机器人学_第2章_机器人机械结构

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1、第2章机器人的机械结构2.1机身和臂部2.2腕部和手部结构2.3传动部件设计12.1机身和臂部一.机身和臂部的作用机身是直接连接支承传动手臂和行走机构的部件，机身可以是固定的，也可以是行走式的手臂部件用来支承腕部（关节）和手部（包括工件和工具），并带动它们在空间运动2二.机身和臂部设计应注意问题1.刚度：抵抗变形的能力（1）合理选择截面形状和轮廓尺寸--封闭空心截面抗弯抗扭能力较实心和开口截面大；工字钢的抗弯强度比园截面大（2）提高支承刚度和接触刚度（3）合理布置作用力的位置和方向-减小弯曲变形2.精度影响因素：装配精

2、度，导向精度，刚度，耐磨性3.平稳性：（1）应结构紧凑，质量轻，减少惯性力（2）注意重心的位置4.其他：传动链力求简短；元件布置合理紧凑3三.机身和臂部的配置形式1.横梁式机身设计成横梁式，用于悬挂手臂，直移式运动，占地面积小，能有效的利用空间（1）单臂悬挂式手臂可沿横梁移动，也可上下伸缩4（2）双臂悬挂式（a）a.双臂平行布置，上料道与下料道分别设在机床的两侧，双臂能同时动作，两臂同步沿横梁移动，缩短辅助时间b.双臂交叉配置，两臂轴线交于机床的中心，两臂交错伸缩进行上下料，并同时沿横梁移动c.双臂交叉配置，悬伸梁式，

3、横梁长度较a,b短，双臂位于横梁的同一侧5(2).双臂悬挂式（b）双臂回转型，双臂交叉且绕同轴回转，分别负责上下料（主要是盘状零件），只需一个动力源，结构紧凑，动作范围大62.立柱式（1）单臂配置固定的立柱上配置单个臂，一般臂部水平或倾斜安装在立柱的顶部。右图为立柱式浇注机器人，以平行四边形铰接的四连杆机构作为臂部，实现俯仰运动。浇包始终铅垂，该装置结构简单，稳定可靠7右图为铣端面，打中心孔机床的上料机器人，臂架2带动臂3绕机身立柱1回转，同时，通过行星齿轮使臂3绕臂架2的轴线回转，手部夹持中心的轨迹为一空间曲线，能迅

4、速地将工件从料架送到机床的夹具上，但惯性较大，适用于中小型工件8（2）双臂配置双臂同步升降和回转机器人，两臂互成直角，当两臂下降时，上料手在料道上取料，下料手从机床两顶尖取下工件。两臂上升后转900再下降，上料手将毛坯放到顶尖间，下料手放工件双臂同步回转机器人，两臂的伸缩分别驱动用来完成较大行程的提升与转位工作，双臂对称布置，较平稳双臂水平交叉配置机器人，它通过两臂同时升降，交错伸缩，实现一手上料，一手下料9双臂立柱式机器人，双臂位于机身的前后两侧，可同时绕立柱轴线回转和绕水平轴作方向相反的俯仰运动。103.机座式（1

5、）11机座式（2）可将几台机器围绕机器人布置，该机器人负责传送工件124.屈伸式大小臂在垂直于机床轴线的平面上运动，借助腕部旋转900，把工件放到机床顶尖间大小臂回转平面垂直131.升降回转型机身结构四.机身的结构形式142.升降台式活塞杆11带动下移轴8左右移动，通过连杆使平台升降152.俯仰式4是回转油缸，7是俯仰油缸163.直移型机身结构直移型型机器人多为悬挂式的，其机身实际上就是手臂的横梁174.类人机器人机身它没有直移型的升降装置，而是靠腿部和腰部的屈伸运动实现升降。须有驱动肩关节，腰关节，腿部的驱动装置18

6、五.机械臂的典型结构1.手臂直线运动的机构常见方式：行程小时：采用油缸或气缸直接驱动；当行程较大时：可采用油缸或气缸驱动齿条传动的倍增机构或采用步进电机或伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换为直线运动。典型结构：电机驱动的丝杆螺母直线结构19电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例202．手臂的回转运动机构常见方式：常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连杆传动机构等。曲柄滑块机构：典型机构：液压缸—连杆回转机构：齿轮驱动回转机构：2122双臂机器人手臂结构图例：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

7、塞的行程就控制了手臂摆角的大小。1—铰接活塞缸2—连杆3—手臂4—支承架23齿轮传动机构（1）24齿轮传动机构（2）253．关节型机械臂的结构（1）存在的运动型式：机身的旋转运动；肩关节和肘关节的摆动；腕关节的俯仰和旋转运动；5轴关节型机器人。26五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：腰转肩转肘转俯仰偏转腰转姿态27肩关节、肘关节与手腕的协调五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：283．关节型机械臂的结构（2）各运动的实现：腕部的旋转：电机M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5腕部俯仰：电机M4→减速器R

8、4→链轮副C4→俯仰运动n4肘关节摆动：电机M3→两级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘关节摆动n3肩关节的摆动：电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n229关节型机器人传动系统图：腕部的旋转腕部俯仰肘关节摆动肩关节的摆动30腕部旋转局部图例：电机M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n531电机M4