机器人技术及其应用(I)

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1、第二章机器人本体的机械结构第一节机器人的组成和分类第二节机器人的主要技术参数第三节机器人的机械结构与运动第四节机器人的驱动机构第一节机器人的组成和分类大多数的机器人有四个共同的主要部件：（1）机械部分机械部分是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体而形成的开环运动学链系。（2）驱动源使各种机械部件产生运动的装置为驱动部件，驱动源可以是气动的、液压的或电动的，一、机器人的组成（3）一个或多个传感器传感器是将有关机械部件的内部信息和外部信息传递给机器人的控制器。（4）控制器控制器通过获取的信息确定机械部件各部分的正确运行轨迹、速度、位置和外部环境，使机械部件的各部分按预定程序在规定的时间开

2、始和结束动作。二、机器人的分类1.按机器人的控制方式分类（1）非伺服机器人（2）伺服控制机器人非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作，使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器人的运动。伺服控制机器人通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信号比较后，得到误差信号，经过放大后用以激发机器人的驱动装置，进而带动手部执行装置以一定规律运动，到达规定的位置或速度等，这是一个反馈控制系统。2.按机器人结构坐标系特点方式分类（1）直角坐标型（2）圆柱坐标型（3）极坐标型（4）多关节型四种坐标型机器人的机构简图（1）直角坐标型（2）圆柱坐标型（3）极坐标型（4）关节型第二节机器人的主

3、要技术参数1．自由度自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。2．工作空间机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域，不包括手部本身所能达到的区域。3．工作速度机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。4．工作载荷机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩来表示。5．控制方式机器人用于控制轴的方式，是伺服还是非伺服，伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。6．驱动方式指关节执行器的动力源。7．精度、重复精度和分辨率精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部

4、的定位能力。一台持重30kg，供搬运、检测、装配用的圆柱坐标型工业机器人，这台机器人的主要技术指标如下：自由度：共有三个基本关节1，2，3和两个选用关节4，5；工作范围：见左图所示；关节移动范围及速度：重复定位误差：±0.05mm控制方式：五轴同时可控，点位控制；持重（最大伸长、最高速度下）：30kg驱动方式：三个基本关节由交流伺服电机驱动，并采用增量式角位移检测装置；第三节机器人的机械结构与运动一、机器人机械结构的组成1、手部结构2、手腕结构3、臂部结构4、机身结构二、机器人机构的运动1.手臂和本体的运动（1）垂直移动指机器人手臂的上下运动。这种运动通常采用液压缸机构或其他垂直升降

5、机构来完成，也可以通过调整整个机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。（2）径向移动是手臂的伸缩运动。机器人手臂的伸缩使其手臂的工作长度发生变化。在圆柱坐标式结构中，手臂的最大工作长度决定其末端所能达到的圆柱表面直径。（3）回转运动指机器人绕铅垂轴的转动。这种运动决定了机器人能手臂所能到达的角位置。2.手腕的运动(1)手腕旋转手腕绕小臂轴线的转动。有些机器人限制其手腕转动角度小于360度。另一些机器人则仅仅受到控制电缆缠绕圈数的限制，手腕可以转几圈。(2)手腕弯曲指手腕的上下摆动，这种运动也称为俯仰。(3)手腕侧摆指机器人手腕的水平摆动。手腕的旋转和俯仰两种运动结合起来可以构成侧摆运

6、动，通常机器人的侧摆运动由一个单独的关节提供。三、机身和臂部机构常用的机身结构有：（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。机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部件。2.臂部结构手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的作用是支承腕部和手部，并带动它们在空间运动。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）屈伸型臂部结构以及;（4）其他专用的机械传动臂部结构。3.机身和臂部的配置型式机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体布局。（1）横梁式单臂

7、悬挂式双臂悬挂式（2）立柱式单臂式双臂式（3）机座式单臂回转式双臂回转式多臂回转式（4）屈伸式平面屈伸型空间屈伸型四、手腕结构手腕是连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。多数将腕部结构的驱动部分安排在小臂上。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：(1)臂转：绕小臂轴线方向的旋转。(2)手转：使手部绕自身的轴线方向旋转。(3)腕摆：使手部相对于臂进行摆动。手腕结构多为上述三个回转方式的组合，组合的方式可以有多种形式