機(jī)器人機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)

機(jī)器人機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)

引言：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，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人必須有一個便于安裝的基礎(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。有些機(jī)器人需要行走，機(jī)身下面還會安裝有行走機(jī)構(gòu)。一、機(jī)身的自由度和運(yùn)動

1．機(jī)身的自由度：

機(jī)身往往具有升降、回轉(zhuǎn)及俯仰三個自由度。

2．機(jī)身的運(yùn)動：

由上面三個自由度可以組合成機(jī)身五種運(yùn)動形式。分別是：回轉(zhuǎn)運(yùn)動；升降運(yùn)動；回轉(zhuǎn)—升降運(yùn)動；回轉(zhuǎn)—俯仰運(yùn)動；回轉(zhuǎn)—升降運(yùn)動—俯仰運(yùn)動。3．各種坐標(biāo)類型機(jī)身運(yùn)動方案設(shè)計(jì)（1）：

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)通常具有三個自由度：一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動（腰轉(zhuǎn)）及兩個直線移動（升降運(yùn)動及手臂伸縮運(yùn)動）。腰轉(zhuǎn)運(yùn)動及升降運(yùn)動通常由機(jī)身來實(shí)現(xiàn)。3．各種坐標(biāo)類型機(jī)身運(yùn)動方案設(shè)計(jì)（2）：

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)通常具有三個自由度：繞垂直軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動（回轉(zhuǎn)運(yùn)動）、繞水平軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動（俯仰運(yùn)動）及手臂的伸縮運(yùn)動。通常把回轉(zhuǎn)及俯仰運(yùn)動歸屬于機(jī)身。3．各種坐標(biāo)類型機(jī)身運(yùn)動方案設(shè)計(jì)（3）：

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)的三個自由度均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動，構(gòu)成機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動、俯仰運(yùn)動和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動。通常僅把回轉(zhuǎn)運(yùn)動歸結(jié)為機(jī)身。3．各種坐標(biāo)類型機(jī)身運(yùn)動方案設(shè)計(jì)（4）：

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)具有三個自由度且都是直線運(yùn)動。通常把升降運(yùn)動或水平移動的自由度歸為機(jī)身部分。二、機(jī)身典型結(jié)構(gòu)

1．回轉(zhuǎn)與升降運(yùn)動機(jī)身(1)：

鏈輪—液壓缸機(jī)構(gòu)：

構(gòu)成：主要由鏈輪機(jī)構(gòu)、液壓缸機(jī)構(gòu)、機(jī)身本體部分構(gòu)成。且升降機(jī)構(gòu)位于轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的上方。工作原理：回轉(zhuǎn)運(yùn)動：通過液壓缸活塞的移動→帶動鏈條的移動→鏈輪的轉(zhuǎn)動→機(jī)身的轉(zhuǎn)動升降運(yùn)動：活塞的上下移動→帶動機(jī)身的上下升降鏈輪—液壓缸機(jī)構(gòu)圖例：問題：要使立柱作大于360°的旋轉(zhuǎn)，對活塞的行程有什么要求？每個液壓缸只有一個油口。1．回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身(2)：

直線運(yùn)動液壓缸—擺動液壓缸機(jī)構(gòu)：

構(gòu)成：主要由直線運(yùn)動液壓缸、擺動液壓缸、花鍵導(dǎo)向軸、機(jī)身本體等部分構(gòu)成。工作原理：回轉(zhuǎn)運(yùn)動：擺動液壓缸進(jìn)油→擺動缸動片7擺動→帶動擺動缸套5擺動由于花鍵軸3只起導(dǎo)向作用而不回轉(zhuǎn)，擺動缸定片與花鍵軸之間通過平鍵和螺釘固定連接，保證定片的位置確定。升降運(yùn)動：活塞1下腔進(jìn)油→活塞推動機(jī)身沿花鍵軸上升活塞1上腔進(jìn)油→活塞推動機(jī)身沿花鍵軸下降直線運(yùn)動液壓缸—擺動液壓缸機(jī)構(gòu)圖例：問題：1、擺動液壓缸的動片與缸的什么部件相連？機(jī)械臂將與擺動液壓缸的什么部件相連？2、為什么采用長度較短的花鍵套導(dǎo)向？3、機(jī)身升降運(yùn)動的行程和回轉(zhuǎn)運(yùn)動角度取決于什么？4、畫出零件2的結(jié)構(gòu)圖。油口油口花鍵軸與花鍵孔：1．回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身(3)：

齒條活塞缸—升降缸機(jī)構(gòu)：

構(gòu)成：主要由升降缸體、齒條缸、齒輪套筒、固定立柱和升降回轉(zhuǎn)臺等部分構(gòu)成。工作原理：回轉(zhuǎn)運(yùn)動：齒條缸的齒條活塞桿直線運(yùn)動→齒輪套筒6回轉(zhuǎn)運(yùn)動→齒輪套筒6和升降缸體2及升降回轉(zhuǎn)臺1固聯(lián)→升降回轉(zhuǎn)臺1回轉(zhuǎn)升降運(yùn)動：升降缸體2、齒輪套筒6、回轉(zhuǎn)臺1整個一起升降運(yùn)動齒條活塞缸—升降缸機(jī)構(gòu)圖例：2．回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身：

機(jī)器人手臂的俯仰運(yùn)動，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)或中部銷軸等方法與立柱連接。回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身圖例：三、機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)

1．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)動裝置、傳動裝置、位置檢測裝置、傳感器、電纜和管路等構(gòu)成。2．行走機(jī)構(gòu)的分類：

按運(yùn)行軌跡分：分為固定軌跡式和無固定軌跡式兩種。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：對于無固定軌跡機(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。3．固定軌道式機(jī)器人運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)：

機(jī)器人機(jī)身底座，安裝在一個可移動的拖板上，依靠絲桿螺母副的運(yùn)動將來自電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動。4．車輪式行走機(jī)器人：

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)動輪和自位輪，或有驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，用來轉(zhuǎn)彎。適用范圍：最適合平地行走，不能跨越高度，不能爬樓梯。圖

2.57利用陀螺儀的二輪車

三輪行走機(jī)器人圖例：三輪行走機(jī)器人結(jié)構(gòu)及驅(qū)動：構(gòu)成：三個車輪、轉(zhuǎn)向叉、驅(qū)動裝置等。驅(qū)動方案：電機(jī)5驅(qū)動輪1：通過V1、V2的不同速度控制小車的移動方向，同時，轉(zhuǎn)向叉3自動地轉(zhuǎn)向正確的方向。此時輪2受到地面的摩擦而滾動。電機(jī)6驅(qū)動輪2：由電機(jī)6驅(qū)動，小車的方向由專用電機(jī)7驅(qū)動轉(zhuǎn)向叉實(shí)現(xiàn)。此時輪1自由滾動。缺陷：施加在角落的力容易產(chǎn)生使機(jī)器人翻倒，對負(fù)載有一定的限制。圖2.59所示的三組輪是由美國Unimationstanford行走機(jī)器人課題研究小組設(shè)計(jì)研制的。它采用了三組輪子,呈等邊三角形分布在機(jī)器人的下部。

圖

2.59三組輪

四輪行走機(jī)器人：圖

2.60四輪車的驅(qū)動機(jī)構(gòu)和運(yùn)動

圖2.62所示為四輪防爆機(jī)器人,該輪系由于采用了四組輪子,運(yùn)動穩(wěn)定性有很大提高。但是,要保證四組輪子同時和地面接觸,必須使用特殊的輪系懸掛系統(tǒng)。它需要四個驅(qū)動電機(jī),控制系統(tǒng)也比較復(fù)雜,造價也較高。

排爆機(jī)器人圖

2.63三角輪系的機(jī)構(gòu)圖

圖2.64全方位移動車的移動方式(a)全方位方式；

(b)轉(zhuǎn)彎方式;(c)旋轉(zhuǎn)方式;(d)制動方式

5．履帶式行走機(jī)器人：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階。沒有自位輪，依靠左右兩個履帶的速度差轉(zhuǎn)彎，會產(chǎn)生滑動，轉(zhuǎn)彎阻力大，且不能準(zhǔn)確地確定回轉(zhuǎn)半徑。履帶式行走機(jī)器人圖例（1）：履帶式行走機(jī)器人圖例（2）：救援機(jī)器人德國排爆機(jī)器人

6．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)器人跨步時自動轉(zhuǎn)移重心而保持平衡的問題。兩足步行機(jī)器人圖例：控制特點(diǎn)：使機(jī)器人的重心經(jīng)常在接地的腳掌上，一邊不斷取得準(zhǔn)靜態(tài)平衡，一邊穩(wěn)定的步行。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：為了能變換方向和上下臺階，一定要具備多自由度。圖

2.65兩足步行式行走機(jī)構(gòu)原理圖

兩足步行機(jī)器人圖例：主要構(gòu)成：

1—框架2—大腿3—小腿4—腳5—肩6—肘7—手8—液壓缸圖

2.66漢庫科技公司的雙足機(jī)器人

步行式四足機(jī)器人圖例（1）：特點(diǎn)：四足機(jī)器人在靜止?fàn)顟B(tài)下是穩(wěn)定的，具有很高的實(shí)用性。四足機(jī)器人步行時，一只腳抬起，三只腳支撐自重，這時有必要移動身體，讓重心落在三只腳接地點(diǎn)組成的三角形內(nèi)。四足機(jī)器人圖例（2）：四足機(jī)器人圖例（3）：7．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：

4.其它移動方式軍用昆蟲機(jī)器人爬纜索機(jī)器人水下6000米無纜自治機(jī)器人蛇形機(jī)器人Classisover.

Bye-bye!第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和自動控制第三節(jié)活塞式空壓機(jī)的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點(diǎn)。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機(jī)的啟動、換向；

2.輔機(jī)的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患壩鼩鉅顟B(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor空壓機(jī)分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)分為兩大類：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級活塞式壓縮機(jī)單級活塞壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)膜片式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)最長的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機(jī)件間形成保護(hù)膜，防止磨損及泄漏，使空壓機(jī)能夠安靜有效運(yùn)作；平時有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機(jī)，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當(dāng)于每日以十小時運(yùn)作計(jì)算，可長達(dá)33年之久。因此，將滑片式空壓機(jī)比喻為一部終身機(jī)器實(shí)不為過。滑(葉)片式空壓機(jī)可以365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并保證60000小時以上安全運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣壓縮機(jī)1.進(jìn)氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。1.進(jìn)氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機(jī)是世界上最先進(jìn)、緊湊型、堅(jiān)實(shí)、運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣路系統(tǒng)：

A

進(jìn)氣過濾器

B

空氣進(jìn)氣閥

C

壓縮機(jī)主機(jī)

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機(jī)

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)是20世紀(jì)90年代末期開發(fā)并問世的高科技壓縮機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機(jī)，已經(jīng)得到壓縮機(jī)行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽(yù)為“環(huán)保型壓縮機(jī)”。由于渦旋式壓縮機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)主要運(yùn)動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽(yù)為免維修壓縮機(jī)。

由于渦旋式壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動小、工作環(huán)境安靜，又被譽(yù)為“超靜壓縮機(jī)”。

渦旋式壓縮機(jī)零部件少，只有四個運(yùn)動部件,壓縮機(jī)工作腔由相運(yùn)動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動渦卷作平動運(yùn)動時，使鐮形工作腔由大變小而達(dá)到壓縮和排出壓縮空氣的目的。活塞式空氣壓縮機(jī)的外形第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強(qiáng)對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—?dú)埓娴臍怏w在活塞回行時，發(fā)生膨脹，使實(shí)際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3）吸氣預(yù)熱的影響由于壓縮過程中機(jī)件吸熱，所以在吸氣過程中，機(jī)件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預(yù)熱損失用溫度系數(shù)λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強(qiáng)對氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴(yán)密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴(yán)密配合。5）氣體流動慣性的影響當(dāng)吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計(jì)進(jìn)氣管長度，不得隨意增減進(jìn)氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理上述五條原因使實(shí)際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預(yù)熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時間內(nèi)活塞所掃過的氣缸容積。實(shí)際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣預(yù)熱的影響二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理指示功率pi

：按示功圖計(jì)算的功率理論功率Ps、PT：按理論循環(huán)計(jì)算的功率

Ps(PT)<p