《機器人技術應用》 課件 5.1 機器人骨骼-機械結構

第5章機器人機械結構與電機教學目標《機器人技術應用》1.了解機器人常用的機械零件和機械結構；2.掌握直流電機、步進電機、伺服電機的結構、工作原理和應用方法。目錄頁PAGEOFCONTENT5.1機器人骨骼-機械結構5.2機器人電機

5.1機器人骨骼-機械結構5.1.1機器人機械結構的組成很多人可能認為機器人具有人的形態(tài)、能夠模仿人類說話、行走等。但事實上，除了部分場所使用的擬人化服務機器人外，大多數機器人都不具有基本的人類形態(tài)。特別是工業(yè)生產場所使用的機器人，許多是以機械手的形式存在。

5.1機器人骨骼-機械結構5.1.1

機器人機械結構的組成機器人的形態(tài)是通過一系列機械零件與機械結構聯接而成的，機械零件與機械結構是構成機器人的骨骼，是機器人技術的基本組成部分，主要包括：1）傳動件：如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等。2）聯接件：如螺栓、銷、鍵、鉚釘等。3）緩沖件：如彈簧。4）支撐件：如機座、軸承等。5）聯軸器與制動器。5.1機器人骨骼-機械結構1.工業(yè)機器人的機械結構工業(yè)機器人是一種模擬人的手臂、手腕和手功能的機電一體化裝置。能夠精確控制所操作物體的位置、位移、速度和加速度，從而完成一系列工業(yè)生產作業(yè)要求。工業(yè)機器人的機械結構包括：1）機械臂（執(zhí)行結構）2）驅動裝置3）傳動裝置

5.1機器人骨骼-機械結構2.服務機器人的機械結構服務機器人的機械結構形式由工作任務和作業(yè)環(huán)境決定。按照其本體結構的運動能力，服務機器人分為靜止式和移動式兩類。靜止式服務機器人的機械結構與工業(yè)機器人類似，采用多關節(jié)臂結構。通常工作于結構化環(huán)境，機器人與環(huán)境的之間的互動較少，工作任務比較單一，比如汽車加油、醫(yī)療保健、殘疾人護理等。移動式服務機器人是目前大多數服務機器人所采用的本體結構形式，其移動機構包括：輪式結構、履帶式結構、滾筒式結構、爬式結構、腳式行走結構等。5.1機器人骨骼-機械結構5.1.2.機器人的執(zhí)行機構由許多機械連桿連接而成的機械臂，是工業(yè)機器人的執(zhí)行機構。它本質上是一個仿人手臂的空間開式鏈機構，一端固定在基座上，另一端可自由運動。主要由手爪、手腕、手臂、基座四部分組成。1.工業(yè)機器人的執(zhí)行機構5.1機器人骨骼-機械結構1.工業(yè)機器人的執(zhí)行機構1.手爪習慣上又稱作末端執(zhí)行器，是為了實現生產作業(yè)，給機器人配置的操作機構。2.手腕聯接手爪和手臂的機構，作用是改變手爪的空間方向，將作業(yè)載荷傳遞到手臂。5.1機器人骨骼-機械結構1.工業(yè)機器人的執(zhí)行機構3.手臂聯接機身和手腕的部分，由操作的動力關節(jié)和4.基座機器人的基礎部分，起支承作用．對固定式機器人，直接聯接在地面基礎上，對移動式機器人，連接桿件等構成。主要作用是改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置，滿足機器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到基座。則安裝在移動機構上，分為有軌和無軌兩種。5.1機器人骨骼-機械結構2.服務機器人的執(zhí)行機構1.靜止式服務機器人執(zhí)行機構與工業(yè)機器人相似，不同點在于末端執(zhí)行2.移動式服務機器人執(zhí)行機構包括操作機構和行走機構。操作機構：手、手臂和手腕。器接裝不同的機械裝置。行走機構：足式、輪式、履帶式、蠕動行走方式等。5.1機器人骨骼-機械結構5.1.3.機器人的傳動機構1.機器人傳動機構的功能傳遞驅動裝置提供的動力和運動，帶動執(zhí)行機構產生運動，以保證末端執(zhí)行器具有精確的運動位置、姿態(tài)和運動速度。5.1機器人骨骼-機械結構2.工業(yè)機器人的傳動機構工業(yè)機器人廣泛采用的機械傳動機構是減速器，與2）諧波減速器1）RV減速器短、體積小、功率大、質量輕和易于控制等特點。現在大量應用在關節(jié)型工業(yè)機器人上的減速器有：通用的減速器相比，機器人關節(jié)減速器要求具有傳動鏈此外，工業(yè)機器人還采用齒輪傳動、帶傳動、直線運動單元等。5.1機器人骨骼-機械結構2.工業(yè)機器人的傳動機構1.RV減速器組成：主要由太陽輪、行星輪、轉臂、轉臂軸承、

用途：適用于高精度機器人傳動，主要裝置在基座、手臂等承受重負載的位置。RV齒輪、針齒、剛性盤與輸出盤等零件組成。特點：回轉精度穩(wěn)定，有較高的疲勞強度和剛度、使用壽命長。5.1機器人骨骼-機械結構2.工業(yè)機器人的傳動機構2.諧波減速器組成：主要由一個有內齒的剛輪、能徑向彈性變形

用途：主要裝置在小臂、腕部或手部等輕負載位置。的外齒柔輪、一個裝在柔輪內部的波發(fā)生器三部分組成。特點：傳動比大、傳動精度和傳動效率高、結構簡單、體積小、重量輕、可向密閉空間傳遞運動。5.1機器人骨骼-機械結構3.服務機器人的傳動機構一部分對定位精度和重復定位精度要求比高的服務機器人，其傳動機構需要使用諧波減速器或RV減速器，而大部分服務機器人都廣泛采用以下傳動機構：1）齒輪傳動，如直齒輪、斜齒輪、圓錐齒輪、齒輪齒條等2）鏈傳動3）同步帶傳動4）滾珠絲桿傳動5）蝸輪蝸桿傳動5.1機器人骨骼-機械結構3.服務機器人的傳動機構6）棘輪傳動7）曲軸連桿傳動8）直線運動部件，如直線導軌、直線軸承、氣缸、液壓缸等。一：直線運動部件

特點：（1）運動平穩(wěn)、精度高；（2）互換性強（標準件）；（3）剛度高；（4）質量大；適用場合：（1）多與滾珠絲桿配合，實現快速高精度定位。（2）安裝自適應的編碼器。1、直線導軌

（2）直線軸承適用場合：（1）多用于安裝自適應的編碼器，需要成對適用

特點：（1）容許載荷較??；（2）摩擦阻力最小，精度高，

運動快捷。

（3）軸承盒特點：（1）形式多樣；（設計者依據自己的設計適用條件進行設計）（2）運動平穩(wěn)、其精度由設計、加工和安裝精度決定；（3）對構件經行完全約束，可獨立使用；（4）工藝簡單、質量輕；適用場合：（1）多用于搭建升降平臺；（2）機械手的伸縮平臺；

（4）氣缸特點：（1）質量輕、行程短、響應快適用場合：（1）多用于機械手的動力部件

幾種常用氣缸類型單動氣缸氣動爪雙動氣缸

二、機器人常用傳動1、線傳動特點：（1）線傳動機構精巧、安裝方便、占用空間極?。唬?）由于設計、制造簡單、維護保養(yǎng)方便、因此，線傳動成本低；（3）線傳動易摩擦受損，需要定期檢查并及時更換。；（4）線傳動易于發(fā)生線壓線的情況，因此傳動比不精確；（5）線傳動需要預緊。

鋼絲線傳動實例

2、鏈傳動特點：（1）傳遞功率大，過載能力強；（2）所需的張緊力小，對軸的壓力??；（3）平均傳動比準確；（4）傳動平穩(wěn)性差，易磨損，磨損易跳齒；（5）質量大；鏈傳動：通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。

鏈傳動應用實例

單排鏈雙排鏈鏈輪鏈條長度以鏈節(jié)數來表示。鏈節(jié)數最好取為偶數，以便鏈條聯成環(huán)形時正好是外鏈板與內鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數為奇數時，則需采用過渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時，過渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應避免采用。

3、同步帶傳動特點：（1）帶與帶輪間無相對滑動,傳動比恒定、準確；（2）傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；（3）傳遞速度快、中心距大、傳動比大（4）由于預拉力小，承載能力也較??；（機器人比賽足夠）（8）安裝精度要求高，要求有嚴格的中心距，長距離需要安裝張緊輪或中心距可調。

同步帶傳動實例同步帶輪同步帶

同步帶傳動具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點，在機器人制作中使用較多

同步帶傳動應用實例

同步帶傳動在驅動中的應用：

4、滾珠絲桿傳動特點：（1）制造精度高；（2）微進給、控制位置精度高；（3）無側隙、剛性高；（4）進給速度快；

（5）質量大；

4、滾珠絲桿傳動

5、齒輪齒條傳動特點：（1）傳遞動力大、功率高、速度快、傳動比大；（2）工作平穩(wěn)、可靠，傳動比精確；

（3）傳動位置精確，易于控制；

（4）安裝精度要求較高；

（2）質量大，通常用塑料齒輪、齒條。

齒輪齒條傳動斜齒圓柱齒輪傳動蝸輪蝸桿傳動圓錐齒輪傳動轉盤與電機的配合：

6、氣壓傳動特點：（1）成本低、質量輕、響應快、動作快；（2）可重復次數少（沖一次氣只能用幾次），工作速度穩(wěn)定性較差

；（3）接口處易漏氣；（4）工作壓力比較小，輸出力不大；

氣動是機械手最常用的傳動方式：

氣缸應用于提升裝置

氣缸應用于提升裝置

7、蝸輪蝸桿傳動蝸輪蝸桿機構常用來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力特點：1.可以得到很大的傳動比，結構緊湊。2.兩輪嚙合齒面間為線接觸，承載能力大。3.蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小。4.具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性，可實現反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。5.傳動效率較低，磨損較嚴重。6.蝸桿軸向力較大。

渦輪蝸桿應用實例

8、其他傳動方式棘輪傳動曲軸連桿傳動5.1機器人骨骼-機械結構5.1.4設計和制作機器人的一般過程1.機器人設計的內容額定負載額定速度工作空間自由度驅動方式性能指標1）基本技術參數設計5.1機器人骨骼-機械結構1.機器人設計的內容運動功能方案設計傳動系統(tǒng)方案設計結構布局方案設計詳細參數設計控制系統(tǒng)方案設計總體方案評價2）總體方案設計5.1機器人骨骼-機械結構1.機器人設計的內容裝配圖設計零件圖設計控制系統(tǒng)硬件設計控制系統(tǒng)軟件設計3）詳細設計5.1機器人骨骼-機械結構2.機器人設計和制作的流程5.1機器人骨骼-機械結構2.機器人設計和制作的流程1）任務分析，總體設計。2）結構設計：行走機構設計，操作機構設計，框架外