機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)目錄01·機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)02·機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)03·驅(qū)動機(jī)構(gòu)04機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）·

自由度操作機(jī)的自由度多，機(jī)構(gòu)運(yùn)動的靈活性大，通用性強(qiáng)，但機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜，剛性變差。機(jī)構(gòu)的自

由度多于為完成生產(chǎn)任務(wù)所必需的自由度時，多余的

自由度稱為冗余自由度。設(shè)置冗余自由度使操作機(jī)具

有一定的避障能力，在進(jìn)行運(yùn)動逆解時，使各關(guān)節(jié)的

運(yùn)動具有優(yōu)選的條件。工業(yè)機(jī)器人一般多為4~6個自

由度。第一節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)第一節(jié)

機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)PART01第一節(jié)

機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)·工作速度工作速度是指機(jī)器人在工作載荷條件下，勻速運(yùn)動過程，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時間內(nèi)所

移動的距離或轉(zhuǎn)動的角度。·工作載荷機(jī)器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最大負(fù)載量（包括手部）。用質(zhì)量、力矩、慣性矩

來表示。

第一節(jié)

機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)·控制方式機(jī)器人用于控制軸的方式，使伺服還是非伺服，伺服控制方式是實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡還是點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動。·驅(qū)動方式指的是關(guān)節(jié)執(zhí)行器的動力源形式：

電氣驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、其它驅(qū)動形式。精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度、和分辨率用來定義機(jī)器人手部

的定位能力?！ぞ仁且粋€位置量相對于其參照系的絕對度量。任務(wù)機(jī)床上下料沖床上下料點(diǎn)焊模鍛噴漆裝配測量弧焊重復(fù)性±（0.05~1)±1±1±0.1~2±3±(0.01~0.5)±(0.01~0.5)±(0.2~

0.5)第一節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)·

分辨率是指機(jī)器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角

度。精度和分辨率不一定相關(guān)。實(shí)

際

位

置重復(fù)精度精度分辨率、精度、重復(fù)精度的關(guān)系TBRU分辨率給定位置反饋尺第一節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)臂部·支承腕部和手部，并帶動它們

在空間運(yùn)動·在工作中直接承受腕、手和工

件的靜、動載荷，

自身運(yùn)動又

較多，故受力復(fù)雜。機(jī)身·

起連接、支承和傳

動的作用·

既可以是固定式的，

也可以是行走式的一、機(jī)身和臂部的作用機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一） 第二節(jié)機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)控制簡單；剛性最大（龍門式）；

容易達(dá)到高精度；操作范圍??；占地面積大；運(yùn)動速度低；密封性差；機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）直角坐標(biāo)型式 二、機(jī)身的典型結(jié)構(gòu)常用典型案例：注塑機(jī)械手工作范圍可以擴(kuò)大；計算簡單；動力輸出較大；手臂可達(dá)空間受到限制；

直線驅(qū)動部分難以密封；安全性差；機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）圓柱坐標(biāo)型 二、機(jī)身的典型結(jié)構(gòu)中心支架附近的工作范圍大；工作空間大；坐標(biāo)系復(fù)雜，難以控制；存在工作死區(qū)；密封性較差；機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）球坐標(biāo)式 二、機(jī)身的典型結(jié)構(gòu)垂直方向上剛度高；

水平面內(nèi)動作靈活；適于孔軸裝配工作；機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）平面多關(guān)節(jié)型二、機(jī)身的典型結(jié)構(gòu)動作靈活；工作空間大；

易密封；工作條件要求低；

適合用電機(jī)驅(qū)動；計算量大；輸出動力不大；機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）垂直多關(guān)節(jié)型 二、機(jī)身的典型結(jié)構(gòu)·

回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身·

回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）機(jī)身的典型結(jié)構(gòu)升降回轉(zhuǎn)臺升降缸體活塞活塞桿固定導(dǎo)套齒輪套筒齒條缸固定立柱齒條活塞油缸驅(qū)動的回轉(zhuǎn)型機(jī)身1、活塞2、花鍵套3、花鍵軸4、升降油缸5、擺動油缸6、擺動缸定片7、擺動缸動片齒條活塞油缸驅(qū)動的回轉(zhuǎn)型機(jī)身鏈條鏈輪型回轉(zhuǎn)機(jī)身采用尾部耳環(huán)或中部銷軸與立柱連接鉸鏈連接 回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身·

臂部伸縮機(jī)構(gòu)·

臂部俯仰運(yùn)動機(jī)構(gòu)·

手臂回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)手臂回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)通常是通過臂部相對

于立柱的運(yùn)動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。常采用回轉(zhuǎn)缸與升

降缸單獨(dú)驅(qū)動，適用于升降行程短而回轉(zhuǎn)角度

小于360

°的情況，也有采用升降缸與氣馬達(dá)——錐齒輪傳動的結(jié)構(gòu)。機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）三、臂部的典型機(jī)構(gòu)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）（1.

）橫梁式

機(jī)身設(shè)計成橫梁式，用于懸掛手臂部件，這類機(jī)器人大都為

移動式。（2.

）立柱式

立柱式機(jī)器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運(yùn)動形式，是一種常見的配置形式。（3.

）機(jī)座式

機(jī)身設(shè)計成機(jī)座式，這種機(jī)器人可以使獨(dú)立的、

自成系統(tǒng)，的完整裝置，可以隨意安放和搬動。（4.

）屈伸式

屈伸式機(jī)器人的臂部可以有大小臂組成，大小臂間有相對運(yùn)動，成為屈伸臂。 四、機(jī)身與臂部的配置形式·根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸※采用封閉型空心截面的結(jié)構(gòu)作為臂桿※適當(dāng)減小壁厚，加大輪廓尺寸·提高支承剛度和接觸剛度※支座的結(jié)構(gòu)形狀、底板的連接形式※提高配合面間的接觸剛度，即保證配合表面的加工

精度和表面粗糙度·合理布置作用力的位置和方向機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）#剛度 五、機(jī)身和臂部設(shè)計應(yīng)注意的問題#精度(手部位置精度)※剛度※各運(yùn)動部件的制造和裝配精度※手部或腕部在臂上的定位和連接方式※臂部和機(jī)身運(yùn)動的導(dǎo)向裝置和定位方式 四、機(jī)身和臂部設(shè)計應(yīng)注意的問題#平穩(wěn)性※臂部和機(jī)身的運(yùn)動部件應(yīng)力求緊湊、質(zhì)量

輕，以減少慣性力。

鋁合金或非金屬材料※必須注意運(yùn)動部件各部分的質(zhì)量對轉(zhuǎn)軸或

支承的分布情況，即重心的布置。 四、機(jī)身和臂部設(shè)計應(yīng)注意的問題#其他※傳動系統(tǒng)應(yīng)力求簡短，以提高傳動精度和效率?！黩?qū)動裝置、傳動件、管線系統(tǒng)及各個運(yùn)動

的測、控元件等布置要合理緊湊，操作維護(hù)要

方便?！鶎τ谠谔厥鈼l件下工作的機(jī)器人，設(shè)計時要

有針對性地采取措施：

防熱輻射、防腐、防

塵、防爆 四、機(jī)身和臂部設(shè)計應(yīng)注意的問題·機(jī)械手的腰部包括機(jī)座和腰關(guān)節(jié)，機(jī)座承受機(jī)器人全

部重量，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般用鑄鐵或鑄鋼

制造，·機(jī)座要有一定的尺寸以保證操作機(jī)的穩(wěn)定，并滿足驅(qū)

動裝置及電纜的安裝。·腰關(guān)節(jié)是負(fù)載最大的運(yùn)動軸，對末端執(zhí)行器運(yùn)動精度

影響最大，故設(shè)計精度要求高。腰部機(jī)構(gòu)的設(shè)計注意事項(xiàng)·腰關(guān)節(jié)的軸可采用普通軸承

的支承結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)

簡單、安裝調(diào)整方便，但腰

部高度較高。·

現(xiàn)在大多數(shù)機(jī)器人的腰關(guān)節(jié)

均采用大直徑交叉滾子軸承

支承的結(jié)構(gòu)，既可使機(jī)座高

度大大降低，又具有更好的

支承剛度。腰部機(jī)構(gòu)的設(shè)計注意事項(xiàng)·臂部的作用是連結(jié)腰部和腕部，實(shí)現(xiàn)操作機(jī)在空間中

的運(yùn)動?！な直鄣拈L度尺寸要滿足工作空間的要求，

由于手臂的

剛度、強(qiáng)度直接影響機(jī)器人的整體運(yùn)動剛度，同時又

要靈活運(yùn)動，故應(yīng)盡可能選用高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，減輕

其重量。·在臂體設(shè)計中，也應(yīng)盡量設(shè)計成封閉形和局部帶加強(qiáng)

肋的結(jié)構(gòu)，以增加剛度和強(qiáng)度。 臂部機(jī)構(gòu)的設(shè)計注意事項(xiàng)1——大錐齒輪2——小錐齒輪3——大臂4——小臂電動機(jī)

5——驅(qū)動軸6——偏心套7——小齒輪8——大齒輪9——偏心套10——小臂壓縮空氣粘度小，速度高壓縮空氣的壓力低，出力小，功率小由于空氣可壓縮性，工作不平穩(wěn)，精度低防水問題(生銹導(dǎo)致機(jī)器人失靈)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）·

直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)氣壓驅(qū)動第三節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)降低轉(zhuǎn)速

提高轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）傳動機(jī)構(gòu)負(fù)載(關(guān)節(jié))第三節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)Ti

θi

Ji

→Ti

θi

Jθ

=(·i

/·o

)2Jo

+Ji·旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)齒輪鏈降低了轉(zhuǎn)動慣量,但同時帶來了噪聲Jθ第三節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低傳動不打滑傳動效率高(99.5%)

最高線速度(80/s)2,3（聚氨酯）1（鋼絲繩或玻璃纖維繩）同步皮帶(齒形帶)第三節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)同時有多個齒嚙合,剛度高傳動精度高,

回差小齒輪減速比較大諧波齒輪第三節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)第三節(jié)

驅(qū)動機(jī)構(gòu)·

直線驅(qū)動和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的選用和制動◎多選用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，

由步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動◎各關(guān)節(jié)處要安裝制動器在機(jī)器人停止工作時，保持機(jī)械臂的位置不變；在

電源發(fā)生故障時，保護(hù)機(jī)械臂和它周圍的物體不發(fā)生碰撞。機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）·

腕部是臂部與手部的連接部件，起支承手部和改變手部姿態(tài)的作用．為了使手

部能處于空間任意方向，要求腕部能實(shí)

現(xiàn)對空間三個坐標(biāo)軸x、y、z

的轉(zhuǎn)動，即具有偏轉(zhuǎn)（Yaw）、俯仰（

Pitch）

和回轉(zhuǎn)（

Roll）三個自由度。機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)（一）第五節(jié)腕部機(jī)構(gòu)·手腕按自由度個數(shù)可分單自由度手腕，二自由度手腕

和三自由度手腕．采用幾個自由度的手腕應(yīng)根據(jù)機(jī)器

人的工作性能來確定。在有些情況下，