工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計ppt課件

1、No.1No.2一、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)組成：一、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)組成：1、傳動部件2、機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)3、臂部4、腕部5、手部2.1 2.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)No.3KUKA公司的工業(yè)機(jī)器人在工作公司的工業(yè)機(jī)器人在工作2.1 2.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)No.4二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：1、可以簡化成各連桿首尾相接、末端無約束的開式連桿系，連桿系末端自由且無支承，這決定了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)剛度不高，并隨連桿系在空間位姿的變化而變化。2.1 2.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)No.5二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：二、

2、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：2、開式連桿系中的每根連桿都具有獨立的驅(qū)動器，屬于主動連桿系，連桿的運動各自獨立，不同連桿的運動之間沒有依從關(guān)系，運動靈活。2.1 2.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)No.6二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：3、連桿驅(qū)動扭矩的順態(tài)過程在時域中的變化非常復(fù)雜，且和執(zhí)行器反饋信號有關(guān)。連桿的驅(qū)動屬于伺服控制型，因而對機(jī)械傳動系統(tǒng)的剛度、間隙和運動精度都有較高的要求。2.1 2.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)No.7二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：4、連桿系的受力狀態(tài)、剛度條件和動態(tài)性能都是隨位姿的變化

3、而變化的，因此，極容易發(fā)生振動或出現(xiàn)其他不穩(wěn)定現(xiàn)象。2.1 2.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)No.8二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：二、機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)特點：工作負(fù)載與自重的比值工作負(fù)載與自重的比值靜、動態(tài)剛度靜、動態(tài)剛度 定位精度、跟蹤精度定位精度、跟蹤精度 控制系統(tǒng)的要求、造價控制系統(tǒng)的要求、造價 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的靈活性機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的靈活性固有頻率固有頻率 避開工作頻率避開工作頻率 系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性2.1 2.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)No.92.1 2.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)1 1、材料選擇的、材料選擇的基本要求：基本要求：強度

4、高強度高彈性模量大彈性模量大重量輕重量輕阻尼大阻尼大材料經(jīng)濟(jì)性材料經(jīng)濟(jì)性三、機(jī)器人本體材料的選擇：三、機(jī)器人本體材料的選擇：No.10三、機(jī)器人本體材料的選擇：三、機(jī)器人本體材料的選擇：1 1、機(jī)器人常用材料：、機(jī)器人常用材料：碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼（廣泛采用）碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼（廣泛采用）鋁、鋁合金及其他輕合金材料（重量輕）鋁、鋁合金及其他輕合金材料（重量輕）纖維增強合金（較高的纖維增強合金（較高的 E/ /比）比）陶瓷陶瓷纖維增強復(fù)合材料（高阻尼）纖維增強復(fù)合材料（高阻尼）粘彈性大阻尼材料粘彈性大阻尼材料2.1 2.1 機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)No.11SIWR-型和型

5、水下作業(yè)機(jī)械手模擬試驗裝置2.2 2.2 手部設(shè)計手部設(shè)計No.122.2 2.2 手部設(shè)計手部設(shè)計新松的裝配機(jī)器人No.132.2 手部設(shè)計手部設(shè)計l2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計l2.2.2 吸盤式手部的設(shè)計吸盤式手部的設(shè)計l2.2.3 類人機(jī)器人的手部類人機(jī)器人的手部 關(guān)節(jié)式手指關(guān)節(jié)式手指No.142.2 2.2 手部設(shè)計手部設(shè)計習(xí)題：設(shè)計一手部結(jié)構(gòu)，用來抓取盤中的蘋果。要求：畫出結(jié)構(gòu)，并給出關(guān)鍵尺寸。說明其驅(qū)動方式及計算增力比N/P。No.15 機(jī)器人的手部是重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從其功機(jī)器人的手部是重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從其功能和形態(tài)上看，它可分為工業(yè)機(jī)器人的手部和能和形態(tài)上看，它

6、可分為工業(yè)機(jī)器人的手部和類人機(jī)器人的手部。前者應(yīng)用較多，也比較成類人機(jī)器人的手部。前者應(yīng)用較多，也比較成熟，后者正處于深入研究階段。熟，后者正處于深入研究階段。 工業(yè)機(jī)器人的手部是用來抓取工件或工具工業(yè)機(jī)器人的手部是用來抓取工件或工具的部件。由于被抓取的工件的形狀、尺寸、重的部件。由于被抓取的工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)等的不同，手部的結(jié)構(gòu)也是多種多樣量、材質(zhì)等的不同，手部的結(jié)構(gòu)也是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而專門設(shè)計的。各種手部的工作原理不同，結(jié)而專門設(shè)計的。各種手部的工作原理不同，結(jié)構(gòu)型式各異。常用的手部按其握持原理的不同構(gòu)型式

7、各異。常用的手部按其握持原理的不同可分為兩類，即鉗爪式和吸附式?？煞譃閮深悾淬Q爪式和吸附式。2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計No.162.2 手部設(shè)計手部設(shè)計No.172.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計No.18 鉗爪式手部的組成鉗爪式手部的組成 一般的鉗爪式手部由以下三部分組成：一般的鉗爪式手部由以下三部分組成：手指：手指：傳動機(jī)構(gòu)：傳動機(jī)構(gòu)：驅(qū)動裝置：驅(qū)動裝置： 此外，還有連接和支撐元件，將上述此外，還有連接和支撐元件，將上述各部分連接成一個整體，以及實現(xiàn)手部各部分連接成一個整體，以及實現(xiàn)手部與機(jī)器人的腕部的連接。與機(jī)器人的腕部的連接。2.2

8、.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計No.19一、手指2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計No.20二、傳動機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)型傳動機(jī)構(gòu)2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計斜楔杠桿式手部斜楔杠桿式手部 No.21二、傳動機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)型傳動機(jī)構(gòu)2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計滑槽杠桿式手部滑槽杠桿式手部 No.22二、傳動機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)型傳動機(jī)構(gòu)2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計雙支點連桿杠桿式手部雙支點連桿杠桿式手部 No.23二、傳動機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)型傳動機(jī)構(gòu)2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計齒條齒

9、輪杠桿式手部齒條齒輪杠桿式手部 No.24二、傳動機(jī)構(gòu)平移型傳動機(jī)構(gòu)2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計直線平移型手部直線平移型手部 No.25二、傳動機(jī)構(gòu)平移型傳動機(jī)構(gòu)2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部 No.261-齒條 2-齒輪 3-工件齒輪齒條移動式手爪1322.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計二、傳動機(jī)構(gòu)其它結(jié)構(gòu)型式No.27重力式手爪 二、傳動機(jī)構(gòu)其它結(jié)構(gòu)型式No.28撥桿杠桿式鉗爪 二、傳動機(jī)構(gòu)其它結(jié)構(gòu)型式No.29內(nèi)撐式三指鉗爪 二、傳動機(jī)構(gòu)其它結(jié)構(gòu)型式No.30三、鉗爪式手部

10、的設(shè)計要點2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計應(yīng)具有足夠的夾緊力應(yīng)具有足夠的張開角應(yīng)能保證工件的可靠定位應(yīng)具有足夠的強度和剛度應(yīng)適應(yīng)被抓取對象的要求應(yīng)盡量做到結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高應(yīng)具有一定的通用性和可互換性No.31四、鉗爪式手部結(jié)構(gòu)舉例以及夾緊力的分析計算2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計 手部機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式不同，其特點手部機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式不同，其特點也各不相同，下面僅舉幾個結(jié)構(gòu)實例及也各不相同，下面僅舉幾個結(jié)構(gòu)實例及其夾緊力的計算公式供設(shè)計時參考。鉗其夾緊力的計算公式供設(shè)計時參考。鉗爪式手部機(jī)構(gòu)夾持工件的夾緊力是通過爪式手部機(jī)構(gòu)夾持工件的夾緊力是

11、通過驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置( (液壓、氣動或電動液壓、氣動或電動) )所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的驅(qū)動力經(jīng)過手部機(jī)構(gòu)的傳遞而產(chǎn)生的。驅(qū)動力經(jīng)過手部機(jī)構(gòu)的傳遞而產(chǎn)生的。No.32四、鉗爪式手部結(jié)構(gòu)及其夾緊力的計算公式舉例 齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu) 注：兩手指平移 增力比（N/P）小N=P/2NNP2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計No.33四、鉗爪式手部結(jié)構(gòu)及其夾緊力的計算公式舉例平行連桿杠桿式手部結(jié)構(gòu)平行連桿杠桿式手部結(jié)構(gòu) N=PLcos(+)/(2lsincos)注：ABDE，DBAE，LBC桿長，lAB桿長；兩手指保持平行；當(dāng)角較小時，可獲得較大的力比。NNPABCE2.2

12、.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計No.34四、鉗爪式手部結(jié)構(gòu)及其夾緊力的計算公式舉例 連桿杠桿式手部結(jié)構(gòu)連桿杠桿式手部結(jié)構(gòu)PNNcbN=Pcsin(+)/2bsinsin注：手指開閉角較小；當(dāng)取較小的時，可獲得較大的增力比（即NP）2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計No.35四、鉗爪式手部結(jié)構(gòu)及其夾緊力的計算公式舉例斜楔杠桿式手部結(jié)構(gòu)斜楔杠桿式手部結(jié)構(gòu) PcbPNN=Pcctg/2N2.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計No.36四、鉗爪式手部結(jié)構(gòu)及其夾緊力的計算公式舉例滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu) PNNbNPc/2b2.2.

13、1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計No.37 吸附類手部也主要分為兩種，吸附類手部也主要分為兩種，即氣吸式和磁吸式兩種。即氣吸式和磁吸式兩種。 氣吸式是指用負(fù)壓吸盤吸附工氣吸式是指用負(fù)壓吸盤吸附工件，按負(fù)壓產(chǎn)生的方式不同，可分件，按負(fù)壓產(chǎn)生的方式不同，可分為擠壓式和真空式兩種。為擠壓式和真空式兩種。 磁吸式手部是在手腕部裝上電磁吸式手部是在手腕部裝上電磁鐵，通過電磁吸力把工件吸住。磁鐵，通過電磁吸力把工件吸住。2.2.2 2.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計No.38一、氣吸式手部的種類真空吸盤系統(tǒng)2.2.2 2.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計No.39一、氣吸

14、式手部的種類123451-電機(jī) 2-真空泵 3,4-電磁閥 5-吸盤真空吸盤控制系統(tǒng)真空吸盤控制系統(tǒng)42.2.2 2.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計No.40一、氣吸式手部的種類氣流負(fù)壓噴嘴吸盤結(jié)構(gòu)原理圖氣流負(fù)壓噴嘴吸盤結(jié)構(gòu)原理圖 擠壓負(fù)壓式吸盤擠壓負(fù)壓式吸盤 2.2.2 2.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計No.41吸力大小與吸盤的直徑大小，吸盤內(nèi)的吸力大小與吸盤的直徑大小，吸盤內(nèi)的真空度真空度( (或負(fù)壓大小或負(fù)壓大小) )以及吸盤的吸附面以及吸盤的吸附面積的大小有關(guān)。工件被吸附表面的形狀積的大小有關(guān)。工件被吸附表面的形狀和表面不平度也對其有一定的影響，設(shè)和表面不平度也對

15、其有一定的影響，設(shè)計時要充分考慮上述各種因素，以保證計時要充分考慮上述各種因素，以保證有足夠的吸附力。有足夠的吸附力。應(yīng)根據(jù)被抓取工件的要求確定吸盤的形應(yīng)根據(jù)被抓取工件的要求確定吸盤的形狀。由于氣吸式手部多吸附薄片狀的工狀。由于氣吸式手部多吸附薄片狀的工件，故可用耐油橡膠壓制不同尺寸的盤件，故可用耐油橡膠壓制不同尺寸的盤狀吸頭。狀吸頭。二、氣吸式手部的設(shè)計要素2.2.2 2.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計No.42三、氣吸式手部的吸力計算2.2.2 2.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計 吸盤吸力的大小主要取決于真空度吸盤吸力的大小主要取決于真空度( (或負(fù)壓的大小或負(fù)壓的大小

16、) )與吸附面積的大小。與吸附面積的大小。 真空吸盤吸力真空吸盤吸力F F計算公式：計算公式：)76(43212HKKKnDFNo.43 磁吸式手部是利用永久磁鐵或磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生磁力來吸取工件。電磁鐵通電后產(chǎn)生磁力來吸取工件。 磁吸式手部只能對鐵磁物體起作磁吸式手部只能對鐵磁物體起作用；另外，對某些不允許有剩磁的用；另外，對某些不允許有剩磁的零件要禁止使用。所以，磁吸式手零件要禁止使用。所以，磁吸式手部的使用有一定的局限性。部的使用有一定的局限性。2.2.2 2.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計四、磁吸式手部的原理與應(yīng)用No.44五、磁吸式手部2.2.2 2

17、.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計電磁鐵工作原理電磁鐵工作原理 No.45五、磁吸式手部2.2.2 2.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計盤狀磁吸附手部結(jié)構(gòu)盤狀磁吸附手部結(jié)構(gòu) No.46五、磁吸式手部2.2.2 2.2.2 吸附式手部的設(shè)計吸附式手部的設(shè)計幾種電磁式吸盤工作示意圖幾種電磁式吸盤工作示意圖 No.47應(yīng)具有足夠的電磁吸引力。應(yīng)根據(jù)被吸附工件的形狀、大小來確定電磁吸盤的形狀、大小，吸盤的吸附面應(yīng)與工件的被吸附表面形狀一致。電磁吸力的計算a.直流電磁鐵的吸力計算：b.交流電磁鐵的吸力計算：NBS250002()NBSm平均()50022.2.2 2.2.2 吸附式手部的

18、設(shè)計吸附式手部的設(shè)計六、磁吸式手部的設(shè)計要點及計算1234567891011磁盤；磁盤；2 2防塵蓋；防塵蓋；3 3線圈；線圈；4 4外殼體；外殼體；5 5螺母；螺母；6 6防塵螺母；防塵螺母；7 7，9 9墊圈；墊圈；8 8螺母；螺母；1010軸承；軸承；1111出導(dǎo)線孔出導(dǎo)線孔No.482.2.1 2.2.1 鉗爪式手部的設(shè)計鉗爪式手部的設(shè)計 帶帶“眼睛眼睛”（機(jī)（機(jī)器視覺系統(tǒng)）的件器視覺系統(tǒng)）的件箱拆垛手爪；工料箱拆垛手爪；工料定位精度定位精度mmmm，負(fù)，負(fù)載能力載能力100kg100kg；物料最大尺寸：物料最大尺寸：1000mm1000mm600mm,600mm,可可2 2件或件或3

19、 3件一起抓取。件一起抓取。 帶帶“眼睛眼睛”（機(jī)（機(jī)器視覺系統(tǒng)）的輔器視覺系統(tǒng)）的輔料堆垛手爪料堆垛手爪; ;工料工料識別準(zhǔn)確率：識別準(zhǔn)確率：100%100%，工料定位精度工料定位精度1mm1mm，負(fù)載能力，負(fù)載能力125kg;125kg;物料最大物料最大尺寸：尺寸：600mm600mm500mm 500mm 件箱堆垛手件箱堆垛手爪：負(fù)載能力爪：負(fù)載能力100kg,100kg,物料物料最大尺寸：最大尺寸：1000mm1000mm600mm 600mm 帶傳感器識別、帶傳感器識別、抓取薄膜的拆包抓取薄膜的拆包手爪：識別定位手爪：識別定位精度精度0.5mm0.5mm，帶抓取、剪斷鋼帶抓取、剪斷鋼

20、質(zhì)捆扎帶機(jī)構(gòu)。質(zhì)捆扎帶機(jī)構(gòu)。 煙包搬運機(jī)械煙包搬運機(jī)械手：搬運負(fù)載手：搬運負(fù)載能力能力300kg,300kg,帶取夾板輔助帶取夾板輔助功能。功能。No.49 大部分的工業(yè)機(jī)器人的手部只有兩大部分的工業(yè)機(jī)器人的手部只有兩個手指，而且手指上一般沒有關(guān)節(jié)。為個手指，而且手指上一般沒有關(guān)節(jié)。為了使機(jī)器人的手臂能完成各種不同的工了使機(jī)器人的手臂能完成各種不同的工作，有更大的適應(yīng)性和通用性，除了要作，有更大的適應(yīng)性和通用性，除了要使臂部具有更大的空間活動范圍外，還使臂部具有更大的空間活動范圍外，還要在其上安裝一個更靈巧的手，即類人要在其上安裝一個更靈巧的手，即類人手。這種手是由若干帶有關(guān)節(jié)的手指構(gòu)手。這種

21、手是由若干帶有關(guān)節(jié)的手指構(gòu)成。成。 2.2.3 2.2.3 類人機(jī)器人的手部類人機(jī)器人的手部關(guān)節(jié)式手指關(guān)節(jié)式手指 No.50類人機(jī)器人的手部具有多關(guān)節(jié)的三指手具有多關(guān)節(jié)的三指手 No.51類人機(jī)器人的手部1,9-1,9-適應(yīng)彈簧適應(yīng)彈簧 2,3,8-2,3,8-連桿連桿 4 4食指食指 5 5中指中指6 6無名指無名指 7 7小指小指 1010蝸輪蝸輪 1111驅(qū)動桿驅(qū)動桿貝爾格萊德手貝爾格萊德手1234567891011No.52 在張啟先院士的主持下，在張啟先院士的主持下，北京航空航天大學(xué)機(jī)器人北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所于研究所于80年代末開始年代末開始靈巧手的研究與開發(fā)。靈巧手的研究與

22、開發(fā)。 靈巧手有三個手指，每靈巧手有三個手指，每個手指有個手指有3個關(guān)節(jié)，個關(guān)節(jié)，3個個手指共手指共9個自由度，微電個自由度，微電機(jī)放在靈巧手的內(nèi)部，各機(jī)放在靈巧手的內(nèi)部，各關(guān)節(jié)裝有關(guān)節(jié)角度傳感器，關(guān)節(jié)裝有關(guān)節(jié)角度傳感器，指端配有三維力傳感器，指端配有三維力傳感器，采用兩級分布式計算機(jī)實采用兩級分布式計算機(jī)實時控制系統(tǒng)。時控制系統(tǒng)。北航研制的BH-3靈巧手北航研制的BH-4靈巧手 BH-4型靈巧手有四個型靈巧手有四個手指，每個手指有手指，每個手指有4個關(guān)節(jié)，個關(guān)節(jié)，4個手指共個手指共16個自由度，其個自由度，其關(guān)節(jié)由齒輪傳動，包括直流關(guān)節(jié)由齒輪傳動，包括直流伺服電機(jī)、行星減速器和光伺服電機(jī)、行

23、星減速器和光碼盤在內(nèi)的電機(jī)單元驅(qū)動。碼盤在內(nèi)的電機(jī)單元驅(qū)動。光碼盤用于測量電機(jī)軸相對光碼盤用于測量電機(jī)軸相對轉(zhuǎn)角，關(guān)節(jié)軸絕對轉(zhuǎn)角由電轉(zhuǎn)角，關(guān)節(jié)軸絕對轉(zhuǎn)角由電位計測量。位計測量。No.53四指每個手指三個自由 度，末端兩關(guān)節(jié)耦合 腱和滑輪傳動直線電機(jī)驅(qū)動指端力/力矩傳感器位置傳感器關(guān)節(jié)力矩傳感器哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的HIT-1手No.54哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的HIT/DLR手四指每個手指三個自由 度，基關(guān)節(jié)兩個，上面兩個關(guān)節(jié)通過連桿耦合齒輪系、諧波齒輪 傳動無刷直流電機(jī)驅(qū)動指端力/力矩傳感器位置傳感器關(guān)節(jié)力矩傳感器傳感器處理電路，電機(jī)驅(qū)動電路實現(xiàn)手指集成化No.55我校研制的三指靈巧手 三指手指三自

24、由度斜齒輪傳動直流電機(jī)驅(qū)動位置傳感器指端三維力傳感器No.56 Utah/MIT型靈型靈巧手外形與人手更接巧手外形與人手更接近。該手包括近。該手包括3個具個具有有4自由度的手指和自由度的手指和一個拇指，其幾何尺一個拇指，其幾何尺寸和人手接近。寸和人手接近。 該手由該手由4個具有個具有4自由度的手指模塊組自由度的手指模塊組成，每個模塊由腱、成，每個模塊由腱、滑輪傳動系統(tǒng)驅(qū)動?；唫鲃酉到y(tǒng)驅(qū)動。No.57Stanford/JPL靈巧手 Stanford/JPL型靈巧手有三個手指，每個手指有型靈巧手有三個手指，每個手指有3個個自由度和自由度和4根控制線，整個手由根控制線，整個手由12個直流伺服電機(jī)組

25、成的個直流伺服電機(jī)組成的驅(qū)動塊驅(qū)動。該手的控制實驗主要集中在手指尖的抓取。驅(qū)動塊驅(qū)動。該手的控制實驗主要集中在手指尖的抓取。No.58德國宇航中心研制的德國宇航中心研制的DLRDLR手手No.59 “海溝號”無人潛水器 “海溝號”無人潛水器在大海中No.60摘西紅柿機(jī)器人摘西紅柿機(jī)器人No.612.3 腕部腕部設(shè)計設(shè)計l2.3.1 概述概述 l2.3.2 腕部的設(shè)計要點腕部的設(shè)計要點 l2.3.3 典型的腕部結(jié)構(gòu)典型的腕部結(jié)構(gòu)No.622.3.1 概述 機(jī)器人操作臂將末端工具置于機(jī)器人操作臂將末端工具置于其工作的三維空間內(nèi)的任意點需要其工作的三維空間內(nèi)的任意點需要三個自由度。為了進(jìn)行實際操作，

26、三個自由度。為了進(jìn)行實際操作，它還應(yīng)該能夠?qū)⒐ぞ咧糜谌我獾姆剿€應(yīng)該能夠?qū)⒐ぞ咧糜谌我獾姆轿?，這還需要一個腕部，它一般還位，這還需要一個腕部，它一般還需要有三個自由度，即回轉(zhuǎn)、俯仰需要有三個自由度，即回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動三個自由度。和擺動三個自由度。No.632.3.1 概述具有回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動三個自由度的手腕具有回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動三個自由度的手腕回轉(zhuǎn)擺動手腕俯仰No.642.3.1 概述(a)(a)是一種翻轉(zhuǎn)是一種翻轉(zhuǎn)(Roll)(Roll)關(guān)節(jié)，它把手臂縱軸線關(guān)節(jié)，它把手臂縱軸線和手腕關(guān)節(jié)軸線構(gòu)成共和手腕關(guān)節(jié)軸線構(gòu)成共軸線形式，這種軸線形式，這種R R關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度大，可達(dá)到旋轉(zhuǎn)角度大，可達(dá)到

27、360360以上。以上。 (b)(c)(b)(c)是一種折曲是一種折曲(Bend)(Bend)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)軸線與前后兩個連接件的軸與前后兩個連接件的軸線相垂直。這種線相垂直。這種B B關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)因為受到結(jié)構(gòu)上的干涉，因為受到結(jié)構(gòu)上的干涉，轉(zhuǎn)角度小，大大限制了轉(zhuǎn)角度小，大大限制了方向角。這和人的手腕方向角。這和人的手腕差不多差不多. . （d d）所示為移動關(guān)節(jié)，）所示為移動關(guān)節(jié)，也叫也叫T T關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)No.652.3.1 概述二自由度手腕二自由度手腕可以由一個可以由一個R R關(guān)關(guān)節(jié)和一個節(jié)和一個B B關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)組成組成BRBR手腕手腕(a),(a),也可以由兩個也可以由兩個B B關(guān)節(jié)組

28、成關(guān)節(jié)組成BBBB手腕手腕(b)(b)。但是，不。但是，不能由兩個能由兩個R R關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)組成組成RRRR手腕，因手腕，因為兩個為兩個R R關(guān)節(jié)共關(guān)節(jié)共軸線，所以退化軸線，所以退化了一個自由度，了一個自由度，實際只構(gòu)成了單實際只構(gòu)成了單自由度手腕自由度手腕(c).(c).No.662.3.1 概述三自由度手腕三自由度手腕可以由可以由B B關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)和R R關(guān)節(jié)組成許多種關(guān)節(jié)組成許多種形式。此外，形式。此外，B B關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)和R R關(guān)節(jié)排關(guān)節(jié)排列的次序不同，列的次序不同，也會產(chǎn)生不同的也會產(chǎn)生不同的效果，也產(chǎn)生了效果，也產(chǎn)生了其它形式的三自其它形式的三自由度手腕。為了由度手腕。為了使手腕結(jié)構(gòu)緊湊，

29、使手腕結(jié)構(gòu)緊湊，通常把兩個通常把兩個B B關(guān)關(guān)節(jié)安裝在一個十節(jié)安裝在一個十字接頭上，這對字接頭上，這對于于BBRBBR手腕來說手腕來說大大減小了手腕大大減小了手腕縱向尺寸。縱向尺寸。No.672.3.1 概述No.682.3.1 概述No.692.3.1 概述No.702.3.2 腕部的設(shè)計要點 結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊、重量輕結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊、重量輕 要適應(yīng)工作環(huán)境的要求要適應(yīng)工作環(huán)境的要求 要綜合考慮各方面要求，合理布要綜合考慮各方面要求，合理布局局 No.712.3.3 典型的腕部結(jié)構(gòu) 一、直接驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu) A.具有回轉(zhuǎn)運動的腕部結(jié)構(gòu)No.72A.具有回轉(zhuǎn)運動的腕部結(jié)構(gòu)具有回轉(zhuǎn)缸的腕部結(jié)構(gòu)具有回轉(zhuǎn)

30、缸的腕部結(jié)構(gòu)腕部回轉(zhuǎn)腕部回轉(zhuǎn)手部夾持手部夾持No.732.3.3 典型的腕部結(jié)構(gòu) 一、直接驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)一、直接驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu) A.A.具有回轉(zhuǎn)運動的腕部結(jié)構(gòu)具有回轉(zhuǎn)運動的腕部結(jié)構(gòu) B.B.具有回轉(zhuǎn)和擺動運動的腕部結(jié)構(gòu)具有回轉(zhuǎn)和擺動運動的腕部結(jié)構(gòu)No.74B.具有回轉(zhuǎn)和擺動運動的腕部結(jié)構(gòu)具有回轉(zhuǎn)與擺動的腕部結(jié)構(gòu)具有回轉(zhuǎn)與擺動的腕部結(jié)構(gòu)腕部擺動腕部擺動腕部回轉(zhuǎn)腕部回轉(zhuǎn)腕部回轉(zhuǎn)缸腕部回轉(zhuǎn)缸腕部擺動缸腕部擺動缸No.752.3.3 典型的腕部結(jié)構(gòu) 一、直接驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu) A.具有回轉(zhuǎn)運動的腕部結(jié)構(gòu) B.具有回轉(zhuǎn)和擺動運動的腕部結(jié)構(gòu)二、具有機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu) A.具有兩個自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu) a.

31、腕部的俯仰運動；b.手部的回轉(zhuǎn)運動； c.腕部的俯仰運動引起的誘起運動 No.76A.具有兩個自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)具有兩個自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)原理具有兩個自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)原理 No.772.3.3 典型的腕部結(jié)構(gòu) 一、直接驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu) A.具有回轉(zhuǎn)運動的腕部結(jié)構(gòu) B.具有回轉(zhuǎn)和擺動運動的腕部結(jié)構(gòu)二、具有機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu) A.具有兩個自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu) a.腕部的俯仰運動；b.手部的回轉(zhuǎn)運動； c.腕部的俯仰運動引起的誘起運動 B.B.具有三個自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)具有三個自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu) a.a.腕部俯仰運動及其誘起運動；腕部俯仰運動及其誘起運動；b.b.腕

32、部回轉(zhuǎn)運動腕部回轉(zhuǎn)運動 及其誘起運動；及其誘起運動；c.c.手部回轉(zhuǎn)運動手部回轉(zhuǎn)運動No.78B.具有三個自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)具有三個自由度機(jī)械傳動的腕部機(jī)構(gòu)原理圖具有三個自由度機(jī)械傳動的腕部機(jī)構(gòu)原理圖123B2TS45678910111213141516171918B1BNo.792.3.3 典型的腕部結(jié)構(gòu) 一、直接驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)二、具有機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)三、柔順手腕結(jié)構(gòu) No.802.3.3 典型的腕部結(jié)構(gòu) No.812.3.3 典型的腕部結(jié)構(gòu) No.822.3.3 典型的腕部結(jié)構(gòu) 柔順手腕結(jié)構(gòu)No.832.3 臂部臂部設(shè)計設(shè)計l2.3.1 概述概述l2.3.2 臂部設(shè)計要點臂部設(shè)計要

33、點 l2.3.3 臂部的結(jié)構(gòu)形式臂部的結(jié)構(gòu)形式No.842.3.1 概述概述 臂部是機(jī)器人的主要執(zhí)行臂部是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，其作用是支撐手部和腕部，部件，其作用是支撐手部和腕部，并改變手部的空間位置。機(jī)器人并改變手部的空間位置。機(jī)器人的臂部一般有的臂部一般有2 23 3個自由度，即個自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰或升降；臂部伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰或升降；臂部的總重量較大，受力一般比較復(fù)的總重量較大，受力一般比較復(fù)雜，在運動時，直接承受腕部，雜，在運動時，直接承受腕部，手部和工件手部和工件( (或工具或工具) )的靜、動載的靜、動載荷。荷。No.852.3.2 臂部設(shè)計要點臂部設(shè)計要點手臂應(yīng)具有手臂應(yīng)

34、具有足夠的承載足夠的承載能力和剛性能力和剛性No.862.3.2 臂部設(shè)計要點臂部設(shè)計要點導(dǎo)向性好導(dǎo)向性好No.872.3.2 臂部設(shè)計要點臂部設(shè)計要點運動要平穩(wěn)、運動要平穩(wěn)、定位精度要高，定位精度要高，應(yīng)注意減輕重應(yīng)注意減輕重量和運動慣量量和運動慣量 PUMA-262關(guān)節(jié)型機(jī)器人驅(qū)動結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)器人驅(qū)動結(jié)構(gòu) No.882.3.3 臂部的結(jié)構(gòu)形式臂部的結(jié)構(gòu)形式 工業(yè)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)一般工業(yè)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)一般包括臂部的伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰或包括臂部的伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰或升降等運動結(jié)構(gòu)以及與其有關(guān)的升降等運動結(jié)構(gòu)以及與其有關(guān)的構(gòu)件，如傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、構(gòu)件，如傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、導(dǎo)向定位裝置、支承連

35、接件和位導(dǎo)向定位裝置、支承連接件和位置檢測元件等，此外還有與腕部置檢測元件等，此外還有與腕部( (或手部或手部) )連接的有關(guān)構(gòu)件及配管、連接的有關(guān)構(gòu)件及配管、線等。線等。 No.892.3.3 臂部的結(jié)構(gòu)形式臂部的結(jié)構(gòu)形式 1-1- 升降升降 2 2回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn) 3 3伸縮伸縮 4 4升降位置檢測器升降位置檢測器 5 5控制器控制器6 6液壓源液壓源 7 7回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 8 8機(jī)身機(jī)身 9 9回轉(zhuǎn)位置檢測器回轉(zhuǎn)位置檢測器 1010升降缸升降缸圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)21345678910No.902.3.3 臂部的結(jié)構(gòu)形式臂部的結(jié)構(gòu)形式 1-1-回轉(zhuǎn)用齒輪齒條副回轉(zhuǎn)用

36、齒輪齒條副 2 2回轉(zhuǎn)齒條缸回轉(zhuǎn)齒條缸 3 3接控制柜接控制柜 4 4液壓源液壓源 5 5手腕彎曲油缸手腕彎曲油缸 6 6手腕回轉(zhuǎn)用油缸手腕回轉(zhuǎn)用油缸 7 7俯仰回轉(zhuǎn)軸俯仰回轉(zhuǎn)軸 8 8花鍵軸花鍵軸 9 9伸縮缸伸縮缸 1010伸縮伸縮 1111回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn) 1212上下彎曲上下彎曲 1313俯仰俯仰 1414臂回轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn) 1515俯仰缸俯仰缸 1616機(jī)身機(jī)身極坐標(biāo)型機(jī)器人的極坐標(biāo)型機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)臂部結(jié)構(gòu)12345678910111213141516No.912.3.3 臂部的結(jié)構(gòu)形式 PUMA-262關(guān)節(jié)型機(jī)器人驅(qū)動結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)器人驅(qū)動結(jié)構(gòu) No.922.3.3 臂部的結(jié)構(gòu)形式 1 1臂回轉(zhuǎn)

37、臂回轉(zhuǎn) 2 2回轉(zhuǎn)用油缸回轉(zhuǎn)用油缸 3 3液壓源液壓源 4 4控制柜控制柜 5 5連桿連桿 6 6臂前后運動臂前后運動7 7臂俯仰臂俯仰 8 8腕擺動腕擺動 9 9腕彎曲腕彎曲 1010示教手柄示教手柄 1111臂俯仰缸臂俯仰缸關(guān)節(jié)式臂部結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)式臂部結(jié)構(gòu)1234567891011No.932.3.3 臂部的結(jié)構(gòu)形式 1 1機(jī)座機(jī)座 2 2示教盒示教盒 3 3控制柜控制柜 4 4水平回轉(zhuǎn)水平回轉(zhuǎn)M1 5M1 5回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)軸6 6水平回轉(zhuǎn)水平回轉(zhuǎn)M2 7M2 7腕回轉(zhuǎn)腕回轉(zhuǎn)M3 8M3 8腕上下運動腕上下運動M4M4水平多關(guān)節(jié)式臂部結(jié)構(gòu)水平多關(guān)節(jié)式臂部結(jié)構(gòu) 12345678M4M2M1M3No.

38、942.3.3 臂部的結(jié)構(gòu)形式 1 1- -肩回轉(zhuǎn)肩回轉(zhuǎn) 2 2肩彎曲肩彎曲 3 3肘彎曲肘彎曲 4 4腕回轉(zhuǎn)腕回轉(zhuǎn) 5 5腕彎曲腕彎曲 6 67 78 8手指彎曲手指彎曲 多關(guān)節(jié)型仿人手臂多關(guān)節(jié)型仿人手臂 12345678No.952.3.3 臂部的結(jié)構(gòu)形式 PUMA-262關(guān)節(jié)型機(jī)器人傳動原理關(guān)節(jié)型機(jī)器人傳動原理 No.962.4 緩沖與定位緩沖與定位 l2.4.1 概述概述 l2.4.2 工業(yè)機(jī)器人的運動特性工業(yè)機(jī)器人的運動特性l2.4.3 工業(yè)機(jī)器人的定位方法工業(yè)機(jī)器人的定位方法 l2.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 No.972.4.1 概述概述 慣性沖擊的

39、影響慣性沖擊的影響 定位方法的影響定位方法的影響 結(jié)構(gòu)剛性的影響結(jié)構(gòu)剛性的影響 控制及驅(qū)動系統(tǒng)的影響控制及驅(qū)動系統(tǒng)的影響 對于在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人，對于在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人，一般要求它速度快、運動平穩(wěn)，重復(fù)定位精一般要求它速度快、運動平穩(wěn)，重復(fù)定位精度高。因此運動平穩(wěn)性和重復(fù)定位精度是衡度高。因此運動平穩(wěn)性和重復(fù)定位精度是衡量機(jī)器人性能的重要指標(biāo)，影響這些指標(biāo)的量機(jī)器人性能的重要指標(biāo)，影響這些指標(biāo)的主要因素如下：主要因素如下：No.982.4.2 工業(yè)機(jī)器人的運動特性 工業(yè)機(jī)器人的運動特性就是指工業(yè)機(jī)器人的運動特性就是指其運動行程、運動速度和運動加速其運動行程、運動速度和運動加

40、速度隨時間變化的規(guī)律。分析機(jī)器人度隨時間變化的規(guī)律。分析機(jī)器人運動特性的目的在于根據(jù)工作條件運動特性的目的在于根據(jù)工作條件來選擇適當(dāng)?shù)倪\動特性。下圖是工來選擇適當(dāng)?shù)倪\動特性。下圖是工業(yè)機(jī)器人常用的幾種特性曲線。業(yè)機(jī)器人常用的幾種特性曲線。No.992.4.2 工業(yè)機(jī)器人的運動特性工業(yè)機(jī)器人的幾種典型運動特性曲線工業(yè)機(jī)器人的幾種典型運動特性曲線 123sOTTttt1231vaO23No.1002.4.3 工業(yè)機(jī)器人的定位方法 在機(jī)械加工、裝配等的作業(yè)中，在機(jī)械加工、裝配等的作業(yè)中，對機(jī)器人的定位精度要求比較高。對機(jī)器人的定位精度要求比較高。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體的要求選擇適當(dāng)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體的要求選

41、擇適當(dāng)?shù)亩ㄎ环椒?。目前常用的定位方法的定位方法。目前常用的定位方法有：有：電氣開關(guān)定位、機(jī)械擋塊定位電氣開關(guān)定位、機(jī)械擋塊定位和伺服定位。和伺服定位。No.1012.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手常用的工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手常用的緩沖裝置有緩沖裝置有彈性緩沖元件、油彈性緩沖元件、油( (氣氣) )缸端部緩沖裝置、緩沖回路缸端部緩沖裝置、緩沖回路和液壓緩沖器和液壓緩沖器等幾種結(jié)構(gòu)形式。等幾種結(jié)構(gòu)形式。No.1022.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 按照它們在機(jī)器人或按照它們在機(jī)器人或( (機(jī)械手機(jī)械手) )結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中的設(shè)置可以分為中的設(shè)置可以分為內(nèi)部緩沖和外部緩沖內(nèi)部緩沖和外

42、部緩沖兩類。兩類。在驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的緩沖環(huán)節(jié)屬在驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的緩沖環(huán)節(jié)屬于于內(nèi)部緩沖內(nèi)部緩沖，例如油，例如油( (氣氣) )缸端部節(jié)流緩缸端部節(jié)流緩沖環(huán)節(jié)與緩沖回路均屬于此類。彈性緩沖環(huán)節(jié)與緩沖回路均屬于此類。彈性緩沖環(huán)節(jié)和液壓緩沖器一般設(shè)置在驅(qū)動系沖環(huán)節(jié)和液壓緩沖器一般設(shè)置在驅(qū)動系統(tǒng)之外，故屬于統(tǒng)之外，故屬于外部緩沖外部緩沖。No.1032.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 內(nèi)部緩沖內(nèi)部緩沖裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊等優(yōu)點，但安裝位置受到限制。緊湊等優(yōu)點，但安裝位置受到限制。 外部緩沖外部緩沖具有安裝簡便、靈具有安裝簡便、靈活、容易調(diào)整等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)較龐活、容易調(diào)整等優(yōu)點，但

43、結(jié)構(gòu)較龐大一些。大一些。No.1042.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 1.1.彈性緩沖元件彈性緩沖元件水平?jīng)_擊時緩沖元件吸收的能量為：水平?jīng)_擊時緩沖元件吸收的能量為：FdxmvPdxXX02012maxmaxNo.1052.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 2.2.油油( (氣氣) )缸端部緩沖裝置缸端部緩沖裝置 當(dāng)活塞運動到距離油當(dāng)活塞運動到距離油( (氣氣) )缸端蓋某缸端蓋某一距離時，能在活塞與端蓋之間形成一一距離時，能在活塞與端蓋之間形成一緩沖室，利用節(jié)流原理使緩沖室產(chǎn)生臨緩沖室，利用節(jié)流原理使緩沖室產(chǎn)生臨時背壓阻力，使運動速度降低至定位處時背壓阻力，使運動速度降低至定位處停止，這

44、種避免硬性沖擊的裝置稱為油停止，這種避免硬性沖擊的裝置稱為油( (氣氣) )缸端部緩沖裝置。缸端部緩沖裝置。No.1062.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 2.2.1 1 油缸端部緩沖裝置油缸端部緩沖裝置 No.1072.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 2.2.1 1 油缸端部緩沖裝置油缸端部緩沖裝置 No.1082.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 2.2.2 2 氣缸端部緩沖裝置氣缸端部緩沖裝置 ABCDNo.1092.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 3.3.緩沖回路緩沖回路No.1102.4.4 工業(yè)機(jī)器人的定位緩沖裝置 4.4.液壓緩沖器液壓緩沖器 液壓緩沖器也是利用液壓節(jié)流液壓

45、緩沖器也是利用液壓節(jié)流產(chǎn)生阻力原理制造的，其結(jié)構(gòu)比較產(chǎn)生阻力原理制造的，其結(jié)構(gòu)比較簡單，緩沖、制動性能可調(diào)，是氣簡單，緩沖、制動性能可調(diào)，是氣動機(jī)械手常用的一種緩沖方法。動機(jī)械手常用的一種緩沖方法。No.1112.5 行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)l2.5.1 概述概述 l2.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu) l2.5.3 履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)l2.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu)l2.5.5 特種移動機(jī)器人特種移動機(jī)器人No.1122.5.1 概述 機(jī)器人可以分為機(jī)器人可以分為固定式固定式和和行走式行走式兩兩種。對機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，可根據(jù)不同種。對機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，可根據(jù)不同的行走環(huán)境情況

46、，提出不同的要求，根的行走環(huán)境情況，提出不同的要求，根據(jù)機(jī)器人的行走環(huán)境，將機(jī)器人所具有據(jù)機(jī)器人的行走環(huán)境，將機(jī)器人所具有的移動機(jī)能分為以下幾個方面：的移動機(jī)能分為以下幾個方面：地面移地面移動機(jī)能、水中移動機(jī)能、空中移動機(jī)能動機(jī)能、水中移動機(jī)能、空中移動機(jī)能和地中移動機(jī)能和地中移動機(jī)能等四個方面。等四個方面。 No.1132.5.1 概述 具有地面行走機(jī)能的行走機(jī)構(gòu)具有地面行走機(jī)能的行走機(jī)構(gòu)按其特點可以分為按其特點可以分為車輪式、履帶式車輪式、履帶式和和關(guān)節(jié)式行走機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)式行走機(jī)構(gòu)。它們在行走過。它們在行走過程中，前兩者與地面連續(xù)接觸，后程中，前兩者與地面連續(xù)接觸，后者為間斷接觸。前者的形態(tài)為

47、運行者為間斷接觸。前者的形態(tài)為運行車式，后者則為類人或動物的腿腳車式，后者則為類人或動物的腿腳式。式。No.1142.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu) 車輪式行走機(jī)構(gòu)具有移動平穩(wěn)、車輪式行走機(jī)構(gòu)具有移動平穩(wěn)、能耗小以及容易控制移動速度和方能耗小以及容易控制移動速度和方向等優(yōu)點，因此得到普遍的應(yīng)用，向等優(yōu)點，因此得到普遍的應(yīng)用，但這些優(yōu)點只能在平坦的地面上才但這些優(yōu)點只能在平坦的地面上才能發(fā)揮出來。目前取得應(yīng)用的主要能發(fā)揮出來。目前取得應(yīng)用的主要是三輪式和四輪式。是三輪式和四輪式。 No.1152.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu) 車輪的形式車輪的形式a）充氣球輪）充氣球輪b）半球形輪）半球形輪c）傳統(tǒng)車輪）傳統(tǒng)車

48、輪d）無緣輪）無緣輪No.1162.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu) 日本火星探測機(jī)器人日本火星探測機(jī)器人No.1172.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu) “機(jī)遇號機(jī)遇號”美國火星探路者機(jī)器人美國火星探路者機(jī)器人No.1182.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu) 利用陀螺儀的兩輪車?yán)猛勇輧x的兩輪車No.1192.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu) 日本騎車機(jī)器人日本騎車機(jī)器人No.1202.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu) 一個驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)彎一個驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)彎 兩個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速差和另一個支撐輪來轉(zhuǎn)彎兩個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速差和另一個支撐輪來轉(zhuǎn)彎 圖圖2 242 42 三個輪的行走和轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)三個輪的行走和轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)O

49、O(a)(b)No.1212.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu) (a)(a)二個驅(qū)動輪和二個自位輪二個驅(qū)動輪和二個自位輪 (b)(b)二個驅(qū)動輪二個自位輪二個驅(qū)動輪二個自位輪 (c)(c)一個驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向一個驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向輪輪 (d)(d)一個驅(qū)動系統(tǒng)和二個轉(zhuǎn)向輪一個驅(qū)動系統(tǒng)和二個轉(zhuǎn)向輪 (e)(e)全部輪都裝有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，能減少轉(zhuǎn)彎半徑全部輪都裝有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，能減少轉(zhuǎn)彎半徑圖圖2 243 43 四個輪的行走和轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)四個輪的行走和轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)OO(a)(c)O(b)OO差動齒輪裝置差動齒輪裝置(d)(e)No.1222.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu) 全方位移動機(jī)構(gòu)全方位移動機(jī)構(gòu)No.1232.5.2 車輪式行走機(jī)

50、構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu) No.1242.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu) 這臺機(jī)器人配備有這臺機(jī)器人配備有GPS、6臺攝影機(jī)，臺攝影機(jī)，一雙強力的機(jī)械手臂一雙強力的機(jī)械手臂（最大可舉起（最大可舉起75kg的物體）。其六個獨的物體）。其六個獨立輪可以適應(yīng)各種地立輪可以適應(yīng)各種地形，最大爬坡能力高形，最大爬坡能力高達(dá)達(dá)45度。度。 No.1252.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu) No.1262.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu) No.1272.5.2 車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu) No.1282.5.3 履帶式行走機(jī)構(gòu) 德國德國排爆機(jī)器人排爆機(jī)器人TALON 被稱為世界上第被稱為世界上第一

51、個武裝機(jī)器人。它基于一個武裝機(jī)器人。它基于SWORDS（特殊武器觀（特殊武器觀測勘查探測系統(tǒng)）。他能測勘查探測系統(tǒng)）。他能夠讓士兵在一千米開外遠(yuǎn)夠讓士兵在一千米開外遠(yuǎn)程開火。這個機(jī)器人能裝程開火。這個機(jī)器人能裝備一系列的武器，包括備一系列的武器，包括M16步槍，步槍，M82巴雷特步巴雷特步槍和一個槍和一個40毫米的榴彈發(fā)毫米的榴彈發(fā)射器。射器。 No.1292.5.3 履帶式行走機(jī)構(gòu) 容易上下臺階的履帶式機(jī)器人容易上下臺階的履帶式機(jī)器人No.1302.5.3 履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu) 履履帶帶式式機(jī)機(jī)器器人人的的移移動動作作業(yè)業(yè)No.1312.5.3 履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu) 履履帶帶

52、式式機(jī)機(jī)器器人人的的移移動動作作業(yè)業(yè)No.1322.5.3 履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu) 適應(yīng)地形的履帶適應(yīng)地形的履帶No.1332.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 用類似于動物那樣，利用腳部關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，用類似于動物那樣，利用腳部關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，用步行方式，實現(xiàn)移動的機(jī)械，稱作步行機(jī)用步行方式，實現(xiàn)移動的機(jī)械，稱作步行機(jī)構(gòu)。步行機(jī)器人采用步行機(jī)構(gòu)，其特征是不構(gòu)。步行機(jī)器人采用步行機(jī)構(gòu)，其特征是不僅能夠在凸凹不平的地上行走、跨越溝壑、僅能夠在凸凹不平的地上行走、跨越溝壑、上下臺階，因而具有廣泛的適應(yīng)性，但控制上下臺階，因而具有廣泛的適應(yīng)性，但控制上確有相當(dāng)?shù)碾y度。上確有相當(dāng)?shù)碾y度。 足式行走可以選

53、擇最優(yōu)的支撐點，具有足式行走可以選擇最優(yōu)的支撐點，具有主動隔振能力，運動平穩(wěn)，運動速度高，能主動隔振能力，運動平穩(wěn)，運動速度高，能耗較少。耗較少。No.1342.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 1. 足的足的 數(shù)目數(shù)目No.1352.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 2.足的配置足的配置a）正向?qū)ΨQ分布）正向?qū)ΨQ分布 b）前后向?qū)ΨQ分布）前后向?qū)ΨQ分布No.1362.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 2.足的配置足的配置足的相對方位No.1372.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 3.足式行走機(jī)構(gòu)的平衡和穩(wěn)定性足式行走機(jī)構(gòu)的平衡和穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定的多足機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定的多足機(jī) 速度較

54、慢速度較慢 步態(tài)為爬行或步行步態(tài)為爬行或步行動態(tài)穩(wěn)定動態(tài)穩(wěn)定 速度較快速度較快 步態(tài)為小跑或跳躍步態(tài)為小跑或跳躍 消耗能量小消耗能量小No.1382.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 兩足步行機(jī)器人五軸步行模型和兩足步行機(jī)器人五軸步行模型和10剛體剛體17自由度結(jié)構(gòu)模型自由度結(jié)構(gòu)模型腰關(guān)節(jié)股關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)足尖關(guān)節(jié)踝關(guān)節(jié)L6L2L1L3L4L5No.1392.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu) 四足機(jī)器人步行圖四足機(jī)器人步行圖足提起足提起足提起足提起132413241243123431421234(a)(b)(c)(d)(e)(f)No.1402.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 玩具玩具小狗小狗No.

55、1412.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 四足步行機(jī)器人的機(jī)構(gòu)舉例四足步行機(jī)器人的機(jī)構(gòu)舉例No.1422.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 美軍研制戰(zhàn)地機(jī)器狗翻山越嶺如履平地美軍研制戰(zhàn)地機(jī)器狗翻山越嶺如履平地No.1432.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 六足步行機(jī)構(gòu)的靜穩(wěn)定步行圖六足步行機(jī)構(gòu)的靜穩(wěn)定步行圖CEAFBDCEAFBDCEAFBDCEAFBDGGGGabcdNo.1442.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 18個自由度的六足步行機(jī)器人個自由度的六足步行機(jī)器人No.1452.5.4 步行式行走機(jī)構(gòu)步行式行走機(jī)構(gòu) 軍用昆蟲機(jī)器人軍用昆蟲機(jī)器人美國宇航局研制月球六足機(jī)

56、器人美國宇航局研制月球六足機(jī)器人No.146No.147No.148早稻田大學(xué)WL-1 WL-3 WABOT_1 WABIAN_RII No.149早稻田大學(xué)WABIAN-2/LL 高高1224.5mm1224.5mm 重重50kg50kg踝關(guān)節(jié)踝關(guān)節(jié): 3: 32 2膝關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié): 1: 12 2髖關(guān)節(jié)髖關(guān)節(jié): 3: 32 2腰腰 : 2: 2 足底六維力足底六維力 力矩傳感器力矩傳感器 直流伺服電機(jī)驅(qū)動和直流伺服電機(jī)驅(qū)動和諧波減速器，實時皮帶諧波減速器，實時皮帶滑輪滑輪 自帶電池自帶電池No.150早稻田大學(xué)WABIAN-2RNo.151早稻田大學(xué)WL-15 奔騰奔騰III 850MHzI

57、II 850MHz驅(qū)動的雙驅(qū)動的雙腿行走機(jī)械裝置腿行走機(jī)械裝置WL-15WL-15來演示來演示一種新的并行連桿行走機(jī)制一種新的并行連桿行走機(jī)制 一條腿由三套雙缸機(jī)械裝一條腿由三套雙缸機(jī)械裝置置 組成，骨盆的六個缸體匯組成，骨盆的六個缸體匯聚在足部聚在足部 WL-15 WL-15可以在兩步或兩秒內(nèi)可以在兩步或兩秒內(nèi)完成完成9090度旋轉(zhuǎn)度旋轉(zhuǎn) No.152早稻田大學(xué)WL-16R III No.153東京大學(xué) H7 2001 2001推出的具備了人的雛形，推出的具備了人的雛形，這個機(jī)器人總這個機(jī)器人總58Kg58Kg，身高，身高147cm147cm 能夠在一定程度上模擬人類能夠在一定程度上模擬人類

58、的行為方式的行為方式 30 30個模擬自由度，其中腿部分個模擬自由度，其中腿部分為：髖關(guān)節(jié)為：髖關(guān)節(jié)3 3個、膝關(guān)節(jié)個、膝關(guān)節(jié)1 1個、踝關(guān)個、踝關(guān)節(jié)節(jié)2 2個、足趾關(guān)節(jié)個、足趾關(guān)節(jié)1 1個個 電機(jī)采用瑞士電機(jī)采用瑞士MAXONMAXON公司生產(chǎn)的，公司生產(chǎn)的，采用諧波減速器驅(qū)動采用諧波減速器驅(qū)動 兩個兩個PIII750CPUPIII750CPU，運行，運行RTLinuxRTLinux操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) “20002000系列系列”和和“60006000系列系列”的的鋁合金板材料鋁合金板材料 ，骨架本身僅重約，骨架本身僅重約4kg4kg No.154日本本田公司 從從19861986年至年至19

59、931993年先后研制了年先后研制了E E系列系列(Experimental Model)(Experimental Model)試試驗樣機(jī)驗樣機(jī)E0_E6E0_E6，都屬于雙足機(jī)器人，主要目的是為了對步行機(jī)制進(jìn)，都屬于雙足機(jī)器人，主要目的是為了對步行機(jī)制進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，主要綜合采用地面反力控制、目標(biāo)行基礎(chǔ)性研究，主要綜合采用地面反力控制、目標(biāo)ZMPZMP控制和擺動控制和擺動腿落地位置控制所組成的步行穩(wěn)定控制技術(shù)完成行走。腿落地位置控制所組成的步行穩(wěn)定控制技術(shù)完成行走。 19931993年至年至19971997年進(jìn)行完全自主型仿人形機(jī)器人原型樣機(jī)的研究，年進(jìn)行完全自主型仿人形機(jī)器人原型樣機(jī)的研

60、究，研制了研制了P P系列系列(Prototype Model)(Prototype Model)的樣機(jī)的樣機(jī)P1P1、P2P2和和P3P3。 E系列和P系列機(jī)器人No.155日本本田公司ASIMO Asimo Asimo高高120cm120cm，重，重43kg43kg； 采用采用I-WALKI-WALK的智能實時柔性行的智能實時柔性行走技術(shù)，預(yù)測移動控制功能使機(jī)器走技術(shù)，預(yù)測移動控制功能使機(jī)器人能夠?qū)崟r預(yù)測下一步運動，并按人能夠?qū)崟r預(yù)測下一步運動，并按照預(yù)測來移動重心；照預(yù)測來移動重心； 平滑地改變調(diào)節(jié)步幅來改變行平滑地改變調(diào)節(jié)步幅來改變行走的快慢，能夠改變它的行走坡走的快慢，能夠改變它的行