第3章 工業(yè)機(jī)器人

1、主講教師主講教師: : 陳銀銀陳銀銀 1582480778315824807783 第第三三章章 焊接自動(dòng)化系統(tǒng)的組成焊接自動(dòng)化系統(tǒng)的組成 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人 質(zhì)量控制和運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng) 輔助設(shè)備 控制與通信系統(tǒng) 1. 概述概述 1) 工業(yè)機(jī)器人的定義 美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)(RIA)：“機(jī)器人是一種能自動(dòng)控制、 可重復(fù)編程、多功能多自由度的操作機(jī)，用于搬運(yùn)材料、 工件、工具的專用裝置?！?國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)：機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置 可控的、具有編程能力的多功能操作機(jī)，這種操作機(jī)具 有幾個(gè)軸，能夠借助可編程操作來(lái)處理各種材料、零件、 工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。 中國(guó)：

2、機(jī)器人是一種擬人功能的機(jī)械電子裝置。 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人 2) 工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人的組成 工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組 成。工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。 (1) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種具有和人手臂相似的動(dòng)作功能。可在 空間抓放物體或執(zhí)行其他操作的機(jī)械裝置，通常包括機(jī) 座、手臂、手腕和末端執(zhí)行器。 A. 機(jī)座：機(jī)器人承受載荷的基礎(chǔ)部件?？煞譃楣潭ㄊ?和移動(dòng)式(平移和旋轉(zhuǎn))。旋轉(zhuǎn)的機(jī)座也稱“腰”。 B. 手臂：分為大臂、小臂和手腕，完成各種動(dòng)作。 C. 手腕：連接手臂與末端執(zhí)行器的部件，用來(lái)調(diào)整末 端執(zhí)行器的方位和姿態(tài)。 D. 末端執(zhí)行器：又稱“手”，是直

3、接執(zhí)行工作的裝置， 可以是擬人的手掌、手指和夾持器等，也可以是各種作 業(yè)工具，如焊槍、噴漆槍等。 (2) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 控制工業(yè)機(jī)器人按照規(guī)定要求動(dòng)作，可分為開環(huán)控制 系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。多采用計(jì)算機(jī)控制。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按內(nèi)部功能劃分的不同，可細(xì)分為： 決策級(jí)：識(shí)別環(huán)境、建立模型、任務(wù)分解。 策略級(jí)：按關(guān)節(jié)坐標(biāo)協(xié)調(diào)變化的規(guī)律，將動(dòng)作轉(zhuǎn)化 為各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，傳遞給伺服控制系統(tǒng)。 執(zhí)行級(jí)：按給定指令執(zhí)行動(dòng)作。 (3) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 按照控制指令，放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 常用的有：機(jī)械、液壓、氣動(dòng)和電氣四種。 機(jī)器人的組成 3) 工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類 (1) 按坐標(biāo)

4、形式分按坐標(biāo)形式分 A. 直角坐標(biāo)式直角坐標(biāo)式 執(zhí)行器通過(guò)沿三個(gè) 互相垂直的軸線移動(dòng) 改變位置，機(jī)器人主 體結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)都是移 動(dòng)關(guān)節(jié)。 位置精度高，控制 無(wú)耦合，簡(jiǎn)單可靠 結(jié)構(gòu)龐大，動(dòng)作范 圍小，靈活性差 B. 圓柱坐標(biāo)型圓柱坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人主體 結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自由度：腰轉(zhuǎn)、 升降和伸縮，亦即具有一個(gè) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊 機(jī)器人腰轉(zhuǎn)時(shí)將手臂縮 回，減少了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 受結(jié)構(gòu)限制，手臂不能 抵達(dá)底部，減少了工作范圍 C. 球面坐標(biāo)式球面坐標(biāo)式(極坐標(biāo)極坐標(biāo) 式式) 機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)具有 三個(gè)自由度，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 結(jié)構(gòu)緊湊，位置精度 尚可，工作范圍大，占

5、地 面積小，控制系統(tǒng)復(fù)雜。 D. 關(guān)節(jié)坐標(biāo)式關(guān)節(jié)坐標(biāo)式 主要由立柱、大臂 和小臂組成，形成腰關(guān) 節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)。 工作范圍大、動(dòng)作 靈活，但位置精度低， 控制有復(fù)雜的耦合問(wèn)題。 水平多關(guān)節(jié)型： 垂直方向上的剛性 好，適于裝配工作 垂直多關(guān)節(jié)： 動(dòng)作范圍寬， 結(jié)構(gòu)剛度低， 精度較低。 用于裝配、搬運(yùn)、 弧焊、噴涂、點(diǎn) 焊等 (2) 按控制方式分按控制方式分 A. 點(diǎn)位控制(Point to Point) 運(yùn)動(dòng)是連接兩點(diǎn)之間的直線運(yùn)動(dòng)，關(guān)心的是末端執(zhí)行 器在兩個(gè)給定點(diǎn)的位置精度和姿態(tài)，具體運(yùn)動(dòng)軌跡如何、 運(yùn)動(dòng)時(shí)執(zhí)行器的姿態(tài)并不是重點(diǎn)。 控制方式簡(jiǎn)單，適用于上下料、點(diǎn)焊等作業(yè)。 B. 連續(xù)軌跡控

6、制(Continuous Path) 運(yùn)動(dòng)軌跡可以是空間內(nèi)的任意連續(xù)曲線，在整個(gè)運(yùn)動(dòng) 過(guò)程中，機(jī)器人和末端執(zhí)行器均處于可控制狀態(tài)。 (3) 按驅(qū)動(dòng)方式分按驅(qū)動(dòng)方式分 A. 液壓驅(qū)動(dòng) 精度高，反應(yīng)速度快，輸出力或力矩大 液壓機(jī)構(gòu)維護(hù)復(fù)雜，成本高 B. 氣壓驅(qū)動(dòng) 由氣動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)作迅速，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，但受空氣可壓縮性影響，穩(wěn)定性差，定位精度 低，抓取力小 C. 電力驅(qū)動(dòng) 能完成高速運(yùn)動(dòng)，具有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)少，成本低等優(yōu)點(diǎn)， 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中已基本普及。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) (4) 按信息輸入方式分按信息輸入方式分 A. 人工操作機(jī)械手 B. 固定程序機(jī)器人 C. 可變

7、程序機(jī)器人 D. 程序控制機(jī)器人 E. 示教再現(xiàn)機(jī)器人 示教記憶再現(xiàn) F. 智能機(jī)器人 具有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并能自主解決問(wèn)題的能力 4) 工業(yè)機(jī)器人的用途與發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的用途與發(fā)展 用于一切可替代人操作的場(chǎng)合，尤其是勞動(dòng)強(qiáng)度大、 重復(fù)性高、環(huán)境惡劣的地方。 (1) 焊接：主要是指利用機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)焊和弧焊。 點(diǎn)焊時(shí)要求機(jī)器人手腕握持焊接工具準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)所 要求的焊點(diǎn)，焊槍不與部件的其它部位接觸。通常，這 些機(jī)器人所夾持的焊接工具大而重，同時(shí)還要求機(jī)器人 有一個(gè)比較大的活動(dòng)范圍。 弧焊是對(duì)材料進(jìn)行連續(xù)焊接，焊接前首先要將復(fù)雜 的運(yùn)行軌跡示教給機(jī)器人，在需要處理較寬的焊縫時(shí)， 可以編程使機(jī)器人作編織狀的橫擺

8、運(yùn)動(dòng)。汽車工業(yè)運(yùn)用 這種類型的機(jī)器人最多。 (2) 噴漆：噴漆易引發(fā)火災(zāi)，同時(shí)有害于身體健 康，因此，噴漆作業(yè)是機(jī)器人特有的用途。使用 噴漆機(jī)器人的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是涂層比人工噴涂的更 加均勻。 (3) 磨削：利用工業(yè)機(jī)器人對(duì)焊縫或工作表面進(jìn) 行磨削。 (4) 零部件裝卸和傳送：零部件裝卸和傳送： 常用于生產(chǎn)線上。將零件從一個(gè)位置移至工作區(qū)的另 一個(gè)位置，有碼放和卸貨兩種操作，或在金屬加工中， 將零件從一個(gè)工作區(qū)送至另一個(gè)工作區(qū)。下頁(yè)圖表示用 機(jī)器人傳送鍛造毛坯的工作流程： 進(jìn)料器將工件送至A點(diǎn)機(jī)器人R1將工件送至B點(diǎn) 涂膜并轉(zhuǎn)至C點(diǎn)機(jī)器人R1將工件送至D點(diǎn)（干燥臺(tái)） 并旋轉(zhuǎn)至E點(diǎn)正好干燥大機(jī)器人將

9、工件從E移至F點(diǎn) （加熱轉(zhuǎn)臺(tái)）旋轉(zhuǎn)一周至G點(diǎn)從G點(diǎn)至H點(diǎn)鍛打機(jī)器 人R2將加工好的工件料箱或傳送帶上。 自動(dòng)鍛造工作站示意圖 (5) 其他應(yīng)用其他應(yīng)用 水下機(jī)器人：用于海底礦物探測(cè)、打撈沉船、在海 上或干式船塢中修理船舶等。 軍用機(jī)器人：海軍和空軍對(duì)移動(dòng)式消防機(jī)器人感興 趣，由于配有紅外傳感器，在緊急關(guān)頭，能夠作出比人 更快的反應(yīng)。還有裝炮彈機(jī)器人等。 發(fā)電廠機(jī)器人：在核發(fā)電廠，由于核燃料有放射作 用，很多工作更適合于機(jī)器人操作。如：給活動(dòng)篩附屬 裝置上潤(rùn)滑油；閥門密封件的檢修等。 家用機(jī)器人： 組裝機(jī)器人： 自動(dòng)工廠中的機(jī)器人：機(jī)器人的未來(lái)用途是成為全 自動(dòng)化工廠或加工車間的一個(gè)組成部分 工

10、業(yè)機(jī)器人的發(fā)展：工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展： 提高速度和運(yùn)動(dòng)精度，減少重量和占地面積 部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化 使用新型結(jié)構(gòu) 開發(fā)各種新型傳感檢測(cè)設(shè)備 發(fā)展人工智能的推理和決策技術(shù) 2. 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng) 1) 手部(末端執(zhí)行器) 工業(yè)機(jī)器人的手部也叫末端操作器，它直接裝在工業(yè) 機(jī)器人的手腕上用于夾持工件或讓工具按照規(guī)定的程序 完成指定的工作。 (1) 手部的特點(diǎn) A. 手部與手腕相連處可拆卸 手部與手腕處有可拆卸的機(jī)械接口：根據(jù)夾持對(duì)象 的不同，手部結(jié)構(gòu)會(huì)有差異，通常一個(gè)機(jī)器人配有多個(gè) 手部裝置或工具，因此要求手部與手腕處的接頭具有通 用性和互換性。 手部可能還有一些電、氣、液的接

11、口：由于手部的驅(qū) 動(dòng)方式不同造成。對(duì)這些部件的接口一定要求具有互換 性。 B. 手部是末端操作器 可以具有手指，也可以不具有手指；可以有手爪，也 可以是專用工具。 每個(gè)手指有三個(gè)或 四個(gè)關(guān)節(jié)。技術(shù)關(guān) 鍵是手指之間的協(xié) 調(diào)控制。 末端操作器圖例2 C. 手部是一個(gè)獨(dú)立的部件 工業(yè)機(jī)器人通常分為三個(gè)大的部件：工業(yè)機(jī)器人通常分為三個(gè)大的部件：機(jī)身、手臂（含 手腕）、手部。手部對(duì)整個(gè)機(jī)器人完成任務(wù)的好壞起著 關(guān)鍵的作用，它直接關(guān)系著夾持工件時(shí)的定位精度、夾 持力的大小等。 D. 手部的通用性比較差 工業(yè)機(jī)器人的手部通常是專用裝置：工業(yè)機(jī)器人的手部通常是專用裝置：一種手爪往往只 能抓住一種或幾種在形狀、

12、尺寸、重量等方面相近的工 件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。 (3) 手部的構(gòu)成 主要有手指、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。 (4) 手部的分類 A. 按用途分按用途分 手爪：手爪：具有一定的通用性。主要功能是：抓住工 件、握持工件、釋放工件。 抓住抓?。涸诮o定的目標(biāo)位置和期望姿態(tài)上抓住工件， 工件必須有可靠的定位，保持工件和手爪之間的準(zhǔn)確的 相對(duì)位置關(guān)系，以保持機(jī)器人后續(xù)作業(yè)的準(zhǔn)確性。 握?。捍_保工件在搬運(yùn)過(guò)程中或零件裝配過(guò)程中 定義了的位置和姿態(tài)的準(zhǔn)確性。 釋放：在指定位置結(jié)束手部和工件之間的約束關(guān) 系。 工具：工具：進(jìn)行作業(yè)的專用工具。 B. 按夾持方式分按夾持方式分 外夾式外夾式 手部與被夾

13、件的外表面相接觸。 內(nèi)撐式內(nèi)撐式 手部與工件的內(nèi)表面相接觸。 內(nèi)外夾持式內(nèi)外夾持式 手部與工件的內(nèi)、外表面相接觸。 夾持方式圖例 C. 按手爪的運(yùn)動(dòng)形式分按手爪的運(yùn)動(dòng)形式分 回轉(zhuǎn)型回轉(zhuǎn)型 當(dāng)手爪夾緊和松開物體時(shí)，手指作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被 抓物體的直徑大小變化時(shí)，需要調(diào)整手爪的位置才能保 持物體的中心位置不變。 平動(dòng)型平動(dòng)型 手指由平行四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，當(dāng)手爪夾緊和松開物體 時(shí)，手指姿態(tài)不變，作平動(dòng)。 平移型平移型 當(dāng)手爪夾緊和松開工件時(shí)，手指作平移運(yùn)動(dòng)，并保 持夾持中心的固定不變，不受工件直徑變化的影響。 回轉(zhuǎn)型圖例 壓縮彈簧拉伸彈簧 平動(dòng)型圖例 平移型圖例 該絲桿的螺紋具有什么特點(diǎn)？此時(shí)手部是張開還

14、是合攏？ D. 按夾持原理分按夾持原理分 手指式：手指式： 外夾式、內(nèi)撐式、內(nèi)外夾持式。 平移式、平動(dòng)式、旋轉(zhuǎn)式。 二指式、多指式。 單關(guān)節(jié)式、多關(guān)節(jié)式。 吸盤式：吸盤式： 負(fù)壓吸盤：真空式、噴氣式、擠氣式。 磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。 (5) 典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu) A. 機(jī)械式手爪結(jié)構(gòu) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)手爪： 氣缸驅(qū)動(dòng)活塞平移齒條移動(dòng)扇形齒輪擺動(dòng) 連桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)手爪平動(dòng) 氣動(dòng)手爪圖例 問(wèn)題： 1、分析手部的運(yùn)動(dòng)。 2、手部作的是什么類型運(yùn)動(dòng)？ 機(jī)械手爪圖例 重力式手爪 齒輪齒條式手爪 滑槽式手爪 撥桿杠桿式手爪 B. 電磁吸盤 電磁吸盤的電磁吸盤的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)： 主要由磁盤、防塵蓋、線圈、殼體等組成。 工

15、作原理：工作原理： 夾持工件： 線圈通電空氣間隙的存在線圈產(chǎn)生大的電 感和啟動(dòng)電流周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)(通電導(dǎo)體一定會(huì)在周 圍產(chǎn)生磁場(chǎng))吸附工件 放開工件： 線圈斷電磁吸力消失工件落位 適用范圍：適用范圍： 適用于用鐵磁材料做成的工件；不適合于由有色金 屬和非金屬材料制成的工件。 適合于被吸附工件上有剩磁也不影響其工作性能的 工件。 適合于定位精度要求不高的工件。 適合于常溫狀況下工作。鐵磁材料高溫下的磁性會(huì) 消失。 電磁吸盤圖例 C. 真空式吸盤 構(gòu)成: 由真空泵、電磁閥、電機(jī)和吸盤等構(gòu)成。 工作原理： 形成真空吸附工件： 電機(jī)真空泵3電磁閥左側(cè)從吸盤5處抽氣 釋放工件： 電機(jī)、泵停轉(zhuǎn)大氣經(jīng)6口 4

16、電磁閥左側(cè) 3電磁閥右側(cè)送氣至吸盤5處 真空吸盤控制系統(tǒng)圖例 1Y 2Y 真空吸盤結(jié)構(gòu)圖例 D. 自適應(yīng)吸盤 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 該吸盤具有一 個(gè)球關(guān)節(jié)，使吸 盤能傾斜自如， 適應(yīng)工件表面傾 角的變化。 E. 異形吸盤 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 可用來(lái)吸附 雞蛋、錐頸瓶 等物件。擴(kuò)大 了真空吸盤在 機(jī)器人上的應(yīng) 用。 F. 噴氣式吸盤 工作工作原理原理： 壓縮空氣進(jìn)入噴嘴后，利用伯努利效應(yīng)，當(dāng)壓縮空 氣剛進(jìn)入時(shí)，由于噴嘴口逐漸縮小，致使氣流速度逐漸 增加。當(dāng)管路截面收縮到最小處時(shí)，氣流速度達(dá)到臨界 速度，然后噴嘴管路的截面逐漸增加，使與橡膠皮碗相 連的吸氣口處，造成很高的氣流速度而形成負(fù)壓。 應(yīng)

17、用：應(yīng)用： 在工廠一般都有空壓站，噴氣式吸盤在工廠得到廣 泛的應(yīng)用。 噴氣式吸盤圖例 (7) 擠氣式吸盤 主要構(gòu)成：主要構(gòu)成： 吸盤架、壓蓋、 密封墊、吸盤 工作原理：工作原理： 擠氣式吸盤工作原理圖 (6) 手部結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例手部結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例 A. 平行指手爪機(jī)構(gòu) 工作原理：工作原理： 回轉(zhuǎn)動(dòng)力源1和6驅(qū)動(dòng) 構(gòu)件2和5順時(shí)針或逆時(shí) 針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)平行四邊 形機(jī)構(gòu)帶動(dòng)手指3和4作 平動(dòng)，夾緊或釋放工件。 B. 設(shè)有檢測(cè)開關(guān)的手爪裝置 工作原理：工作原理： 手爪裝有限位 開關(guān)5和7。在指 爪4沿垂直方向 接近工件6的過(guò) 程中，限位開關(guān) 檢測(cè)手爪與工件 的相對(duì)位置。當(dāng) 工件接觸限位開 關(guān)時(shí)發(fā)信號(hào)，

18、汽 缸通過(guò)連桿3驅(qū) 動(dòng)指爪夾緊工件。 C. 上料吸盤A D. 上料吸盤B 2) 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人常用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng) 和電氣驅(qū)動(dòng)三種形式。每種方式都有直線型和旋轉(zhuǎn)型。 各種主要驅(qū)動(dòng)方式特點(diǎn)的比較 3) 工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)將原動(dòng)機(jī)發(fā)出的機(jī)械能傳遞給關(guān)節(jié)或 其他工作部分，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各種必要的運(yùn)動(dòng)。 常用傳動(dòng)方案如下表所示。 常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)、帶及鏈傳動(dòng) 等。 直線電機(jī)III 變速電機(jī) (回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)) 伺服電機(jī) (減速機(jī)構(gòu)) (回轉(zhuǎn)變直線機(jī)構(gòu)) (直動(dòng)關(guān)節(jié)) II 液壓泵或空壓機(jī) (液壓或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器) (連桿機(jī)構(gòu)、擺桿機(jī)構(gòu))I 執(zhí) 行

19、部 件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原 動(dòng) 機(jī)方案 A. 齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)最常用，包括： 圓柱齒輪傳動(dòng)：直/斜齒，內(nèi)/外嚙合，齒輪齒條 圓錐齒輪傳動(dòng)：直齒、曲齒 交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng) 蝸輪蝸桿傳動(dòng) 準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng) 行星齒輪減速機(jī)構(gòu) 諧波減速器 RV減速器：內(nèi)齒輪為帶滾針的圓弧齒，外齒輪采用 周擺線齒，內(nèi)外齒輪在整個(gè)圓周上始終保持嚙合。 B. 螺旋傳動(dòng) 螺旋傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和平移運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。螺旋傳 動(dòng)均勻準(zhǔn)確，主動(dòng)件上作用較小扭矩，即可在從動(dòng)件上 獲得很大的軸向力。螺桿旋轉(zhuǎn)一周，螺母只移動(dòng)一個(gè)導(dǎo) 程。 按摩擦性質(zhì)分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋。 滑動(dòng)螺旋：絲杠螺母副 滾動(dòng)螺旋：滾珠絲杠副 靜壓螺旋：變滑動(dòng)、滾動(dòng)摩

20、擦為流體自身的粘性力摩 擦，如使用氣體靜壓螺旋，則摩擦力很小，但承載能力 也小。 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)原理圖 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 滾珠絲杠實(shí)物圖 靜壓螺旋傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 C. 帶、鏈傳動(dòng) 工業(yè)機(jī)器人中的帶傳動(dòng)主要指同步齒形帶傳動(dòng)，鏈傳 動(dòng)主要指精密套筒滾子鏈傳動(dòng)。 主要用于平行軸之間的傳動(dòng)。 D. 其他傳動(dòng)方式 除上述三種主要傳動(dòng)形式外，工業(yè)機(jī)器人中還有采用 液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等。 4) 工業(yè)機(jī)器人的手臂 手臂用來(lái)調(diào)節(jié)末端執(zhí)行器在空間的位置，或把物料、 工具運(yùn)送到工作范圍內(nèi)的指定位置上。一般具有三個(gè)自 由度，這些自由度可以是移動(dòng)副、繞同軸回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)副 和繞銷軸擺轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)副。

21、 關(guān)節(jié)型機(jī)器人目前用得最多，其手臂上的最重要部件 就是關(guān)節(jié)。 回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)用來(lái)連接手臂與機(jī)座、手臂相鄰桿件及手臂 與手腕，并實(shí)現(xiàn)兩構(gòu)件間的相對(duì)回轉(zhuǎn)(或擺動(dòng))。它由驅(qū)動(dòng) 器、回轉(zhuǎn)軸和軸承組成。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和關(guān)節(jié)之間沒有速度和 轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換。這種驅(qū)動(dòng)方式具有以 下特點(diǎn)： 機(jī)械傳動(dòng)精度高； 振動(dòng)小，結(jié)構(gòu)剛性好； 結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高； 電機(jī)的重量會(huì)增加轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)擔(dān)。 回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)器裝 在同一軸上。SCARA型機(jī)器人 中常用。 本形式位置精度高，但應(yīng)注 意加強(qiáng)手臂剛度和選擇緊湊的 減速裝置。 移動(dòng)關(guān)節(jié)由直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線導(dǎo)軌組成。在工業(yè)機(jī) 器人中，為滿足高速、高精度要求，常采用緊湊、低價(jià) 的滾動(dòng)導(dǎo)軌。 直線

22、滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌產(chǎn)品 5) 工業(yè)機(jī)器人的手腕 手腕位于手臂末端，用來(lái)支撐末端執(zhí)行器并調(diào)整其姿 態(tài)。 一般手腕由多個(gè)同軸回轉(zhuǎn)副(R)或銷軸回轉(zhuǎn)副(B)的關(guān) 節(jié)組成。手腕按自由度分類，可分為單回轉(zhuǎn)、雙回轉(zhuǎn)、 三回轉(zhuǎn)三種。常見的雙回轉(zhuǎn)副配置形式有B-R和R-B； 三回轉(zhuǎn)副的配置形式有B-B-R，B-R-R，R-B-R，R-R-R， R-B-B五種。 手腕結(jié)構(gòu)實(shí)例 6) 機(jī)身與行走機(jī)構(gòu) 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)由三大部分構(gòu)成：機(jī)身、手臂(含手 腕)、手部。其中機(jī)身又稱立柱，是支承臂部的部件。同 時(shí)，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人必須有一個(gè)便于安裝的基礎(chǔ)部件， 這就是機(jī)器人的基座，基座往往與機(jī)身做成一體。有些

23、機(jī)器人需要行走，機(jī)身下面還會(huì)安裝有行走機(jī)構(gòu)。 (1) 機(jī)身 A. 機(jī)身的自由度 機(jī)身往往具有升降、回轉(zhuǎn)及俯仰三個(gè)自由度。 B. 機(jī)身的運(yùn)動(dòng) 由上面三個(gè)自由度可以組合成機(jī)身五種運(yùn)動(dòng)形式。分別是： 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 升降運(yùn)動(dòng)； 回轉(zhuǎn)升降運(yùn)動(dòng)； 回轉(zhuǎn)俯仰運(yùn)動(dòng)； 回轉(zhuǎn)升降運(yùn)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)。 C. 各種坐標(biāo)類型機(jī)身運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人：圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人： 這種類型的機(jī)器人 主體結(jié)構(gòu)通常具有三 個(gè)自由度：一個(gè)回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)(腰轉(zhuǎn))及兩個(gè)直 線移動(dòng)(升降運(yùn)動(dòng)及手 臂伸縮運(yùn)動(dòng))。腰轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)及升降運(yùn)動(dòng)通常由 機(jī)身來(lái)實(shí)現(xiàn)。 球面坐標(biāo)式機(jī)器人：球面坐標(biāo)式機(jī)器人： 這種類型的機(jī)器 人主體結(jié)構(gòu)通常具有 三個(gè)自由度：繞垂直

24、軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))、繞水平軸 線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(俯仰 運(yùn)動(dòng))及手臂的伸縮 運(yùn)動(dòng)。通常把回轉(zhuǎn)及 俯仰運(yùn)動(dòng)歸屬于機(jī)身。 關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人：關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人： 這種類型的機(jī)器人 主體結(jié)構(gòu)的三個(gè)自由 度均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，構(gòu) 成機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、 俯仰運(yùn)動(dòng)和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 通常僅把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)歸 結(jié)為機(jī)身。 直角坐標(biāo)式機(jī)器人：直角坐標(biāo)式機(jī)器人： 這種類型的機(jī)器人 主體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自 由度且都是直線運(yùn)動(dòng)。 通常把升降運(yùn)動(dòng)或水 平移動(dòng)的自由度歸為 機(jī)身部分。 回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身 機(jī)器人手臂的俯仰運(yùn)動(dòng)，一般采用活塞缸與連桿機(jī) 構(gòu)實(shí)現(xiàn)。手臂俯仰運(yùn)動(dòng)用的活塞缸位于手臂的下方， 其活塞桿和手臂用鉸鏈連接好，缸體采用尾部耳環(huán)或

25、 中部銷軸等方法與立柱連接。 回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身圖例 (2) 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu) A. 行走機(jī)構(gòu)的構(gòu)成 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)通常由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、位置 檢測(cè)裝置、傳感器、電纜和管路等構(gòu)成。 B. 行走機(jī)構(gòu)的分類 按運(yùn)行軌跡分：按運(yùn)行軌跡分： 分為固定軌跡式和無(wú)固定軌跡式兩種。固定軌跡 式主要用于工業(yè)機(jī)器人。 按行走機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)分：按行走機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)分： 對(duì)于無(wú)固定軌跡機(jī)器人，可分為輪式、履帶式和 步行式等。前兩者與地面連續(xù)接觸，后者與地面為間 斷接觸。 C. 固定軌道式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 機(jī)器人機(jī)身底座，安裝在一個(gè)可移動(dòng)的拖板上，依靠絲桿螺母副的 運(yùn)動(dòng)將來(lái)自電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。 D. 車輪式行走機(jī)器

26、人 分類： 車輪式行走機(jī)器人通常有三輪、四輪、六輪之分。它們或有驅(qū)動(dòng)輪 和自位輪，或有驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，用來(lái)轉(zhuǎn)彎。 適用范圍： 最適合平地行走，不能跨越高度，不能爬樓梯。 三輪行走機(jī)器人圖例 四輪行走機(jī)器人 履帶式行走機(jī)器人 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障礙物， 能爬梯度不太高的臺(tái)階。 沒有自位輪，依靠左右兩個(gè)履帶的速度差轉(zhuǎn)彎， 會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，轉(zhuǎn)彎阻力大，且不能準(zhǔn)確地確定回轉(zhuǎn)半 徑。 履帶行走機(jī)器人圖例A 履帶行走機(jī)器人圖例B 腳踏行走機(jī)器人 腳踏行走機(jī)器人即步行機(jī)器人，典型特征是不僅能 在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越溝壑， 上下臺(tái)階，具有廣泛的適應(yīng)性。主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)是機(jī)器人 跨步時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)移重心而保持平衡的問(wèn)題。 兩足步行機(jī)器人圖例 主要構(gòu)成：主要構(gòu)成： 1-框架 2-大腿 3-小腿 4-腳 5-肩 6-肘 7-手 8-液壓缸 其它行走機(jī)器人 爬壁機(jī)器人 車輪和腳混合式機(jī)器人 其它行走機(jī)器人圖例 3. 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 1) 概述 控制系統(tǒng)是機(jī)器人的指揮中樞，負(fù)責(zé)對(duì)作業(yè)指令、內(nèi) 外環(huán)境信息進(jìn)行處理，并依據(jù)預(yù)定的本體模型、環(huán)境模 型和控制程序做出決策，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū) 動(dòng)器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各個(gè)關(guān)節(jié)，按確定的順序、軌跡、 速度和加速度運(yùn)動(dòng)，完成制定的任務(wù)。 機(jī)器人控制系統(tǒng)不僅要考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，還要考慮動(dòng) 力學(xué)