典型機器人結(jié)構(gòu)示例

主講周蘭典型機器人結(jié)構(gòu)示例引言：本講主要介紹美國Unimation公司的產(chǎn)品：PUMA—262型關(guān)節(jié)式通用機器人。典型機器人結(jié)構(gòu)示例一、PUMA—262型機器人簡介

典型機器人結(jié)構(gòu)示例1．結(jié)構(gòu)特點：

PUMA—262型機器人是一個關(guān)節(jié)型機器人：主體結(jié)構(gòu)三個自由度（腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)）以及手腕的三個自由度（俯仰、偏轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)）都是回轉(zhuǎn)運動。傳動精度高，結(jié)構(gòu)小巧緊湊，重量輕，工作范圍大，適應性廣。典型機器人結(jié)構(gòu)示例PUMA—262型機器人結(jié)構(gòu)圖：關(guān)節(jié)1關(guān)節(jié)2關(guān)節(jié)3關(guān)節(jié)4關(guān)節(jié)5關(guān)節(jié)6典型機器人結(jié)構(gòu)示例2．應用場合：

廣泛用于醫(yī)藥、食品、電子、機械等行業(yè)，從事包裝、材料配制、安裝，以及小型機電元件的裝配、搬運、噴涂、機器加載、試驗、檢查等工作。典型機器人結(jié)構(gòu)示例3．主要技術(shù)參數(shù)（1）：

結(jié)構(gòu)型式：關(guān)節(jié)式自由度數(shù)：6運動范圍：θ1

θ2θ3

θ4

θ5θ6

308°314°292°578°244°534°典型機器人結(jié)構(gòu)示例3．主要技術(shù)參數(shù)（2）：

最大速度：1.23m/s腕部最大載荷：1㎏驅(qū)動方式：直流伺服電機操作方式：示教再現(xiàn)典型機器人結(jié)構(gòu)示例二、主要構(gòu)成

典型機器人結(jié)構(gòu)示例1．立柱和基座（1）：

立柱：用于支承整個臂部和腕部，同時大臂帶動小臂和腕部繞固定于立柱上的水平軸作回轉(zhuǎn)運動。立柱為薄臂鋁管制成，內(nèi)部安裝了關(guān)節(jié)1的回轉(zhuǎn)軸及其軸承、軸承座。典型機器人結(jié)構(gòu)示例1．立柱和基座（2）：

基座：支承整個立柱以上部分，同時與作業(yè)現(xiàn)場固定聯(lián)接?；涎b有關(guān)節(jié)1的驅(qū)動電機以及基座內(nèi)部為該關(guān)節(jié)的兩級直齒圓柱齒輪減速器；基座上有小臂的定位夾板，兩個控制手爪裝置的氣動閥。整個基座是一個鋁制的整體鑄件。典型機器人結(jié)構(gòu)示例立柱和基座圖例：典型機器人結(jié)構(gòu)示例2．大臂：

主要由內(nèi)部鋁制的整體鑄件骨架外加薄鋁蓋板構(gòu)成。大臂上裝有肩關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)2）、肘關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)3）的驅(qū)動電機，內(nèi)部裝有相應的減速機構(gòu)。典型機器人結(jié)構(gòu)示例大臂圖例：典型機器人結(jié)構(gòu)示例3．小臂：

小臂端部連著手腕，內(nèi)部裝有俯仰運動（關(guān)節(jié)5）、偏轉(zhuǎn)運動（關(guān)節(jié)4）、回轉(zhuǎn)運動（關(guān)節(jié)6）的驅(qū)動電機及部分減速齒輪。典型機器人結(jié)構(gòu)示例小臂圖例（1）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例小臂圖例（2）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例4．手腕：

一端連著小臂，另一端連著手部。需完成三個方向的旋轉(zhuǎn)運動。整個手腕由三個部分構(gòu)成：實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)運動部分；實現(xiàn)手腕、手部俯仰運動部分；實現(xiàn)整個手腕偏轉(zhuǎn)運動部分。典型機器人結(jié)構(gòu)示例手腕圖例：

典型機器人結(jié)構(gòu)示例三、主要運動

典型機器人結(jié)構(gòu)示例1．腰轉(zhuǎn)運動：

運動傳動鏈：關(guān)節(jié)電機1→Z1/Z2→Z3/Z4→Z4與立柱空心軸相連→實現(xiàn)腰轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)特點：軸38為一對軸承支承的懸臂軸；齒輪33與空心軸31固聯(lián)，空心軸由兩個推力軸承限制其軸向位移。軸套30起軸承座的作用。典型機器人結(jié)構(gòu)示例腰轉(zhuǎn)運動傳動原理圖：典型機器人結(jié)構(gòu)示例腰轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu)圖：典型機器人結(jié)構(gòu)示例

2．肩關(guān)節(jié)運動（1）：

肩關(guān)節(jié)運動即是大臂繞固定于立柱的水平軸的旋轉(zhuǎn)運動。運動傳動鏈：關(guān)節(jié)電機2→聯(lián)軸器→傘齒輪Z5/Z6→直齒輪Z7/Z8→直齒輪Z9/Z10→直齒輪Z10與立柱固聯(lián)→直齒輪Z10不能旋轉(zhuǎn)→小齒輪Z9自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)→帶動大臂繞立柱水平軸旋轉(zhuǎn)→實現(xiàn)肩轉(zhuǎn)典型機器人結(jié)構(gòu)示例

2．肩關(guān)節(jié)運動（2）：

結(jié)構(gòu)特點：在俯視圖和A—A示圖中，后殼蓋9與立柱空心軸31螺紋聯(lián)接，空心軸10與后殼蓋9螺紋聯(lián)接，空心軸10固定不動。齒輪17與后殼蓋9螺紋聯(lián)接，齒輪17固定不動，當小齒輪16與之嚙合時，只能是自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，由于軸14支承在大臂上，帶動大臂繞水平軸10旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運動。典型機器人結(jié)構(gòu)示例肩關(guān)節(jié)運動傳動原理圖：典型機器人結(jié)構(gòu)示例肩關(guān)節(jié)運動結(jié)構(gòu)圖（1）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例肩關(guān)節(jié)運動結(jié)構(gòu)圖（2）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例肩關(guān)節(jié)運動結(jié)構(gòu)圖（3）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例3．肘關(guān)節(jié)運動：

肘關(guān)節(jié)的運動主要是小臂繞大臂的旋轉(zhuǎn)運動。運動傳動鏈：關(guān)節(jié)電機3→聯(lián)軸器→聯(lián)軸器→傘齒輪Z11/Z12→直齒輪Z13/Z14→直齒輪Z15/Z16→齒輪Z16與小臂骨架固聯(lián)→帶動小臂旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)特點：齒輪與小臂骨架固聯(lián)，齒輪的旋轉(zhuǎn)運動直接帶動小臂，完成肘關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運動。典型機器人結(jié)構(gòu)示例肘關(guān)節(jié)運動傳動原理圖：典型機器人結(jié)構(gòu)示例肘關(guān)節(jié)運動結(jié)構(gòu)圖（1）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例肘關(guān)節(jié)運動結(jié)構(gòu)圖（2）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例肘關(guān)節(jié)運動結(jié)構(gòu)圖（3）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例肘關(guān)節(jié)運動結(jié)構(gòu)圖（4）：小臂固聯(lián)于大臂骨架典型機器人結(jié)構(gòu)示例4．手腕的俯仰運動：

運動傳動鏈：關(guān)節(jié)電機5→聯(lián)軸器→直齒輪Z21/Z22→傘齒輪Z17/Z18→齒輪18與手腕活動部分固聯(lián)→與手爪連接部分與手腕活動部分固聯(lián)→帶動手腕活動部分連同手爪連接部分旋轉(zhuǎn)運動→完成俯仰運動結(jié)構(gòu)特點：當進行俯仰運動時，有附加的手部回轉(zhuǎn)運動，其實現(xiàn)過程如下：當手腕部分俯仰而無其它的運動時→回轉(zhuǎn)電機6不動→齒輪Z27不動→俯仰運動時齒輪Z28的傳動軸由于安裝在手腕活動部分也要繞軸線θ5旋轉(zhuǎn)→齒輪Z28自轉(zhuǎn)→向后傳遞→手腕有附加回轉(zhuǎn)運動典型機器人結(jié)構(gòu)示例手腕的俯仰運動傳動原理圖：

俯仰運動偏轉(zhuǎn)運動典型機器人結(jié)構(gòu)示例手腕的俯仰運動結(jié)構(gòu)圖：

典型機器人結(jié)構(gòu)示例5．手腕的回轉(zhuǎn)運動：

運動傳動鏈：關(guān)節(jié)電機6→聯(lián)軸器→傘齒輪Z25/Z26→傘齒輪Z27/Z28→直齒輪Z29/Z30→手腕實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu)特點：

圖中所示的方向與偏轉(zhuǎn)運動的方向相同，這是一個特殊的時刻。當手腕俯仰至與手爪連接部分向上時，便成為手部的回轉(zhuǎn)運動。典型機器人結(jié)構(gòu)示例手腕的回轉(zhuǎn)運動傳動原理圖：俯仰運動偏轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動典型機器人結(jié)構(gòu)示例手腕的回轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu)圖：典型機器人結(jié)構(gòu)示例6．手腕的偏轉(zhuǎn)運動（1）：

運動傳動鏈：關(guān)節(jié)電機4→直齒輪Z17/Z18→聯(lián)軸器→聯(lián)軸器→直齒輪Z19/Z20→直齒輪Z20與手腕固定部分相連→帶動手腕固定部分連同手腕活動部分及手腕回轉(zhuǎn)部分一同旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)運動。結(jié)構(gòu)特點：手腕完成偏轉(zhuǎn)運動時有兩個附加運動，一個是手腕的回轉(zhuǎn)運動，一個是手腕的俯仰運動。典型機器人結(jié)構(gòu)示例6．手腕的偏轉(zhuǎn)運動（2）：

附加回轉(zhuǎn)運動：手腕實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)運動→帶動手腕活動部分偏轉(zhuǎn)→齒輪Z27、Z26的軸支承在手腕活動部分并隨手腕活動部分偏轉(zhuǎn)（θ4）→關(guān)節(jié)電機6不動→齒輪Z25不動→齒輪Z27、Z26繞θ4公轉(zhuǎn)又自轉(zhuǎn)→傳至齒輪Z30→手腕有附加回轉(zhuǎn)運動附加俯仰運動：手腕實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)運動→帶動手腕活動部分偏轉(zhuǎn)→齒輪Z18與手腕活動部分固聯(lián)并隨手腕活動部分偏轉(zhuǎn)（θ4）→關(guān)節(jié)電機5不動→齒輪Z17不動→齒輪Z18繞θ4公轉(zhuǎn)又自轉(zhuǎn)→手腕有附加俯仰運動典型機器人結(jié)構(gòu)示例手腕的偏轉(zhuǎn)運動傳動原理圖：

俯仰運動偏轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動典型機器人結(jié)構(gòu)示例手腕的偏轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu)圖：

典型機器人結(jié)構(gòu)示例四、PUMA—262機器人整體結(jié)構(gòu)

典型機器人結(jié)構(gòu)示例1．大臂的結(jié)構(gòu)圖（1）：

主要問題：1、機器人的主要構(gòu)成。2、分析存在的主要運動。機器人的類型。3、各機器人主體部分的傳動路線及傳動特點。4、當機器人手腕處于什么位置時，三個運動退化為兩個運動。典型機器人結(jié)構(gòu)示例1．大臂的結(jié)構(gòu)圖（2）：

典型機器人結(jié)構(gòu)示例2．小臂的結(jié)構(gòu)圖（1）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例2．小臂的結(jié)構(gòu)圖（2）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例3．回轉(zhuǎn)基座的結(jié)構(gòu)圖（1）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例五、典型零部件

典型機器人結(jié)構(gòu)示例1．彈性管聯(lián)軸器（1）：

結(jié)構(gòu)特點：屬于小型聯(lián)軸器，是將一段管子的中部加工出螺旋槽，即成為彈性管聯(lián)軸器。管子的材料主要為各類銅合金或不銹鋼等具有較高彈性、疲勞強度和塑性好的材料。聯(lián)軸器中段的螺旋槽，使其在軸向、周向都有較大的柔性，能朝任何方向彎曲。能補償兩軸不同軸的偏斜及軸向長度的偏差。還能起到緩和沖擊、衰減振動的作用。典型機器人結(jié)構(gòu)示例1．彈性管聯(lián)軸器（2）：

安裝：彈性管的兩端為夾緊軸的結(jié)構(gòu)，有兩個螺釘，一個用來頂緊軸，防止軸相對轉(zhuǎn)動；另一個用來鎖緊，防止軸的軸向松動。使用：PUMA—262機器人轉(zhuǎn)軸的連接上，便使用著這種聯(lián)軸器。典型機器人結(jié)構(gòu)示例彈性管聯(lián)軸器圖例：典型機器人結(jié)構(gòu)示例2．電磁制動閘（1）：

主要組成：主要由電磁鐵、磁性活動壓塊、錐形塊，彈簧、定位板等構(gòu)成。工作原理：當手臂切斷電源時，彈簧1把活動壓塊6緊壓錐形塊4，而錐形塊4與軸5固聯(lián)，由于摩擦，軸5被鎖住。當手臂電源接通時，電磁鐵8通電產(chǎn)生磁力，把活動壓塊6吸向電磁鐵，與錐形鐵4脫開，軸5便能自由轉(zhuǎn)動。典型機器人結(jié)構(gòu)示例2．電磁制動閘（2）：

應用：為了保證手臂操作過程的安全可靠，PUMA—262機器人在關(guān)節(jié)1、2、3電機軸上各裝有一個電磁制動閘。當給閘起作用時，使手臂保持原有的姿態(tài)。典型機器人結(jié)構(gòu)示例電磁制動閘圖例：典型機器人結(jié)構(gòu)示例PT-600弧焊機器人：PT-600型機器人是五自由度關(guān)節(jié)型弧焊機器人。采用直流伺服電機驅(qū)動、微機控制，結(jié)構(gòu)緊湊，工作范圍大，不僅用于弧焊作業(yè)，還可用于搬運和裝配作業(yè)。典型機器人結(jié)構(gòu)示例PT-600弧焊機器人外形圖（1）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例PT-600弧焊機器人外形圖（2）：典型機器人結(jié)構(gòu)示例PT-600弧焊機器人腰部結(jié)構(gòu)圖：典型機器