机器人的机械结构ppt课件.ppt

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1、第三章第三章 机器人的机械结构机器人的机械结构 机器人的机械结构、控制方式、驱动方机器人的机械结构、控制方式、驱动方式或传感器千差万别，但多数机器人由式或传感器千差万别，但多数机器人由4 4个个主要部件：机械部分，传感器，控制器，液主要部件：机械部分，传感器，控制器，液压、气压、电力驱动源压、气压、电力驱动源变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 1、机器人、机器人机械结构的组成机械结构的组成（1）机身：）机身：基础部分起支撑作用基础部分起支撑作用（2）臂部：）臂部：连接机身和手腕连接机身和手腕（

2、3）手腕：）手腕：连接手和手臂连接手和手臂（4）手部：）手部：手爪或末端执行器手爪或末端执行器变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 机器人本体是机器人的重要组成部分，机器人本体是机器人的重要组成部分，是所有的计算、分析、控制和编程的基是所有的计算、分析、控制和编程的基础，最终要通过本体的运动和动作完成础，最终要通过本体的运动和动作完成特定的任务。特定的任务。机器人的本体各部分的结构、材料的机器人的本体各部分的结构、材料的选择直接影响整体性能。选择直接影响整体性能。变电站电气主接线是指变电站的变压

3、器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 典型的工业机器人仅仅实现了人类胳膊典型的工业机器人仅仅实现了人类胳膊和手的某些功能，也称为和手的某些功能，也称为机器人操作机机器人操作机或或机机械手。械手。2、机器人机构的运动、机器人机构的运动 机器人机构可以视为一种连杆机构，它的机器人机构可以视为一种连杆机构，它的基本结构是将机构学中的杆件（基本结构是将机构学中的杆件（link）和运）和运动副（动副（Pair）相互链接而构成的运动链。）相互链接而构成的运动链。开式、半闭式、闭式运动链开式、半闭式、闭式运动链变电站电气主接线是指变电站的变

4、压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 Stewart Stewart机构是典型的并联机构是典型的并联机器人末端执行器的位置和机器人末端执行器的位置和姿态可由姿态可由6 6个直线油缸的行程长个直线油缸的行程长度所决定，油缸的一端与基座度所决定，油缸的一端与基座通过二自由度的万向连轴节通过二自由度的万向连轴节(铰铰链链)相连，另一端相连，另一端(连杆连杆)由三自由三自由度的球由度的球套关节套关节(球面副球面副)与与末端执行器相连这种机器人末端执行器相连这种机器人手臀的三个自由度与手腕的三手臀的三个自由度与手腕的三个自由度集成在一

5、起，具有闭个自由度集成在一起，具有闭环机构的共同特点：刚度高，环机构的共同特点：刚度高，但连杆的运动范围十分有限。但连杆的运动范围十分有限。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3、机器人本体设计原则、机器人本体设计原则（1）按用户要求优化工作空间相关参数）按用户要求优化工作空间相关参数（2）优选材料、结构、工艺、提高速度及精度）优选材料、结构、工艺、提高速度及精度材料选择：运动部分质量轻、强度高、弹性模量材料选择：运动部分质量轻、强度高、弹性模量（刚度）大、价格经济，常用结构钢、铝合金、陶（刚度

6、）大、价格经济，常用结构钢、铝合金、陶瓷、复合材料、纤维增强合金瓷、复合材料、纤维增强合金（3）应用机电一体化思想提高功能价格比）应用机电一体化思想提高功能价格比（4）合理布置管线提高工作可靠性）合理布置管线提高工作可靠性（5）考虑安全，防止人机事故）考虑安全，防止人机事故变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3.1 3.1 机器人手部机器人手部（末端执行器）（末端执行器）结构结构 手部也叫末端执行器手部也叫末端执行器，它是安装在机器人手，它是安装在机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。腕上直

7、接抓握工件或执行作业的部件。机器人手部的特点：机器人手部的特点：（1）手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、液接头，可以方机械接口，也可能有电、气、液接头，可以方便的拆卸和更换手部。便的拆卸和更换手部。（2）手部是机器人的末端执行器手部是机器人的末端执行器。它可以像人。它可以像人手一样具有手指，也可以是进行专业作业的工手一样具有手指，也可以是进行专业作业的工具，比如喷漆枪、焊接工具等。具，比如喷漆枪、焊接工具等。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个

8、重要组成部分（3）手部的通用性比较差。）手部的通用性比较差。机器人手部通常是专用的装置，机器人手部通常是专用的装置，例如，一种手爪只能抓握一种例如，一种手爪只能抓握一种或者几种在形状、尺寸、重量或者几种在形状、尺寸、重量等方面近似的工件；一种工具等方面近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务。只能执行一种作业任务。（4）手部是一个独立的部件，）手部是一个独立的部件，是完成作业好坏以及作业柔性是完成作业好坏以及作业柔性好坏的关键部件之一。好坏的关键部件之一。具有复杂感知能力的智能化手具有复杂感知能力的智能化手爪的出现增加了机器人作业的爪的出现增加了机器人作业的灵活性和可靠性。灵活性和可靠性。变电

9、站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一、手部的典型结构一、手部的典型结构1.夹钳类夹钳类 2.吸附类吸附类3.专用操作器专用操作器4.仿人机器人手部仿人机器人手部变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分夹钳式：夹钳式：常用结构常用结构 包括手指、传动机构、驱动装置、支架包括手指、传动机构、驱动装置、支架1、夹钳类、夹钳类变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。

10、变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分手指：手指：两指、多指；两指、多指；指端形状：指端形状：V V形、平面、尖指、特形指形、平面、尖指、特形指变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分夹钳类手部应用：夹钳类手部应用：1966年，美国海军利用机年，美国海军利用机器人器人“科沃科沃”的钳形手指将因的钳形手指将因飞机失事掉入海中的氢弹从飞机失事掉入海中的氢弹从750米的深海打捞出来米的深海打捞出来.变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主

11、接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分传动机构：传动机构：回转型和平移型回转型和平移型 实现夹紧和松开的动作实现夹紧和松开的动作平面平行移动机构：平面平行移动机构：采用平行四边形的铰链结构采用平行四边形的铰链结构-双曲柄双曲柄铰链四连杆机构铰链四连杆机构变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分滑槽式回转型传动机构滑槽式回转型传动机构变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分钩托式：钩托式：常用结构，适合大

12、重量工件常用结构，适合大重量工件 分为有驱动和无驱动两种分为有驱动和无驱动两种变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分弹簧式：弹簧式：受弹簧弹力限制，适合夹持小工件受弹簧弹力限制，适合夹持小工件 结构简单，不需要驱动装置结构简单，不需要驱动装置变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分气吸式：气吸式：常用结构，适合非金属材料如玻璃、常用结构，适合非金属材料如玻璃、纸张、板材等纸张、板材等 由吸盘、吸盘架和进

13、气系统组成由吸盘、吸盘架和进气系统组成 分为真空式、负压式、挤压排气式分为真空式、负压式、挤压排气式 对工件表面无损伤，且对工件预订的位置精对工件表面无损伤，且对工件预订的位置精度要求不高，但工件与吸盘接触的部分光滑度要求不高，但工件与吸盘接触的部分光滑平整，无空隙平整，无空隙 适合大平面（单面接触无法抓取）、易碎、微适合大平面（单面接触无法抓取）、易碎、微小（不易抓取）的物体小（不易抓取）的物体2、吸附类、吸附类变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分真空气吸真空气吸变电站电气主接线是指变电站的变

14、压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分磁吸式：磁吸式：吸附力大，但被吸工件存吸附力大，但被吸工件存在剩磁高温下不能使用在剩磁高温下不能使用 分为永久磁铁手部和电磁铁手部分为永久磁铁手部和电磁铁手部变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3、专用的末端操作器、专用的末端操作器与与换接器换接器如：在通用机器人上安装如：在通用机器人上安装焊枪焊枪成为成为焊接机器人；焊接机器人；在通用机器人上安装在通用机器人上安装拧螺母机拧螺母机成为成为装

15、配机器人；装配机器人；不用的不用的手部手部对对手腕手腕的要求不一样，需要换接器的要求不一样，需要换接器 换接器包括插座和插头，分别装在换接器包括插座和插头，分别装在手腕手腕和和手部手部上上变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分能进行复杂作业，如装配、维修、操作设备等能进行复杂作业，如装配、维修、操作设备等柔性手：柔性手：可对不同外形物体抓取，物体受力均匀可对不同外形物体抓取，物体受力均匀4、仿人机器人手、仿人机器人手变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任

16、务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分多指灵活手：多指灵活手：模仿人手，多指，每个手指有模仿人手，多指，每个手指有3个关个关节，独立控制节，独立控制变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的

17、变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分手部的典型工具手部的典型工具变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3.2 3.2 机器人腕部结构机器人腕部结构 手腕手腕是连接手臂和手部的结构部件，作用是是连接手臂和手部的结构部件，作用是支撑手部和确定手部的作业方向。支撑手部和确定手部的作业方向。手腕手腕一般需要一般需要3个自由度：臂转、手转、腕摆个自由度：臂转、手转、腕摆 翻转、偏转、俯仰翻转、偏转、俯仰翻转翻转俯仰俯仰偏转偏转变电站电气

18、主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1.腕部的典型结构腕部的典型结构液压手腕结构液压手腕结构电动手腕结构电动手腕结构柔顺装配技术柔顺装配技术 机器人进行精密作业，被装配零件大小不机器人进行精密作业，被装配零件大小不一致，工件的定位夹具或机器人定位精度不满一致，工件的定位夹具或机器人定位精度不满足要求，装配困难，需要柔顺装配技术足要求，装配困难，需要柔顺装配技术u主动柔顺装配：主动柔顺装配：利用传感器测量反馈，边校正利用传感器测量反馈，边校正边装配，价格贵，速度慢边装配，价格贵，速度慢u被动柔顺装配：被动柔

19、顺装配：有机械柔顺环节，价格低，结有机械柔顺环节，价格低，结构简单，速度快，但轴孔间隙不能太小构简单，速度快，但轴孔间隙不能太小变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分l3.33.3机器人臂部设计机器人臂部设计 工业机器人的臂部一般具工业机器人的臂部一般具有有2323个自由度，即伸缩、个自由度，即伸缩、回转或俯仰。臂部总重量较大，受力一般较复杂，在回转或俯仰。臂部总

20、重量较大，受力一般较复杂，在运动时，直接承受腕部、手部和工件运动时，直接承受腕部、手部和工件(或工具或工具)的静、的静、动载荷，尤其高速运动时，将产生较大的惯性力动载荷，尤其高速运动时，将产生较大的惯性力(或惯或惯性力矩性力矩)，引起冲击，影响定位的准确性。，引起冲击，影响定位的准确性。l一、臂部设计的基本要求一、臂部设计的基本要求l臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定。同时取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定。同时,设计时必须考虑到手臂的受力情况，油设计时必须考虑到手臂的受力情况，油(气气)缸及导向缸

21、及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。因装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。因此设计臂部时一般要注意下述要求：此设计臂部时一般要注意下述要求：变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分l1.1.刚度要求高刚度要求高l为防止臂部在运动过程中产生过大的变形，为防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状要合理选择。工字形截面弯曲手臂的截面形状要合理选择。工字形截面弯曲刚度一般比圆截面大；空心管的弯曲刚度和扭刚度一般比圆截面大；空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多，所以常用钢

22、管作臂转刚度都比实心轴大得多，所以常用钢管作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支承板。杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支承板。l2.2.导向性要好导向性要好l为防止手臂在直线运动中，沿运动轴线发为防止手臂在直线运动中，沿运动轴线发生相对转动，或设置导向装置，或设计方形、生相对转动，或设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。花键等形式的臂杆。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 3.3.重量要轻重量要轻为提高机器人的运动速度，要尽量减小臂为提高机器人的运动速度，要尽量减小臂部运动部分的重量，以减小整个

23、手臂对回转轴部运动部分的重量，以减小整个手臂对回转轴的转动惯量。的转动惯量。4.4.运动要平稳、定位精度要高运动要平稳、定位精度要高由于臂部运动速度越高，惯性力引起的定由于臂部运动速度越高，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动既不平稳，定位精位前的冲击也就越大，运动既不平稳，定位精度也不高。因此，除了臂部设计上要力求结构度也不高。因此，除了臂部设计上要力求结构紧凑、重量轻外，同时要采用一定形式的缓冲紧凑、重量轻外，同时要采用一定形式的缓冲措施。措施。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分臂部臂部

24、结构种类结构种类伸缩型臂部伸缩型臂部转动伸缩型臂部转动伸缩型臂部屈伸（屈伸（俯仰运动俯仰运动）型臂部）型臂部专用机械传动臂部专用机械传动臂部变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 行程小时，采用行程小时，采用油油(气气)缸缸直接驱动；当行程较大直接驱动；当行程较大时，可采用油时，可采用油(气气)缸驱动齿条传动的倍增机构或采用缸驱动齿条传动的倍增机构或采用步进电机或伺服电机驱动，也可采用步进电机或伺服电机驱动，也可采用丝杠螺母或滚珠丝杠螺母或滚珠丝杠丝杠传动为了增加手臂的刚性，防止手臂在伸缩运传动为

25、了增加手臂的刚性，防止手臂在伸缩运动时绕轴线转动或产生变形，手臂的伸缩机构要设置动时绕轴线转动或产生变形，手臂的伸缩机构要设置导向装置，或设计导向装置，或设计方形、花键等形式方形、花键等形式的臂杆的臂杆 伸缩型臂部：伸缩型臂部：变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 图为采用四根导向柱的臂伸缩结构手臂的垂直图为采用四根导向柱的臂伸缩结构手臂的垂直伸缩运动由油缸伸缩运动由油缸3 3驱动其特点是行程长，抓重大工驱动其特点是行程长，抓重大工件形状不规则时，为了防止产生较大的偏重力矩，采用件形状不规则时，

26、为了防止产生较大的偏重力矩，采用四根导向柱这种结构多用于箱体加工线上四根导向柱这种结构多用于箱体加工线上变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分俯仰型臂部：俯仰型臂部：变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分l图所示为采用活塞缸和图所示为采用活塞缸和连杆机构的一种双臂机器人连杆机构的一种双臂机器人手臂的结构图。手臂的上下手臂的结构图。手臂的上下摆动由铰接活塞油缸和连杆摆动由铰接活塞油缸和连杆机构来实现。当

27、活塞油缸机构来实现。当活塞油缸1 1的两腔通压力油时，通过连的两腔通压力油时，通过连杆杆2 2带动曲柄带动曲柄3(3(即手臂即手臂)绕轴绕轴心心O O作的上下摆动作的上下摆动(如双如双点划线所示位置点划线所示位置)。手臂下。手臂下摆到水平位置时，其水平和摆到水平位置时，其水平和侧向的定位由支承架侧向的定位由支承架4 4上的上的定位螺钉定位螺钉6 6和和5 5来调节。此手来调节。此手臂结构具有传动结构简单、臂结构具有传动结构简单、紧凑和轻巧等特点。紧凑和轻巧等特点。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成

28、部分 常用的有常用的有叶片式回转缸、齿轮传动机构、链轮传动叶片式回转缸、齿轮传动机构、链轮传动机构、连杆机构。机构、连杆机构。以齿轮传动机构中以齿轮传动机构中活塞缸和齿轮齿条活塞缸和齿轮齿条机构机构为例说明手臂的回转。齿轮齿条机构是通过齿条的为例说明手臂的回转。齿轮齿条机构是通过齿条的往复移动，带动与手臂联接的齿轮做往复回转，即实现往复移动，带动与手臂联接的齿轮做往复回转，即实现手臂的回转运动。带动齿条往复移动的活塞缸可以由压手臂的回转运动。带动齿条往复移动的活塞缸可以由压力油或压缩气体驱动。手臂做升降和回转运动的结构。力油或压缩气体驱动。手臂做升降和回转运动的结构。下图所示下图所示转动伸缩型

29、臂部：转动伸缩型臂部：复合运动臂部：复合运动臂部：变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分活塞油缸两腔分别进压活塞油缸两腔分别进压力油，推动齿条活塞力油，推动齿条活塞7 7做往复移动做往复移动(见见A-AA-A剖面剖面)，与齿条，与齿条7 7啮合的齿轮啮合的齿轮4 4即做往复回转。由于即做往复回转。由于齿轮齿轮4 4、手臂升降缸体、手臂升降缸体2 2、连接板连接板8 8均用螺钉联接均用螺钉联接成一体，连接板又与手成一体，连接板又与手臂固联，从而实现手臂臂固联，从而实现手臂的回转运动。升降油缸的回转运

30、动。升降油缸的活塞杆通过连接盖的活塞杆通过连接盖5 5与机座与机座6 6连接而固定不连接而固定不动，缸体动，缸体2 2沿导向套沿导向套3 3做做上下移动，因升降油缸上下移动，因升降油缸外部装有导向套，故刚外部装有导向套，故刚性好、传动平稳。性好、传动平稳。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3.4 3.4 机器人的机身结构机器人的机身结构一、机身设计一、机身设计 机身机身是直接连接、支撑和传动手臂与行走机构的是直接连接、支撑和传动手臂与行走机构的部件。部件。一般实现臂部运动的驱动及传动装置都安装

31、一般实现臂部运动的驱动及传动装置都安装 在机身上。在机身上。机身机身由臂部运动机构及导向装置和支撑件等组成。由臂部运动机构及导向装置和支撑件等组成。机身机身结构种类：升降回转型、俯仰型、直移行、类结构种类：升降回转型、俯仰型、直移行、类人机器人型。人机器人型。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分机身设计要注意的问题：机身设计要注意的问题：(1)刚度和强度大，稳定性要好刚度和强度大，稳定性要好(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)驱动方式适宜驱动方式适宜(4)

32、结构布置合理结构布置合理变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分通常机身具有通常机身具有回转、升降、回转与升降、回转回转、升降、回转与升降、回转与俯仰、回转与升降以及俯仰与俯仰、回转与升降以及俯仰共种运动。采取共种运动。采取哪一种自由度形式由工业机器人的总体设计来定。哪一种自由度形式由工业机器人的总体设计来定。比如，圆柱坐标式机器人把回转与升降个自由比如，圆柱坐标式机器人把回转与升降个自由度归属于机身；球坐标式机器人把回转与俯仰度归属于机身；球坐标式机器人把回转与俯仰2 2个自由度归属于机身；关节坐

33、标式机器人把回转个自由度归属于机身；关节坐标式机器人把回转自由度归属于机身，直角坐标式机器人有时把升自由度归属于机身，直角坐标式机器人有时把升降降(Z(Z轴轴)，有时把水平移动，有时把水平移动(X(X轴轴)一个自由度归属一个自由度归属于机身。现介绍回转与升降机身、回转与俯仰机于机身。现介绍回转与升降机身、回转与俯仰机身设计中的一些问题。身设计中的一些问题。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1.1.回转与升降机身回转与升降机身(1)(1)回转运动采用摆动油缸驱动，升降油缸在下，回转回转运动采用摆

34、动油缸驱动，升降油缸在下，回转油缸在上。因摆动缸安置在升降活塞杆的上方，故活塞油缸在上。因摆动缸安置在升降活塞杆的上方，故活塞杆的尺寸要加大。杆的尺寸要加大。(2)(2)链轮传动机构链轮传动机构链条链轮传动是将链条的直线运动变为链轮的回转运链条链轮传动是将链条的直线运动变为链轮的回转运动，它的回转角度可大于动，它的回转角度可大于360360。图所示为气动机器人采用。图所示为气动机器人采用活塞气缸和链条链轮传动机构，以实现机身的回转运动活塞气缸和链条链轮传动机构，以实现机身的回转运动(见向视图见向视图)。此外，也有用双杆活塞气缸驱动链轮回。此外，也有用双杆活塞气缸驱动链轮回转的方式，如图转的方式

35、，如图(b)(b)所示。所示。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.2.回转与俯仰机身回转与俯仰机身 机器人手臂的俯仰运动，一般采用活塞油机器人手臂的俯仰运动，一般采用活塞油(气气)缸缸与连杆机构来实现的。手臂俯仰运动用的活塞缸位于与连杆机构来实现的。手臂俯仰运动用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用手臂的下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接，图所示。此尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接，图所示。此外还有采用无杆活塞缸驱动齿条齿轮或四

36、连杆机构实外还有采用无杆活塞缸驱动齿条齿轮或四连杆机构实现手臂的俯仰运动。现手臂的俯仰运动。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 机器人机身和臂部的配置形式（机器人机身和臂部的配置形式（4种）种）1.横梁式横梁式单臂悬挂式单臂悬挂式双臂悬挂式双臂悬挂式多臂悬挂多臂悬挂 多用于自动化生产中，在工位间传送工多用于自动化生产中，在工位间传送工件件l横梁式特点：占地面积小，大多为移动式，横梁式特点：占地面积小，大多为移动式，有效利用空间、直观等优点。有效利用空间、直观等优点。变电站电气主接线是指变电站的

37、变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.立柱式（常见）立柱式（常见）单臂配置单臂配置双臂配置双臂配置立柱式特点：立柱式特点：结构简单，占地面积小工作范围大，服务于某结构简单，占地面积小工作范围大，服务于某种主机，可承担上下料种主机，可承担上下料 的工作的工作变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3.机座式（常见）机座式（常见）手臂配置在机座顶端手臂配置在机座顶端手臂配置在机座立柱中间手臂配置在机座立柱中间手臂有单臂、双臂、多臂

38、手臂有单臂、双臂、多臂变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4.屈伸式屈伸式平面屈伸型平面屈伸型空间屈伸型空间屈伸型变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分二、行走机构设计二、行走机构设计 机器人可分成固定式和行走式两种。一般机器人可分成固定式和行走式两种。一般的工业机

39、器人大多为固定式的。但随着海洋科的工业机器人大多为固定式的。但随着海洋科学、原子能工业及宇宙空间事业的发展学、原子能工业及宇宙空间事业的发展,移动移动机器人、自动行走机器人的应用也越来越多了。机器人、自动行走机器人的应用也越来越多了。行走机构是行走机器人的重要执行部件行走机构是行走机器人的重要执行部件,它由行走的它由行走的驱动装置、传动机构、位置检测元驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。件、传感器、电缆及管路等组成。它一方面支它一方面支承机器人的机身手臂和手部承机器人的机身手臂和手部,另一方面还根据另一方面还根据工作任务的要求工作任务的要求,带动机器人实现在广阔的空带动

40、机器人实现在广阔的空间内运动。间内运动。行走机构按其行走运动轨迹可分为行走机构按其行走运动轨迹可分为固定轨固定轨迹式迹式和和无固定轨迹式无固定轨迹式。固定轨迹式行走机构主。固定轨迹式行走机构主要用于工业机器人，如横梁式机器人。要用于工业机器人，如横梁式机器人。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 无固定轨迹行走方式无固定轨迹行走方式,按其行走机构的结构特点可按其行走机构的结构特点可分为分为轮式、履带式和步行式等。轮式、履带式和步行式等。它们在行走过程中它们在行走过程中,前前两者与地面为两者与地面

41、为连续接触连续接触,后者为后者为间断接触间断接触。前两者的形。前两者的形态为运行车式态为运行车式,后者则为类人后者则为类人(或动物或动物的腿脚式。运的腿脚式。运行车式行走机构用得比较多行车式行走机构用得比较多,多用于野外作业多用于野外作业,比较成比较成熟。步行式行走机构正在发展和完善中。熟。步行式行走机构正在发展和完善中。1 1、固定轨道可移动机器人、固定轨道可移动机器人 该机器人机身底座安装在一个可移动的拖板座上该机器人机身底座安装在一个可移动的拖板座上,靠丝杠螺母驱动靠丝杠螺母驱动,整个机器人沿丝杠纵向移动。除了这整个机器人沿丝杠纵向移动。除了这种直线驱动方式外种直线驱动方式外,还有类似起

42、重机梁行走方式等。这还有类似起重机梁行走方式等。这种可移动机器人主要用在作业区域大的场合种可移动机器人主要用在作业区域大的场合,比如大型比如大型设备装配设备装配,立体化仓库中材料搬运立体化仓库中材料搬运,材料堆垛和储运材料堆垛和储运,大大面积喷涂等。面积喷涂等。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 2 2、无轨行走机器人、无轨行走机器人 无轨行走机器人必须具备功能完备的外部传感器，能无轨行走机器人必须具备功能完备的外部传感器，能对环境进行了解和判断，能对环境中发生的事件进行监视对环境进行了解和判

43、断，能对环境中发生的事件进行监视和反应，机器人具备自我规划能力，包括任务分解，任务和反应，机器人具备自我规划能力，包括任务分解，任务排序，信息资源管理，以及几何规划等。排序，信息资源管理，以及几何规划等。(1)(1)轮式轮式KAMR0KAMR0机器人。机器人。KAMR0KAMR0机器人是机器人是KarkrubeKarkrube大大学开发的自治式行走机器人，如图所示。该机器人用在柔学开发的自治式行走机器人，如图所示。该机器人用在柔性制造单元中进行工件搬运和装配作业，性制造单元中进行工件搬运和装配作业，KAMROKAMRO机器人从机器人从材料储存系统材料储存系统中挑选所需的零件并把它搬运到中挑选所

44、需的零件并把它搬运到装配站装配站；零；零件准备好以后，两个机器人手臂在传感器系统监控下把零件准备好以后，两个机器人手臂在传感器系统监控下把零件装配成成品件；手部具有装配工作不可少的力和力矩传件装配成成品件；手部具有装配工作不可少的力和力矩传感器，以便测量装配过程中零件之间的碰撞和力；由视觉感器，以便测量装配过程中零件之间的碰撞和力；由视觉系统监视装配过程，即超声波传感器探测可能存在的障碍系统监视装配过程，即超声波传感器探测可能存在的障碍物，并避开障碍物寻找安全路径。物，并避开障碍物寻找安全路径。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线

45、是电力系统接线组成中一个重要组成部分 车轮式机构属车轮式机构属常用结构，适用于平坦坚硬常用结构，适用于平坦坚硬的路面车轮有实心钢轮（轨道上）、充气轮胎的路面车轮有实心钢轮（轨道上）、充气轮胎（室外路面）、实心轮胎（室内平坦路面）（室外路面）、实心轮胎（室内平坦路面）车轮的个数为车轮的个数为1轮、轮、2轮、轮、3轮、轮、4轮、轮、多轮机构多轮机构变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成

46、中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分l(2)(2)履带式履带式MF3-EMF3-E型机器人型机器人l 德国为核事故处理队配备了一种机器人运载车，德国为核事故处理队配备了一种机器人运载车，它是以一种固定式履带车它是以一种固定式履带车MF2MF2为基础研制成功的新式底为基础研制成功的新式底盘结构运载车。该车底盘的几何形状和尺寸是可变的，盘结构运载车。该车底盘的几何形状和尺寸是可变的，主要在室内使用，也可在野外工作。它有如下优点：主要在室内使用，也可在野外工作。它有如下优点：小车适应

47、各种地形，如山坡或峡谷中行驶小车适应各种地形，如山坡或峡谷中行驶,可以爬可以爬越坡度达、每层台阶高越坡度达、每层台阶高24.5Cm24.5Cm的楼梯，而底盘构的楼梯，而底盘构件没有任何倾斜；件没有任何倾斜；由楼梯的平台面向下行驶时，不由楼梯的平台面向下行驶时，不会从楼梯上掉下来。会从楼梯上掉下来。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分l法国原子能委员会核防护与安全研究所也研制类法国原子能委员会核防护与安全研究所也研制类似的履带行走机器人，进行核操作、核监督。似的履带行走机器人，进行核操作、核监督。

48、R0MAINR0MAIN遥控行走机器人用来运送辐射性危险品，运载能力为遥控行走机器人用来运送辐射性危险品，运载能力为5kg5kg，有，有6 6个自由度，遥控操作可在个自由度，遥控操作可在200m200m内进行，也可内进行，也可在水下在水下20m20m深的地方进行作业。我国北京强度环境研究深的地方进行作业。我国北京强度环境研究所也研制了遥控排爆机器人所也研制了遥控排爆机器人啄术鸟啄术鸟I I型，抓重为型，抓重为10kg10kg，有，有3 3个自由度，最大爬坡为个自由度，最大爬坡为,自重为自重为112kg112kg，臂上装有摄像机和拾音器，有臂上装有摄像机和拾音器，有100m100m多芯电缆供电及

49、信多芯电缆供电及信号输送。号输送。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分l(3)(3)无缆水下机器人。我国无缆水下机器人。我国“蛟龙号蛟龙号”号号无缆水下机器人在东北太平洋附近海域成功地无缆水下机器人在东北太平洋附近海域成功地潜到水下潜到水下7062m m深处，整体功能和主要技术指深处，整体功能和主要技术指标均达到国际先进水平。标均达到国际先进水平。l (4)(4)其它。行走机器人的应用越来越多。其它。行走机器人的应用越来越多。日本推出了在医院里帮助护士减轻负担作为护日本推出了在医院里帮助护士减轻

50、负担作为护士助手的服务机器人，家庭室内和庭院服务机士助手的服务机器人，家庭室内和庭院服务机器人。日本器人。日本NagoyaNagoya大学制作出不需电缆的管道大学制作出不需电缆的管道微型移动器人，它可以由管道外的电磁线圈磁微型移动器人，它可以由管道外的电磁线圈磁场来控制其运动，用于小尺寸管道检测和生物场来控制其运动，用于小尺寸管道检测和生物医学领域。还有的微型机器人在小管道内进行医学领域。还有的微型机器人在小管道内进行双向运动，是用振动其腿的办法来实现移动。双向运动，是用振动其腿的办法来实现移动。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接