机械原理 英汉双语 教学课件 作者 张春林 第10章 空间连杆机构及机器人机构概述.pptx

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1、第10章空间连杆机构及机器人机构概述1.空间连杆机构中的运动副(1)Ⅰ类副图10-1a所示的球放在平面上，形成点接触的高副，仅提供沿二者公法线n—n方向的一个约束。(2)Ⅱ类副具有2个约束、4个自由度。图10-1b所示的圆柱平面副中，提供沿z轴移动和绕x轴转动的2个约束，用CE表示圆柱平面副。图10-1c所示的球槽副中，提供沿z轴移动和沿x轴移动2个约束，用SG表示球槽副，它们是典型的Ⅱ类副。Ⅱ类副也很少应用。10.1　空间连杆机构概述Fig.10-1　Spatialkinematicpairs1(空间运动副1)(3)Ⅲ类副具有3个约束和3个自由度的运

2、动副，图10-2a中的球置于球面槽中，形成典型的球面副，用S表示球面副。图10-2a中的球置于球面槽中，形成典型的球面副，用S表示球面副。球面副限制了沿x、y、z轴的移动，保留绕3个轴转动的自由度。球面副在空间机构中应用广泛。图10-2b为球面副的代表符号。图10-2c为两平面接触形成的平面副，用E表示，提供了沿z轴移动、绕x、y轴转动的3个约束，应用很少。Fig.10-2　Spatialkinematicpairs2(空间运动副2)(4)Ⅳ类副具有4个约束和2个自由度的运动副。图10-3a所示的球销副中，由于球销的约束，仅保留2个转动自由度。运动副

3、符号如图10-3b所示，名称用S′表示。图10-3c中的圆柱副中,仅保留沿轴线的移动和绕轴线的转动自由度,运动副符号如图10-3d所示，名称用C表示。Ⅳ类运动副在空间机构中应用较广泛。Fig.10-3　Spatialkinematicpairs3(空间运动副3)(5)Ⅴ类副具有5个约束、1个自由度的运动副。图10-4a所示的转动副中，仅有一个绕轴线的转动自由度，运动副代表符号如图10-4b所示，名称用R表示。图10-4c所示移动副中，仅有1个沿导路方向的移动自由度，运动副代表符号如图10-4d所示，名称用P表示。图10-4e所示的螺旋副中，沿轴线的移动

4、和绕轴线的转动线性相关，所以只有1个移动自由度，代表符号如图10-4f所示，名称用H表示。Fig.10-4　Spacialkinematicpairs4(空间运动副4)2.空间连杆机构的自由度三维空间中的每个自由构件有6个自由度，n个构件则有6n个自由度。这些构件用运动副连接组成机构后，构件的运动就会受到运动副的约束。n个构件的自由度总数6n减去各运动副的约束总数，就是机构的自由度数。设机构中的Ⅰ类副数目为p1,则其提供的约束为1p1；Ⅱ类副数目为p2个，则其提供的约束为2p2个；Ⅲ类副的数目为p3，则其提供的约束为3p3；Ⅳ类副的数目为p4，则其提供

5、的约束为4p4；Ⅴ类副的数目为p5，则其提供的约束为5p5。则机构自由度为3.空间连杆机构分类(1)空间连杆机构表示方法　平面连杆机构名称是按其运动特性确定的。如曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、双曲柄机构等。空间机构的名称则用运动副名称表示。第一个字母一般是原动件与机架连接的运动副的名称，然后按顺序依次排列。图10-5所示飞机起落架机构可称为SPSR空间连杆机构。Fig.10-5　Aircraftundercarriage(飞机起落架)(2)空间连杆机构分类　按组成空间连杆机构的运动链是否封闭，空间连杆机构分为闭链空间连杆机构和开链空间连杆机构。图10-6

6、a所示RSSR机构中。构件1、2、3、4通过转动副和球面副连接，形成一个封闭运动链，构件4为机架。图10-6b所示机构中。构件1、2、3、4、5通过转动副连接，形成一个不封闭的运动链，构件1为机架，则组成4R型空间开链机构。该机构是典型的机器人机构。Fig.10-6　Classificationofspatialmechanisms(空间机构分类)例10-1计算图10-7a所示R3C机构的自由度。Fig.10-7　D.O.Fofspatialmechanisms(空间机构的自由度)4.空间连杆机构自由度的计算例10-2计算图10-7b所示RSSR机构的

7、自由度例10-3计算图10-8所示开链机器人机构自由度。Fig.10-8　Openlinkrobotmechanism(开链机器人机构)1.串联机器人机构Fig.10-9　Tandemrobotmechanism(串联机器人机构)1—Wristjoint(腕关节)　2—Elbowjoint(肘关节)　3—Shoulderjoint(肩关节)4—Waistjoint(腰关节)　5—Base(底座)10.2　机器人机构概述串联机器人大都是开链机构，图10-9a所示机器人是3个转动副、3个构件组成的串联机器人，也简称3R串联机器人。串联机器人机构可以是平面开

8、链机构，也可以是空间开链机构。串联机器人一般由底座、腰部、大臂、小臂和腕部组成，分别对应腰关节