機(jī)械結(jié)構(gòu)課件

第二章機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類第二節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)第三節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)第四節(jié)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)第二章機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類第1第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類大多數(shù)的機(jī)器人有四個(gè)共同的主要部件：（1）機(jī)械部分機(jī)械部分是由關(guān)節(jié)連在一起的許多機(jī)械連桿的集合體而形成的開環(huán)運(yùn)動(dòng)學(xué)鏈系。（2）驅(qū)動(dòng)源使各種機(jī)械部件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的裝置為驅(qū)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)源可以是氣動(dòng)的、液壓的或電動(dòng)的，一、機(jī)器人的組成第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類大多數(shù)的機(jī)器人2（3）一個(gè)或多個(gè)傳感器傳感器是將有關(guān)機(jī)械部件的內(nèi)部信息和外部信息傳遞給機(jī)器人的控制器。（4）控制器控制器通過獲取的信息確定機(jī)械部件各部分的正確運(yùn)行軌跡、速度、位置和外部環(huán)境，使機(jī)械部件的各部分按預(yù)定程序在規(guī)定的時(shí)間開始和結(jié)束動(dòng)作。第二章-機(jī)械結(jié)構(gòu)課件3二、機(jī)器人的分類1.按機(jī)器人的控制方式分類（1）非伺服機(jī)器人（2）伺服控制機(jī)器人非伺服機(jī)器人按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)行工作，使用限位開關(guān)、制動(dòng)器、插銷板和定序器來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。伺服控制機(jī)器人通過傳感器取得的反饋信號(hào)與來自給定裝置的綜合信號(hào)比較后，得到誤差信號(hào)，經(jīng)過放大后用以激發(fā)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)而帶動(dòng)手部執(zhí)行裝置以一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，到達(dá)規(guī)定的位置或速度等，這是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。二、機(jī)器人的分類1.按機(jī)器人的控制方式分類（1）非伺服機(jī)器42.按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類（1）直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)型（3）極坐標(biāo)型（4）多關(guān)節(jié)型2.按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類（1）直角坐標(biāo)型（2）圓5四種坐標(biāo)型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖（1）直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)型（3）極坐標(biāo)型（4）關(guān)節(jié)型四種坐標(biāo)型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖（1）直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)6第二節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)1．自由度自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。2．工作空間機(jī)器人的工作空間是指機(jī)器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達(dá)到的所有空間區(qū)域，不包括手部本身所能達(dá)到的區(qū)域。3．工作速度機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。第二節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)1．自由度自由度是74．工作載荷機(jī)器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最大負(fù)載量（包括手部）。用質(zhì)量、力矩、慣性矩來表示。5．控制方式機(jī)器人用于控制軸的方式，是伺服還是非伺服，伺服控制方式是實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡還是點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。6．驅(qū)動(dòng)方式指關(guān)節(jié)執(zhí)行器的動(dòng)力源。7．精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率用來定義機(jī)器人手部的定位能力。4．工作載荷5．控制方式8一臺(tái)持重30kg，供搬運(yùn)、檢測(cè)、裝配用的圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，這臺(tái)機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)如下：自由度：共有三個(gè)基本關(guān)節(jié)1，2，3和兩個(gè)選用關(guān)節(jié)4，5；工作范圍：見左圖所示；關(guān)節(jié)移動(dòng)范圍及速度：重復(fù)定位誤差：±0.05mm控制方式：五軸同時(shí)可控，點(diǎn)位控制；持重（最大伸長、最高速度下）：30kg驅(qū)動(dòng)方式：三個(gè)基本關(guān)節(jié)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用增量式角位移檢測(cè)裝置；一臺(tái)持重30kg，供搬運(yùn)、檢測(cè)、裝配用的圓柱9第三節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)一、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成1、手部結(jié)構(gòu)2、手腕結(jié)構(gòu)3、臂部結(jié)構(gòu)4、機(jī)身結(jié)構(gòu)第三節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)一、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成1、10二、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)1.手臂和本體的運(yùn)動(dòng)（1）垂直移動(dòng)指機(jī)器人手臂的上下運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)通常采用液壓缸機(jī)構(gòu)或其他垂直升降機(jī)構(gòu)來完成，也可以通過調(diào)整整個(gè)機(jī)器人機(jī)身在垂直方向上的安裝位置來實(shí)現(xiàn)。（2）徑向移動(dòng)是手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人手臂的伸縮使其手臂的工作長度發(fā)生變化。在圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)中，手臂的最大工作長度決定其末端所能達(dá)到的圓柱表面直徑。（3）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)指機(jī)器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)決定了機(jī)器人能手臂所能到達(dá)的角位置。二、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)112.手腕的運(yùn)動(dòng)(1)手腕旋轉(zhuǎn)手腕繞小臂軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。有些機(jī)器人限制其手腕轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于360度。另一些機(jī)器人則僅僅受到控制電纜纏繞圈數(shù)的限制，手腕可以轉(zhuǎn)幾圈。(2)手腕彎曲指手腕的上下擺動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)也稱為俯仰。(3)手腕側(cè)擺指機(jī)器人手腕的水平擺動(dòng)。手腕的旋轉(zhuǎn)和俯仰兩種運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來可以構(gòu)成側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，通常機(jī)器人的側(cè)擺運(yùn)動(dòng)由一個(gè)單獨(dú)的關(guān)節(jié)提供。2.手腕的運(yùn)動(dòng)12三、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有：（1）升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)；（2）俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)；（3）直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)；（4）類人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)。機(jī)身是直接連接、支承和傳動(dòng)手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。三、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有：132.臂部結(jié)構(gòu)手臂部件（簡稱臂部）是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支承腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置的不同，可分為：（1）伸縮型臂部結(jié)構(gòu)；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮型臂部結(jié)構(gòu)；（3）屈伸型臂部結(jié)構(gòu)以及;（4）其他專用的機(jī)械傳動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)。2.臂部結(jié)構(gòu)根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳143.機(jī)身和臂部的配置型式機(jī)身和臂部的配置形式基本上反映了機(jī)器人的總體布局。（1）橫梁式

單臂懸掛式雙臂懸掛式3.機(jī)身和臂部的配置型式（1）橫梁式15（2）立柱式

單臂式雙臂式（2）立柱式單臂式16（3）機(jī)座式

單臂回轉(zhuǎn)式雙臂回轉(zhuǎn)式多臂回轉(zhuǎn)式（3）機(jī)座式單臂回轉(zhuǎn)式雙臂回轉(zhuǎn)式17（4）屈伸式平面屈伸型空間屈伸型（4）屈伸式平面屈伸型18四、手腕結(jié)構(gòu)手腕是連接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。多數(shù)將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分安排在小臂上。要確定手部的作業(yè)方向，一般需要三個(gè)自由度，這三個(gè)回轉(zhuǎn)方向?yàn)椋?1)臂轉(zhuǎn)：繞小臂軸線方向的旋轉(zhuǎn)。(2)手轉(zhuǎn)：使手部繞自身的軸線方向旋轉(zhuǎn)。(3)腕擺：使手部相對(duì)于臂進(jìn)行擺動(dòng)。手腕結(jié)構(gòu)多為上述三個(gè)回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式，四、手腕結(jié)構(gòu)手腕是連接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，19常用的手腕組合的方式臂轉(zhuǎn)、腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)臂轉(zhuǎn)、雙腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)常用的手腕組合的方式臂轉(zhuǎn)、腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)20五、手部機(jī)構(gòu)機(jī)器人的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從功能和形態(tài)上看，它可分為工業(yè)機(jī)器人的手部和仿人機(jī)器人的手部。工業(yè)機(jī)器人常用的手部按其握持原理可以分為:(1)夾持類(2)吸附類五、手部機(jī)構(gòu)機(jī)器人的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從功能和211.夾持類夾鉗式?手指1?傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2?驅(qū)動(dòng)裝置3?支架41.夾持類夾鉗式?手指1221）手指①指端的形狀

V型指平面指

尖指特形指1）手指①指端的形狀23②指面型式根據(jù)工件形狀、大小及其被夾持部位材質(zhì)軟硬、表面性質(zhì)等的不同，手指的指面有光滑指面、齒型指面和柔性指面三種形式。對(duì)于夾鉗式手部，其手指材料可選用一般碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。為使手指經(jīng)久耐用，指面可鑲嵌硬質(zhì)合金；高溫作業(yè)的手指，可選用耐熱鋼；在腐蝕性氣體環(huán)境下工作的手指，可鍍鉻或進(jìn)行搪瓷處理，也可選用耐腐蝕的玻璃鋼或聚四氟乙烯。③手指的材料②指面型式對(duì)于夾鉗式手部，其手指材料可選用242）手部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)①回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)斜楔杠桿式滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型2）手部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)斜楔杠桿式25雙支點(diǎn)連桿杠桿式齒條齒輪杠桿式①回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)雙支點(diǎn)連桿杠桿式26②平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部直線平移型手部結(jié)構(gòu)②平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部27（2）鉤托式手部鉤托式手部是不靠夾緊力來夾持工件，而是利用手指對(duì)工件鉤、托、捧等動(dòng)作來托持工件。無驅(qū)動(dòng)裝置有驅(qū)動(dòng)裝置（2）鉤托式手部鉤托式手部是不靠夾緊力來夾持28（3）彈簧式手部彈簧式手部靠彈簧力的作用將工件夾緊，手部不需要專用的驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡單，只適于夾持輕小工件。彈簧式手部（3）彈簧式手部彈簧式手部292.吸附類吸附式手部靠吸附式取料。根據(jù)吸附力的不同有氣吸附和磁吸附二種。吸附式手部適應(yīng)于大平面、易碎、微小的物體，因此使用面也較大。（1）氣吸式氣吸式手部是工業(yè)機(jī)器人常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，氣吸式手部是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的。按形成壓力差的方法，可分為真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸三種。2.吸附類（1）氣吸式30真空氣吸吸附手部氣流負(fù)壓吸附手部擠壓排氣式手部氣吸式手部真空氣吸吸附手部氣流負(fù)壓吸附手部31氣吸式手部具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于非金屬材料或不可有剩磁的材料的吸附。氣吸式手部的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)工件表面沒有損傷，且對(duì)被吸持工件預(yù)定的位置精度要求不高；但要求工件上與吸盤接觸部位光滑平整、清潔，被吸工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。氣吸式手部具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便可靠32（2）磁吸式磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附材料工件的，應(yīng)用較廣。磁吸式手部不會(huì)破壞被吸件表面質(zhì)量。磁吸式手部比氣吸式手部優(yōu)越的方面是：有較大的單位面積吸力，對(duì)工件表面光潔度及通孔、溝槽等無特殊要求。磁吸式手部的不足之處是：被吸工件存在剩磁，吸附頭上常吸附磁性屑（如鐵屑等），影響正常工作。因此對(duì)那些不允許有剩磁的零件要禁止使用。對(duì)鋼、鐵等材料制品，溫度超過723℃就會(huì)失去磁性，故在高溫下無法使用磁吸式手部。磁吸式手部按磁力來源可分為永久磁鐵手部和電磁鐵手部。電磁鐵手部由于供電不同又可分為交流電磁鐵和直流電磁鐵手部。（2）磁吸式333.仿人機(jī)器人的手部目前，大部分工業(yè)機(jī)器人的手部只有2個(gè)手指，而且手指上一般沒有關(guān)節(jié)。因此取料不能適應(yīng)物體外形的變化，不能使物體表面承受比較均勻的夾持力，因此無法滿足對(duì)復(fù)雜形狀、不同材質(zhì)的物體實(shí)施夾持和操作。為了提高機(jī)器人手部和手腕的操作能力、靈活性和快速反應(yīng)能力，使機(jī)器人能像人手一樣進(jìn)行各種復(fù)雜的作業(yè)，如裝配作業(yè)、維修作業(yè)設(shè)備操作等，就必須有一個(gè)運(yùn)動(dòng)靈活、動(dòng)作多樣的靈巧手，即仿人手。3.仿人機(jī)器人的手部34仿人手多關(guān)節(jié)柔性手三指靈巧手四指靈巧手仿人手多關(guān)節(jié)柔性手35六、行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)是由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)元件、傳感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機(jī)器人的機(jī)身、臂部和手部，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在更廣闊的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。一般而言,行走機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要有:(1)車輪式行走機(jī)構(gòu)(2)履帶式行走機(jī)構(gòu)(3)和足式行走機(jī)構(gòu)此外，還有步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式行走機(jī)構(gòu)、混合式行走機(jī)構(gòu)和蛇行式行走機(jī)構(gòu)等，以適合于各種特別的場合。六、行走機(jī)構(gòu)361.車輪式行走機(jī)構(gòu)輪式行走機(jī)器人是機(jī)器人中應(yīng)用最多的一種機(jī)器人,在相對(duì)平坦的地面上，用車輪移動(dòng)方式行走是相當(dāng)優(yōu)越的。（1）車輪的形式車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。

充氣球輪半球形輪傳統(tǒng)車輪無緣輪(用于沙丘地形)（用于火星表面移動(dòng)）（用于平坦的堅(jiān)硬路面）(用來爬越階梯及水田中)1.車輪式行走機(jī)構(gòu)充37（2）車輪的配置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前輪驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向后輪差動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向

后輪分散驅(qū)動(dòng)四輪同步轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3輪車輪的配置4輪車輪的配置（2）車輪的配置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)38（3）越障輪式機(jī)構(gòu)普通車輪行走機(jī)構(gòu)對(duì)崎嶇不平地面適應(yīng)性很差，為了提高輪式車輛的地面適應(yīng)能力，研究了越障輪式機(jī)構(gòu)。

三小輪式上下臺(tái)階的車輪機(jī)構(gòu)

多節(jié)車輪式結(jié)構(gòu)（3）越障輪式機(jī)構(gòu)三小輪式上下臺(tái)階的車輪機(jī)構(gòu)多節(jié)車輪式392.履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)適合于未加工的天然路面行走，它是輪式行走機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車輪連續(xù)鋪路的作用。履帶行走機(jī)構(gòu)與輪式行走機(jī)構(gòu)相比，有如下特點(diǎn)：（1）支承面積大，接地比壓小。適合于松軟或泥濘場地進(jìn)行作業(yè)，下陷度小，滾動(dòng)阻力小。（2）越野機(jī)動(dòng)性好，爬坡、越溝等性能均優(yōu)于輪式行走機(jī)構(gòu)（3）履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力；（4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減振功能差，零件易損壞。2.履帶式行走機(jī)構(gòu)40（1）履帶行走機(jī)構(gòu)的組成履帶、驅(qū)動(dòng)鏈輪支重輪托帶輪張緊輪（1）履帶行走機(jī)構(gòu)的組成履帶、41形狀一：驅(qū)動(dòng)輪及導(dǎo)向輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)定性，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪只微量高于地面。形狀二：不作支承輪的驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪裝得高于地面，鏈條引入引出時(shí)角度達(dá)50度，其好處是適合于穿越障礙，另外因?yàn)闇p少了泥土夾入引起的磨損和失效，可以提高驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的壽命。形狀一形狀二（2）履帶行走機(jī)構(gòu)的形狀形狀一：驅(qū)動(dòng)輪及導(dǎo)向輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)42（3）獨(dú)特的履帶行走機(jī)構(gòu)1）形狀可變履帶行走機(jī)構(gòu)

形狀可變履帶行走機(jī)構(gòu)（3）獨(dú)特的履帶行走機(jī)構(gòu)形狀可變履帶行走機(jī)432）位置可變履帶行走機(jī)構(gòu)

變位履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)2）位置可變履帶行走機(jī)構(gòu)變位履帶移動(dòng)機(jī)443.足式行走機(jī)構(gòu)足式行走對(duì)崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力，足式運(yùn)動(dòng)方式的立足點(diǎn)是離散的點(diǎn)，可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)，而輪式和履帶行走工具必須面臨最壞的地形上的幾乎所有點(diǎn)；足式運(yùn)動(dòng)方式還具有主動(dòng)隔振能力，盡管地面高低不平,機(jī)身的運(yùn)動(dòng)仍然可以相當(dāng)平穩(wěn)；足式行走在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動(dòng)速度較高，能耗較少。3.足式行走機(jī)構(gòu)45（1）足的數(shù)目

單足跳躍機(jī)器人雙足機(jī)器人三足機(jī)器人四足機(jī)器人六足機(jī)器人（1）足的數(shù)目單足跳躍機(jī)器人雙46不同足數(shù)對(duì)行走能力的評(píng)價(jià)足數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)12345678保持穩(wěn)定姿態(tài)的能力無無好最好最好最好最好最好靜態(tài)穩(wěn)定行走的能力無無無好最好最好最好最好高速靜穩(wěn)定行走能力無無無有好最好最好最好動(dòng)態(tài)穩(wěn)定行走的能力有有最好最好最好好好好用自由度數(shù)衡量的機(jī)械結(jié)構(gòu)之簡單性最好最好好好好有有有不同足數(shù)對(duì)行走能力的評(píng)價(jià)足47（2）足的配置正向?qū)ΨQ分布前后向?qū)ΨQ分布足的主平面的安排（2）足的配置正向?qū)ΨQ分布48哺乳動(dòng)物形爬行動(dòng)物昆蟲形足的幾何構(gòu)型哺乳動(dòng)物形爬行動(dòng)物49內(nèi)側(cè)相對(duì)彎曲

外側(cè)相對(duì)彎曲同側(cè)彎曲

足的相對(duì)方位內(nèi)側(cè)相對(duì)彎曲外側(cè)相對(duì)彎曲50第四節(jié)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一、驅(qū)動(dòng)方式機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式有：（1）液壓式（2）氣動(dòng)式（3）電動(dòng)式。

第四節(jié)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一、驅(qū)動(dòng)方式511.液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）液壓容易達(dá)到較高的單位面積壓力（常用油壓為25～63kg/cm2),體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；2）液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；3）液壓傳動(dòng)中，力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；4）液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機(jī)械效率，使用壽命長。第二章-機(jī)械結(jié)構(gòu)課件52液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足之處是：1）油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險(xiǎn)；2）液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價(jià)較高；3）需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則會(huì)引起故障。液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足之處是：液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸532.氣壓驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：1）壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速（1m/s）；2）利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備；3）空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)；4）氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。2.氣壓驅(qū)動(dòng)54它的不足之處是：1）壓縮空氣常用壓力為4～6kg/cm2，若要獲得較大的出力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大；2）空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難；3）壓縮空氣的除水問題是一個(gè)很重要的問題，處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生繡，導(dǎo)致機(jī)器人失靈。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)多用于開關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人中。它的不足之處是：553.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機(jī)器人。伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩相對(duì)小，控制性能好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機(jī)器人。交、直流伺服電動(dòng)機(jī)一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。功率在1KW以下的機(jī)器人多采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)使用簡單，且隨著材料性能的提高，電機(jī)性能也逐漸提高。所以總的看來，目前機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)逐漸為電動(dòng)式所代替。3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)56驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式特點(diǎn)輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積使用范圍制造成本液壓驅(qū)動(dòng)壓力高，可獲得大的輸出力。油液不可壓縮，壓力、流量均容易控制，可無極調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制維修方便，液體對(duì)溫度變化敏感，油液泄漏易著火。在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅(qū)動(dòng)方式小。中、小型及重型機(jī)器人。液壓元件成本較高，油路比較復(fù)雜。氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓壓力低，輸出力較小，如需要輸出力大時(shí)，其結(jié)構(gòu)尺寸過大?？筛咚伲瑳_擊較嚴(yán)重，精確定位困難。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與CPU連接。維修簡單，能在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄漏無影響。體積較大中、小型機(jī)器人。結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成本低。電機(jī)驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)輸出力較大控制性能較差，慣性大，不易精確定位維修使用方便。需要減速裝置，體積較大。速度低，持重大的機(jī)器人。成本低。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)輸出力較小或較大容易與CPU連接，控制性能好，響應(yīng)快，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜。維修使用較復(fù)雜。體積效小程序復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的機(jī)器人。成本較高。驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)特點(diǎn)輸出力控制性能維修57二、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方式和直線驅(qū)動(dòng)方式。1.直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人采用的直線驅(qū)動(dòng)包括直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的X、Y、Z向驅(qū)動(dòng)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向驅(qū)動(dòng)和垂直升降驅(qū)動(dòng)，以及球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向伸縮驅(qū)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)可以直接由氣缸或液壓缸和活塞產(chǎn)生，也可以采用齒輪齒條、絲杠、螺母等傳動(dòng)方式把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。二、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1.直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)582.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)多數(shù)普通電機(jī)和伺服電機(jī)都能夠直接產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但其輸出力矩比所需要的力矩小，轉(zhuǎn)速比所需要的轉(zhuǎn)速高。因此，需要采用各種傳動(dòng)裝置把較高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成較低的轉(zhuǎn)速，并獲得較大的力矩。有時(shí)也采用直線液壓缸或直線氣缸作為動(dòng)力源，這就需要把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)換必須高效率地完成，并且不能有損于機(jī)器人系統(tǒng)所需要的特性，特別是定位精度、重復(fù)精度和可靠性。運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)換可以選擇齒輪鏈傳動(dòng)、同步皮帶傳動(dòng)和諧波齒輪等傳動(dòng)方式。2.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)59由于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度高，摩擦小、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量多采用。但是在行走機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)中，完全采用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)伸縮有如下缺點(diǎn)：（1）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)雖然也能轉(zhuǎn)化得到直線運(yùn)動(dòng)，但在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)節(jié)伸縮的加速度不能忽視，它可能產(chǎn)生振動(dòng)。（2）為了提高著地點(diǎn)選擇的靈活性，還必須增加直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因此有許多情況采用直線驅(qū)動(dòng)更為合適。直線氣缸仍是目前所有驅(qū)動(dòng)裝置中最廉價(jià)的動(dòng)力源，凡能夠使用直線氣缸的地方，還是應(yīng)該選用它。有些要求精度高的地方也要選用直線驅(qū)動(dòng)。由于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度高，摩擦小、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)60機(jī)器人常用的傳動(dòng)方式機(jī)器人常用的傳動(dòng)方式61第二章-機(jī)械結(jié)構(gòu)課件62三、制動(dòng)器許多機(jī)器人的機(jī)械臂都需要在各關(guān)節(jié)處安裝制動(dòng)器，其作用是：在機(jī)器人停止工作時(shí)，保持機(jī)械臂的位置不變；在電源發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)機(jī)械臂和它周圍的物體不發(fā)生碰撞。例如齒輪鏈、諧波齒輪機(jī)構(gòu)和滾珠絲杠等元件的質(zhì)量較高，一般其摩擦力都很小，在驅(qū)動(dòng)器停止工作的時(shí)候，它們是不能承受負(fù)載的。如果不采用如制動(dòng)器、夾緊器或止擋等裝置，一旦電源關(guān)閉，機(jī)器人的各個(gè)部件就會(huì)在重力的作用下滑落。因此，機(jī)器人制動(dòng)裝置是十分必要的。三、制動(dòng)器63制動(dòng)器通常是按失效抱閘方式工作的，即要放松制動(dòng)器就必須接通電源，否則，各關(guān)節(jié)不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它的主要目的是在電源出現(xiàn)故障時(shí)起保護(hù)作用。其缺點(diǎn)是在工作期間要不斷花費(fèi)電力使制動(dòng)器放松。假如需要的話也可以采用一種省電的方法，其原理是：需要各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)，先接通電源，松開制動(dòng)器，然后接通另一電源，驅(qū)動(dòng)一個(gè)擋銷將制動(dòng)器鎖在放松狀態(tài)。這樣所需要的電力僅僅是把擋銷放到位所花費(fèi)的電力。為了使關(guān)節(jié)定位準(zhǔn)確，制動(dòng)器必須有足夠的定位精度。制動(dòng)器應(yīng)當(dāng)盡可能地放在系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)輸入端，這樣利用傳動(dòng)鏈速比，能夠減小制動(dòng)器的輕微滑動(dòng)所引起的系統(tǒng)移動(dòng)，保證了在承載條件下仍具有較高的定位精度。在許多實(shí)際應(yīng)用中機(jī)器人都采用了制動(dòng)器。制動(dòng)器通常是按失效抱閘方式工作的，即要放松制動(dòng)器就必64ENDEND65第二章機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類第二節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)第三節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)第四節(jié)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)第二章機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類第66第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類大多數(shù)的機(jī)器人有四個(gè)共同的主要部件：（1）機(jī)械部分機(jī)械部分是由關(guān)節(jié)連在一起的許多機(jī)械連桿的集合體而形成的開環(huán)運(yùn)動(dòng)學(xué)鏈系。（2）驅(qū)動(dòng)源使各種機(jī)械部件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的裝置為驅(qū)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)源可以是氣動(dòng)的、液壓的或電動(dòng)的，一、機(jī)器人的組成第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類大多數(shù)的機(jī)器人67（3）一個(gè)或多個(gè)傳感器傳感器是將有關(guān)機(jī)械部件的內(nèi)部信息和外部信息傳遞給機(jī)器人的控制器。（4）控制器控制器通過獲取的信息確定機(jī)械部件各部分的正確運(yùn)行軌跡、速度、位置和外部環(huán)境，使機(jī)械部件的各部分按預(yù)定程序在規(guī)定的時(shí)間開始和結(jié)束動(dòng)作。第二章-機(jī)械結(jié)構(gòu)課件68二、機(jī)器人的分類1.按機(jī)器人的控制方式分類（1）非伺服機(jī)器人（2）伺服控制機(jī)器人非伺服機(jī)器人按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)行工作，使用限位開關(guān)、制動(dòng)器、插銷板和定序器來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。伺服控制機(jī)器人通過傳感器取得的反饋信號(hào)與來自給定裝置的綜合信號(hào)比較后，得到誤差信號(hào)，經(jīng)過放大后用以激發(fā)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)而帶動(dòng)手部執(zhí)行裝置以一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，到達(dá)規(guī)定的位置或速度等，這是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。二、機(jī)器人的分類1.按機(jī)器人的控制方式分類（1）非伺服機(jī)器692.按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類（1）直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)型（3）極坐標(biāo)型（4）多關(guān)節(jié)型2.按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類（1）直角坐標(biāo)型（2）圓70四種坐標(biāo)型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖（1）直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)型（3）極坐標(biāo)型（4）關(guān)節(jié)型四種坐標(biāo)型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖（1）直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)71第二節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)1．自由度自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。2．工作空間機(jī)器人的工作空間是指機(jī)器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達(dá)到的所有空間區(qū)域，不包括手部本身所能達(dá)到的區(qū)域。3．工作速度機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。第二節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)1．自由度自由度是724．工作載荷機(jī)器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最大負(fù)載量（包括手部）。用質(zhì)量、力矩、慣性矩來表示。5．控制方式機(jī)器人用于控制軸的方式，是伺服還是非伺服，伺服控制方式是實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡還是點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。6．驅(qū)動(dòng)方式指關(guān)節(jié)執(zhí)行器的動(dòng)力源。7．精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率用來定義機(jī)器人手部的定位能力。4．工作載荷5．控制方式73一臺(tái)持重30kg，供搬運(yùn)、檢測(cè)、裝配用的圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，這臺(tái)機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)如下：自由度：共有三個(gè)基本關(guān)節(jié)1，2，3和兩個(gè)選用關(guān)節(jié)4，5；工作范圍：見左圖所示；關(guān)節(jié)移動(dòng)范圍及速度：重復(fù)定位誤差：±0.05mm控制方式：五軸同時(shí)可控，點(diǎn)位控制；持重（最大伸長、最高速度下）：30kg驅(qū)動(dòng)方式：三個(gè)基本關(guān)節(jié)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用增量式角位移檢測(cè)裝置；一臺(tái)持重30kg，供搬運(yùn)、檢測(cè)、裝配用的圓柱74第三節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)一、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成1、手部結(jié)構(gòu)2、手腕結(jié)構(gòu)3、臂部結(jié)構(gòu)4、機(jī)身結(jié)構(gòu)第三節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)一、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成1、75二、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)1.手臂和本體的運(yùn)動(dòng)（1）垂直移動(dòng)指機(jī)器人手臂的上下運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)通常采用液壓缸機(jī)構(gòu)或其他垂直升降機(jī)構(gòu)來完成，也可以通過調(diào)整整個(gè)機(jī)器人機(jī)身在垂直方向上的安裝位置來實(shí)現(xiàn)。（2）徑向移動(dòng)是手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人手臂的伸縮使其手臂的工作長度發(fā)生變化。在圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)中，手臂的最大工作長度決定其末端所能達(dá)到的圓柱表面直徑。（3）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)指機(jī)器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)決定了機(jī)器人能手臂所能到達(dá)的角位置。二、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)762.手腕的運(yùn)動(dòng)(1)手腕旋轉(zhuǎn)手腕繞小臂軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。有些機(jī)器人限制其手腕轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于360度。另一些機(jī)器人則僅僅受到控制電纜纏繞圈數(shù)的限制，手腕可以轉(zhuǎn)幾圈。(2)手腕彎曲指手腕的上下擺動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)也稱為俯仰。(3)手腕側(cè)擺指機(jī)器人手腕的水平擺動(dòng)。手腕的旋轉(zhuǎn)和俯仰兩種運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來可以構(gòu)成側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，通常機(jī)器人的側(cè)擺運(yùn)動(dòng)由一個(gè)單獨(dú)的關(guān)節(jié)提供。2.手腕的運(yùn)動(dòng)77三、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有：（1）升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)；（2）俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)；（3）直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)；（4）類人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)。機(jī)身是直接連接、支承和傳動(dòng)手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。三、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有：782.臂部結(jié)構(gòu)手臂部件（簡稱臂部）是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支承腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置的不同，可分為：（1）伸縮型臂部結(jié)構(gòu)；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮型臂部結(jié)構(gòu)；（3）屈伸型臂部結(jié)構(gòu)以及;（4）其他專用的機(jī)械傳動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)。2.臂部結(jié)構(gòu)根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳793.機(jī)身和臂部的配置型式機(jī)身和臂部的配置形式基本上反映了機(jī)器人的總體布局。（1）橫梁式

單臂懸掛式雙臂懸掛式3.機(jī)身和臂部的配置型式（1）橫梁式80（2）立柱式

單臂式雙臂式（2）立柱式單臂式81（3）機(jī)座式

單臂回轉(zhuǎn)式雙臂回轉(zhuǎn)式多臂回轉(zhuǎn)式（3）機(jī)座式單臂回轉(zhuǎn)式雙臂回轉(zhuǎn)式82（4）屈伸式平面屈伸型空間屈伸型（4）屈伸式平面屈伸型83四、手腕結(jié)構(gòu)手腕是連接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。多數(shù)將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分安排在小臂上。要確定手部的作業(yè)方向，一般需要三個(gè)自由度，這三個(gè)回轉(zhuǎn)方向?yàn)椋?1)臂轉(zhuǎn)：繞小臂軸線方向的旋轉(zhuǎn)。(2)手轉(zhuǎn)：使手部繞自身的軸線方向旋轉(zhuǎn)。(3)腕擺：使手部相對(duì)于臂進(jìn)行擺動(dòng)。手腕結(jié)構(gòu)多為上述三個(gè)回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式，四、手腕結(jié)構(gòu)手腕是連接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，84常用的手腕組合的方式臂轉(zhuǎn)、腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)臂轉(zhuǎn)、雙腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)常用的手腕組合的方式臂轉(zhuǎn)、腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)85五、手部機(jī)構(gòu)機(jī)器人的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從功能和形態(tài)上看，它可分為工業(yè)機(jī)器人的手部和仿人機(jī)器人的手部。工業(yè)機(jī)器人常用的手部按其握持原理可以分為:(1)夾持類(2)吸附類五、手部機(jī)構(gòu)機(jī)器人的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從功能和861.夾持類夾鉗式?手指1?傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2?驅(qū)動(dòng)裝置3?支架41.夾持類夾鉗式?手指1871）手指①指端的形狀

V型指平面指

尖指特形指1）手指①指端的形狀88②指面型式根據(jù)工件形狀、大小及其被夾持部位材質(zhì)軟硬、表面性質(zhì)等的不同，手指的指面有光滑指面、齒型指面和柔性指面三種形式。對(duì)于夾鉗式手部，其手指材料可選用一般碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。為使手指經(jīng)久耐用，指面可鑲嵌硬質(zhì)合金；高溫作業(yè)的手指，可選用耐熱鋼；在腐蝕性氣體環(huán)境下工作的手指，可鍍鉻或進(jìn)行搪瓷處理，也可選用耐腐蝕的玻璃鋼或聚四氟乙烯。③手指的材料②指面型式對(duì)于夾鉗式手部，其手指材料可選用892）手部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)①回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)斜楔杠桿式滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型2）手部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)斜楔杠桿式90雙支點(diǎn)連桿杠桿式齒條齒輪杠桿式①回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)雙支點(diǎn)連桿杠桿式91②平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部直線平移型手部結(jié)構(gòu)②平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部92（2）鉤托式手部鉤托式手部是不靠夾緊力來夾持工件，而是利用手指對(duì)工件鉤、托、捧等動(dòng)作來托持工件。無驅(qū)動(dòng)裝置有驅(qū)動(dòng)裝置（2）鉤托式手部鉤托式手部是不靠夾緊力來夾持93（3）彈簧式手部彈簧式手部靠彈簧力的作用將工件夾緊，手部不需要專用的驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡單，只適于夾持輕小工件。彈簧式手部（3）彈簧式手部彈簧式手部942.吸附類吸附式手部靠吸附式取料。根據(jù)吸附力的不同有氣吸附和磁吸附二種。吸附式手部適應(yīng)于大平面、易碎、微小的物體，因此使用面也較大。（1）氣吸式氣吸式手部是工業(yè)機(jī)器人常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，氣吸式手部是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的。按形成壓力差的方法，可分為真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸三種。2.吸附類（1）氣吸式95真空氣吸吸附手部氣流負(fù)壓吸附手部擠壓排氣式手部氣吸式手部真空氣吸吸附手部氣流負(fù)壓吸附手部96氣吸式手部具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于非金屬材料或不可有剩磁的材料的吸附。氣吸式手部的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)工件表面沒有損傷，且對(duì)被吸持工件預(yù)定的位置精度要求不高；但要求工件上與吸盤接觸部位光滑平整、清潔，被吸工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。氣吸式手部具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便可靠97（2）磁吸式磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附材料工件的，應(yīng)用較廣。磁吸式手部不會(huì)破壞被吸件表面質(zhì)量。磁吸式手部比氣吸式手部優(yōu)越的方面是：有較大的單位面積吸力，對(duì)工件表面光潔度及通孔、溝槽等無特殊要求。磁吸式手部的不足之處是：被吸工件存在剩磁，吸附頭上常吸附磁性屑（如鐵屑等），影響正常工作。因此對(duì)那些不允許有剩磁的零件要禁止使用。對(duì)鋼、鐵等材料制品，溫度超過723℃就會(huì)失去磁性，故在高溫下無法使用磁吸式手部。磁吸式手部按磁力來源可分為永久磁鐵手部和電磁鐵手部。電磁鐵手部由于供電不同又可分為交流電磁鐵和直流電磁鐵手部。（2）磁吸式983.仿人機(jī)器人的手部目前，大部分工業(yè)機(jī)器人的手部只有2個(gè)手指，而且手指上一般沒有關(guān)節(jié)。因此取料不能適應(yīng)物體外形的變化，不能使物體表面承受比較均勻的夾持力，因此無法滿足對(duì)復(fù)雜形狀、不同材質(zhì)的物體實(shí)施夾持和操作。為了提高機(jī)器人手部和手腕的操作能力、靈活性和快速反應(yīng)能力，使機(jī)器人能像人手一樣進(jìn)行各種復(fù)雜的作業(yè)，如裝配作業(yè)、維修作業(yè)設(shè)備操作等，就必須有一個(gè)運(yùn)動(dòng)靈活、動(dòng)作多樣的靈巧手，即仿人手。3.仿人機(jī)器人的手部99仿人手多關(guān)節(jié)柔性手三指靈巧手四指靈巧手仿人手多關(guān)節(jié)柔性手100六、行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)是由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)元件、傳感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機(jī)器人的機(jī)身、臂部和手部，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在更廣闊的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。一般而言,行走機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要有:(1)車輪式行走機(jī)構(gòu)(2)履帶式行走機(jī)構(gòu)(3)和足式行走機(jī)構(gòu)此外，還有步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式行走機(jī)構(gòu)、混合式行走機(jī)構(gòu)和蛇行式行走機(jī)構(gòu)等，以適合于各種特別的場合。六、行走機(jī)構(gòu)1011.車輪式行走機(jī)構(gòu)輪式行走機(jī)器人是機(jī)器人中應(yīng)用最多的一種機(jī)器人,在相對(duì)平坦的地面上，用車輪移動(dòng)方式行走是相當(dāng)優(yōu)越的。（1）車輪的形式車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。

充氣球輪半球形輪傳統(tǒng)車輪無緣輪(用于沙丘地形)（用于火星表面移動(dòng)）（用于平坦的堅(jiān)硬路面）(用來爬越階梯及水田中)1.車輪式行走機(jī)構(gòu)充102（2）車輪的配置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前輪驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向后輪差動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向

后輪分散驅(qū)動(dòng)四輪同步轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3輪車輪的配置4輪車輪的配置（2）車輪的配置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)103（3）越障輪式機(jī)構(gòu)普通車輪行走機(jī)構(gòu)對(duì)崎嶇不平地面適應(yīng)性很差，為了提高輪式車輛的地面適應(yīng)能力，研究了越障輪式機(jī)構(gòu)。

三小輪式上下臺(tái)階的車輪機(jī)構(gòu)

多節(jié)車輪式結(jié)構(gòu)（3）越障輪式機(jī)構(gòu)三小輪式上下臺(tái)階的車輪機(jī)構(gòu)多節(jié)車輪式1042.履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)適合于未加工的天然路面行走，它是輪式行走機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車輪連續(xù)鋪路的作用。履帶行走機(jī)構(gòu)與輪式行走機(jī)構(gòu)相比，有如下特點(diǎn)：（1）支承面積大，接地比壓小。適合于松軟或泥濘場地進(jìn)行作業(yè)，下陷度小，滾動(dòng)阻力小。（2）越野機(jī)動(dòng)性好，爬坡、越溝等性能均優(yōu)于輪式行走機(jī)構(gòu)（3）履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力；（4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減振功能差，零件易損壞。2.履帶式行走機(jī)構(gòu)105（1）履帶行走機(jī)構(gòu)的組成履帶、驅(qū)動(dòng)鏈輪支重輪托帶輪張緊輪（1）履帶行走機(jī)構(gòu)的組成履帶、106形狀一：驅(qū)動(dòng)輪及導(dǎo)向輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)定性，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪只微量高于地面。形狀二：不作支承輪的驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪裝得高于地面，鏈條引入引出時(shí)角度達(dá)50度，其好處是適合于穿越障礙，另外因?yàn)闇p少了泥土夾入引起的磨損和失效，可以提高驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的壽命。形狀一形狀二（2）履帶行走機(jī)構(gòu)的形狀形狀一：驅(qū)動(dòng)輪及導(dǎo)向輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)107（3）獨(dú)特的履帶行走機(jī)構(gòu)1）形狀可變履帶行走機(jī)構(gòu)

形狀可變履帶行走機(jī)構(gòu)（3）獨(dú)特的履帶行走機(jī)構(gòu)形狀可變履帶行走機(jī)1082）位置可變履帶行走機(jī)構(gòu)

變位履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)2）位置可變履帶行走機(jī)構(gòu)變位履帶移動(dòng)機(jī)1093.足式行走機(jī)構(gòu)足式行走對(duì)崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力，足式運(yùn)動(dòng)方式的立足點(diǎn)是離散的點(diǎn)，可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)，而輪式和履帶行走工具必須面臨最壞的地形上的幾乎所有點(diǎn)；足式運(yùn)動(dòng)方式還具有主動(dòng)隔振能力，盡管地面高低不平,機(jī)身的運(yùn)動(dòng)仍然可以相當(dāng)平穩(wěn)；足式行走在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動(dòng)速度較高，能耗較少。3.足式行走機(jī)構(gòu)110（1）足的數(shù)目

單足跳躍機(jī)器人雙足機(jī)器人三足機(jī)器人四足機(jī)器人六足機(jī)器人（1）足的數(shù)目單足跳躍機(jī)器人雙111不同足數(shù)對(duì)行走能力的評(píng)價(jià)足數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)12345678保持穩(wěn)定姿態(tài)的能力無無好最好最好最好最好最好靜態(tài)穩(wěn)定行走的能力無無無好最好最好最好最好高速靜穩(wěn)定行走能力無無無有好最好最好最好動(dòng)態(tài)穩(wěn)定行走的能力有有最好最好最好好好好用自由度數(shù)衡量的機(jī)械結(jié)構(gòu)之簡單性最好最好好好好有有有不同足數(shù)對(duì)行走能力的評(píng)價(jià)足112（2）足的配置正向?qū)ΨQ分布前后向?qū)ΨQ分布足的主平面的安排（2）足的配置正向?qū)ΨQ分布113哺乳動(dòng)物形爬行動(dòng)物昆蟲形足的幾何構(gòu)型哺乳動(dòng)物形爬行動(dòng)物114內(nèi)側(cè)相對(duì)彎曲

外側(cè)相對(duì)彎曲同側(cè)彎曲

足的相對(duì)方位內(nèi)側(cè)相對(duì)彎曲外側(cè)相對(duì)彎曲115第四節(jié)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一、驅(qū)動(dòng)方式機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式有：（1）液壓式（2）氣動(dòng)式（3）電動(dòng)式。

第四節(jié)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一、驅(qū)動(dòng)方式1161.液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）液壓容易達(dá)到較高的單位面積壓力（常用油壓為25～63kg/cm2),體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；2）液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；3）液壓傳動(dòng)中，力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；4）液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機(jī)械效率，使用壽命長。第二章-機(jī)械結(jié)構(gòu)課件117液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足之處是：1）油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險(xiǎn)；2）液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價(jià)較高；3）需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則會(huì)引起故障。液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足之處是：液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸1182.氣壓驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：1）壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速（1m/s）；2）利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備；3）空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)；4）氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。2.氣壓驅(qū)動(dòng)119它的不足之處是：1）壓縮空氣常用壓力為4～6kg/cm2，若要獲得較大的出力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大；2）空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難；3）壓縮空氣的除水問題是一個(gè)很重要的問題，處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生繡，導(dǎo)致機(jī)器人失靈。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)多用于開關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人中。它的不足之處是：1203.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)