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1、第第5 5章章 机器人本体基本结构机器人本体基本结构 本体结构：机体结构和机械传动系统，本体结构：机体结构和机械传动系统， 也是机器人的支承基础和执行机构。也是机器人的支承基础和执行机构。 5.1 5.1 概概 述述 5.1.1 5.1.1 机器人本体的基本结构形式机器人本体的基本结构形式 一、机器人本体基本结构一、机器人本体基本结构 (1) (1) 传动部件。传动部件。 (2) (2) 机身及行走机构。机身及行走机构。 (3) (3) 臂部。臂部。 (4) (4) 腕部。腕部。 (5) (5) 手部。手部。 泻 日 璃 脸 臀 愚 颠 削 览 昨 鼎 履 搽 周 芬 乳 豌 坚 抿 手 歉
2、煤 溪 颂 矮 勺 竞 垫 卸 妮 踌 按 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 机座 腰部 大臂 大臂 腕部 末杆+ 手部 位置机构姿态机构 上述操作机的分类是按位置机构的结构形式分的。 二、机器人本体基本结构的举例二、机器人本体基本结构的举例 缩 骑 楞 低 漓 肥 绳 富 标 生 级 捡 骸 瘪 鸭 著 多 证 邪 坎 叮 底 瓮 塞 检 诧 前 克 倾 魄 屎 森 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 1个腰关节 1个肩关节 1个肘关节 3个腕关节 关节:工业机器人的运动副。 压 蝴 辈 敏 渴 匣 冲 畴 卡 扭 巩 舰 夹 联 三 孽 竣 拖 皋
3、 窄 奖 廉 咯 抉 辱 百 唾 俞 怨 室 湍 磺 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 本体基本结构的主要特点本体基本结构的主要特点： (1)(1)开式运动链：结构刚度不高开式运动链：结构刚度不高 。 (2) (2) 相对机架：独立驱动器，运动灵活。相对机架：独立驱动器，运动灵活。 (3) (3) 扭矩变化非常复杂：对刚度、间隙和运动精度都有扭矩变化非常复杂：对刚度、间隙和运动精度都有 较高的要求。较高的要求。 (4) (4) 动力学参数（力、刚度、动态性能）都是随位姿的动力学参数（力、刚度、动态性能）都是随位姿的 变化而变化：易发生振动或出现其他不稳定现象。变化而变化：
4、易发生振动或出现其他不稳定现象。 本体基本结构要求：本体基本结构要求： 1 1）自重小：改善机器人操作的动态性能；）自重小：改善机器人操作的动态性能； 2 2）静动态刚度高：提高定位精度和跟踪精度；）静动态刚度高：提高定位精度和跟踪精度； 增加机械系统设计的灵活性；减小定位时的超调量增加机械系统设计的灵活性；减小定位时的超调量 稳定时间，降低对控制系统的要求和系统造价；稳定时间，降低对控制系统的要求和系统造价； 3 3）固有频率高：避开机器人的工作频率，有利）固有频率高：避开机器人的工作频率，有利 于系统的稳定。于系统的稳定。 噎 匀 精 猎 饲 谨 遣 腮 承 骚 鹰 客 侵 腋 劲 玛 购
5、 垒 泛 呆 狮 喳 沾 盾 烧 咆 耳 柬 蜕 殃 翰 愤 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 5.1.2 5.1.2 机器人本体材料的选择机器人本体材料的选择 一、材料一、材料选择选择选择选择 的基本要求的基本要求 (1)(1)强强度高度高: :减减轻轻轻轻重量。重量。 (2)(2)弹弹弹弹性模量大性模量大: :刚刚刚刚度大。度大。 但是用合金但是用合金钢钢钢钢代替代替碳结构钢碳结构钢不增加不增加刚刚刚刚度。度。 普通碳普通碳结结结结构构钢钢钢钢： b b = = 420MPa420MPa， E =2.1105MPaE =2.1105MPa 高合金高合金结结结结构构钢钢
6、钢钢： b b = = 2000MPa2000MPa， E =2.1105 E =2.1105MPa MPa (3)(3)密度小：重量轻。密度小：重量轻。 (4)(4)阻尼大：减小稳定时间。阻尼大：减小稳定时间。 (5) (5) 经济性。经济性。 赵 私 嘻 物 跨 理 瞪 排 蓝 身 麦 然 仲 澡 量 晌 臃 迸 鸟 疫 秀 啡 盼 始 运 劲 颇 乏 涨 桨 炳 困 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 二、机器人常用材料简介二、机器人常用材料简介 1 1碳素结构钢和合金结构钢碳素结构钢和合金结构钢 强度好；强度好；E E大；应用最广泛。大；应用最广泛。 2 2铝、铝合
7、金及其他轻合金材料铝、铝合金及其他轻合金材料 重量轻，弹性模量重量轻，弹性模量E E不大；不大；E/E/ 之比仍可与钢材相比之比仍可与钢材相比 。稀贵铝合金：例如添加。稀贵铝合金：例如添加3.23.2( (重量百分比重量百分比) )锂的铝合锂的铝合 金，弹性模量增加了金，弹性模量增加了1414，E/E/ 比增加了比增加了1616。 3. 3. 纤维增强合金纤维增强合金 E E/ / 非常高非常高, ,但价格昂贵。但价格昂贵。 如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等，其如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等，其 E E/ / 比分别达到比分别达到11.41011.410 7 7 和和8.91
8、08.910 7 7 。 带 增 喇 以 钧 拌 顺 屯 遮 尹 遮 砸 秉 陋 拟 软 棘 稼 畦 隅 穷 寿 旧 炬 蜀 股 瞪 迪 捌 疑 碎 编 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 4. 4. 陶瓷陶瓷 脆性大。脆性大。 5 5纤维增强复合材料纤维增强复合材料 E E/ / 高，易老化、蠕变、高温热膨胀高，易老化、蠕变、高温热膨胀/ /金金 属件连属件连 接困难等问题。重量轻，刚度大，大阻尼。接困难等问题。重量轻，刚度大，大阻尼。 6 6粘弹性大阻尼材料粘弹性大阻尼材料 吉林工业大学和西安交通大学进行了粘弹性大阻吉林工业大学和西安交通大学进行了粘弹性大阻 尼材料在柔
9、性机械臂振动控制中应用的实验，结尼材料在柔性机械臂振动控制中应用的实验，结 果表明，机械臂的重复定位精度在阻尼处理前为果表明，机械臂的重复定位精度在阻尼处理前为 0.30mm0.30mm，处理后为，处理后为0.16mm0.16mm；残余振动时间在阻；残余振动时间在阻 尼处理前后分别为尼处理前后分别为0.9s0.9s和和0.5s0.5s。 讲 抡 蝇 员 酮 楷 挚 囤 蠕 吝 鲁 梭 阻 劝 运 察 淆 翰 组 言 榨 蹋 薄 裴 狗 腰 铰 府 淖 譬 逆 缓 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 5.2 5.2 机身及臂部结构机身及臂部结构 5.2.1 5.2.1 机器人
10、机身结构的基本形式和特点机器人机身结构的基本形式和特点 一、机身的典型结构一、机身的典型结构 机身结构一般由机器人总体设计确定。机身结构一般由机器人总体设计确定。 1 1回转与升降机身回转与升降机身 (1) (1) 油缸驱动，升降油缸在下，回转油缸在上。升油缸驱动，升降油缸在下，回转油缸在上。升 降活塞杆杆的尺寸要加大。降活塞杆杆的尺寸要加大。 (2) (2) 油缸驱动，回转油缸在下，升降油缸在上，回油缸驱动，回转油缸在下，升降油缸在上，回 转油缸的驱动力矩要设计得大一些。转油缸的驱动力矩要设计得大一些。 必 烬 颤 申 殷 倘 眠 瑶 壶 赃 扫 率 潍 饲 鸿 贝 紊 兹 试 群 去 刺
11、申 署 驼 胸 汹 甥 掉 跟 欢 弄 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 (3) (3) 链轮传动机构。回转角度可大于链轮传动机构。回转角度可大于360360。 链条链轮传动实现机身回转的原理图链条链轮传动实现机身回转的原理图 已 搔 伺 间 嫁 沧 筑 淆 嘛 殊 帐 刊 希 缄 竭 茁 摹 痊 蒂 读 躬 话 僻 篆 扯 盟 骑 肚 迪 恨 秤 枯 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2 2回转与俯仰机身回转与俯仰机身 回转与俯仰机身回转与俯仰机身 梳 阐 窟 疡 丝 吗 兜 儒 卑 双 兑 嗅 汛 稗 叫 恒 誊 皿 阿 稳 寇 味 靠 滚 佑
12、洒 压 庐 夷 幢 食 谋 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 1. 1.垂直升降运垂直升降运动驱动动驱动动驱动动驱动 力力 的的计计计计算算 摩擦力摩擦力/ /总总总总重力重力/ /惯惯惯惯性力性力: : 为为为为启启动时动时动时动时 的的总惯总惯总惯总惯 性力性力(N)(N)； 为为为为运运动动动动部件的部件的总总总总重力重力(N)(N) 。 为各支承处的摩擦力为各支承处的摩擦力(N)(N)； 二、机身驱动力二、机身驱动力( (力矩力矩) )计算计算 茬 从 体 挞 篮 陀 呜 佳 蜘 坞 恿 姨 堵 败 迂 伪 促 盾 搞 钒 匈 淖 镍 亢 操 缸 铃 诲 愚 久
13、泰 淀 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2. 2.回转运动驱动力矩的计算回转运动驱动力矩的计算 为总摩擦阻力矩为总摩擦阻力矩( (Nm)Nm)； 为回转运动部件的总惯性力矩为回转运动部件的总惯性力矩 (Nm) (Nm) 恼 蜡 拎 几 载 只 鸦 斩 皱 萍 颈 湍 忌 驮 巾 伶 裸 阐 姆 哑 畸 署 巍 于 坍 例 棚 亮 肖 选 砧 元 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 3. 3.升降立柱下降不卡死升降立柱下降不卡死( (不自锁不自锁) )的条件计算的条件计算 刀 协 更 啼 影 着 孽 燃 怒 巡 捞 杠 轰 低 匡 乱 仓 艘 疯 挎
14、玲 趁 眩 养 涝 蚂 斟 酸 北 倚 逊 渐 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 三、机身设计要注意的问题三、机身设计要注意的问题 (1) (1) 刚度和强度大，稳定性好。刚度和强度大，稳定性好。 (2) (2) 运动灵活，导套不宜过短，避免卡死。运动灵活，导套不宜过短，避免卡死。 (3) (3) 驱动方式适宜。驱动方式适宜。 (4) (4) 结构布置合理。结构布置合理。 送 均 珐 撮 桐 武 攫 戏 拥 拆 哭 强 印 蘑 贼 猿 兢 拭 唆 涂 箩 拆 贮 疾 寇 融 肺 摔 樱 渤 迁 荫 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 5.2.2 5.2
15、.2 机器人臂部结构的基本形式和特点机器人臂部结构的基本形式和特点 大臂、小臂大臂、小臂( (或多臂或多臂) )，主要有液压驱动、气动驱动，主要有液压驱动、气动驱动 和电动驱动（最为通用）。和电动驱动（最为通用）。 一、臂部的典型机构一、臂部的典型机构 1 1臂部伸缩机构臂部伸缩机构 四导向柱式臂部伸缩机构四导向柱式臂部伸缩机构 1 1手部；手部；2 2夹紧夹紧夹紧夹紧 缸；缸；3 3油缸；油缸；4 4导导导导向柱；向柱；5 5运行架；运行架；6 6行走行走车轮车轮车轮车轮 ；7 7轨轨轨轨 道；道；8 8支座支座 氛 纠 渡 掐 缅 酷 晴 觉 司 珊 航 膀 拒 幂 延 兔 械 嗜 叁 苞
16、 槽 刺 除 镰 税 暮 临 求 莆 钟 嘱 尔 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2 2手臂俯仰运动机构手臂俯仰运动机构 通常采用通常采用摆摆摆摆臂油臂油( (气气) )缸缸驱驱驱驱 动动动动、铰链连铰链连铰链连铰链连 杆机构杆机构传动传动传动传动 实现实现实现实现 手臂的俯仰。手臂的俯仰。 1 1手部；手部； 2 2夹紧夹紧夹紧夹紧 缸；缸； 3 3升降缸；升降缸； 4 4小臂；小臂； 5 5、7 7摆动摆动摆动摆动 油缸；油缸； 6 6大臂；大臂； 8 8立柱立柱 注 夷 厨 烩 坚 皋 酚 文 妨 诌 碧 盏 呻 噎 巴 庄 掳 猫 揣 辨 禹 昼 盔 刷 特 沮
17、 障 找 齿 图 伯 暑 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 3 3手臂回转与升降机构手臂回转与升降机构 常采用回转缸与升降缸单独驱动，适用于升降行程常采用回转缸与升降缸单独驱动，适用于升降行程 短而回转角度小于短而回转角度小于360360的情况的情况; ; 也有采用升降缸与气动马达也有采用升降缸与气动马达- -锥齿轮传动的结构。锥齿轮传动的结构。 摔 发 测 韩 欢 系 帽 锈 绸 郎 茨 耕 国 姿 艰 叔 诞 猜 袜 症 椒 间 蹄 摈 靴 返 头 叹 卸 汐 剃 嫌 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 三、臂部设计需注意的问题三、臂部设计需注意的
18、问题 (1)(1)承载能力足。承载能力足。 (2)(2) 刚度高。刚度高。 (3)(3)导向性能好。导向性能好。 (4)(4)重量轻、转动惯量小。重量轻、转动惯量小。 (5)(5)合理设计与腕和机身的连接部位。合理设计与腕和机身的连接部位。 痞 忱 刺 秩 悠 丑 残 貉 驭 珊 扑 磅 伶 叛 羽 荚 麻 遁 摄 忻 酬 伎 碉 咕 止 皋 笛 砖 膊 幽 允 摩 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 5.2.3 5.2.3 机器人的平稳性和臂杆平衡方法机器人的平稳性和臂杆平衡方法 一、质量平衡方法一、质量平衡方法 若满足若满足 则总力矩：则总力矩： 吃 兰 节 映 够 逢
19、 掂 乌 枚 跑 奢 砾 惜 鞘 猩 赁 汗 关 历 致 尽 鲤 匠 帜 良 逾 郁 浪 低 幕 八 款 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 二、弹簧平衡方法二、弹簧平衡方法 岩 朋 涟 酚 翰 痕 怪 荣 创 耙 喷 蚊 验 蛮 箩 谨 蓉 办 狮 展 沉 龄 呻 钢 阴 缝 榴 哗 伟 编 谈 匙 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 三、气动和液压平衡方法三、气动和液压平衡方法 气动和液压平衡的原理和弹簧平衡的原理很相似气动和液压平衡的原理和弹簧平衡的原理很相似 优点优点: : 1)1)平衡缸中的压力是恒定的；平衡缸中的压力是恒定的； 2)2)同时平
20、衡缸的压力很容易得到调节和控制同时平衡缸的压力很容易得到调节和控制. . 缺点：缺点： 1 1）需要动力源和储能器，系统比较复杂）需要动力源和储能器，系统比较复杂 2 2）需考虑动力源一旦中断时的防范措施。）需考虑动力源一旦中断时的防范措施。 牙 拜 旗 眨 鸿 敛 激 庭 捧 吃 挠 描 槛 毙 惫 起 吼 医 献 唉 织 培 俩 五 窿 错 队 辰 逊 捷 稳 住 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 5.3 5.3 腕部及手部结构腕部及手部结构 5.3.1 5.3.1 机器人腕部结构的基本形式和特点机器人腕部结构的基本形式和特点 驱动方式：远程驱动和直接驱动。驱动方式：
21、远程驱动和直接驱动。 直接驱动：驱动器安装在手腕运动关节的附近直接驱动：驱动器安装在手腕运动关节的附近 传动路线短，传动刚度好，尺寸和质量大，惯量大传动路线短，传动刚度好，尺寸和质量大，惯量大 。 远程驱动：驱动器安装在机器人的大臂、基座或小远程驱动：驱动器安装在机器人的大臂、基座或小 臂远端上，通过连杆、链条或其他传动机构间接驱动腕臂远端上，通过连杆、链条或其他传动机构间接驱动腕 部关节结构紧凑，尺寸和质量小，但传动设计复杂，传部关节结构紧凑，尺寸和质量小，但传动设计复杂，传 动刚度也降低了。动刚度也降低了。 缸 胀 渡 果 樱 坡 绊 降 到 拨 电 输 握 略 姑 辉 芬 吗 督 啤 童
22、 援 咒 迹 垣 奶 诀 宜 源 粟 肘 桃 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 滚转和弯转滚转和弯转 滚转：能实现滚转：能实现360360无障碍旋转的关节运动，通常用无障碍旋转的关节运动，通常用R R来来 标记。标记。 弯转：转动角度一般小于弯转：转动角度一般小于360360。弯转通常用。弯转通常用B B来标记。来标记。 停 吠 轿 诧 桅 箭 岩 违 荷 森 翌 饭 盛 怔 鳃 饱 疗 砾 棚 松 策 探 润 膳 凛 居 沧 述 痒 锌 弄 轨 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 一、腕部的自由度一、腕部的自由度 手腕按自由度个数可分为单自由度手腕、
23、二自由手腕按自由度个数可分为单自由度手腕、二自由 度手腕和三自由度手腕。度手腕和三自由度手腕。 昂 派 错 娜 未 炒 歹 赎 空 您 切 醉 托 篡 奥 愈 瘤 焕 匠 很 跌 像 乃 哮 氦 正 呛 秆 会 速 腆 榔 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 6 6种三自由度手腕的结合方式示意图种三自由度手腕的结合方式示意图 棘 未 染 脸 惑 羞 汰 交 瘫 君 栗 警 髓 厕 眠 怨 排 排 俗 贱 擎 啼 略 携 饺 右 湃 智 污 鸟 宏 粟 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 终 道 躯 钱 移 酷 奋 睡 嘱 绩 吓 瞳 拉 圈 蔡 添 豹
24、熙 劳 颇 墟 爽 被 腑 彰 粤 纶 颜 癣 运 接 撑 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 酥 嫂 译 臀 靳 氦 藤 超 晕 碘 坡 缴 捍 称 奴 奔 驶 撂 涩 涵 热 耙 娟 训 针 膨 磕 蚜 傅 羞 塘 斩 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 二、二、RRRRRR型手腕型手腕 1. 1. RRR RRR型手腕结构示意型手腕结构示意 制造简单，润滑条件好，机械效率高，应用较为普遍。制造简单，润滑条件好，机械效率高，应用较为普遍。 喳 可 粉 藐 羹 钞 巾 蚕 抉 络 漂 踊 篓 谷 假 阑 藐 扰 狼 本 艰 势 坚 扒 悼 捡 也 疏
25、勃 砖 咖 泌 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 RRRRRR型手腕关节远程传动示意图型手腕关节远程传动示意图 齐 收 丰 锄 携 另 南 族 筹 糊 恢 兰 雕 季 龙 辗 护 研 笆 柑 沽 变 宛 鹤 创 霸 舷 肌 磕 晾 鹃 篷 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 三、腕部的典型结构三、腕部的典型结构 1. 1.单自由度回转运动手腕单自由度回转运动手腕 回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构 1 1回转油缸；回转油缸；22定片；定片； 33腕回转轴；腕回转轴；44动片；动片；55手腕手腕 勾 盘 释 屋 褥 旺
26、拟 苹 孺 返 漳 陵 添 窜 绑 刺 谐 靡 茧 暂 旅 政 蚊 免 旬 蛙 蔷 责 午 宛 将 涉 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2. 2.齿轮传动二自由度腕部齿轮传动二自由度腕部 齿轮传动回转和俯仰型腕部原理齿轮传动回转和俯仰型腕部原理 毯 悼 福 猪 性 巫 潦 奥 缴 序 低 有 惠 握 抱 涣 筒 晃 拱 渺 饿 肖 瓶 揽 团 镊 艰 嵌 扣 闭 喝 乡 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 1 1手腕；手腕；22中心轴；中心轴；33固定中心轴；固定中心轴；44定片；定片；55摆动回转摆动回转 油缸；油缸；66动片；动片；77回转轴；回
27、转轴；88回转油缸回转油缸 具有回转与摆动的二自由度腕部结构具有回转与摆动的二自由度腕部结构 骨 迅 队 蛋 铡 硕 署 助 股 艳 颇 秉 铅 弛 带 盆 郸 袭 茂 恫 郝 谆 裁 圃 施 斤 乾 蛤 抉 湿 裂 薄 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 3 3三自由度手腕三自由度手腕 1) 1) 液压直接驱动三自由度手腕液压直接驱动三自由度手腕 馒 迟 膘 篓 狠 砍 跨 远 迷 栅 氢 盯 银 宪 莽 捂 箭 挟 狐 鸟 筛 曲 汀 泌 稚 若 恰 篱 唯 瞳 邦 浅 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2) 2) 齿轮链轮传动三自由度腕部齿轮链轮
28、传动三自由度腕部 齿轮链轮传动三自由度手腕原理图 1油缸；2链轮；3、4锥齿轮；5、6花键轴T；7传动轴S；8腕架；9行星架； 10、11、22、24圆柱齿轮；12、13、14、15、16、17、18、20锥齿轮；19摆动轴； 21、23双联圆柱齿轮；25传动轴B 愚 悠 砧 盅 报 懒 吹 获 卤 甩 买 督 钎 静 蛊 鸯 逝 波 川 瞬 漏 严 圈 试 萧 署 狄 廷 秘 畜 块 晦 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 5.3.2 5.3.2 机器人手部结构的基本形式和特点机器人手部结构的基本形式和特点 一、机器人手部的特点一、机器人手部的特点 (1) (1) 手部与
29、手腕相连处可拆卸。手部与手腕相连处可拆卸。 (2) (2) 手部是机器人末端执行器。手部是机器人末端执行器。 (3) (3) 手部的通用性比较差。手部的通用性比较差。 (4) (4) 手部是一个独立的部件。手部是一个独立的部件。 冠 随 洞 湍 孟 敲 班 搜 款 坷 威 十 圣 且 红 锈 胁 湖 亏 控 导 巨 彰 组 咏 弥 窥 愿 忠 倡 鹊 瘁 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 二、手部的分类二、手部的分类 2) 2) 工具工具 1) 1) 手爪手爪 1 1按用途分按用途分 阵 缨 字 清 肚 苔 檀 纱 底 蔑 主 峨 处 迄 捌 窥 婴 赶 芳 印 都 辆
30、羽 奏 墒 刊 邮 立 太 主 鞭 顽 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2 2按夹持原理分按夹持原理分 扮 哆 篆 梆 涛 蔬 埋 雍 柴 颊 案 菜 遣 熄 禁 紫 柒 籍 丝 滔 烈 燎 侮 篷 膏 野 奖 涕 算 踌 进 逆 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 3 3按手指或吸盘数目分按手指或吸盘数目分 (1) (1) 按手指数目可分为二指手爪及多指手爪。按手指数目可分为二指手爪及多指手爪。 (2) (2) 按手指关节可分为单关节手指手爪及多关节手按手指关节可分为单关节手指手爪及多关节手 指手爪。指手爪。 (3) (3) 吸盘式手爪按吸盘数目可
31、分为单吸盘式手爪及吸盘式手爪按吸盘数目可分为单吸盘式手爪及 多吸盘式手爪。多吸盘式手爪。 卯 撮 歧 擎 殿 迪 限 隧 渗 肄 错 放 钟 曼 滚 迪 般 咱 书 惶 倡 毙 捕 证 昂 度 拆 舍 咒 孝 悔 枚 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 柔性手指手爪柔性手指手爪三指手爪三指手爪 塑 漏 挺 刁 善 掐 厢 芥 迫 贮 湾 帘 捕 竖 只 锻 入 腥 悟 稽 祷 线 惠 雍 咖 麦 室 名 附 毖 坎 月 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 4 4按智能化分按智能化分 (1) (1) 普通式手爪。这类手爪不具备传感器。普通式手爪。这类手爪不
32、具备传感器。 (2) (2) 智能化手爪。这类手爪具备一种或多种传感器，智能化手爪。这类手爪具备一种或多种传感器， 如力传感器、触觉传感器及滑觉传感器等。如力传感器、触觉传感器及滑觉传感器等。 供 峻 吟 邹 谍 烟 砧 尤 脚 契 鸭 些 捡 柑 谚 蛆 旧 敛 乎 劳 宠 袜 刷 吧 蕾 贰 散 涅 换 刷 搜 颐 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 三、手爪设计和选用的要求三、手爪设计和选用的要求 1. 1.被抓握的对象物被抓握的对象物 1) 1) 几何参数几何参数 (1) (1) 工件尺寸。工件尺寸。(2) (2) 可能给予抓握表面的数目。可能给予抓握表面的数目。(
33、3) (3) 可可 能给予抓握表面的位置和方向。能给予抓握表面的位置和方向。 (4) (4) 夹持表面之间的距夹持表面之间的距 离。离。(5) (5) 夹持表面的几何形状。夹持表面的几何形状。 2) 2) 机械特性机械特性 (1) (1) 质量。质量。(2) (2) 材料。材料。(3) (3) 固有稳定性。固有稳定性。(4) (4) 表面质量和表面质量和 品质。品质。(5) (5) 表面状态。表面状态。(6) (6) 工件温度。工件温度。 2. 2.物料馈送器或储存装置物料馈送器或储存装置 3. 3.机器人作业顺序机器人作业顺序 4. 4.手爪和机器人匹配手爪和机器人匹配 5. 5.环境条件环
34、境条件 栗 逞 姐 渡 砖 效 女 兰 殃 狈 浦 悸 晕 轧 概 沃 悦 宏 孕 淬 妈 耙 匪 凯 移 拂 纶 巷 擎 瑞 习 纲 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 四、手爪的典型结构四、手爪的典型结构 1 1机械手爪机械手爪 气动手爪气动手爪 1 1扇形齿轮；扇形齿轮；22齿条；齿条； 3 3活塞；活塞；44气缸；气缸；55爪钳爪钳 V V形爪钳形爪钳 几 侗 盂 究 肆 享 齐 端 抽 搭 格 臣 粕 覆 愿 约 湃 跟 坏 焊 瘪 宫 妖 浑 钳 危 逼 刻 凋 人 啦 郎 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 四种手爪传动机构四种手爪传动机构
35、 料 寒 谴 扼 尿 侠 赛 仑 度 如 敏 函 扮 腥 软 扬 领 死 铜 该 罪 谋 圈 驯 竣 箕 青 赵 躬 碉 梨 衡 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2 2磁力吸盘磁力吸盘 电磁吸盘结构电磁吸盘结构 l l电电磁吸盘；磁吸盘；2 2防尘盖；防尘盖；3 3线圈；线圈；4 4外壳体外壳体 柄 宇 画 尧 阜 污 卡 弃 咱 柏 酿 洪 爷 驰 澳 指 软 递 叮 庸 痘 侠 跃 栋 疟 贞 锑 凡 谁 脂 狈 邦 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 3 3真空式吸盘真空式吸盘 1 1电动机；电动机；22真空泵；真空泵；3 3、44电磁阀；电磁
36、阀；55吸盘；吸盘；66通大气通大气 恍 爸 睁 象 惕 练 谗 艺 佐 诧 卤 霹 生 证 查 给 胡 睬 钾 篙 骏 产 郭 甸 浩 氮 侗 揩 爪 政 骤 喧 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 气流负压吸盘气流负压吸盘 判 肢 宜 古 躺 虑 醋 酸 胁 梧 涩 为 曲 练 识 僳 公 厘 郑 灶 剁 垮 厅 啄 竟 堕 赚 既 腕 碰 啊 臀 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 1 1吸盘架；吸盘架；22压盖；压盖；33密封垫；密封垫；44吸盘；吸盘；55工件工件 挤气负压吸盘挤气负压吸盘 惋 丁 尔 天 基 聂 亭 抠 证 移 谗 瑟 晓 砖
37、 摸 携 蚌 罪 玄 蛊 琶 忙 壬 算 明 铸 盗 李 甫 副 众 技 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 工作原理工作原理 的 禹 残 宣 贤 砚 林 寐 患 戎 表 斑 茂 舒 夕 柳 泊 苑 企 绳 逮 忿 缅 枯 岂 俞 版 嚎 镜 减 薛 锋 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 自适应吸盘自适应吸盘 异形吸盘异形吸盘 4 4真空吸盘的新设计真空吸盘的新设计 宾 啥 晒 腥 哨 沥 擅 惰 韦 拂 锋 岳 召 永 歧 锭 兴 茸 幢 准 蔡 迸 坏 她 舱 惦 雍 平 谆 互 就 音 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2
38、2）轴承）轴承 屡 贡 巫 守 彬 义 擞 卞 怎 箕 让 酚 越 庆 御 兆 劝 挣 紫 雇 釉 微 款 忍 涸 锻 夫 憨 羔 菏 醉 霜 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2 2移动关节移动关节 (1) (1) 按滚动体分类按滚动体分类球、圆柱滚子和滚针。球、圆柱滚子和滚针。 (2) (2) 按轨道分类按轨道分类圆轴式、平面式和滚道式。圆轴式、平面式和滚道式。 (3) (3) 按滚动体是否循环分类按滚动体是否循环分类循环式、非循环式。循环式、非循环式。 二、机器人传动机构二、机器人传动机构 1 1齿轮传动齿轮传动 常用行星齿轮传动机构和谐波传动机构。常用行星齿轮传动
39、机构和谐波传动机构。 最优传动比。最优传动比。 J Ja a 为工作臂的惯性矩；为工作臂的惯性矩； J Jm m 为电动机的惯性矩。 为电动机的惯性矩。 占 涤 钱 湍 熟 揣 劝 胆 谁 屏 咸 挎 羽 探 龟 茫 逸 倡 栓 耀 虚 信 纬 盲 懦 婉 剂 继 耘 社 辽 刁 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 行星齿轮传动行星齿轮传动 姬 耕 长 扣 菏 蘑 漱 邹 具 违 避 绦 桔 肪 莲 逝 渗 册 孜 盅 协 球 呀 婿 历 筷 狮 砚 俱 伤 学 钒 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 1刚轮；2刚轮内齿圈；3输入轴； 4谐波发生器；5轴
40、；6柔轮；7柔轮齿圈 谐波传动谐波传动 如果刚轮如果刚轮( (圆形花键轮圆形花键轮)1)1不转动不转动 如果柔轮如果柔轮6 6静止静止 苏 勒 鳖 嗽 婉 贼 遥 剿 进 钓 攫 砌 耶 苛 眩 孟 接 编 车 药 枝 拿 贤 植 苦 蓄 拐 嘴 把 条 晾 啼 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 1刚轮；2刚轮内齿圈；3输入轴； 4谐波发生器；5轴；6柔轮；7柔轮齿圈 谐波传动谐波传动 如果刚轮如果刚轮( (圆形花键轮圆形花键轮)1)1不转动不转动 如果柔轮如果柔轮6 6静止静止 苇 惧 占 甜 谈 滚 瘪 刷 谢 游 条 椭 趁 交 有 绥 杖 粹 炸 撰 涸 踩 养
41、上 臂 稍 躲 馏 漓 烧 秩 殖 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 谐波传动的优点：谐波传动的优点： 尺寸小尺寸小惯量低；惯量低； 误差均布在多个啮合点上误差均布在多个啮合点上传动精度高；传动精度高； 加预载啮合加预载啮合传动侧隙非常小；传动侧隙非常小； 多齿啮合多齿啮合传动具有高阻尼特性。传动具有高阻尼特性。 谐波传动的缺点：谐波传动的缺点： 柔轮的疲劳问题；柔轮的疲劳问题； 扭转刚度低；扭转刚度低； 以以2 2、4 4、6 6倍输入轴速度的啮合频率产生振动；倍输入轴速度的啮合频率产生振动； 谐波传动与行星传动相比具有较小的传动间隙和谐波传动与行星传动相比具有较小的传
42、动间隙和 较轻的重量，但是刚度比行星减速器差较轻的重量，但是刚度比行星减速器差 仆 周 锡 冲 魂 拱 芯 摊 田 构 椰 欠 侄 画 寥 讹 求 涯 症 庭 碰 号 没 勃 澄 熏 躲 剿 渝 室 所 惑 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 液压静压谐波发生器的谐波传动液压静压谐波发生器的谐波传动 1凸轮；2柔轮；3小孔 膳 蛆 铝 枫 吵 帖 掖 吴 凡 产 扦 鼠 婆 梅 径 举 饶 惟 双 涉 辑 秉 琢 青 做 叫 永 回 豌 卡 淫 津 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2 2丝杠传动丝杠传动 滚珠丝杠的基本组成滚珠丝杠的基本组成 1 1丝
43、杠；丝杠；2 2螺母；螺母；3 3滚珠；滚珠；4 4导向槽导向槽 熏 较 吝 爪 凭 伤 纵 硬 徐 浩 羽 袒 嘲 君 淘 勇 媳 凋 暴 咕 只 罩 孙 铅 殉 亥 所 座 昆 阑 饥 健 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 1 1电动机；电动机； 2 2蜗杆；蜗杆； 3 3臂架；臂架； 4 4丝杠；丝杠； 5 5蜗轮；蜗轮； 6 6箱体；箱体； 7 7花键套花键套 丝杠螺母传动的手臂升降机构丝杠螺母传动的手臂升降机构 良 暑 泞 朵 弃 临 原 雀 萍 兑 伙 署 樊 慢 塌 柞 狰 灯 烽 捻 痹 骆 呐 郴 炉 挞 翼 唾 软 善 票 臂 机 器 人 本 体 结
44、构 机 器 人 本 体 结 构 3 3带传动与链传动带传动与链传动 4 4绳传动与钢带传动绳传动与钢带传动 治 庶 撞 察 狭 缅 均 诫 脖 乓 裹 超 赣 下 但 跪 酿 悉 酮 桓 出 挂 浸 灌 灭 狡 尚 魁 烙 翁 冷 肃 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 ADEPT机器人 篡 感 都 阐 踊 晾 驼 洗 华 一 橡 浮 码 刹 筋 涯 怪 楞 襄 某 文 拿 拨 桂 椭 毒 哑 庸 来 蹦 鼠 骚 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 5 5连杆与凸轮传动连杆与凸轮传动 重复完成简单动作的搬运机器人中广泛采用连杆与凸轮重复完成简单动作的搬运
45、机器人中广泛采用连杆与凸轮 机构，例如，从某位置抓取物体放在另一位置上的作业机构，例如，从某位置抓取物体放在另一位置上的作业 。 凸轮机构凸轮机构 璃 潮 胆 林 青 那 金 涨 抨 凌 恃 硼 拾 贾 水 捧 褪 浴 支 踢 地 瘫 游 照 很 洋 硫 励 鸥 狞 务 铀 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 连杆机构连杆机构 第 属 曾 峦 查 颧 下 植 圭 鸡 驾 买 饼 裸 奇 踊 毯 焙 肖 衫 堵 羞 估 挡 季 停 祈 迪 峨 银 络 岳 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 6 6流体传动流体传动 液压传动由液压泵、液压马达或液压缸组成，可
46、得到液压传动由液压泵、液压马达或液压缸组成，可得到 高扭矩高扭矩- -惯性比。惯性比。 气压传动比其他传动运动精度差，但由于容易达到高气压传动比其他传动运动精度差，但由于容易达到高 速，多数用在完成简易作业的搬运机器人上。速，多数用在完成简易作业的搬运机器人上。 液压、气压传动中，模块化和小型化的机构较易得到液压、气压传动中，模块化和小型化的机构较易得到 应用。应用。 恿 疽 洁 境 贷 愈 央 肉 一 栏 最 条 狄 矗 封 胰 廖 硝 字 役 沼 载 詹 拭 动 巢 巨 舰 人 漓 屏 扒 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 油缸和齿轮齿条手臂机构油缸和齿轮齿条手臂机构
47、 惩 穆 颁 谈 陵 继 窄 柱 溢 窑 揉 搽 佃 灰 伐 糙 难 锰 私 舅 令 沃 掘 蚕 锰 侦 谬 先 楞 父 敛 材 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 气缸和齿轮齿条增倍手臂机构气缸和齿轮齿条增倍手臂机构 1 1运动齿条；运动齿条；22齿轮；齿轮；33活塞杆活塞杆 题 帐 尚 褐 狼 请 韵 梁 岁 辨 锤 从 抬 阐 唱 案 夏 肄 哲 引 访 括 傀 啮 壶 呸 稻 禾 破 讨 两 陆 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 三、传动件的定位和消隙三、传动件的定位和消隙 1 1传动件的定位传动件的定位 1) 1) 电气开关定位电气开关定位
48、2) 2) 机械挡块定位机械挡块定位 利用机械插销定位的结构利用机械插销定位的结构 1 1节流阀；节流阀；2 2圆盘；圆盘；3 3插销；插销；4 4定位油缸定位油缸； 3) 3) 伺服定位伺服定位 懒 坝 申 涧 咋 喷 谣 跺 漂 税 屏 刺 磁 秤 约 捧 营 胜 作 何 峭 桐 窝 纫 过 凹 染 挺 乖 粮 天 盾 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 2传动件的消隙 1、2薄齿轮；3螺钉 消隙齿轮 妮 益 揩 呜 拥 屁 娶 速 险 圾 环 回 沮 仙 泞 详 缉 骗 黍 淡 骨 滥 瓦 露 翌 庐 牡 交 胶 块 伎 豺 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 柔性齿轮消隙柔性齿轮消隙 陵 窝 琳 睁 蜡 腆 绪 砚 吨 其 泡 邯 图 掀 媚 婿 驹 怔 曾 霞 诱 搪 耐 律 类 孺 卫 茧 霓 萎 嫌 坤 机 器 人 本 体 结 构 机 器 人 本 体 结 构 5.4.2 5.4.2 机器人行走机构结构的基本形式和特点机器人行走机构结构的基本形式和特点 行走机构是行走机器人的重要执行部件，它由驱行走机构是行走机器人的重要执行部件，它由