机器人本体结构描述课件.ppt

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1、第6章机器人本体结构机器人主要由驱动系统、机械系统、感知系统、控制系统四个系统组成。机械系统又叫操作机，是工业机器人的执行机构。可分成基座、腰部、臂部、腕部和手部。6.1概述一、机器人结构特点1.工业机器人操作机可以简化成各连杆首尾相接、末端开放的一个开式运动链，操作机的结构刚度差，并随空间位姿的变化而变化。2.操作机的每个连杆都具有独立的驱动器，连杆的运动各自独立，运动更为灵活。一般的连杆机构，有1-2个原动件，各连杆间的运动是互相约束的。3.连杆驱动扭矩变化复杂，和执行件位姿相关。连杆的驱动属于伺服控制，因而对机械传动系统

2、的刚度、间隙和运动精度都有较高的要求。4.操作机的受力状态、刚度条件和动态性能随位姿变化而变化，极易发生振动或其它不稳定现象。二、本体基本结构要求1.机械系统抓重一自重比尽量大臂杆的质量小有利于改善操作机工作的动态性能，抓重一自重比大意味着工作效率高，造价低。人类手臂的抓重大约为自重的3—4倍，从统计资料看，操作机的抓重一自重比约为1／20—1／15，与人类手臂相比，相去甚远。2.结构的静动态刚度尽可能好结构静动态刚度好有利于提高手臂端点的定位精度和对编程轨迹的跟踪精度，对离线编程至关重要。操作机具有较好的刚度，可以增加设计的

3、灵活性。比如在选择传感器安装位置时，刚度好的结构允许传感器放在离执行件较远的位置。3.提高系统的固有频率，改善系统的动态性能。机器人以中等速度运动时，工作频率范围1Hz一20Hz，机器人的低阶固有频率5Hs一25Hs，有可能会共振。尽可能提高操作机结构的固有频率，避开机器人工作时的工作频率。三、机器人本体结构小臂大臂腰部腕部基座手部机器人本体结构：机械结构和机械传动系统。包括：传动部件机身及行走机构臂部腕部手部6.2机身及臂部结构机器人机身又称为立柱，是支撑臂部的部件，能实现手臂的升降、回转或俯仰运动。机器人必须有一个便于安装

4、的基础件，这就是机器人的机座，机座往往与机身做成一体。机身设计要求：(1)刚度和强度大，稳定性好。(2)运动灵活，导套不宜过短，避免卡死。(3)驱动方式适宜。(4)结构布置合理。一、机身的典型结构机身结构一般由机器人总体设计确定。1．回转与升降机身(1)回转运动采用摆动油缸驱动升降油缸在下，回转油缸在上，升降活塞杆杆的尺寸要加大。回转油缸在下，升降油缸在上，回转油缸的驱动力矩要设计得大一些。(2)链传动机构回转角度可大于360°。2．回转与俯仰机身1.垂直升降运动驱动力Pq的计算需克服摩擦力、总重力、惯性力:为启动时的总惯性力

5、(N)；为运动部件的总重力(N)。为各支承处的摩擦力(N)；二、机身驱动力(力矩)计算2.回转运动驱动力矩的计算为总摩擦阻力矩(N·m)；为回转运动部件的总惯性力矩(N·m)3.升降立柱下降不卡死(不自锁)的条件计算偏重力矩：是指臂部全部零部件与工件的总重量对机身回转轴的静力矩。当手臂悬伸为最大行程时，其偏重力矩为最大。偏重力臂L：手臂总重量的重心位置距机身立柱轴的距离，根据静力平衡计算。偏重力矩为偏重力矩对升降运动的灵活性影响如果偏重力矩过大，使支承导套与立柱之间的摩擦力过大，出现卡滞现象。如果依靠自重下降，避免立柱卡死自锁

6、根据平衡条件可知：不卡死的条件为三、臂部工业机器人的臂部臂部总重量较大，受力复杂，在运动时，直接承受腕部、手部和工件（或工具）的静、动载荷，尤其高速运动时，将产生较大的惯性力（或惯性力矩），引起冲击，影响定位的准确性。臂部设计要求：1）  刚度高手臂截面形状防止臂部过大的变形。工字形截面>圆截面大，空心管>实心轴钢管作臂杆及导向杆，工字钢和槽钢制作支承板。2）导向性能好设置导向装置，或采用方形、花键等形式，防止手臂沿轴线相对转动。3）运动要平稳、定位精度高臂部高速运动，惯性力引起的冲击大，运动不平稳，定位精度也不高，采用缓冲措

7、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，以减少手臂对回转轴的转动惯量。5）合理设计与腕和机身的连接部位。臂部安装形式和位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，还直接影响机器人的外观。臂部的常用机构1．直线运动机构油(气)缸直接驱动行程小时；油(气)缸驱动齿条传动的倍增机构行程较大时；丝杠螺母或滚珠丝杠传动。为了增加手臂的刚性，臂部伸缩机构需设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。常用的导向装置有单导向杆和双导向杆等，可根据手臂的结构、抓重等因素选取。图示为采用四根导向柱的臂部伸

8、缩结构。手臂垂直运动由油缸驱动，行程长，抓重大。四导向柱式臂部伸缩机构1—手部；2—夹紧缸；3—油缸；4—导向柱；5—运行架；6—行走车轮；7—轨道；8—支座2．手臂俯仰运动机构通常采用摆臂油(气)缸驱动、铰链连杆机构传动实现手臂的俯仰。1—手部；2—夹紧缸；3—升降缸；4—