《工業(yè)機器人》教學課件-

1、第四章 工業(yè)機器人的臂部一、臂部設計的基本要求 三、典型機械臂結構 二、機械臂的運動形式一、臂部設計的基本要求1承載能力足 手臂是支承手腕的部件，設計時不僅要考慮抓取物體的重量或攜帶工具的重量，還要考慮運動時的動載荷及轉動慣性。2剛度高為了防止臂部在運動過程中產生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。工字型截面的彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉剛度都比實心軸大得多。 3、導向性能好，定位精度高為防止手臂在直線運動中，沿運動軸線發(fā)生相對轉動，應設置導向裝置。同時要采用一定形式的緩沖措施。4重量輕、轉動慣量小為提高機器人的運動速度，要盡量減少臂部運動部分的重量，以減少整個手臂對回轉軸

2、的轉動慣量。5合理設計與腕部和機身的連接部位臂部的安裝形式和位置不僅關系到機器人的強度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機器人的外觀。二 機械臂的運動形式1直角坐標型臂部由三個相互正交的移動副組成。帶動腕部分別沿X、Y、Z三個坐標軸的方向作直線移動。結構簡單，運動位置精度高。但所占空間較大，工作范圍相對較小。2圓柱坐標型臂部由一個轉動副和兩個移動副組成。相對來說，所占空間較小，工作范圍較大，應用較廣泛。3關節(jié)型由動力型旋轉關節(jié)和前、下兩臂組成。關節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標。動作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內饒過各種障礙物。4極坐標型臂部由兩個轉動副和一個移動

3、副組成。產生沿手臂軸X的直線移動，繞基座軸Y的轉動和繞關節(jié)軸Z的擺動。其手臂可作繞Z軸的俯仰運動，能抓取地面上的物體。三 典型機械臂結構1. 手臂的直線運動機構機器人手臂的伸縮、升降及橫向(或縱向)移動均屬于直線運動, 而實現(xiàn)手臂往復直線活塞和連桿機構等運動的機構形式較多,常用的有活塞油(氣)缸,活塞缸和齒輪齒條機構, 絲杠螺母機構等。 直線往復運動可采用液壓或氣壓驅動的活塞油(氣)缸。 由于活塞油 (氣)缸的體積小,重量輕, 因而在機器人手臂結構中應用較多。 圖所示為雙導向桿手臂的伸縮結構。手臂和手腕是通過連接板安裝在升降油缸的上端, 當雙作用油缸1的兩腔分別通入壓力油時, 則推動活塞桿2(

4、即手臂)做往復直線移動。 導向桿3在導向套4內移動,以防手臂伸縮時的轉動(并兼作手腕回轉缸6及手部7的夾緊油缸用的輸油管道)。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩根導向桿之間,由導向桿承受彎曲作用, 活塞桿只受拉壓作用, 故受力簡單,傳動平穩(wěn),外形整齊美觀, 結構緊湊。 圖 2.48 雙導向桿手臂的伸縮結構 2. 手臂回轉運動機構實現(xiàn)機器人手臂回轉運動的機構形式是多種多樣的,常用的有葉片式回轉缸、齒輪傳動機構、鏈輪傳動機構和連桿機構。下面以齒輪傳動機構中活塞缸和齒輪齒條機構為例說明手臂的回轉。 齒輪齒條機構是通過齒條的往復移動,帶動與手臂聯(lián)接的齒輪作往復回轉, 即可實現(xiàn)手臂的回轉運動。帶動齒條往復移動的

5、活塞缸可以由壓力油或壓縮氣體驅動。圖所示為手臂作升降和回轉運動的結構。圖 2.49 手臂升降和回轉運動的結構圖所示為采用活塞缸和連桿機構的一種雙臂機器人手臂的結構圖, 手臂的上下擺動由鉸接活塞油缸和連桿機構來實現(xiàn)。 當鉸接活塞油缸1的兩腔通壓力油時, 通過連桿2帶動曲桿3(即手臂)繞軸心O做90的上下擺動(如雙點劃線所示位置)。 手臂下擺到水平位置時, 其水平和側向的定位由支承架4上的定位螺釘6和5來調節(jié)。此手臂結構具有傳動結構簡單、湊緊和輕巧等特點。 圖 2.50 雙臂機器人的手臂結構 3. 手臂俯仰運動機構機器人手臂的俯仰運動一般采用活塞油(氣)缸與連桿機構聯(lián)用來實現(xiàn)。手臂的俯仰運動用的活

6、塞缸位于手臂的下方, 其活塞桿和手臂用鉸鏈連接, 缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方式與立柱聯(lián)接, 如圖、圖所示。此外,還有采用無桿活塞缸驅動齒輪齒條或四連桿機構實現(xiàn)手臂的俯仰運動。 圖 2.51 手臂俯仰驅動缸安置示意圖 圖 2.52 鉸接活塞缸實現(xiàn)手臂俯仰運動結構示意圖 4. 手臂復合運動機構 1) 手臂的復合運動圖2.53(a)所示為曲線凹槽機構手臂結構。 當活塞油缸1通入壓力油時, 推動銑有N型凹槽的活塞桿2右移, 由于銷軸6固定在前蓋3上, 因此, 滾套7在活塞桿的N形凹槽內滾動, 迫使活塞桿2既做移動又做回轉運動, 以實現(xiàn)手臂4的復合運動。活塞桿2上的凹槽展開圖見圖2.53(b)所示。其中, L1直線段為機器人取料過程; L曲線