工业机器人的机械结构课件.ppt

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1、工业机器人的机械结构,手部机构机器人的行走能力机器人机械设计的基本要求及影响因素,第五节 手部(末端执行器)机构,抓紧和握紧（吸附）工件或夹持专用工具（如喷枪、扳手、焊枪）进行操作的部件，模仿人手，装在手臂前端。（1）夹钳式取料手（2）吸附式取料手（3）专用操作器及转换器（4）仿生多指灵巧手,依兴趣自学,夹钳式手部,1、手部的组成,夹钳式手部,2.夹钳式手部设计的注意事项,手指应具有一定的开闭范围,开闭范围太小，将限制手部的通用性，甚至使手部不能完成正常的抓放工作,手指应具有适当的夹紧力N=(23)G,要保证工件在手指内的定位精度,结构紧凑，重量轻，效率高,通用性和可换性,(一)手指,一般有两

2、个，三个或多个，其结构形式和材料常取决于被夹持工件的形状和特性。,1）指端形状直接与工件接触，结构形式取决于工件形状。,V形指：圆柱形工件,平面指：方形、板形工件和细小棒料,尖指：小型或柔性工件薄指：位于狭窄工作场地的细小工件长指：炽热的工件,特形指：形状不规则工件,2)指面形状,根据工件形状、大小及其被夹持部位材质、软硬、表面性质不同，指面有：A.光滑指面：夹持已加工表面，防止受伤。B.齿形指面：指面刻有齿纹，夹持表面粗糙的毛坯或半成品。C.柔性指面：指面镶衬橡胶、泡沫、石棉等物，夹持已加工表面、炽热件，薄壁件和脆性工件。,3)手指的材料,一般碳素钢和合金结构钢；,为使手指经久耐用，指面可镶

3、嵌硬质合金；,高温作业的手指，可选择耐热钢；,在腐蚀性气体环境下工作的手指，可镀铬或进行搪瓷处理，也可选用耐腐蚀的玻璃钢或聚四氟乙烯。,(二)手部的传动机构,向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作。根据手指开合的动作特点分为：回转型传动机构和移动型传动机构。,斜楔杠杆式（回转型）,斜楔驱动杆,滚子,圆柱销,拉簧,铰销,手指,工件,承载能力较大适合夹持中小型工件,圆柱销,铰销,手指,调整各杆之间角度或杆长，可改变握力的大小及指间开度；结构简单动作灵活，夹持范围大无自锁功能，精度问题,滑槽杠杆式（回转型）,连杆杠杆式（回转型）,1、承载能力大；2、开闭范围不大；3、用于夹持大型工件；4、机构活

4、动环节较多，定心精度不如斜楔式,齿条齿轮杠杆式（回转型）,平移型传动机构,手指做直线往复运动或平面移动来实现张开与闭合；用于夹持具有平行平面的工件，结构复杂，不如回转型应用广泛；承载能力大；但开闭范围不大；可用于夹持大型工件；,1)平面平行移动机构,构件多；传动效率低；,2)直线往复移动机构,斜楔式,杠杆式,2)直线往复移动机构,齿轮齿条式,螺旋式,其它结构形式的手部,勾托式手部气吸式手部磁吸式手部挠性手部弹簧式手部类人式手部,勾托式手部,利用工件本身的重量来托持工件,因此可降低对驱动力的要求其他自由度靠摩擦力限制适用于在水平面内和垂直面内搬运大型笨重的工件或结构粗大而质量较轻且易变形的工件,

5、齿条,齿轮,手指,销子,驱动油缸,手指,吸附式手部,靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为气吸附(真空吸附)和磁吸附两种。适用于大平面（单面接触无法抓取）、易碎（玻璃、磁盘）、微小（不易抓取）的物体。,利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作；与夹钳式相比，具有结构简单、重量轻、吸附力分布均匀等优点；广泛适用于薄片状的非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附，但要求物体表面平整光滑，无孔无凹槽。比如：板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、纸张、塑料等。,气吸附式,气吸附式手部,气吸附式手部,气吸附式手部,吸附式手部,磁吸附式,利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁吸力取料，因此只能对铁磁物体起作用，另外

6、，对某些不允许有剩磁的零件要禁止使用，所以具有一定的局限性；吸附头上常吸附磁性铁屑，会划伤对象物，吸不平；723摄氏度以上时，磁性消失。,挠性手部,软手爪；由多个关节组成，每个关节都有伺服机构，在自动控制下产生弯曲运动而抓取物体。,弹簧式手部,类人式手部,常见的是三指或五指；每个手指的关节通常通过钢丝绳、记忆合金、人造肌纤维驱动；,第六节 机器人的行走能力,驱动装置传动机构位置检测元件传感器电线及管路,支承机器人的机身、臂部和手部；带动机器人实现在更广阔的空间内运动；,组成：,作用：,行走机构分类,固定轨迹式 多见于工业机器人：机器人的机身底座安装在一个可移动的托板座上，靠丝杠螺母驱动；起重机

7、梁行走方式。无固定轨迹式 与地面连续接触：轮式、履带式 与地面间断接触：步行式,行走机构分类,是机器人应用中最多的，在相对平坦坚硬的地面上，用车轮移动的行走方式是优越的。,足式行走机构有很大的适应性；尤其适于在有障碍物的通道行走；,车轮式行走机构,足式行走机构,对行走机器人的一般要求,首先机器人能够面对一个物体自行重新定位；行走机器人应能够绕过其运行轨道上的障碍物；计算机视觉系统是提供上述能力的方法之一能够支持机器人的重量并具有保持稳定的能力；增加机器人移动机构的重量和刚性 进行实时计算和施加所需平衡力灵活性,车轮式行走机器人,（a）（b）两个驱动轮和两个自位轮（c）一个驱动系统和转向轮,（e

8、）一个驱动系统和两个转向轮（f）全部轮都装有转向机构,车轮式行走机器人,四个轮子全装有转向机构，任何方向都能行走、拐弯；行走和转弯是相互独立的；,全方位移动机器人,摇动摆线移动机构,如果机器人本体向前倾倒时，车轮的接地点变得比重心更靠前，所以能够稳定站立,转臂式阶梯升降机构,行走时车轮旋转；上下台阶时臂回转；,车轮式行走机器人,每组轮子在各自的驱动电机的带动下自由地转动，使机器人移动；驱动电机控制系统可同时驱动三组轮子，也可分别驱动其中两组轮子；机器人的稳定性不够，易倾倒，且运动稳定性随负载轮子的相对位置不同而变化；,具有三组轮子的轮系,两足步行式机器人,结构简单；在动静行走性能、稳定性和高速

9、运动方面，很困难；,四足步行式机器人,1、步行时，一只脚抬起，必须移动身体，让重心落在另三只脚组成的三角形内；2、改变步行方向和上下台阶，各脚需要三个自由度；,五脚机器人,在平地上靠脚尖上的轮子行走；腿可以伸缩，使脚踏上台阶，能升能降；,六脚步行机器人,12个自由度，只能前进，不能改变方向,18个自由度，能前进，能改变方向,履带式行走机器人,可以在凹凸的地面上行走，可以跨越障碍物，能爬梯度不太高的台阶；没有自位轮，没有转向机构，转弯靠两个履带的速度差；横向和前进方向均会产生滑动，转弯阻力大；,装有转向机构的履带式机器人,形状可变式履带机构,其它行走机器人,其它行走机器人,可以普通行走；在管内把

10、脚向上方伸，用管端面上的三个点支撑移动；骑在管子上沿轴向或圆周移动；,第七节 机器人机械设计的基 本要求及影响因素,提高机器人性能指标的基本要求机构定位精度和重复精度的影响因素,提高机器人性能指标的基本要求,保证工作循环的要求增加机器人驱动功率 选用输出力矩大、力矩特性好、质量轻、惯量小的电机；减小关节和连杆的质量和转动惯量 合理地选择机器人手臂的形状和材料；改进控制方法 采用最佳轨迹计算机控制方法；,提高机器人性能指标的基本要求,保证精度的要求结构设计方面；注意选材；精心制作；严格的检查和试验；,提高机器人性能指标的基本要求,使用寿命、可靠性和维修方便程度使用寿命（40000h）、平均失效时间（400h）、平均维修时间（8h）；改进机器人的设计，尽可能采用较少的零件并使零件容易更换；,机构定位精度和重复精度的影响因素,重力影响惯性效应齿隙误差热效应轴承的游动扭曲效应,