項(xiàng)目2工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》2.1工業(yè)機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)——2.1.5基座工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)2.1工業(yè)機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式機(jī)器人本體機(jī)械機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)手部（操作器）腕部臂部腰部電驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置處理器關(guān)節(jié)伺服控制器內(nèi)部傳感器外部傳感器

基座（固定或移動(dòng)）傳動(dòng)裝置2.1.5基座工業(yè)機(jī)器人主要由三大部分構(gòu)成：機(jī)身(立柱)、臂部(包括手腕)、手部。若是固定式，則固定機(jī)座一般與機(jī)身為一體；若是移動(dòng)式，則還需要一個(gè)行走機(jī)構(gòu)。機(jī)身是連接、支撐手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件，用于安裝臂部的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)裝置。2.1.5基座(1)機(jī)身設(shè)計(jì)

為保證機(jī)器人工作過(guò)程中的靈活性和準(zhǔn)確性，還必須注意以下幾點(diǎn)：機(jī)身要有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性；運(yùn)動(dòng)要靈活，用于實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向套長(zhǎng)度不宜過(guò)短，以免發(fā)生卡死現(xiàn)象；驅(qū)動(dòng)方式要適宜；結(jié)構(gòu)布置要合理。2.1.5基座(1)機(jī)身設(shè)計(jì)機(jī)身一般用于實(shí)現(xiàn)升降、回轉(zhuǎn)和俯仰等運(yùn)動(dòng)，通常有1~3個(gè)自由度。機(jī)身結(jié)構(gòu)一般由機(jī)器人的坐標(biāo)形式來(lái)確定：直角坐標(biāo)型：這種類型的機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自由度且都是直線運(yùn)動(dòng)。通常把升降運(yùn)動(dòng)或水平移動(dòng)的自由度歸為機(jī)身部分。2.1.5基座(1)機(jī)身設(shè)計(jì)機(jī)身一般用于實(shí)現(xiàn)升降、回轉(zhuǎn)和俯仰等運(yùn)動(dòng)，通常有1~3個(gè)自由度。機(jī)身結(jié)構(gòu)一般由機(jī)器人的坐標(biāo)形式來(lái)確定：圓柱坐標(biāo)型：具有三個(gè)自由度：一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)腰轉(zhuǎn)及兩個(gè)直線移動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)及手臂伸縮運(yùn)動(dòng)）。腰轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及升降運(yùn)動(dòng)通常由機(jī)身來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.1.5基座8(1)機(jī)身設(shè)計(jì)機(jī)身一般用于實(shí)現(xiàn)升降、回轉(zhuǎn)和俯仰等運(yùn)動(dòng)，通常有1~3個(gè)自由度。機(jī)身結(jié)構(gòu)一般由機(jī)器人的坐標(biāo)形式來(lái)確定：關(guān)節(jié)坐標(biāo)型：三個(gè)自由度均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通常僅把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)歸結(jié)為機(jī)身。2.1.5基座二、機(jī)身典型結(jié)構(gòu)

2.1.5基座1．回轉(zhuǎn)與升降運(yùn)動(dòng)機(jī)身(1)：

鏈輪—液壓缸機(jī)構(gòu)：

構(gòu)成：主要由鏈輪機(jī)構(gòu)、液壓缸機(jī)構(gòu)、機(jī)身本體部分構(gòu)成。且升降機(jī)構(gòu)位于轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的上方。工作原理：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：通過(guò)液壓缸活塞的移動(dòng)→帶動(dòng)鏈條的移動(dòng)→鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)→機(jī)身的轉(zhuǎn)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)：活塞的上下移動(dòng)→帶動(dòng)機(jī)身的上下升降2.1.5基座鏈輪—液壓缸機(jī)構(gòu)圖例：?jiǎn)栴}：要使立柱作大于360°的旋轉(zhuǎn)，對(duì)活塞的行程有什么要求？每個(gè)液壓缸只有一個(gè)油口。2.1.5基座直線運(yùn)動(dòng)液壓缸—擺動(dòng)

液壓缸機(jī)構(gòu)：

構(gòu)成：主要由直線運(yùn)動(dòng)液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、花鍵導(dǎo)向軸、機(jī)身本體等部分構(gòu)成。工作原理：升降運(yùn)動(dòng)：活塞1下腔進(jìn)油→活塞推動(dòng)機(jī)身沿花鍵軸上升活塞1上腔進(jìn)油→活塞推動(dòng)機(jī)身沿花鍵軸下降2.1.5基座直線運(yùn)動(dòng)液壓缸—擺動(dòng)

液壓缸機(jī)構(gòu)：

工作原理：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：擺動(dòng)液壓缸進(jìn)油→擺動(dòng)缸動(dòng)片7擺動(dòng)→帶動(dòng)擺動(dòng)缸套5擺動(dòng)由于花鍵軸3只起導(dǎo)向作用而不回轉(zhuǎn)，擺動(dòng)缸定片與花鍵軸之間通過(guò)平鍵和螺釘固定連接，保證定片的位置確定。2.1.5基座問(wèn)題：1、擺動(dòng)液壓缸的動(dòng)片與缸的什么部件相連？機(jī)械臂將與擺動(dòng)液壓缸的什么部件相連？2、為什么采用長(zhǎng)度較短的花鍵套導(dǎo)向？3、機(jī)身升降運(yùn)動(dòng)的行程和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)角度取決于什么？4、畫出零件2的結(jié)構(gòu)圖。2.1.5基座2.1.5基座

俯仰動(dòng)作一般采用液壓(氣)缸與連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，液壓缸位于手臂下方，活塞桿和手臂用鉸鏈連接。

此外，也有采用無(wú)桿活塞缸驅(qū)動(dòng)齒條齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)與俯仰式機(jī)身2.1.5基座2.1.5基座腰關(guān)節(jié)

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，又承受傾覆力矩，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RV減速機(jī)傳動(dòng)。為方便走線，常采用中空型RV2.1.5基座肩、肘關(guān)節(jié)

肩、肘關(guān)節(jié)承受很大扭矩（肩關(guān)節(jié)同時(shí)承受來(lái)自平衡裝置的彎矩）且應(yīng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度；多采用高剛性的RV減速機(jī)傳動(dòng)。2.1.5基座三、機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)

2.1.5基座1．行走機(jī)構(gòu)的構(gòu)成：

機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)通常由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、位置檢測(cè)裝置、傳感器、電纜和管路等構(gòu)成。2.1.5基座2．行走機(jī)構(gòu)的分類：

按運(yùn)行軌跡分：分為固定軌跡式和無(wú)固定軌跡式兩種。固定軌跡式主要用于工業(yè)機(jī)器人按行走機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)分：對(duì)于無(wú)固定軌跡機(jī)器人，可分為輪式、履帶式和步行式等。前兩者與地面連續(xù)接觸，后者與地面為間斷接觸。2.1.5基座3．固定軌道式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)：

機(jī)器人機(jī)身底座，安裝在一個(gè)可移動(dòng)的拖板上，依靠絲桿螺母副的運(yùn)動(dòng)將來(lái)自電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。2.1.5基座3．固定軌道式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)：

機(jī)器人機(jī)身底座，安裝在一個(gè)可移動(dòng)的拖板上，依靠絲桿螺母副的運(yùn)動(dòng)將來(lái)自電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。2.1.5基座4．車輪式行走機(jī)器人：分類：車輪式行走機(jī)器人通常有三輪、四輪、六輪之分。它們或有驅(qū)動(dòng)輪和自位輪，或有驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，用來(lái)轉(zhuǎn)彎。適用范圍：最適合平地行走，不能跨越高度，不能爬樓梯。2.1.5基座圖

利用陀螺儀的二輪車

2.1.5基座2.1.5基座三輪行走機(jī)器人結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)：構(gòu)成：三個(gè)車輪、轉(zhuǎn)向叉、驅(qū)動(dòng)裝置等。驅(qū)動(dòng)方案：電機(jī)5驅(qū)動(dòng)輪1：通過(guò)V1、V2的不同速度控制小車的移動(dòng)方向，同時(shí)，轉(zhuǎn)向叉3自動(dòng)地轉(zhuǎn)向正確的方向。此時(shí)輪2受到地面的摩擦而滾動(dòng)。電機(jī)6驅(qū)動(dòng)輪2：由電機(jī)6驅(qū)動(dòng)，小車的方向由專用電機(jī)7驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向叉實(shí)現(xiàn)。此時(shí)輪1自由滾動(dòng)。缺陷：施加在角落的力容易產(chǎn)生使機(jī)器人翻倒，對(duì)負(fù)載有一定的限制。2.1.5基座

圖2.59所示的三組輪是由美國(guó)Unimationstanford行走機(jī)器人課題研究小組設(shè)計(jì)研制的。它采用了三組輪子,呈等邊三角形分布在機(jī)器人的下部。

圖

2.59三組輪

2.1.5基座2.1.5基座2.1.5基座圖

2.60四輪車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)

2.1.5基座

圖2.62所示為四輪防爆機(jī)器人,該輪系由于采用了四組輪子,運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性有很大提高。但是,要保證四組輪子同時(shí)和地面接觸,必須使用特殊的輪系懸掛系統(tǒng)。它需要四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī),控制系統(tǒng)也比較復(fù)雜,造價(jià)也較高。

2.1.5基座5．履帶式行走機(jī)器人：特點(diǎn)：可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度不太高的臺(tái)階。沒(méi)有自位輪，依靠左右兩個(gè)履帶的速度差轉(zhuǎn)彎，會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，轉(zhuǎn)彎阻力大，且不能準(zhǔn)確地確定回轉(zhuǎn)半徑。2.1.5基座2.1.5基座2.1.5基座救援機(jī)器人德國(guó)排爆機(jī)器人2.1.5基座

6．腳踏行走機(jī)器人：

腳踏行走機(jī)器人即步行機(jī)器人，典型特征是不僅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越溝壑，上下臺(tái)階，具有廣泛的適應(yīng)性。主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)是機(jī)器人跨步時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)移重心而保持平衡的問(wèn)題。2.1.5基座兩足步行機(jī)器人圖例：控制特點(diǎn)：使機(jī)器人的重心經(jīng)常在接地的腳掌上，一邊不斷取得準(zhǔn)靜態(tài)平衡，一邊穩(wěn)定的步行。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：為了能變換方向和上下臺(tái)階，一定要具備多自由度。2.1.5基座圖

2.65兩足步行式行走機(jī)構(gòu)原理圖

2.1.5基座步行式2.1.5基座四足機(jī)器人圖例（1）：特點(diǎn)：四足機(jī)器人在靜止?fàn)顟B(tài)下是穩(wěn)定的，具有很高的實(shí)用性。四足機(jī)器人步行時(shí)，一只腳抬起，三只腳支撐自重，這時(shí)有必要移動(dòng)身體，讓重心落在三只腳接地點(diǎn)組成的三角形內(nèi)。2.1.5基座四足機(jī)器人圖例（2）：2.1.5基座四足機(jī)器人圖例（3）：2.