1、1 2.1 機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的步驟機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的步驟1、作業(yè)分析、作業(yè)分析 作業(yè)分析包括任務(wù)分析和環(huán)境分析，不同的作業(yè)任務(wù)作業(yè)分析包括任務(wù)分析和環(huán)境分析，不同的作業(yè)任務(wù)和環(huán)境對(duì)機(jī)器人操作及的方案設(shè)計(jì)有著決定性的影響。和環(huán)境對(duì)機(jī)器人操作及的方案設(shè)計(jì)有著決定性的影響。2、總體方案設(shè)計(jì)、總體方案設(shè)計(jì) （1）確定動(dòng)力源）確定動(dòng)力源 （2）確定構(gòu)型和安裝方式）確定構(gòu)型和安裝方式 （3）確定自由度）確定自由度 （4）確定動(dòng)力容量和傳動(dòng)方式）確定動(dòng)力容量和傳動(dòng)方式 （5）優(yōu)化運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)）優(yōu)化運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù) （6）確定平衡方式和平衡量）確定平衡方式和平衡量 （7）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

2、 & 第二章第二章 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)23、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包括機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的配置及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的配置及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)及桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，走線及電器接口關(guān)節(jié)及桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，走線及電器接口設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)等。4、動(dòng)特性分析、動(dòng)特性分析 估算慣性參數(shù)，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真、分析，估算慣性參數(shù)，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真、分析，確定其結(jié)構(gòu)固有頻率和響應(yīng)特性。確定其結(jié)構(gòu)固有頻率和響應(yīng)特性。6、施工設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì) 完成施工圖設(shè)計(jì)，編制相關(guān)技術(shù)文件。完成施工圖設(shè)計(jì)，編制相關(guān)技術(shù)文件。5、優(yōu)化設(shè)

3、計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì) 重復(fù)重復(fù)3、4。3 2.2 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器（通過聯(lián)軸器）帶動(dòng)傳動(dòng)在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器（通過聯(lián)軸器）帶動(dòng)傳動(dòng)裝置裝置( (一般為減速器一般為減速器) )，再通過關(guān)節(jié)軸帶動(dòng)桿件運(yùn)動(dòng)。，再通過關(guān)節(jié)軸帶動(dòng)桿件運(yùn)動(dòng)。 機(jī)器人有兩種最常用的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)器人有兩種最常用的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和移轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和移( (直直) )動(dòng)關(guān)節(jié)。動(dòng)關(guān)節(jié)。 為了進(jìn)行位置和速度控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還包括位置和速為了進(jìn)行位置和速度控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還包括位置和速度檢測(cè)元件。檢測(cè)元件類型很多，但都要求有合適的精度（度檢測(cè)元件。檢測(cè)元件類型很多，但都要求有合適

4、的精度（高一個(gè)數(shù)量級(jí)）、連接方式以及有利于控制的輸出方式。對(duì)高一個(gè)數(shù)量級(jí)）、連接方式以及有利于控制的輸出方式。對(duì)于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)元件常與電機(jī)直接相聯(lián)；對(duì)于液壓驅(qū)于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)元件常與電機(jī)直接相聯(lián)；對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)，則常通過聯(lián)軸器或銷軸與被驅(qū)動(dòng)的桿件相聯(lián)。動(dòng)，則常通過聯(lián)軸器或銷軸與被驅(qū)動(dòng)的桿件相聯(lián)。 2.2.1 2.2.1 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成41碼盤；碼盤；2 測(cè)速機(jī)；測(cè)速機(jī)；3 電機(jī)；電機(jī)；4 聯(lián)軸器；聯(lián)軸器；5 傳動(dòng)裝置；傳動(dòng)裝置；6 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；7 桿桿 8 電機(jī)；電機(jī)； 9 聯(lián)軸器；聯(lián)軸器；10 螺旋副；螺旋副；11 移動(dòng)關(guān)節(jié)；移動(dòng)關(guān)節(jié)；12 電位器電位器

5、(或光柵尺或光柵尺) 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)伺服電機(jī)+聯(lián)軸節(jié)聯(lián)軸節(jié)+傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置+運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)+反饋元件反饋元件51 1電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。驅(qū)動(dòng)比較困難。 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器又可分為直流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器又可分為直流 (DC)、交流、交流(AC)伺服電機(jī)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 直流伺服電機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的電刷易磨損，且易直流伺服電機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的電

6、刷易磨損，且易形成火花。隨著技術(shù)的進(jìn)步，形成火花。隨著技術(shù)的進(jìn)步，近年來(lái)交流伺服電機(jī)已逐漸近年來(lái)交流伺服電機(jī)已逐漸取代直流伺服電機(jī)而成為工業(yè)機(jī)器人的主要驅(qū)動(dòng)器取代直流伺服電機(jī)而成為工業(yè)機(jī)器人的主要驅(qū)動(dòng)器。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多為開環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多為開環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度小功率機(jī)器人系統(tǒng)。多用于低精度小功率機(jī)器人系統(tǒng)。2.2.2 2.2.2 驅(qū)動(dòng)器的類型和特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)器的類型和特點(diǎn)6直流伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)放大器直流伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)放大器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器驅(qū)動(dòng)放大器72. 液壓驅(qū)動(dòng)器液壓驅(qū)動(dòng)器 液壓驅(qū)

7、動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是功率大，可省去減速液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊裝置而直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。但需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體的精度。但需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫場(chǎng)合，故液壓驅(qū)動(dòng)泄漏，不適合高、低溫場(chǎng)合，故液壓驅(qū)動(dòng)目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。 液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)液壓擺動(dòng)馬達(dá)液壓擺動(dòng)馬達(dá)液壓控制閥液壓控制閥液壓泵液壓泵83氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器 氣壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，具有緩沖作用。氣壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，

8、具有緩沖作用。但與液壓驅(qū)動(dòng)器相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不但與液壓驅(qū)動(dòng)器相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制機(jī)器人。易控制，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制機(jī)器人。 氣氣動(dòng)動(dòng)馬馬達(dá)達(dá)氣氣動(dòng)動(dòng)擺擺動(dòng)動(dòng)馬馬達(dá)達(dá)氣氣缸缸氣氣泵泵氣氣動(dòng)動(dòng)三三大大件件氣氣動(dòng)動(dòng)控控制制閥閥9 4其它驅(qū)動(dòng)器其它驅(qū)動(dòng)器 作為特殊的驅(qū)動(dòng)裝置，有壓電晶體、形狀記憶合金、人工作為特殊的驅(qū)動(dòng)裝置，有壓電晶體、形狀記憶合金、人工肌肉肌肉(電活性聚合物電活性聚合物)等。等。壓電微驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人壓電微驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手人工肌肉驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂人工肌肉驅(qū)動(dòng)的機(jī)

9、械臂10 驅(qū)動(dòng)器的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，以驅(qū)動(dòng)器的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，以價(jià)格高低、技術(shù)水平為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。價(jià)格高低、技術(shù)水平為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 一般說來(lái)，目前負(fù)荷為一般說來(lái)，目前負(fù)荷為100 kg100 kg以下的以下的, ,可優(yōu)先考慮電動(dòng)可優(yōu)先考慮電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器。n 對(duì)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，要求有對(duì)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，要求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。n 特別是像機(jī)器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用特別是像機(jī)器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機(jī)，尤其是

10、要求體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，且靠性和穩(wěn)定性，且具有較大的短時(shí)過載能力5驅(qū)動(dòng)器的選擇原則驅(qū)動(dòng)器的選擇原則11 只須點(diǎn)位控制且功率較小者，或有防爆、清潔等特殊要只須點(diǎn)位控制且功率較小者，或有防爆、清潔等特殊要求者，可采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。求者，可采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。 負(fù)荷較大或機(jī)器人周圍已有液壓源的常溫場(chǎng)合，可采負(fù)荷較大或機(jī)器人周圍已有液壓源的常溫場(chǎng)合，可采用液壓驅(qū)動(dòng)器。用液壓驅(qū)動(dòng)器。 對(duì)于驅(qū)動(dòng)器來(lái)說，最重要的指標(biāo)要求是起動(dòng)力矩大，對(duì)于驅(qū)動(dòng)器來(lái)說，最重要的指標(biāo)要求是起動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍寬，慣量小，尺寸小，

11、同時(shí)還要有性能好、與調(diào)速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時(shí)還要有性能好、與之配套的數(shù)字控制系統(tǒng)。之配套的數(shù)字控制系統(tǒng)。5驅(qū)動(dòng)器的選擇原則驅(qū)動(dòng)器的選擇原則122.2.3 2.2.3 機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1. 1. 機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求(1) 結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕；結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕；(2) 傳動(dòng)剛度大，即承受力矩作用時(shí)變形要小，以傳動(dòng)剛度大，即承受力矩作用時(shí)變形要小，以提高整機(jī)的提高整機(jī)的 固有領(lǐng)率，固有領(lǐng)率，降低整機(jī)的低頻振動(dòng)；降低整機(jī)的低頻振動(dòng)；(3) 回差小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，以得到較高的位回差小，即由正轉(zhuǎn)到

12、反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，以得到較高的位 置控制精度；置控制精度；(4) 壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。 微電機(jī)微電機(jī)+減速器減速器微小型減速器微小型減速器132. 2. 機(jī)器人常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)器人幾乎使用了目前出現(xiàn)的絕大多數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)器人幾乎使用了目前出現(xiàn)的絕大多數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。美國(guó)發(fā)明家 C. Walt Musser 馬瑟于上世紀(jì)50年代中期發(fā)明1926年德國(guó)人L.Brazen發(fā)明了擺線針輪減速器1415 其中腰關(guān)節(jié)最常用諧波傳動(dòng)、齒輪其中腰關(guān)節(jié)最常用諧波傳動(dòng)、齒輪/蝸輪傳動(dòng)；臂關(guān)節(jié)最常蝸輪傳動(dòng)；臂關(guān)節(jié)最常用諧波傳動(dòng)、用諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪行星傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。腕關(guān)節(jié)擺線針輪

13、行星傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。腕關(guān)節(jié)最常用齒輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)和綱繩傳動(dòng)。最常用齒輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)和綱繩傳動(dòng)。16關(guān)節(jié)是操作機(jī)各桿件間的結(jié)合部分，通常為轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)兩關(guān)節(jié)是操作機(jī)各桿件間的結(jié)合部分，通常為轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)兩種類型。種類型。工業(yè)機(jī)器人前三關(guān)節(jié)通常稱作腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，工業(yè)機(jī)器人前三關(guān)節(jié)通常稱作腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，它們決定了操作機(jī)的位置。后面關(guān)節(jié)決定了操作機(jī)的姿態(tài)，它們決定了操作機(jī)的位置。后面關(guān)節(jié)決定了操作機(jī)的姿態(tài)，稱作腕部關(guān)節(jié)。稱作腕部關(guān)節(jié)。 2.32.3 工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的構(gòu)造及其傳動(dòng)配置工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的構(gòu)造及其傳動(dòng)配置17192.3.1 腰關(guān)節(jié)腰關(guān)節(jié) 腰關(guān)節(jié)為

14、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，既承受很大的軸向力、徑向力，又承腰關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，既承受很大的軸向力、徑向力，又承受傾翻力矩，且應(yīng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度。受傾翻力矩，且應(yīng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度。 腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的RV減速器傳動(dòng)減速器傳動(dòng)，也可采用，也可采用諧波傳諧波傳動(dòng)、擺線針輪或蝸桿傳動(dòng)動(dòng)、擺線針輪或蝸桿傳動(dòng)。其轉(zhuǎn)動(dòng)副多采用薄壁軸承或四點(diǎn)。其轉(zhuǎn)動(dòng)副多采用薄壁軸承或四點(diǎn)接觸軸承，有的還設(shè)計(jì)有調(diào)隙機(jī)構(gòu)。接觸軸承，有的還設(shè)計(jì)有調(diào)隙機(jī)構(gòu)。 對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，多采用對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，多采用回轉(zhuǎn)缸回轉(zhuǎn)缸+齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。20mgmMMMMJtWMQPAEWHQQQQQQ腰關(guān)節(jié)受力分析腰關(guān)

15、節(jié)受力分析M 腰關(guān)節(jié)合成扭矩；腰關(guān)節(jié)合成扭矩；Mm 腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩；腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩；Mg 腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩;J 機(jī)器人回轉(zhuǎn)慣量；機(jī)器人回轉(zhuǎn)慣量； 腰關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)速度；腰關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)速度；t 機(jī)器人回轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間。機(jī)器人回轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間。Q 腰關(guān)節(jié)合重力；腰關(guān)節(jié)合重力；QP 腰部自身重力；腰部自身重力；QA 大臂部分的重力；大臂部分的重力；QE 前臂部分的重力；前臂部分的重力；QW 腕部的重力；腕部的重力；QH 手部重力（含負(fù)載）；手部重力（含負(fù)載）； 腰關(guān)節(jié)合重力偏距；腰關(guān)節(jié)合重力偏距；MW腰關(guān)節(jié)傾覆力矩。腰關(guān)節(jié)傾覆力矩。QHQEQWQAQMQP211 電機(jī)；電機(jī)；2 RV減速器

16、，減速器，3 支架，支架，4 交叉滾子軸承；交叉滾子軸承；5 電纜電纜同軸式腰關(guān)節(jié)同軸式腰關(guān)節(jié)電機(jī)上置電機(jī)上置)1234522同軸式腰關(guān)節(jié)同軸式腰關(guān)節(jié) (電機(jī)下置電機(jī)下置)1腰部固定立柱殼體；腰部固定立柱殼體；2 腰部回轉(zhuǎn)殼體；腰部回轉(zhuǎn)殼體；3 四點(diǎn)接觸球軸承；四點(diǎn)接觸球軸承；4 伺服電機(jī)組件；伺服電機(jī)組件；5諧波減速器；諧波減速器；5423平行軸式腰關(guān)節(jié)平行軸式腰關(guān)節(jié)21341 電機(jī)電機(jī) ；2 齒輪；齒輪；3 空心立柱；空心立柱；4 軸承軸承24v 由上面的圖例可以看出，腰關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)副主要是兩種類型：由上面的圖例可以看出，腰關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)副主要是兩種類型：使用交叉滾子或四點(diǎn)接觸式軸承的同軸式或平

17、行軸式。使用交叉滾子或四點(diǎn)接觸式軸承的同軸式或平行軸式。v 同軸式腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，腰關(guān)節(jié)高度尺寸小同軸式腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，腰關(guān)節(jié)高度尺寸小(使用特制軸承使用特制軸承的緣故的緣故)，但關(guān)節(jié)的各種電纜走線比較困難，大多是在固定的，但關(guān)節(jié)的各種電纜走線比較困難，大多是在固定的中間柱體外面留有較大的環(huán)形空間，使電纜以盤旋的形式松松中間柱體外面留有較大的環(huán)形空間，使電纜以盤旋的形式松松地套在中間柱體上，當(dāng)腰支架等機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電纜猶如盤旋彈地套在中間柱體上，當(dāng)腰支架等機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電纜猶如盤旋彈簧般收緊或放松。對(duì)于平行軸式腰關(guān)節(jié)，電纜則可方便地通過簧般收緊或放松。對(duì)于平行軸式腰關(guān)節(jié)，電纜則可方便地通過中空軸，

18、聯(lián)接于支座的固定接線板上。中空軸，聯(lián)接于支座的固定接線板上。252.3.2 肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié) 對(duì)于開式連桿結(jié)構(gòu)，肩關(guān)節(jié)（大臂關(guān)節(jié)）位于腰部的支座上，對(duì)于開式連桿結(jié)構(gòu)，肩關(guān)節(jié)（大臂關(guān)節(jié)）位于腰部的支座上，多采用多采用RV減速器傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)或擺線針輪傳動(dòng)；也可采用滾減速器傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)或擺線針輪傳動(dòng)；也可采用滾動(dòng)螺旋組合連桿機(jī)構(gòu)或直接應(yīng)用齒輪機(jī)構(gòu)。動(dòng)螺旋組合連桿機(jī)構(gòu)或直接應(yīng)用齒輪機(jī)構(gòu)。 肘關(guān)節(jié)（小臂關(guān)節(jié)）位于大臂與小臂的聯(lián)接處，多采用諧波肘關(guān)節(jié)（小臂關(guān)節(jié)）位于大臂與小臂的聯(lián)接處，多采用諧波傳動(dòng)、擺線針輪或齒輪傳動(dòng)等。傳動(dòng)、擺線針輪或齒輪傳動(dòng)等。 關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式有：關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式有： 1、

19、同軸式配置、同軸式配置 電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸 線重合。線重合。 2、偏置式配置、偏置式配置 電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸 線偏離一定距離。線偏離一定距離。同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)26同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)1 腰支座；腰支座；2, 7 RV減速器；減速器；3, 6 驅(qū)動(dòng)電機(jī)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)；4 大臂；大臂；5 曲柄；曲柄；8 軸承。軸承。12345678271 大臂；大臂；2 關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)1電機(jī)；電機(jī)；3 小臂定位板；小臂定位板；4 小臂；小臂；5 氣動(dòng)閥；氣動(dòng)閥； 6 立柱；立柱；7 直齒輪；直齒輪； 8 中間齒輪；中間齒輪；9 機(jī)座；機(jī)座； 10 主齒輪；主齒輪；11

20、 管形連接軸；管形連接軸；12 手腕手腕偏置減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)偏置減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(PUMA)2829 直動(dòng)關(guān)節(jié)直動(dòng)關(guān)節(jié) 直動(dòng)關(guān)節(jié)可有兩種類型；電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。前者多采直動(dòng)關(guān)節(jié)可有兩種類型；電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。前者多采用滾動(dòng)絲杠和導(dǎo)柱用滾動(dòng)絲杠和導(dǎo)柱(軌軌)式；后者可采用油缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條的式；后者可采用油缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條的移動(dòng)結(jié)構(gòu)。移動(dòng)結(jié)構(gòu)。30 多關(guān)節(jié)柔性臂多關(guān)節(jié)柔性臂 多關(guān)節(jié)柔性臂也稱作象鼻型或蛇型臂。其手臂由多節(jié)串聯(lián)多關(guān)節(jié)柔性臂也稱作象鼻型或蛇型臂。其手臂由多節(jié)串聯(lián)而成，原來(lái)意義上的臂而成，原來(lái)意義上的臂( (大臂、小臂大臂、小臂) ) 已演化成一個(gè)節(jié)，節(jié)已演化成一個(gè)節(jié)，節(jié)與節(jié)之間可以相對(duì)擺動(dòng)。

21、與節(jié)之間可以相對(duì)擺動(dòng)。 嚴(yán)格講，多關(guān)節(jié)柔性臂并不是全柔性的，稱其為蛇型臂較嚴(yán)格講，多關(guān)節(jié)柔性臂并不是全柔性的，稱其為蛇型臂較為合適。由于柔性臂的關(guān)節(jié)多，能滿足避障等特殊需要。為合適。由于柔性臂的關(guān)節(jié)多，能滿足避障等特殊需要。多級(jí)聯(lián)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性臂多級(jí)聯(lián)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性臂31多節(jié)萬(wàn)向節(jié)型柔性臂多節(jié)萬(wàn)向節(jié)型柔性臂32脊骨式多節(jié)柔性臂脊骨式多節(jié)柔性臂33連桿式多節(jié)型柔性臂連桿式多節(jié)型柔性臂1定長(zhǎng)剛性臂；定長(zhǎng)剛性臂； 2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)柔性臂并聯(lián)機(jī)構(gòu)柔性臂34 2.3.3 手腕關(guān)節(jié)手腕關(guān)節(jié)1 1、單自由度手腕、單自由度手腕 SCARA水平關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人的手腕只有繞垂直軸的一個(gè)水平關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人的手腕只有繞垂直軸的

22、一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，用于調(diào)整裝配件的方位。旋轉(zhuǎn)自由度，用于調(diào)整裝配件的方位。SCARA 機(jī)器人機(jī)器人 傳動(dòng)為兩級(jí)等徑輪齒形帶，所以大、小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)不影響末端傳動(dòng)為兩級(jí)等徑輪齒形帶，所以大、小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)不影響末端執(zhí)行器的水平方位，而該方位的調(diào)整完全取決于腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的水平方位，而該方位的調(diào)整完全取決于腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)。 這種傳動(dòng)特點(diǎn)特這種傳動(dòng)特點(diǎn)特別適合于電子線路別適合于電子線路板的插件作業(yè)。板的插件作業(yè)。 352 2、兩自由度手腕、兩自由度手腕兩種常見的配置形式兩種常見的配置形式匯交式和偏置式。匯交式和偏置式。1 法蘭；法蘭；2 齒輪軸；齒輪軸；3 錐齒輪；錐齒輪；4 彈簧；彈簧；5 鏈輪

23、；鏈輪；6 軸承；軸承；7 鏈輪；鏈輪；8 彈簧；彈簧；9 軸承；軸承； 10 轉(zhuǎn)殼轉(zhuǎn)殼1 法蘭；法蘭；2 腕殼；腕殼；3, 6 錐齒輪軸；錐齒輪軸；4 小臂；小臂；5, 7 鏈輪，鏈輪，8 鏈；鏈；9, 10 彈簧彈簧匯交式兩自由度手腕匯交式兩自由度手腕偏置式兩自由度手腕偏置式兩自由度手腕214365871094351287109636 兩自由度手腕的另兩種結(jié)構(gòu)：諧波減速器前置的匯交型兩自由度手腕的另兩種結(jié)構(gòu)：諧波減速器前置的匯交型手腕；驅(qū)動(dòng)電機(jī)與諧波減速器前置的偏置型手腕。手腕；驅(qū)動(dòng)電機(jī)與諧波減速器前置的偏置型手腕。1 扁平諧波；扁平諧波； 2 杯式諧波；杯式諧波；3 齒形帶輪；齒形帶輪；

24、 4 錐齒輪；錐齒輪；5 腕殼腕殼諧波前置匯交手腕諧波前置匯交手腕 1 諧波減速；諧波減速； 2 馬達(dá)；馬達(dá)； 3 鏈輪；鏈輪； 4 腕殼腕殼電機(jī)前置偏置手腕電機(jī)前置偏置手腕37 誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng) 把某一桿件因另一桿件的被驅(qū)動(dòng)而引起的運(yùn)動(dòng)，稱作誘導(dǎo)把某一桿件因另一桿件的被驅(qū)動(dòng)而引起的運(yùn)動(dòng)，稱作誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算時(shí)，必須考慮誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算時(shí)，必須考慮誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。 2 主動(dòng)鏈輪；主動(dòng)鏈輪；3、5 從動(dòng)鏈輪從動(dòng)鏈輪手腕傳動(dòng)示意圖手腕傳動(dòng)示意圖383 3、三自由度手腕、三自由度手腕 三自由度手腕是在兩自由度手腕的基礎(chǔ)上加一個(gè)整個(gè)手腕三自由度手腕是在兩自由度手腕的基礎(chǔ)

25、上加一個(gè)整個(gè)手腕相對(duì)于小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度而形成的。相對(duì)于小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度而形成的。 三自由度手腕是三自由度手腕是“萬(wàn)向萬(wàn)向”型手腕，結(jié)構(gòu)形式繁多，可以完型手腕，結(jié)構(gòu)形式繁多，可以完成兩自由度手腕很多無(wú)法完成的作業(yè)。近年來(lái)，大多數(shù)關(guān)節(jié)成兩自由度手腕很多無(wú)法完成的作業(yè)。近年來(lái)，大多數(shù)關(guān)節(jié)型機(jī)器人都采用了三自由度手腕。型機(jī)器人都采用了三自由度手腕。394041v 必須指出，必須指出，若操作機(jī)為若操作機(jī)為6自由度，當(dāng)自由度，當(dāng)手腕為偏置手腕為偏置式時(shí)，運(yùn)動(dòng)式時(shí)，運(yùn)動(dòng)學(xué)反解得不學(xué)反解得不出解析的顯出解析的顯式，且動(dòng)力式，且動(dòng)力學(xué)參數(shù)也是學(xué)參數(shù)也是強(qiáng)耦合的。強(qiáng)耦合的。設(shè)計(jì)時(shí)必須設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分注給予充分注

26、意。意。42KUKA IR662100機(jī)器人手碗傳動(dòng)圖機(jī)器人手碗傳動(dòng)圖KUKA IR662100機(jī)器人手碗結(jié)構(gòu)圖機(jī)器人手碗結(jié)構(gòu)圖Cincinnati Milacron T3 機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)43PUMA一一262 機(jī)器人手腕傳動(dòng)原理機(jī)器人手腕傳動(dòng)原理444 4、柔順手腕結(jié)構(gòu)、柔順手腕結(jié)構(gòu) 機(jī)器人精密機(jī)器人精密裝配時(shí)，裝配時(shí)，由于由于被裝配零件的不一致性、工件定位被裝配零件的不一致性、工件定位夾具及機(jī)器人手部的定位精度無(wú)法滿足裝配要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致裝夾具及機(jī)器人手部的定位精度無(wú)法滿足裝配要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致裝配困難甚至失敗。這就提出了裝配動(dòng)作的柔順性要求。配困難甚至失敗。這就提出了裝配動(dòng)作的柔

27、順性要求。 柔順裝配技術(shù)有兩柔順裝配技術(shù)有兩種種：一一種是控制的角度，借助檢測(cè)元件采種是控制的角度，借助檢測(cè)元件采取邊校正、邊裝配的方式，取邊校正、邊裝配的方式，稱為稱為“主動(dòng)柔順裝配主動(dòng)柔順裝配” ；另一種是；另一種是從結(jié)構(gòu)的角度在手腕部從結(jié)構(gòu)的角度在手腕部配置一配置一 個(gè)柔順環(huán)節(jié)，這種柔順裝配技術(shù)個(gè)柔順環(huán)節(jié)，這種柔順裝配技術(shù)稱為稱為“被動(dòng)柔順裝配被動(dòng)柔順裝配 ”即即RCC (Remote Center Compliance)。 帶檢測(cè)元件的手腕帶檢測(cè)元件的手腕移動(dòng)擺動(dòng)柔順手腕移動(dòng)擺動(dòng)柔順手腕柔順手腕動(dòng)作過程柔順手腕動(dòng)作過程45板彈簧柔順手腕板彈簧柔順手腕鋼絲彈簧柔順手腕鋼絲彈簧柔順手腕46

28、 2.42.4 機(jī)器人的手部機(jī)器人的手部 機(jī)器人手部是機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置的操機(jī)器人手部是機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置的操作機(jī)構(gòu)。因此有時(shí)也稱為末端操作器。作機(jī)構(gòu)。因此有時(shí)也稱為末端操作器。 由于機(jī)器人作業(yè)內(nèi)容的差異（如搬運(yùn)、裝配、焊接、噴由于機(jī)器人作業(yè)內(nèi)容的差異（如搬運(yùn)、裝配、焊接、噴涂等）和作業(yè)對(duì)象的不同（如軸類、板類、箱類、包類物涂等）和作業(yè)對(duì)象的不同（如軸類、板類、箱類、包類物體等），體等）， 手部的形式多樣。綜合考慮手部的用途、功能和手部的形式多樣。綜合考慮手部的用途、功能和結(jié)構(gòu)持點(diǎn)，大致可分成以下幾類：結(jié)構(gòu)持點(diǎn)，大致可分成以下幾類： 1卡爪式夾持器；卡爪式夾持器；

29、2吸附式取料手；吸附式取料手； 3專用操作器及換接器專用操作器及換接器 4仿生多指靈巧手。仿生多指靈巧手。47卡爪式夾持器卡爪式夾持器通常有兩個(gè)夾爪，分為彈力型、回轉(zhuǎn)型和平通常有兩個(gè)夾爪，分為彈力型、回轉(zhuǎn)型和平移型三種類型。移型三種類型。 2.4.1 卡爪式夾持器卡爪式夾持器幾種彈力型夾持器幾種彈力型夾持器1 1、彈力型夾持器、彈力型夾持器48 2、回轉(zhuǎn)型夾持器、回轉(zhuǎn)型夾持器開合占用空間較開合占用空間較小，但是夾持中小，但是夾持中心變化。心變化。493 3、平移型夾持器、平移型夾持器開合占用空間開合占用空間較大，但是夾較大，但是夾持中心不變。持中心不變。50 吸式取料手是目前應(yīng)用較多的一種執(zhí)行

30、器，特別是用于搬吸式取料手是目前應(yīng)用較多的一種執(zhí)行器，特別是用于搬運(yùn)機(jī)器人。該類執(zhí)行器可分氣吸和磁吸兩類。運(yùn)機(jī)器人。該類執(zhí)行器可分氣吸和磁吸兩類。 2.4.2 吸附式取料手吸附式取料手 氣吸附取料手是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力氣吸附取料手是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而差而工工作的。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，吸附力分布均勻等作的。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。 按形成壓力的方法，可分成真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、按形成壓力的方法，可分成真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸式兒種。擠壓排氣負(fù)壓氣吸式兒種。 1 1、氣吸附取料手、氣吸附取料手51氣流負(fù)壓氣吸盤氣流負(fù)

31、壓氣吸盤擠壓排氣吸盤擠壓排氣吸盤真空氣吸盤真空氣吸盤522 2、磁吸附取料手、磁吸附取料手533 3、專用操作器及換接器專用操作器及換接器54 人手是最靈巧的夾持器，如果模擬人手結(jié)構(gòu)，就能制造人手是最靈巧的夾持器，如果模擬人手結(jié)構(gòu)，就能制造出結(jié)構(gòu)最優(yōu)的夾持器。但由于人手自由度較多，驅(qū)動(dòng)和控出結(jié)構(gòu)最優(yōu)的夾持器。但由于人手自由度較多，驅(qū)動(dòng)和控制都十分復(fù)雜，迄今為止，只是制造出了一些原理樣機(jī)，制都十分復(fù)雜，迄今為止，只是制造出了一些原理樣機(jī)，離工業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。離工業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。 4 4、仿生多指靈巧手仿生多指靈巧手UTACHMIT 多指多指手手 三指三指手手 雙拇指雙拇指手手 55最

32、小的三指最小的三指手手 BHII 三指手三指手 四指靈巧四指靈巧手手 靈巧的雙靈巧的雙手手 DLR多指手多指手哈工大多指手哈工大多指手56 手指關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)手指關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)手指主要用于抓握動(dòng)作，要求動(dòng)作靈活，剛度好，具有較大手指主要用于抓握動(dòng)作，要求動(dòng)作靈活，剛度好，具有較大的抓握力。就其手的結(jié)構(gòu)而言，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有三種方式：的抓握力。就其手的結(jié)構(gòu)而言，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有三種方式：1) 腱傳動(dòng)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省空間，具有很高的抗拉強(qiáng)腱傳動(dòng)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省空間，具有很高的抗拉強(qiáng)度和很輕的重量，但剛性差，較大的彈性，不利于控制。度和很輕的重量，但剛性差，較大的彈性，不利于控制。MIT手、手、JPL手和手

33、和DLR-I手都是這種方式。手都是這種方式。2) 齒輪傳動(dòng)，特點(diǎn)是傳動(dòng)比可靠，但是摩擦較大，有回程間齒輪傳動(dòng)，特點(diǎn)是傳動(dòng)比可靠，但是摩擦較大，有回程間隙，占用空間大。隙，占用空間大。3) 連桿傳動(dòng)，剛度好，加工制造比較簡(jiǎn)單，高精度，能實(shí)現(xiàn)連桿傳動(dòng)，剛度好，加工制造比較簡(jiǎn)單，高精度，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡的要求。但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，不能精確地滿多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡的要求。但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，不能精確地滿足各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。典型的如足各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。典型的如Belgrade手，手，NASA手等。手等。4）欠驅(qū)動(dòng)手指關(guān)節(jié)，可簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制，但需要滿足一）欠驅(qū)動(dòng)手指關(guān)節(jié)，可簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制，但需要滿足

34、一定的力學(xué)條件。定的力學(xué)條件。57 2.52.5 機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)及平衡機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)及平衡 2.5.1 臂桿的結(jié)構(gòu)及材料臂桿的結(jié)構(gòu)及材料 臂桿多為帶有筋板或肋的殼體結(jié)構(gòu)。臂桿多為帶有筋板或肋的殼體結(jié)構(gòu)。有中間是多層圓筒形有中間是多層圓筒形套裝梁結(jié)構(gòu)，外形象一套裝梁結(jié)構(gòu)，外形象一“啞鈴啞鈴”的組合結(jié)構(gòu)；有箱形結(jié)構(gòu)等。的組合結(jié)構(gòu)；有箱形結(jié)構(gòu)等。 就整體來(lái)說，比較復(fù)雜的箱體多用鑄件。為了減輕整機(jī)的就整體來(lái)說，比較復(fù)雜的箱體多用鑄件。為了減輕整機(jī)的重量，特別是為了降低大臂、小臂的關(guān)節(jié)力矩，大、小臂多重量，特別是為了降低大臂、小臂的關(guān)節(jié)力矩，大、小臂多用輕合金鋁鑄件。用輕合金鋁鑄件。 5859 2.

35、5.2 臂桿的平衡臂桿的平衡1、小臂桿的平衡小臂桿的平衡小臂桿通常采用小臂桿通常采用質(zhì)量平衡法。質(zhì)量平衡法。其基本原理是合理地分布臂其基本原理是合理地分布臂桿質(zhì)量，使臂桿重心盡可能地落在支點(diǎn)上，必要時(shí)甚至采用桿質(zhì)量，使臂桿重心盡可能地落在支點(diǎn)上，必要時(shí)甚至采用在適當(dāng)位置上配置平衡質(zhì)量的方法。在適當(dāng)位置上配置平衡質(zhì)量的方法。質(zhì)量平衡法有質(zhì)量平衡法有結(jié)構(gòu)自平衡和重塊平衡兩種方式結(jié)構(gòu)自平衡和重塊平衡兩種方式。PUMA、KUKA機(jī)器人也是按這一原則配置的。但如果臂桿的后部長(zhǎng)機(jī)器人也是按這一原則配置的。但如果臂桿的后部長(zhǎng)度度(無(wú)效長(zhǎng)度無(wú)效長(zhǎng)度)太長(zhǎng)，不利于機(jī)器人在狹窄環(huán)境中工作，所以太長(zhǎng)，不利于機(jī)器人在

36、狹窄環(huán)境中工作，所以單采用自重平衡對(duì)大負(fù)荷操作機(jī)還很難取得滿意的結(jié)果。單采用自重平衡對(duì)大負(fù)荷操作機(jī)還很難取得滿意的結(jié)果。 機(jī)器人操作機(jī)手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮臂桿的重力平機(jī)器人操作機(jī)手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮臂桿的重力平衡。衡。常見操作機(jī)臂桿的平衡技術(shù)有四種，即質(zhì)量平衡法、常見操作機(jī)臂桿的平衡技術(shù)有四種，即質(zhì)量平衡法、彈簧平衡法、氣動(dòng)或液壓平衡法如采用平衡電機(jī)等。彈簧平衡法、氣動(dòng)或液壓平衡法如采用平衡電機(jī)等。60612、大臂桿的平衡大臂桿的平衡 目前常用的有彈簧和汽缸兩種平衡方式。目前常用的有彈簧和汽缸兩種平衡方式。 重力項(xiàng)在驅(qū)動(dòng)扭矩中占有很大比例，因此對(duì)它進(jìn)行平衡的意重力項(xiàng)在驅(qū)動(dòng)扭矩中占有很大

37、比例，因此對(duì)它進(jìn)行平衡的意義很大。又因?yàn)橹亓?xiàng)在運(yùn)動(dòng)中是隨位置角的正弦或余弦變化義很大。又因?yàn)橹亓?xiàng)在運(yùn)動(dòng)中是隨位置角的正弦或余弦變化的，因此，應(yīng)用彈簧平衡技術(shù)最為合適。的，因此，應(yīng)用彈簧平衡技術(shù)最為合適。彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且無(wú)彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且無(wú)需增加動(dòng)力源，應(yīng)用最為普遍。需增加動(dòng)力源，應(yīng)用最為普遍。62 氣動(dòng)和液壓力平衡的原理和彈簧力平衡的原理很相似，但氣動(dòng)和液壓力平衡的原理和彈簧力平衡的原理很相似，但它們?cè)趦蓚€(gè)方面有顯著優(yōu)點(diǎn)，即平衡缸中的壓力是恒定的，它們?cè)趦蓚€(gè)方面有顯著優(yōu)點(diǎn)，即平衡缸中的壓力是恒定的，不隨臂桿位置的變化而變化；同時(shí)平衡缸的壓力很容易得到不隨臂桿位置的變化而變化；同時(shí)平衡缸的壓

38、力很容易得到調(diào)節(jié)和控制，因此應(yīng)用得十分廣泛。調(diào)節(jié)和控制，因此應(yīng)用得十分廣泛。 這種平衡技術(shù)的缺點(diǎn)是需要有動(dòng)力源和儲(chǔ)能器，因而系統(tǒng)這種平衡技術(shù)的缺點(diǎn)是需要有動(dòng)力源和儲(chǔ)能器，因而系統(tǒng)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)比較龐大，不像彈簧平衡或質(zhì)量平衡那么簡(jiǎn)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)比較龐大，不像彈簧平衡或質(zhì)量平衡那么簡(jiǎn)單。而且設(shè)計(jì)時(shí)，如采用這種方案，需考慮在動(dòng)力源一旦中單。而且設(shè)計(jì)時(shí)，如采用這種方案，需考慮在動(dòng)力源一旦中斷時(shí)的防范措施，如手臂會(huì)因自重下滑等，以免發(fā)生事故。斷時(shí)的防范措施，如手臂會(huì)因自重下滑等，以免發(fā)生事故。63 并聯(lián)機(jī)構(gòu)在并聯(lián)機(jī)構(gòu)在1965年由年由Stewart提出原是作為飛行模擬器提出原是作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛

39、行員的。機(jī)艙由用于訓(xùn)練飛行員的。機(jī)艙由6個(gè)液壓缸支撐和驅(qū)動(dòng)，可以使個(gè)液壓缸支撐和驅(qū)動(dòng)，可以使機(jī)艙獲得任何需要的位姿。機(jī)艙獲得任何需要的位姿。 在串聯(lián)機(jī)器人發(fā)展方興未艾時(shí)，澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授在串聯(lián)機(jī)器人發(fā)展方興未艾時(shí)，澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授Hunt 在在1978年提出?？梢詰?yīng)用年提出?？梢詰?yīng)用6自由度的自由度的Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)平臺(tái)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。到作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。到80年代中期，國(guó)際上研究并聯(lián)機(jī)器人的年代中期，國(guó)際上研究并聯(lián)機(jī)器人的人還寥寥無(wú)幾。到人還寥寥無(wú)幾。到80年代末特別是年代末特別是90年代以來(lái)，并聯(lián)式機(jī)器年代以來(lái)，并聯(lián)式機(jī)器人才被廣為主意，并成為了新的熱點(diǎn)。人才被廣為主意

40、，并成為了新的熱點(diǎn)。 2.6 2.6 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)646566673RPS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6RSS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6SPS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6SPS雙三角機(jī)構(gòu)雙三角機(jī)構(gòu)686RSS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6PSS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6SPS單三角機(jī)構(gòu)單三角機(jī)構(gòu)3RRR球面機(jī)構(gòu)球面機(jī)構(gòu)69 2.7 2.7 移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu) 移動(dòng)功能的機(jī)器人可認(rèn)為是人類行走功能的模擬和擴(kuò)展。移動(dòng)功能的機(jī)器人可認(rèn)為是人類行走功能的模擬和擴(kuò)展。一臺(tái)完全意義上的自主式移動(dòng)機(jī)器人，除具備基本的移動(dòng)機(jī)一臺(tái)完全意義上的自主式移動(dòng)機(jī)器人，除具備基本的移動(dòng)機(jī)能外，還必須有移動(dòng)控制功能、環(huán)境感知機(jī)能和規(guī)劃決策機(jī)能外，還必須有移動(dòng)控制功能、環(huán)境感知機(jī)能和規(guī)劃

41、決策機(jī)能。只有這樣，機(jī)器人才有可能在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中自主地選擇能。只有這樣，機(jī)器人才有可能在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中自主地選擇行走路徑，避開障礙物，利用已有的知識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行必要的分行走路徑，避開障礙物，利用已有的知識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行必要的分析推理和決策，完成從出發(fā)地到目的地的自動(dòng)移動(dòng)任務(wù)。析推理和決策，完成從出發(fā)地到目的地的自動(dòng)移動(dòng)任務(wù)。 移動(dòng)機(jī)器人多是針對(duì)陸上表面環(huán)境的。其機(jī)構(gòu)形式主要有：移動(dòng)機(jī)器人多是針對(duì)陸上表面環(huán)境的。其機(jī)構(gòu)形式主要有： (1)車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)； (2)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)； (3)腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。 此外，近有步進(jìn)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、混合式移動(dòng)此外，

42、近有步進(jìn)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、混合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和蛇行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)等適合于一些特別的場(chǎng)合。機(jī)構(gòu)和蛇行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)等適合于一些特別的場(chǎng)合。70 2.7.1 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)依據(jù)車輪的數(shù)目分為輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)依據(jù)車輪的數(shù)目分為1輪、輪、2輪、輪、3輪、輪、4輪、輪、5輪、輪、6輪以及多輪機(jī)構(gòu)。輪以及多輪機(jī)構(gòu)。 輪式移動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，功耗小，控制方便，輪式移動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，功耗小，控制方便，運(yùn)動(dòng)靈活。缺點(diǎn)是其越野能力較差，但可以通過選擇合適的運(yùn)動(dòng)靈活。缺點(diǎn)是其越野能力較差，但可以通過選擇合適的懸架系統(tǒng)來(lái)提高其地形適應(yīng)能力。懸架系統(tǒng)來(lái)提高其地形適應(yīng)能力。 7172737

43、475 輪輪-地接觸簡(jiǎn)化力學(xué)模型地接觸簡(jiǎn)化力學(xué)模型)0()() z (1zzzkbkncRQfFQfQrqTF rQ=MgRvFfrTMfFqFddqfFFFQfQf滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)附著系數(shù)附著系數(shù)l 硬地面硬地面l 軟地面軟地面122212112223)(1()3 (1nnncnncDWbkknnRdFH10)cos()(dHcFFR11() (1)(sinsin )/( )(tan )(1)( )tan (1)jrsKKcece 22cottan()(cottan)1(cottan)1 tantan()2tancotcccbccXXXRh chXX 76 車輪類型：車輪類型：77

44、轉(zhuǎn)向方式：轉(zhuǎn)向方式：（Ackerman 轉(zhuǎn)向）轉(zhuǎn)向）78（全方位轉(zhuǎn)向）（全方位轉(zhuǎn)向）2()2()()LRRLRLRLvvvw vvRvvvvw wwRLvRvLvRvv（差動(dòng)轉(zhuǎn)向）（差動(dòng)轉(zhuǎn)向）79麥克納姆輪麥克納姆輪 輪系機(jī)構(gòu)：輪系機(jī)構(gòu)：80 履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車輪連續(xù)鋪路的作用，著地面積較大，壓強(qiáng)較小，與路面的車輪連續(xù)鋪路的作用，著地面積較大，壓強(qiáng)較小，與路面的粘著力較強(qiáng)，能在不平和松軟的路面上穩(wěn)定移動(dòng)，具有很強(qiáng)粘著力較強(qiáng)，能在不平和松軟的路面上穩(wěn)定移動(dòng)，具有很強(qiáng)的越野能力，控制也簡(jiǎn)單。但功耗較大，運(yùn)動(dòng)靈活性差。的越野能力，控制也簡(jiǎn)單。但功耗較大，運(yùn)動(dòng)靈活性差。 2.7.2 履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)81 履帶形式履帶形式82越障越障上、下臺(tái)階上、下臺(tái)階 關(guān)節(jié)履帶關(guān)節(jié)履帶83 履帶張緊機(jī)構(gòu)履帶張緊機(jī)構(gòu)84 2.7.3 腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 腿足式移動(dòng)系統(tǒng)