第2章机器人机械系统设计2-工业机器人ppt课件.ppt

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1、2.3机身和臂部设计机器人的机械系统通常由机身（含基座）、臂部（含手腕）和手部三大部分组成。基座：整个机械手的支持部分，是安装动力源、手臂等其它执行机构部件的支架，主要有固定式和移动式两种。该部件必须具有足够的刚度和稳定性。具有行走机构的工业机器人2.3.1机身设计机身是支承臂部的部件，机座往往与机身做成一体。机身和臂部相连，机身支承臂部，臀部又支承腕部和手部。机身一般实现回转、升降和仰俯等运动，常有1～3个自由度。如图：关节型机器人，机身的回转运动再加上臂部的平面运动，就能使腕部作空间运动。是执行机构的关

2、键部件，制造误差、运动精度和平稳性，对机械手的定位精度有决定性的影响。回转与升降机身回转运动在下，升降运动在上链条链轮传动实现机身回转的原理图（a）单杆活塞气缸（b）双杆活塞气缸回转与俯仰机身机身设计时要注意下列问题机身驱动力（力矩）计算（略）要有足够的刚度、强度和稳定性；运动要灵活，升降运动的导向套长度不宜过短，避免发生卡死现象；驱动方式要适宜；结构布置要合理。2.3.2臂部设计臂部：连接机身和腕部，通常由大臂和小臂组成，用以带动腕部作平面运动。一般具有2个自由度，即伸缩、回转或俯仰。臂部的作用是引导手指

3、准确地抓住工件，并运送到所需要的位置上。在运动时，直接承受腕部、手部和工件（或工具）的静、动载荷，尤其高速运动时，将产生较大的惯性力（或惯性力矩），引起冲击，影响定位的准确性。臂部设计要求：要求手臂应具有足够的承载能力和刚性；导向性要好；质量和运动惯量要小；减小偏心力矩的方法：①尽量减小臂部运动部分的质量；②使臂部的重心与立柱中心尽量靠近；③采取“配重”的方法来减小和消除偏重力矩。运动要平稳、定位精度要高。影响因素：①惯性冲击的影响；②定位方法的影响；③结构刚性的影响；④控制及驱动系统的影响等。臂部的常用结

4、构利用齿轮齿条液压缸实现手臂作回转运动的结构气压传动的齿轮齿条式增倍机构的手臂结构。手臂的行程和速度均为活塞杆3的行程和速度的两倍。L轴为肩关节：交流伺服电机---谐波齿轮减速器---大臂相对于腰部摆动。U轴为肘关节：交流伺服电机---RV摆线针轮传动减速器---小臂相对于大臂摆动。S轴为腰关节：交流伺服电机---RV摆线针轮传动减速器---机身回转运动。MOTOMAN-SV3X机器人的机身与臂部2.4腕部设计（WristDesign）腕部用来连接操作机手臂和末端执行器，并决定末端执行器在空间里的姿态。腕部

5、一般应有2～3个DOF，结构要紧凑，质量较小，各运动轴采用独立传动。手腕的DOF2.4.1腕部的作用与DOF单自由度2.4.2手腕的分类按自由度数目：可分为单自由度手腕，二自由度手腕，三自由度手腕。二自由度三自由度PUMA262型机器人的手腕采用了RRR结构形式，MOTOMANSV3型机器人的手腕采用了RBR结构形式。摆动油缸工作原理手腕的几种结构(5-32)链条传动实现腕部运动T轴的轴线与B轴垂直，由交流伺服电机---谐波齿轮减速器--法兰盘(末端执行器机械接口单元)绕T轴转动。驱动电机直接安装在腕部。末

6、端执行器通过法兰盘，安装在机械手末端。MOTOMAN-SV3X机器人的腕部结构R轴、B轴和T轴组成腕关节R轴：小臂中心线为轴线，由交流伺服电机---齿形带---RV减速器---小臂绕R轴旋转。其中为了减小转动惯量，电机安装在肘关节处，即和L轴的电机交错安装。B轴的轴线和R轴轴线垂直，由交流伺服电机---齿形带---谐波齿轮减速器---驱动腕关节作俯仰运动。交流伺服电机安装在小臂内部末端。2.5.1手部的特点手部是工业机器人直接与工件、工具等接触的部件。它能执行人手的部分功能。2.5手部设计特点：手部与手腕相

7、连处可拆卸；手部是工业机器人末端操作器；手部的通用性比较差；手部是一个独立的部件。2.5.2手部的分类根据被抓取工件、工具等的形状、尺寸、重量、易碎性、表面光洁度的不同，在工业生产中使用着各种形式的手部机构。机械钳爪式吸附式按照夹持原理磁力吸附式真空吸附式钳爪式手部结构1.手指：直接与工件接触的部件。二手指、三手指、多手指。结构形状取决于被夹持工件的形状和特性。手指形状平面指V形指尖指特形指2.传动机构：向手指传递运动和动力、以实现夹紧和松开动作的机构。传动机构形式斜楔杠杆式滑槽杠杆式连杆杠杆式齿轮齿条杠杆

8、式斜楔杠杆式滑槽杠杆式连杆杠杆式齿轮齿条杠杆式1.磁力吸附式磁吸式手都是在手腕部装上电磁铁，通过磁场吸力把工件吸住。吸附式手部结构电磁吸盘的工作原理2.真空吸附式（VacuumSuction）真空吸附式是利用橡胶皮腕或软性塑料腕中形成真空或负压而把工伴吸住的。对干一些薄片状工件，如薄铁片、矽钢片、板材、纸张、薄而易碎的玻璃器皿和弧形壳体零件等，适用于用气吸式吸盘．对玻璃器皿及金属薄片等的抓取，效果更为明显。真空吸