机器人概论
华南农业大学工程学院贾瑞昌 rcjia@scau.edu.cn课件地址:jiqirengailun@21cn.com pw:123456
三、机器人本体的机械结构
3.1机器人的坐标形式3.2机身和手臂3.3驱动部分3.4机械手3.5行走部分3.6机械手示例——插秧机械手
3.1机器人坐标形式
直角坐标型机器人 在X、Y、Z轴上的运动是独立的,其运动方程可以独立处理;同时又是线性的,因此对这类机器人进行计算机控制很简单:它可以两端支撑,因此对于给定的结构长度,其刚性最大.它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化,容易达到高精度但是它的操作范围小,手臂收缩的同时,又向相反方向伸出,不仅妨碍工作.而且占地面积大,运动速度低.密封性不好.
直角坐标机器人
圆柱坐标型机器人
圆柱坐标型机器人可以绕中心轴旋转,工作范围大,且计算简单.它的直线驱动部分如果采用液压驱动,则可以输出较大的动力;它能够伸入空腔内部.但手臂可到达的空间位置受到限制,直线驱动部分难以密封、防尘等
极坐标型机器人
极坐标型机器人又称为球坐标型机器人.与圆柱坐标型机器人一样,可以绕中心轴旋转.它具有在中心支架附近的工作范围大.两个转动驱动装置容易密封.覆盖工作空间较大等优点.但是,它的坐标系复杂,轻难控制:其直线驱动顶置仍存在密封及工作死区问题.
多关节机器人
多关节机器人可实现多方向的自由运动.如图给出了它的各种类型这种机器人动作较灵活,工作空间大,关节驱动处容易密封,工作条件要求较低,可在水下等环境工作.适合用电机驱动.但是存在计算量大、不适于用液压驱动等缺点.
平行曲轴型
封闭构造的机器人臂,它容易得到较高的运动速度,但是运动范围受到限制.
平面关节型机器人
特点是在垂直方向上刚度很高,在水乎面内动作灵活.由于这种结构的机器人很适于装配工作,特别是轴孔装配,因此这种结构多用于自动装配机器人.
机器人机构的运动
运动自由度 描述系统的独立坐标的个数,即系统的自由度. 机器人的机械结构在各种驱动.传动装置及控制系统的协同配合下,在确定空间范围内运动.一般情况下,机器人的运动范围是指手部以及工件、或工具在空间的运动范围和所能达到的位置.而手部在空间的位置,是由臀部、腕部以及整机各自独立运动的合成来确定的.
五自由度机器人
臂部在XO1Y面内有三个独立运动——升降(L1)、伸缩(L2)和转动腕部有一个独立的运动—转动.手部绕自身轴线旋转
自由度选择
机器人的自由度越多,就越能够接近人手的动作技能,通用性能越好;但是自由度越多洁构越复杂,对机器人的整体要求就高,这是机器人设计中的一个矛盾.目前通用的工业机器人大多为3-6个自由度.
3.2机器人机身
机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部件.一般情况下,实现臀部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上.臀部的运动愈多,机身的结构和受力愈复杂.机身既可以是固定式的,也可以是行走式的,即在它的下部装有能行走的机构,可沿地面或架空轨道运行.
机器人手臂
手臂部件(简称臀部或手臂)是机器人的主要执行部件.它的作用是支承腕部和手部,并带动它们在空间运动.臀部还安装一些传动、驱动机构.从臀部的受力情况看,它在工作中直接承受腕、手和工件的静、动载荷,自身运动又多,故受力复杂.
性能要求
刚度——受力变形精度——运动质量平稳性——缓冲减震其他传动简短结构紧凑考虑特殊需求
3.2驱动机构
1、直线驱动 机器人采用的直线驱动方式包括直角坐标结构的X、Y、Z向驱动,圆柱坐标结构的径向驱动和垂直升降驱动,以及极坐标结构的径向伸缩驱动. 直线运动可以直接由气缸或液压缸和活塞产生,也可以采用齿轮齿条、丝杠、螺母等传动元件把旋转运动转换成直线运动
齿轮齿条装置
通常齿条是固定不动的.当齿轮传动时齿轮轴连同拖板沿齿条方向作直线运动.这样,齿轮的旋转运动就转换成为拖板的直线运动.
丝杠或滚珠丝杠
普通丝杠驱动是由一个旋转的精密丝杠驱动一个螺母沿丝杠轴向移动.由于普通丝杠的摩擦力较大,效率低,惯性大,在低速时容易产生爬行现象,精度低,回差大,所以在机器人上很少采用.滚珠丝杠在丝杠螺母的螺旋槽里放置了许多滚珠,传动过程中所受的摩擦力是波动摩擦,可极大地减小摩擦力,因此传动效率高,消除了低速运动时的爬行现象,在装配时施加一定的预紧力,可消除回差.

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