机器人的机械结构课件.ppt

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1、第三章机器人的机械结构机器人的机械结构、控制方式、驱动方式或传感器千差万别，但多数机器人由4个主要部件：机械部分，传感器，控制器，液压、气压、电力驱动源1、机器人机械结构的组成（1）机身：基础部分起支撑作用（2）臂部：连接机身和手腕（3）手腕：连接手和手臂（4）手部：手爪或末端执行器机器人本体是机器人的重要组成部分，是所有的计算、分析、控制和编程的基础，最终要通过本体的运动和动作完成特定的任务。机器人的本体各部分的结构、材料的选择直接影响整体性能。典型的工业机器人仅仅实现了人类胳膊和手的某些功能，也称为

2、机器人操作机或机械手。2、机器人机构的运动机器人机构可以视为一种连杆机构，它的基本结构是将机构学中的杆件（link）和运动副（Pair）相互链接而构成的运动链。开式、半闭式、闭式运动链Stewart机构是典型的并联机器人．末端执行器的位置和姿态可由6个直线油缸的行程长度所决定，油缸的一端与基座通过二自由度的万向连轴节(铰链)相连，另一端(连杆)由三自由度的球—套关节(球面副)与末端执行器相连．这种机器人手臀的三个自由度与手腕的三个自由度集成在一起，具有闭环机构的共同特点：刚度高，但连杆的运动范围十分有限

3、。3、机器人本体设计原则（1）按用户要求优化工作空间相关参数（2）优选材料、结构、工艺、提高速度及精度材料选择：运动部分质量轻、强度高、弹性模量（刚度）大、价格经济，常用结构钢、铝合金、陶瓷、复合材料、纤维增强合金（3）应用机电一体化思想提高功能价格比（4）合理布置管线提高工作可靠性（5）考虑安全，防止人机事故3.1机器人手部（末端执行器）结构手部也叫末端执行器，它是安装在机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。机器人手部的特点：（1）手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、液接

4、头，可以方便的拆卸和更换手部。（2）手部是机器人的末端执行器。它可以像人手一样具有手指，也可以是进行专业作业的工具，比如喷漆枪、焊接工具等。（3）手部的通用性比较差。机器人手部通常是专用的装置，例如，一种手爪只能抓握一种或者几种在形状、尺寸、重量等方面近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务。（4）手部是一个独立的部件，是完成作业好坏以及作业柔性好坏的关键部件之一。具有复杂感知能力的智能化手爪的出现增加了机器人作业的灵活性和可靠性。一、手部的典型结构夹钳类吸附类专用操作器仿人机器人手部夹钳式：常用结构包

5、括手指、传动机构、驱动装置、支架1、夹钳类手指：两指、多指；指端形状：V形、平面、尖指、特形指夹钳类手部应用：1966年，美国海军利用机器人“科沃”的钳形手指将因飞机失事掉入海中的氢弹从750米的深海打捞出来.传动机构：回转型和平移型实现夹紧和松开的动作平面平行移动机构：采用平行四边形的铰链结构-双曲柄铰链四连杆机构滑槽式回转型传动机构钩托式：常用结构，适合大重量工件分为有驱动和无驱动两种弹簧式：受弹簧弹力限制，适合夹持小工件结构简单，不需要驱动装置气吸式：常用结构，适合非金属材料如玻璃、纸张、板材等由

6、吸盘、吸盘架和进气系统组成分为真空式、负压式、挤压排气式对工件表面无损伤，且对工件预订的位置精度要求不高，但工件与吸盘接触的部分光滑平整，无空隙适合大平面（单面接触无法抓取）、易碎、微小（不易抓取）的物体2、吸附类真空气吸磁吸式：吸附力大，但被吸工件存在剩磁高温下不能使用分为永久磁铁手部和电磁铁手部3、专用的末端操作器与换接器如：在通用机器人上安装焊枪成为焊接机器人；在通用机器人上安装拧螺母机成为装配机器人；不用的手部对手腕的要求不一样，需要换接器换接器包括插座和插头，分别装在手腕和手部上能进行复杂作业

7、，如装配、维修、操作设备等柔性手：可对不同外形物体抓取，物体受力均匀4、仿人机器人手多指灵活手：模仿人手，多指，每个手指有3个关节，独立控制手部的典型工具3.2机器人腕部结构手腕是连接手臂和手部的结构部件，作用是支撑手部和确定手部的作业方向。手腕一般需要3个自由度：臂转、手转、腕摆翻转、偏转、俯仰翻转俯仰偏转腕部的典型结构液压手腕结构电动手腕结构柔顺装配技术机器人进行精密作业，被装配零件大小不一致，工件的定位夹具或机器人定位精度不满足要求，装配困难，需要柔顺装配技术主动柔顺装配：利用传感器测量反馈，边校

8、正边装配，价格贵，速度慢被动柔顺装配：有机械柔顺环节，价格低，结构简单，速度快，但轴孔间隙不能太小3.3机器人臂部设计工业机器人的臂部一般具有2~3个自由度，即伸缩、回转或俯仰。臂部总重量较大，受力一般较复杂，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。一、臂部设计的基本要求臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素