪式手部的设计齿条齿轮杠杆式手部二、传动机构——平移型传动机构2.2.1钳爪式手部的设计直线平移型手部二、传动机构——平移型传动机构2.2.1钳爪式手部的设计四连杆机构平移型手部1-齿条2-齿轮3-工件齿轮齿条移动式手爪1322.2.1钳爪式手部的设计二、传动机构——其它结构型式重力式手爪二、传动机构——其它结构型式拨杆杠杆式钳爪二、传动机构——其它结构型式内撑式三指钳爪二、传动机构——其它结构型式三、钳爪式手部的设计要点2.2.1钳爪式手部的设计应具

7、有足够的夹紧力应具有足够的张开角应能保证工件的可靠定位应具有足够的强度和刚度应适应被抓取对象的要求应尽量做到结构紧凑、重量轻、效率高应具有一定的通用性和可互换性四、钳爪式手部结构举例以及夹紧力的分析计算2.2.1钳爪式手部的设计手部机构的结构型式不同，其特点也各不相同，下面仅举几个结构实例及其夹紧力的计算公式供设计时参考。钳爪式手部机构夹持工件的夹紧力是通过驱动装置(液压、气动或电动)所产生的驱动力经过手部机构的传递而产生的。四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例齿轮齿条式手部结构注：①两手指平移②增力比（N/P）小N=P/2NNP2.2

8、.1钳爪式手部的设计四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例平行连杆杠杆式手部结构N=PLcos(α+β+γ)/(2lsinαcosβ)注：①AB＝DE，DB＝A