1、本章主要內(nèi)容 2.1工業(yè)機(jī)器人的組成 2.2工業(yè)機(jī)器人的分類 2.3工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 2.4 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟 本章講授時(shí)間：2學(xué)時(shí) 達(dá)到目的： 使學(xué)生了解機(jī)器人的基本組成與分類； 掌握機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，尤其是腕部和手部的具體結(jié)構(gòu)與工作原理。 該部分的基礎(chǔ)知識(shí)是機(jī)械原理。,第2章 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析,方法： 通過(guò)課堂講解了解并掌握機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)、分類及其特點(diǎn)； 通過(guò)大量實(shí)例使學(xué)生了解并掌握機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)，尤其是手部和腕部的結(jié)構(gòu)與工作原理。 重點(diǎn)：機(jī)器人手部和腕部的結(jié)構(gòu)組成與工作原理。 難點(diǎn)：腕部的結(jié)構(gòu)組成與工作原理。,工業(yè)機(jī)器人多種多樣，這不僅反映在結(jié)構(gòu)造型上，而且也反映在控制方式

2、和工作性能上。但從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)： 控制系統(tǒng)-控制柜 工業(yè)機(jī)器人由 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(動(dòng)力系統(tǒng)-動(dòng)力柜) 組成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)(操作機(jī)、操作系統(tǒng)) 在設(shè)計(jì)上往往結(jié)合成一體，也可以分離的。 圖21工業(yè)機(jī)器人的組成。,2.1 工業(yè)機(jī)器人的組成,動(dòng)畫(huà)演示1焊接機(jī)器人,動(dòng)畫(huà)演示2焊接機(jī)器人,首鋼莫托曼機(jī)器人有限公司（SGM）由首鋼總公司、日本株式會(huì)社安川電機(jī)和日本巖谷產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社共同投資在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)組建，三方出資比例分別為45、43和12，SGM是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的機(jī)器人企業(yè)。 SGM 主要經(jīng)營(yíng)年產(chǎn)量位居全球第一的 MOTOMAN 機(jī)器人（弧焊、點(diǎn)焊、涂膠、切割、搬運(yùn)、碼垛、噴漆、科研教學(xué)）、機(jī)器

3、人自動(dòng)化應(yīng)用生產(chǎn)線、備品備件、技術(shù)培訓(xùn)和售后服務(wù)等。,行程速度檢測(cè),控制系統(tǒng),其他傳感器,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),執(zhí)行機(jī)構(gòu),工作對(duì)象,圖22 工業(yè)機(jī)器人各組成部分的工作框圖,一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（操作系統(tǒng)、操作機(jī)） 見(jiàn)圖23 手部：直接與工作對(duì)象接觸或發(fā)生關(guān)系的部分。 作用：傳遞工件、端部工作裝置（焊槍、噴搶、鉆頭等）。 主要形式：夾緊式、吸附式 腕關(guān)節(jié)：聯(lián)接手部和手臂的部件。 手部方向、姿態(tài)（23個(gè)自由度） 手臂：聯(lián)接機(jī)身、立柱與腕關(guān)節(jié)、手部的紐帶。 確定運(yùn)動(dòng)范圍和作業(yè)空間 移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)三種方式 立柱：支撐手臂：與機(jī)座做一體 與機(jī)座相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 與機(jī)座相對(duì)移動(dòng) 機(jī)座：支撐整個(gè)機(jī)械手。 固定式 行走式（有行走機(jī)

4、構(gòu)）：滾輪式（有輪、無(wú)輪） 履帶式,二、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（或動(dòng)力系統(tǒng)）,各種電、氣、液組成的傳動(dòng)裝置或運(yùn)動(dòng)器，用來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 三種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 電力：電機(jī) 氣動(dòng)：氣缸 液壓：油缸，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：要求密封可靠。 有一體式：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)組裝在一起，外觀為一整體； 分離式：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安裝在單獨(dú)的液壓柜內(nèi)。 聯(lián)接方式：直接聯(lián)接：與操作機(jī)相連 間接相聯(lián)：通過(guò)齒輪、鏈、諧波傳動(dòng)裝置、 滾珠絲杠，與操作機(jī)相連,液壓式機(jī)器人 仿真演示,三、控制系統(tǒng),作用：控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按需要的順序，沿規(guī)定的位置或軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式：通過(guò)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。 指令是用來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的，指令是操作人員按所需要

5、的運(yùn)動(dòng)編制好程序或用其他方式存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中的。 指令信息:動(dòng)作順序、空間位置、運(yùn)動(dòng)速度、停頓時(shí)間、手部的張開(kāi)與夾緊等。 控制系統(tǒng)在記憶了這些指令信息以后，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定指令進(jìn)行動(dòng)作。有時(shí)需要考慮外界設(shè)備因素，如安全。,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括： 運(yùn)動(dòng)控制裝置 位置檢測(cè)裝置 示教再現(xiàn)裝置（記憶） 對(duì)于機(jī)器人的組成，還有其他劃分或描述方式，如考慮了環(huán)境和操作任務(wù)，則把機(jī)器人、環(huán)境和操作任務(wù)作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)描述。認(rèn)為機(jī)器人系統(tǒng)包括環(huán)境、操作機(jī)、操作任務(wù)和計(jì)算機(jī)四部分組成。,1 環(huán)境：影響機(jī)器人作業(yè)的幾何條件、工作空間內(nèi)物體的物理特性。 2 操作機(jī):一般為多自由度,包括作動(dòng)器在內(nèi)的機(jī)械裝置。一般6個(gè)自由度，

6、3個(gè)確定位置，3個(gè)調(diào)整工件的姿態(tài)和方位。操作機(jī)的各關(guān)節(jié)的動(dòng)作（包括移動(dòng)副的動(dòng)作）由各相應(yīng)的作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。 3 操作任務(wù)：操作前后兩種環(huán)境狀態(tài)的差別。由計(jì)算機(jī)語(yǔ)言所表述的指令來(lái)描述。 4 計(jì)算機(jī)：發(fā)生或發(fā)出控制信息的部分。根據(jù)操作任務(wù)，產(chǎn)生不同的控制信息，據(jù)此不同信息控制機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)副的動(dòng)作。操作任務(wù)一般事先編寫(xiě)好。,(1）機(jī)器人動(dòng)作模型 表示執(zhí)行裝置在激發(fā)信號(hào)與隨之發(fā)生的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。 (2) 環(huán)境模型 描述機(jī)器人在可達(dá)空間內(nèi)的每一事物。例如，說(shuō)明由于哪些區(qū)域存在障礙物而不能對(duì)其起作用。 (3) 任務(wù)程序 使計(jì)算機(jī)能夠理解其所要執(zhí)行的作業(yè)任務(wù)。 (4) 控制算法 計(jì)算機(jī)指令的序列，它提供

7、對(duì)機(jī)器人的控制，以便執(zhí)行需要做的工作。,大多數(shù)機(jī)械手是具有幾個(gè)自由度的關(guān)節(jié)式機(jī)械結(jié)構(gòu)，一般具有六個(gè)自由度。其中，頭三個(gè)自由度引導(dǎo)夾手裝置至所需位置，而后三個(gè)自由度用來(lái)決定末端執(zhí)行裝置的方向。,對(duì)于不具有感知外界環(huán)境變化能力的機(jī)器人系統(tǒng)，如圖25所示。,2.2 工業(yè)機(jī)器人的分類,可按使用范圍、控制方式、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型、構(gòu)成操作機(jī)的坐標(biāo)形式等來(lái)區(qū)分。 一、按代對(duì)機(jī)器人進(jìn)行分類 第一代機(jī)器人： 目前工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人為第一代工業(yè)機(jī)器人。,第三代：智能機(jī)器人。具有更多人的功能。具有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、壓覺(jué)、觸覺(jué)，和語(yǔ)言邏輯判斷功能等。處于研究實(shí)驗(yàn)室階段。 (圖26e）,第二代：具有視覺(jué)信息反饋的工

8、業(yè)機(jī)器人。帶攝像機(jī)（圖像傳感器）或觸覺(jué)等傳感器。 (圖26d）,二、按用途分（專用工業(yè)機(jī)器人與通用機(jī)器人）,1、專用工業(yè)機(jī)器人：根據(jù)主機(jī)的具體要求而特定設(shè)計(jì)。適合大批量自動(dòng)化生產(chǎn)。 特點(diǎn)：程序固定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作對(duì)象單一 缺點(diǎn)：缺乏通用性、靈活性 2、通用工業(yè)機(jī)器人（可編程序工業(yè)機(jī)器人）： 可通過(guò)改變其工作程序而適應(yīng)不同加工對(duì)象的需要。適合于中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。 簡(jiǎn)易型：只能點(diǎn)位控制點(diǎn)焊 伺服型：可點(diǎn)位，也可連續(xù)軌跡（焊縫跟蹤），靈活性較好。 三、按控制方式分類: 點(diǎn)位控制點(diǎn)到點(diǎn)，點(diǎn)點(diǎn)之間不管。-應(yīng)用最多的機(jī)器人。 連續(xù)軌跡控制：可實(shí)現(xiàn)空間任意連續(xù)軌跡。典型：焊接機(jī)器人。,四、按驅(qū)動(dòng)方式分類:

9、 機(jī)械傳動(dòng)式其驅(qū)動(dòng)通過(guò)凸輪、連桿、齒輪齒條、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 特點(diǎn)：工作程序固定、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、性能可靠、結(jié)構(gòu)尺寸較大。 主要用于：為工作主機(jī)上下料、輔助性工作。 氣壓傳動(dòng)式用壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：氣源方便、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低。 缺點(diǎn)：速度不易控制（兩個(gè)位置）、穩(wěn)定性差、力量小（氣壓小于0.6Mpa)、噪音大。,液壓傳動(dòng)式 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)作靈敏。 缺點(diǎn)：密封要求高、不易在高溫、低溫下工作、制造精度高、要附帶電液伺服閥、油箱、濾油換熱器等。 電力傳動(dòng)式 特點(diǎn)：電機(jī)選擇品種多，控制靈活方便，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不用中間轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。 采用的電機(jī)：感應(yīng)

10、電機(jī)、直線電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)等來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,五、按操作機(jī)坐標(biāo)形式來(lái)分: 直角坐標(biāo)式手部在空間位置上的改變是通過(guò)沿著三個(gè)互相垂直的軸線移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖27為三直線移動(dòng)直角坐標(biāo)操作機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。 特點(diǎn)：移動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)高精度，而轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件其工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)精度誤差，會(huì)因桿件的長(zhǎng)度而放大。 優(yōu)點(diǎn)：易實(shí)現(xiàn)高精度、運(yùn)動(dòng)分量求解容易。 缺點(diǎn)：占地面積大。,圓柱坐標(biāo)式手部在空間位置上的改變是通過(guò) 兩移一轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖28示意圖。 優(yōu)點(diǎn)：占地面積小，采用較多的一種坐標(biāo)系。,球坐標(biāo)式手部在空間位置上的改變是通過(guò) 一移（直線）兩轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。書(shū)上圖29示意圖。圖210 Unimate工業(yè)機(jī)器人（下圖所示） 優(yōu)點(diǎn)：占地面積

11、小，結(jié)構(gòu)緊湊、誤差可能大，與球鉸點(diǎn)的距離有關(guān)。,圖210 Unimate工業(yè)機(jī)器人,關(guān)節(jié)式手部在空間位置上的改變是通過(guò) 三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖211示意圖。圖212 PUMA500型工業(yè)機(jī)器人（下圖所示）。 這種結(jié)構(gòu)對(duì)于確定三維空間上的任意位置和姿態(tài)是 最有效的。它對(duì)于各種各樣的作業(yè)都有良好的適應(yīng)性，但其缺點(diǎn)是 坐標(biāo)計(jì)算和控制比較復(fù)雜，且難以達(dá)到高精度。 優(yōu)缺點(diǎn)：占地面積小，工作空間大、結(jié)構(gòu)緊湊、可過(guò)障礙物作業(yè)；誤差較大，與球鉸點(diǎn)的距離有關(guān)。,關(guān)節(jié)式機(jī)器人的其他形式,并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)器人并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人是一種新型結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，它通過(guò)各連桿的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，給出末端的運(yùn)動(dòng)軌跡以完成不同類型 的作業(yè)。該結(jié)

12、構(gòu)的機(jī)器人特點(diǎn)在于剛性好，可用來(lái)完成數(shù)控機(jī)床的 一些功能，因此也稱之為并聯(lián)機(jī)床。目前已有這方面的樣機(jī)，它可 完成復(fù)雜曲面的加工，是數(shù)控機(jī)床的一種新的結(jié)構(gòu)形式，也是機(jī)器 人功能的一種拓展。其不足是控制復(fù)雜，工作范圍比較小，精度也 比一般數(shù)控機(jī)床低一些。,2.3 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu),主要介紹操作機(jī)機(jī)器人執(zhí)行部件的結(jié)構(gòu):手臂、腕關(guān)節(jié)、手部裝置三部分。 一、手臂：支撐機(jī)器人的腕關(guān)節(jié)和手部，并使其在工作空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 達(dá)到空間內(nèi)任意位置，手臂至少需要3個(gè)自由度（可以不轉(zhuǎn)動(dòng))。不絕對(duì)，可利用軌跡來(lái)減少自由度而實(shí)現(xiàn)任意位置。 圖213（單自由度專用機(jī)器人）。 二、手臂的機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)，與坐標(biāo)形式有關(guān)。 圖214，直

13、角坐標(biāo)系：三直線移動(dòng)； 圖215，圓柱坐標(biāo)系：兩直線移動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)； 圖216，關(guān)節(jié)式坐標(biāo)系：三回轉(zhuǎn)（但 手部上下直線運(yùn)動(dòng))； 圖217，局部閉式鏈平行四邊形； 圖218，手部機(jī)構(gòu)的類型5類（主要移動(dòng)、回轉(zhuǎn)、俯仰），實(shí)際就：直線移動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,三、手臂運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 直線運(yùn)動(dòng)： 油缸、氣缸驅(qū)動(dòng)； 齒輪齒條驅(qū)動(dòng)； 滾珠絲杠（無(wú)自鎖、必須考慮制動(dòng)裝置、效率98）圖219 、圖220 普通絲杠（具有自鎖性、不必考慮制動(dòng)裝置） 直線電機(jī)。 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)： 一轉(zhuǎn)兩移圓柱坐標(biāo)系手臂繞立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)； 兩轉(zhuǎn)一移球柱坐標(biāo)系手臂上下俯仰與左右擺動(dòng)； 三回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)式機(jī)器人手臂上下俯仰和繞立柱的回轉(zhuǎn)。 常用方案：圖2-21圖2-2

14、5,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)，其中最常用的為諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪行星傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。,機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu),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； (2) 傳動(dòng)剛度大，即承受扭矩時(shí)角度變形要小，以提高整機(jī)的 固有頻率，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 置控制精度； (4) 壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。,諧波傳動(dòng)工作原理 諧波傳動(dòng)是利用一個(gè)構(gòu)件的可控制的彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳遞。諧波傳動(dòng)通常由三個(gè)基本構(gòu)件(俗稱三大件)組成，包括一個(gè)有內(nèi)齒的剛輪，一個(gè)工作時(shí)可產(chǎn)生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個(gè)裝在

15、柔輪內(nèi)部、呈橢圓形、外圈帶有滾動(dòng)軸承的波發(fā)生器。柔輪的外齒數(shù)少于剛輪的內(nèi)齒數(shù)。在波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相應(yīng)于長(zhǎng)軸方向的柔輪外齒正好完全嚙入剛輪的內(nèi)齒；在短軸方向，則外齒全脫開(kāi)內(nèi)齒。當(dāng)剛輪固定，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪的外齒將依次嚙入和嚙出剛輪的內(nèi)齒，柔輪齒圈上的任一點(diǎn)的徑向位移將呈近似于余弦波形的變化，所以這種傳動(dòng)稱作諧波傳動(dòng)。,特點(diǎn): 傳動(dòng)比大、體積小、重量輕和效率高外,結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單 ,承載能力大，傳動(dòng)平穩(wěn) .,二、諧波傳動(dòng)的主要特點(diǎn) (1)傳動(dòng)比大，單級(jí)為50300，雙級(jí)可達(dá)2x106。 (2)傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高，傳遞單位扭矩的體積和重量小。 在相同的工作條件下，體積可減小20一50。 (3)齒面

16、磨損小而均勻，傳動(dòng)效率高。當(dāng)結(jié)構(gòu)合理，潤(rùn)滑良好時(shí)，對(duì)i =100的傳動(dòng)，效率可達(dá)0.85。 (4)傳動(dòng)精度高。在制造精度相同的情況下，諧波傳動(dòng)的精度可比普通齒輪傳動(dòng)高一級(jí)。若齒面經(jīng)過(guò)很好的研磨，則諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)精度要比普通齒輪傳動(dòng)高4倍。 (5)回差小。精密諧波傳動(dòng)的回差一般可小于3，甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)回差傳動(dòng)。 (6)可以通過(guò)密封壁傳遞運(yùn)動(dòng)。這是其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)難實(shí)現(xiàn)的。 (7)諧波傳動(dòng)不能獲得中間輸出，并且杯式柔輪剛度較低。,RV擺線針輪傳動(dòng) RV擺線針輪傳動(dòng)裝置，是由一級(jí)行星輪系再串聯(lián)一級(jí)擺線針輪減速器組合而成的。 二、主要特點(diǎn) 與諧波傳動(dòng)相比，RV擺線針輪傳動(dòng)除了具有相同的速比大、同軸線傳

17、動(dòng)、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等待點(diǎn)外，最顯著的特點(diǎn)是剛性好，傳動(dòng)剛度較諧波傳動(dòng)要大26倍，但重量卻增加了13倍。 該減速器特別適用于操作機(jī)上的第一級(jí)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(腰關(guān)節(jié))，這時(shí)自重是坐落在底座上的，充分發(fā)揮了高剛度作用，可以大大提高整機(jī)的固有頻率，降低振動(dòng)；在頻繁加、減速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以提高響應(yīng)速度并降低能量消耗。,擺線針輪視頻: ,傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕及效率高的優(yōu)點(diǎn).,滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間放入適當(dāng)?shù)臐L珠。使絲杠與螺母之間由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的一種螺旋傳動(dòng)，滾珠在工作過(guò)程中順螺旋槽(滾道)滾動(dòng)，故必須設(shè)置滾珠的返回通道，才能循環(huán)使用。為了消除回差(空回)

18、，螺母分成兩段，以墊片、雙螺母或齒差調(diào)整兩段螺母的相對(duì)軸向位置，從而消除間隙和施加預(yù)緊力，使得在有額定抽間負(fù)荷時(shí)也能使回差為零。其中用的最多的是雙螺母式，而齒差式最為可靠。,1一齒輪；2一返回裝置； 3一鍵； 4一滾珠； 5一絲杠；6一螺母； 7支座,滾動(dòng)螺旋特點(diǎn)： (1)摩擦小、效率高。一般情況下，傳動(dòng)的效率在90以上。 (2)動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差極小，傳動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高。 (3)磨損小、壽命長(zhǎng)。 (4)可以通過(guò)預(yù)緊消除軸向間隙，提高軸向剛度。,滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)不能自鎖，必須有防止逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)或自鎖機(jī)構(gòu)才能安全地用于有自重下降的場(chǎng)合。最怕落入灰塵、鐵屑、砂粒。通常，螺母兩端必須密封，絲杠的外露部分必

19、須用“風(fēng)箱”套或鋼帶卷套加以密封。,另外，對(duì)于齒輪傳動(dòng)、蝸輪傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)，須特別注意消除間隙問(wèn)題，否則回差很大，達(dá)不到應(yīng)有的轉(zhuǎn)角精度要求。對(duì)于鏈傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng)、鋼帶傳動(dòng)和鋼絲繩傳動(dòng)，必須考慮張緊問(wèn)題，否則也會(huì)產(chǎn)生很大的回差。,關(guān)節(jié)是操作機(jī)各桿件間的結(jié)合部分，有轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)兩種類型。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)，它們構(gòu)成了操作機(jī)的位置機(jī)構(gòu)。后面關(guān)節(jié)構(gòu)成了操作機(jī)的姿態(tài)機(jī)構(gòu)，稱作腕部。下面分別討論這些關(guān)節(jié)的構(gòu)造和傳動(dòng)配置。 一、腰關(guān)節(jié) 腰關(guān)節(jié)既承受很大的軸向力、徑向力，又承受傾翻力矩，且具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度。多采用高剛性的RV減速器減速，也可采用諧波傳動(dòng)、擺線針輪或蝸桿

20、減速器。,工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的構(gòu)造及其傳動(dòng)配置,腰關(guān)節(jié)電機(jī)上置) 1 電機(jī)；2 RV減速器，3 支架，6 交叉滾子軸承；5 電纜,腰關(guān)節(jié) (電機(jī)下置) 1諧波減速器；2 電機(jī)；3 四點(diǎn)接觸球軸承,腰關(guān)節(jié) 1 電機(jī) ；2 齒輪；3 立柱；4 結(jié)合螺栓,由上面的圖例可以看出，腰關(guān)節(jié)的構(gòu)造主要是兩種類型：使用交叉滾子或四點(diǎn)接觸式軸承的同軸式平行軸式。前者結(jié)構(gòu)緊湊，腰關(guān)節(jié)高度尺寸小(使用特制抽承的緣故)，但后面關(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(pán)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(pán)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

21、地通過(guò)中空軸，聯(lián)接于支座的固定接線板上。,二、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié) 對(duì)于開(kāi)式連桿結(jié)構(gòu)，肩關(guān)節(jié)位于腰部的支座上，多采用高剛性的RV減速器減速，也可采用諧波傳動(dòng)或擺線針輪。 肘關(guān)節(jié)位于大臂與小臂的聯(lián)接處。其結(jié)構(gòu)形式有偏置式或同軸式配置，多采用諧波傳動(dòng)、擺線針輪、齒輪傳動(dòng)等。,1 大臂； 2 關(guān)節(jié)1電機(jī)； 3 小臂定位板； 4 小臂； 5 氣動(dòng)閥； 6 立柱； 7 直齒輪； 8 中間齒輪； 9 機(jī)座； 10 主齒輪； 11 管形連接軸； 12 手腕,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； 2、7 RV減速器； 3、6 驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 4 大臂； 5 曲柄； 8 軸承。,三、直動(dòng)關(guān)節(jié) 直動(dòng)關(guān)節(jié)可有兩種類

22、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(軌)式；后者可采用油缸驅(qū)動(dòng)齒輪的倍速移動(dòng)結(jié)構(gòu)。,四、腕關(guān)節(jié) 作用：聯(lián)接手臂與手部裝置的部件，也稱手腕； 自由度:2-3個(gè)：俯仰、擺動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)； 空間方位容積（SOV)：手臂端點(diǎn)固定后，腕關(guān)節(jié)在空間掃過(guò)一個(gè)立體角時(shí)所占有的空間的大小。SOV越小，則腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)越緊湊。,腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式： 圖227 腕關(guān)節(jié)的彎曲式結(jié)構(gòu)：彎曲式結(jié)構(gòu)B,轉(zhuǎn)動(dòng)式結(jié)構(gòu)R。,表21腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的6種組成形式與功能。,（6）、腕關(guān)節(jié)BRR式結(jié)構(gòu),（1）a、腕關(guān)節(jié)RR式結(jié)構(gòu),PYR,圖228 腕關(guān)節(jié)的6種結(jié)構(gòu)組成形式： Pitch-俯仰，Yaw-擺動(dòng)，Roll-轉(zhuǎn)動(dòng)。,1、單自由度

23、手腕 SCARA水平關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人多采用單自由度手骯。,SCARA 機(jī)器人,SCARA 機(jī)器人操作機(jī)的手腕只有繞垂直軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。為了減輕操作機(jī)的懸臂重量，手腕的驅(qū)動(dòng)電機(jī)固結(jié)在機(jī)架上。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的目的在于調(diào)整裝配件的方位。由于傳動(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)電機(jī)，這是該種傳動(dòng)方式的主要優(yōu)點(diǎn)，特別適合于電子線路板的插件作業(yè)。,2、兩自由度手腕 兩自由度手腕關(guān)節(jié)有兩種常見(jiàn)的配置形式，即匯交式和偏置式。,1 法蘭；2 錐齒輪軸；3 錐齒輪； 8，4 彈簧；5，7 鏈輪； 6，9軸承；10一轉(zhuǎn)殼 匯交式兩自由度手流,1 法蘭

24、；2 轉(zhuǎn)殼；3、6 錐齒輪軸； 4 小臂；5、7 鏈輪，8 鏈； 9、10 彈簧 偏置式兩自由度手腕,兩自由度手腕的另兩種結(jié)構(gòu)。圖1屬匯交型，將諧波減速器置于臂部，驅(qū)動(dòng)器通過(guò)齒形帶帶動(dòng)諧波，或經(jīng)錐齒輪再帶動(dòng)諧波使末桿獲得沿x、y軸兩自由度運(yùn)動(dòng)。圖2為偏置型，則是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和諧波減速器連成一體，放于偏置的腕殼中直接帶動(dòng)腕完成角轉(zhuǎn)動(dòng)。,1 扁平諧波； 2 杯式諧波； 3 齒形帶輪； 4 錐齒輪；5 腕殼 圖1 諧波前置匯交手腕,1諧波減速9；2 馬達(dá)； 3 銘輪； 4 腕殼 圖2 電機(jī)前置偏置手腕,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)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

25、誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。,2 主動(dòng)鏈輪；3、5 從動(dòng)鏈輪 手腕傳動(dòng)示意圖,兩自由度腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)工作原理： （1）腕關(guān)節(jié)的誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)： 輪系傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊； 缺點(diǎn)：各軸角位移相互間影響 例：圖229 輪系兩自由度RR型 腕關(guān)節(jié)的誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。 俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)： C軸轉(zhuǎn)動(dòng)（手部）： S12 3 4 C（手部），此過(guò)程不影響A軸的運(yùn)動(dòng)； 俯仰運(yùn)動(dòng)：7（腕關(guān)節(jié)殼體）繞A軸俯仰； B56 7（俯仰），若S不動(dòng)，則1、2、3均不動(dòng)，而輪4、3嚙合，7在B軸驅(qū)動(dòng)下繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輪4繞C軸回轉(zhuǎn)， 這個(gè)因俯仰附加的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。 6565, 6/5 n6/n5 =Z5/Z6 4646 4343 ( 30，3固定),圖22

26、9,（2）RBR型三自由度輪系結(jié)構(gòu)腕關(guān)節(jié)，圖230，此機(jī)構(gòu)非常復(fù)雜。 由A1實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)， A2實(shí)現(xiàn)俯仰， A3實(shí)現(xiàn)手部轉(zhuǎn)動(dòng)。 A1、A2都使A3產(chǎn)生誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。 （3）3R手腕機(jī)構(gòu) （圖231 234）： 特點(diǎn)： R1、R2、R3三軸匯交于一點(diǎn)； R2旋轉(zhuǎn)時(shí)，為一不完整的球冠； R3調(diào)節(jié)手部方位； 1223 出現(xiàn)死區(qū)， 1223 不出現(xiàn)死區(qū)； 23 不易過(guò)大，易發(fā)生干涉現(xiàn)象。 （4）柔性腕關(guān)節(jié)：(圖235，36）； （5）腕關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)： 為使機(jī)器人具有較好的柔性，一般不直接將作動(dòng)器安裝在腕部，而是安裝在立柱或靠近立柱的部位，然后通過(guò)鏈、齒形帶或連桿，將作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)傳遞到腕關(guān)節(jié)，使腕關(guān)節(jié)獲得相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。 如圖237，38所