機(jī)器人技術(shù)第二章機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概論

機(jī)器人技術(shù)第二章機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概論第1頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的配置及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)及桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，走線及電器接口設(shè)計(jì)等。4、動(dòng)特性分析

估算慣性參數(shù)，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真、分析，確定其結(jié)構(gòu)固有頻率和響應(yīng)特性。6、施工設(shè)計(jì)

完成施工圖設(shè)計(jì)，編制相關(guān)技術(shù)文件。5、優(yōu)化設(shè)計(jì)

重復(fù)3、4。2第2頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器（通過(guò)聯(lián)軸器）帶動(dòng)傳動(dòng)裝置(一般為減速器)，再通過(guò)關(guān)節(jié)軸帶動(dòng)桿件運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人有兩種最常用的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)——轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和移(直)動(dòng)關(guān)節(jié)。為了進(jìn)行位置和速度控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還包括位置和速度檢測(cè)元件。檢測(cè)元件類型很多，但都要求有合適的精度（高一個(gè)數(shù)量級(jí)）、連接方式以及有利于控制的輸出方式。對(duì)于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)元件常與電機(jī)直接相聯(lián)；對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)，則常通過(guò)聯(lián)軸器或銷(xiāo)軸與被驅(qū)動(dòng)的桿件相聯(lián)。2.2.1驅(qū)動(dòng)—傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成3第3頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1—碼盤(pán)；2—測(cè)速機(jī)；3—電機(jī)；4—聯(lián)軸器；5—傳動(dòng)裝置；6—轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；7—桿8—電機(jī)；

9—聯(lián)軸器；10—螺旋副；11—移動(dòng)關(guān)節(jié)；12—電位器(或光柵尺)

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)——伺服電機(jī)+聯(lián)軸節(jié)+傳動(dòng)裝置+運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)+反饋元件4第4頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器又可分為直流(DC)、交流(AC)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的電刷易磨損，且易形成火花。隨著技術(shù)的進(jìn)步，近年來(lái)交流伺服電機(jī)已逐漸取代直流伺服電機(jī)而成為工業(yè)機(jī)器人的主要驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多為開(kāi)環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度小功率機(jī)器人系統(tǒng)。2.2.2驅(qū)動(dòng)器的類型和特點(diǎn)5第5頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)放大器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器6第6頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.液壓驅(qū)動(dòng)器

液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。但需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫場(chǎng)合，故液壓驅(qū)動(dòng)目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。

液壓馬達(dá)液壓擺動(dòng)馬達(dá)液壓控制閥液壓泵7第7頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器氣壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，具有緩沖作用。但與液壓驅(qū)動(dòng)器相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制機(jī)器人。

氣動(dòng)馬達(dá)氣動(dòng)擺動(dòng)馬達(dá)氣缸氣泵氣動(dòng)三大件氣動(dòng)控制閥8第8頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4．其它驅(qū)動(dòng)器

作為特殊的驅(qū)動(dòng)裝置，有壓電晶體、形狀記憶合金、人工肌肉(電活性聚合物)等。壓電微驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手人工肌肉驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂9第9頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月驅(qū)動(dòng)器的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，以價(jià)格高低、技術(shù)水平為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。一般說(shuō)來(lái)，目前負(fù)荷為100kg以下的,可優(yōu)先考慮電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。對(duì)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，要求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機(jī)器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，且具有較大的短時(shí)過(guò)載能力5．驅(qū)動(dòng)器的選擇原則10第10頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月只須點(diǎn)位控制且功率較小者，或有防爆、清潔等特殊要求者，可采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。負(fù)荷較大或機(jī)器人周?chē)延幸簤涸吹某貓?chǎng)合，可采用液壓驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)，最重要的指標(biāo)要求是起動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時(shí)還要有性能好、與之配套的數(shù)字控制系統(tǒng)。5．驅(qū)動(dòng)器的選擇原則11第11頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求(1)結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕；(2)傳動(dòng)剛度大，即承受力矩作用時(shí)變形要小，以提高整機(jī)的固有領(lǐng)率，降低整機(jī)的低頻振動(dòng)；(3)回差小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，以得到較高的位置控制精度；(4)壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。

微電機(jī)+減速器微小型減速器12第12頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.機(jī)器人常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人幾乎使用了目前出現(xiàn)的絕大多數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。美國(guó)發(fā)明家C.WaltMusser馬瑟于上世紀(jì)50年代中期發(fā)明1926年德國(guó)人L.Brazen發(fā)明了擺線針輪減速器13第13頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月14第14頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15第15頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)節(jié)是操作機(jī)各桿件間的結(jié)合部分，通常為轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)兩種類型。通用型工業(yè)機(jī)器人有6個(gè)關(guān)節(jié)（自由度），前3關(guān)節(jié)通常稱作腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，它們決定了操作機(jī)的位置。后面3個(gè)關(guān)節(jié)決定了操作機(jī)的姿態(tài)，稱作腕部關(guān)節(jié)。

2.3

工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的構(gòu)造及其傳動(dòng)配置16第16頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PUMA機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)幾種典型的機(jī)器人機(jī)構(gòu)第17頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月低負(fù)載機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)18第18頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月165Kg機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)19第19頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碼垛機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)（4DOF）庫(kù)卡KR700PA20第20頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1腰關(guān)節(jié)

腰關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，既承受很大的軸向力、徑向力，又承受傾翻力矩，且應(yīng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度。腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的RV減速器傳動(dòng)【大負(fù)載時(shí)】，也可采用諧波傳動(dòng)【小負(fù)載時(shí)】、擺線針輪或其他傳動(dòng)形式。其轉(zhuǎn)動(dòng)副多采用薄壁軸承【如交叉滾子軸承】或四點(diǎn)接觸軸承，有的還設(shè)計(jì)有調(diào)隙機(jī)構(gòu)。對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，多采用回轉(zhuǎn)缸+齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)【現(xiàn)在很少使用】。21第21頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1—電機(jī)；2—RV減速器，3—支架，4—交叉滾子軸承；5—電纜同軸式腰關(guān)節(jié)〔電機(jī)上置)1234522第22頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同軸式腰關(guān)節(jié)(電機(jī)下置)1—腰部固定立柱殼體；2—腰部回轉(zhuǎn)殼體；3—四點(diǎn)接觸球軸承；4—伺服電機(jī)組件；5—諧波減速器；54同軸式腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，腰關(guān)節(jié)高度尺寸小(使用特制軸承的緣故)，但關(guān)節(jié)的各種電纜走線比較困難，大多是在固定的中間柱體外面留有較大的環(huán)形空間，使電纜以盤(pán)旋的形式松松地套在中間柱體上，當(dāng)腰支架等機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電纜猶如盤(pán)旋彈簧般收緊或放松。23第23頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月平行軸式腰關(guān)節(jié)21341—電機(jī)；2—齒輪；3—空心立柱；4—軸承對(duì)于平行軸式腰關(guān)節(jié)，電纜則可方便地通過(guò)中空軸，聯(lián)接于支座的固定接線板上。24第24頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)

對(duì)于開(kāi)式連桿結(jié)構(gòu)，肩關(guān)節(jié)（大臂關(guān)節(jié)）位于腰部的支座上，多采用RV減速器傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)或擺線針輪傳動(dòng)；也可采用滾動(dòng)螺旋組合連桿機(jī)構(gòu)或直接應(yīng)用齒輪機(jī)構(gòu)。肘關(guān)節(jié)（小臂關(guān)節(jié)）位于大臂與小臂的聯(lián)接處，多采用諧波傳動(dòng)、擺線針輪或齒輪傳動(dòng)等。

關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式有：1、同軸式配置——電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸線重合。

2、偏置式配置——電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸線偏離一定距離。同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)25第25頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)1—腰支座；2,7—RV減速器；3,6—驅(qū)動(dòng)電機(jī)；4—大臂；5—曲柄；8—軸承。1234567826第26頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1—大臂；2—關(guān)節(jié)1電機(jī)；3—小臂定位板；4—小臂；5—?dú)鈩?dòng)閥；6—立柱；7—直齒輪；8—中間齒輪；9—機(jī)座；10—主齒輪；11—管形連接軸；12—手腕偏置減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(PUMA)27第27頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.3手腕關(guān)節(jié)1、單自由度手腕

SCARA水平關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人的手腕只有繞垂直軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，用于調(diào)整裝配件的方位。SCARA機(jī)器人

傳動(dòng)為兩級(jí)等徑輪齒形帶，所以大、小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)不影響末端執(zhí)行器的水平方位，而該方位的調(diào)整完全取決于腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

這種傳動(dòng)特點(diǎn)特別適合于電子線路板的插件作業(yè)。

28第28頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、兩自由度手腕兩種常見(jiàn)的配置形式——匯交式和偏置式。1—法蘭；2—齒輪軸；3—錐齒輪；4—彈簧；5—鏈輪；6—軸承；7—鏈輪；8—彈簧；9—軸承；

10—轉(zhuǎn)殼1—法蘭；2—腕殼；3,6—錐齒輪軸；4—小臂；5,7—鏈輪，8—鏈；9,10—彈簧匯交式兩自由度手腕偏置式兩自由度手腕214365871094351287109629第29頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

兩自由度手腕的另兩種結(jié)構(gòu)：諧波減速器前置的匯交型手腕；驅(qū)動(dòng)電機(jī)與諧波減速器前置的偏置型手腕。1—扁平諧波；2—杯式諧波；3—齒形帶輪；4—錐齒輪；5—腕殼諧波前置匯交手腕

1—諧波減速；2—馬達(dá)；

3—鏈輪；4—腕殼電機(jī)前置偏置手腕30第30頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、三自由度手腕三自由度手腕是在兩自由度手腕的基礎(chǔ)上加一個(gè)整個(gè)手腕相對(duì)于小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度而形成的。三自由度手腕是“萬(wàn)向”型手腕，結(jié)構(gòu)形式繁多，可以完成兩自由度手腕很多無(wú)法完成的作業(yè)。近年來(lái)，大多數(shù)關(guān)節(jié)型機(jī)器人都采用了三自由度手腕。31第31頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CincinnatiMilacronT3

機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)32第32頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月33第33頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

必須指出，若操作機(jī)為6自由度，當(dāng)手腕為偏置式時(shí)，運(yùn)動(dòng)學(xué)反解得不出解析的顯式，且動(dòng)力學(xué)參數(shù)也是強(qiáng)耦合的。設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分注意。偏交型手腕34第34頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月KUKAIR—662／100機(jī)器人手碗傳動(dòng)圖KUKAIR—662／100機(jī)器人手碗結(jié)構(gòu)圖35第35頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月示例：6自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人—整體結(jié)構(gòu)36第36頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人—腰部37第37頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人—大臂38第38頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人—小臂39第39頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人—第四關(guān)節(jié)YAW40第40頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人—第五關(guān)節(jié)PITCH41第41頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人—第六關(guān)節(jié)ROLL42第42頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.4機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)及平衡2.4.1臂桿的結(jié)構(gòu)及材料

臂桿多為帶有筋板或肋的殼體結(jié)構(gòu)。有中間是多層圓筒形套裝梁結(jié)構(gòu)，外形象一“啞鈴”的組合結(jié)構(gòu)；有箱形結(jié)構(gòu)等。就整體來(lái)說(shuō)，比較復(fù)雜的箱體多用鑄件。為了減輕整機(jī)的重量，特別是為了降低大臂、小臂的關(guān)節(jié)力矩，大、小臂多用輕合金【如鋁合金】鑄件。瑞士ABB機(jī)器人:IRB7600德國(guó)KUKA機(jī)器人:KR-1000-TITAN-F43第43頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.4.2臂桿的平衡1、小臂桿的平衡小臂桿通常采用質(zhì)量平衡法。其基本原理是合理地分布臂桿質(zhì)量，使臂桿重心盡可能地落在支點(diǎn)上，必要時(shí)甚至采用在適當(dāng)位置上配置平衡質(zhì)量的方法。質(zhì)量平衡法有結(jié)構(gòu)自平衡和重塊平衡兩種方式。PUMA、KUKA機(jī)器人也是按這一原則配置的。但如果臂桿的后部長(zhǎng)度(無(wú)效長(zhǎng)度)太長(zhǎng)，不利于機(jī)器人在狹窄環(huán)境中工作，所以單采用自重平衡對(duì)大負(fù)荷操作機(jī)還很難取得滿意的結(jié)果。

機(jī)器人操作機(jī)手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮臂桿的重力平衡。常見(jiàn)操作機(jī)臂桿的平衡技術(shù)有四種，即質(zhì)量平衡法、彈簧平衡法、氣動(dòng)或液壓平衡法如采用平衡電機(jī)等。44第44頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、大臂桿的平衡

目前常用的有彈簧和汽缸兩種平衡方式。重力項(xiàng)在驅(qū)動(dòng)扭矩中占有很大比例，因此對(duì)它進(jìn)行平衡的意義很大。又因?yàn)橹亓?xiàng)在運(yùn)動(dòng)中是隨位置角的正弦或余弦變化的，因此，應(yīng)用彈簧平衡技術(shù)最為合適。彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且無(wú)需增加動(dòng)力源，應(yīng)用最為普遍。45第45頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

氣動(dòng)和液壓力平衡的原理和彈簧力平衡的原理很相似，但它們?cè)趦蓚€(gè)方面有顯著優(yōu)點(diǎn)，即平衡缸中的壓力是恒定的，不隨臂桿位置的變化而變化；同時(shí)平衡缸的壓力很容易得到調(diào)節(jié)和控制，因此應(yīng)用得十分廣泛。這種平衡技術(shù)的缺點(diǎn)是需要有動(dòng)力源和儲(chǔ)能器，因而系統(tǒng)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)比較龐大，不像彈簧平衡或質(zhì)量平衡那么簡(jiǎn)單。而且設(shè)計(jì)時(shí)，如采用這種方案，需考慮在動(dòng)力源一旦中斷時(shí)的防范措施，如手臂會(huì)因自重下滑等，以免發(fā)生事故。46第46頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題：1、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的類型及選擇原則。2、機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)。3、機(jī)器人手臂各關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。4、機(jī)器人二自由度與三自由度手腕的結(jié)構(gòu)類型，請(qǐng)舉例

說(shuō)明。5、機(jī)器人大臂的平衡方式。47第47頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.5

機(jī)器人的手部

機(jī)器人手部是機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置的操作機(jī)構(gòu)。因此有時(shí)也稱為末端操作器。由于機(jī)器人作業(yè)內(nèi)容的差異（如搬運(yùn)、裝配、焊接、噴涂等）和作業(yè)對(duì)象的不同（如軸類、板類、箱類、包類物體等），手部的形式多樣。綜合考慮手部的用途、功能和結(jié)構(gòu)持點(diǎn)，大致可分成以下幾類：

1．卡爪式夾持器；

2．吸附式取料手；

3．專用操作器及換接器

4．仿生多指靈巧手。48第48頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月卡爪式夾持器通常有兩個(gè)夾爪，分為彈力型、回轉(zhuǎn)型和平移型三種類型。

2.5.1卡爪式夾持器幾種彈力型夾持器1、彈力型夾持器49第49頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、回轉(zhuǎn)型夾持器開(kāi)合占用空間較小，但是夾持中心變化。50第50頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、平移型夾持器開(kāi)合占用空間較大，但是夾持中心不變。51第51頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

吸式取料手是目前應(yīng)用較多的一種執(zhí)行器，特別是用于搬運(yùn)機(jī)器人。該類執(zhí)行器可分氣吸和磁吸兩類。

2.5.2吸附式取料手

氣吸附取料手是利用吸盤(pán)內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。按形成壓力的方法，可分成真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸式兒種。

1、氣吸附取料手52第52頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣流負(fù)壓氣吸盤(pán)擠壓排氣吸盤(pán)真空氣吸盤(pán)53第53頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、磁吸附取料手54第54頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、專用操作器及換接器55第55頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

人手是最靈巧的夾持器，如果模擬人手結(jié)構(gòu)，就能制造出結(jié)構(gòu)最優(yōu)的夾持器。但由于人手自由度較多，驅(qū)動(dòng)和控制都十分復(fù)雜，迄今為止，只是制造出了一些原理樣機(jī)，離工業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。

4、仿生多指靈巧手UTACH／MIT多指手

三指手

雙拇指手

56第56頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月最小的三指手

BH—II三指手

四指靈巧手

靈巧的雙手

DLR多指手哈工大多指手57第57頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

手指關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)手指主要用于抓握動(dòng)作，要求動(dòng)作靈活，剛度好，具有較大的抓握力。就其手的結(jié)構(gòu)而言，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有三種方式：1)腱傳動(dòng)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省空間，具有很高的抗拉強(qiáng)度和很輕的重量，但剛性差，較大的彈性，不利于控制。MIT手、JPL手和DLR-I手都是這種方式。2)齒輪傳動(dòng)，特點(diǎn)是傳動(dòng)比可靠，但是摩擦較大，有回程間隙，占用空間大。3)連桿傳動(dòng)，剛度好，加工制造比較簡(jiǎn)單，高精度，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡的要求。但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，不能精確地滿足各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。典型的如Belgrade手，NASA手等。4）欠驅(qū)動(dòng)手指關(guān)節(jié)，可簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制，但需要滿足一定的力學(xué)條件。58第58頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.6移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)

移動(dòng)功能的機(jī)器人可認(rèn)為是人類行走功能的模擬和擴(kuò)展。一臺(tái)完全意義上的自主式移動(dòng)機(jī)器人，除具備基本的移動(dòng)機(jī)能外，還必須有移動(dòng)控制功能、環(huán)境感知機(jī)能和規(guī)劃決策機(jī)能。只有這樣，機(jī)器人才有可能在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中自主地選擇行走路徑，避開(kāi)障礙物，利用已有的知識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行必要的分析推理和決策，完成從出發(fā)地到目的地的自動(dòng)移動(dòng)任務(wù)。

移動(dòng)機(jī)器人多是針對(duì)陸上表面環(huán)境的。其機(jī)構(gòu)形式主要有：

(1)車(chē)輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；

(2)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；

(3)腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。此外，近有步進(jìn)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、混合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和蛇行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)等適合于一些特別的場(chǎng)合。59第59頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.6.1輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)

輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)依據(jù)車(chē)輪的數(shù)目分為1輪、2輪、3輪、4輪、5輪、6輪以及多輪機(jī)構(gòu)。輪式移動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，功耗小，控制方便，運(yùn)動(dòng)靈活。缺點(diǎn)是其越野能力較差，但可以通過(guò)選擇合適的懸架系統(tǒng)來(lái)提高其地形適應(yīng)能力。

60第60頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月61第61頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月62第62頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月63第63頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月64第64頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

輪-地接觸簡(jiǎn)化力學(xué)模型Q=MgδRvFfrTMfFqFdf——滾動(dòng)阻力系數(shù)μ——附著系數(shù)

硬地面

軟地面65第65頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

車(chē)輪類型：66第66頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

轉(zhuǎn)向方式：（Ackerman轉(zhuǎn)向）67第67頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月68（全方位轉(zhuǎn)向）

（差動(dòng)轉(zhuǎn)向）第68頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月麥克納姆輪輪系機(jī)構(gòu)：69第69頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車(chē)輪連續(xù)鋪路的作用，著地面積較大，壓強(qiáng)較小，與路面的粘著力較強(qiáng)，能在不平和松軟的路面上穩(wěn)定移動(dòng)，具有很強(qiáng)的越野能力，控制也簡(jiǎn)單。但功耗較大，運(yùn)動(dòng)靈活性差。

2.6.2履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)70第70頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

履帶形式71第71頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月越障上、下臺(tái)階

關(guān)節(jié)履帶72第72頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月履帶張緊機(jī)構(gòu)73第73頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.6.3腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)腿足式移動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是落足點(diǎn)為幾個(gè)離散的位置點(diǎn)，能夠自主選擇有利的落足點(diǎn)，具有出色的地形適應(yīng)能力；此外，能夠自主隔振，保證系統(tǒng)沿平滑預(yù)定的軌跡運(yùn)行。腿足式移動(dòng)系統(tǒng)一直得到國(guó)內(nèi)外的移動(dòng)機(jī)器人研究者的廣泛重視。但其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性低；在松軟沙地行走時(shí)，抗沉陷性較差，效率較低，功耗也大。74第74頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月75

腿足結(jié)構(gòu)形式第75頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月76