工业机器人的机械设计基础专业知识讲座ppt课件.ppt

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1、文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人组成机器人是一个高度自动化的机电一体化设备。从控制观点来看，机器人系统可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。处理器处理器关节控制器关节控制器驱动驱动装置装置执行执行机构机构工作对象工作对象控制系统控制系统感知反馈系统感知反馈系统内部传感器（位形检测）内部传感器（位形检测）外部传感器（环境检测）外部传感器（环境检测）文档来源于网络，文档所提

2、供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人分类气压驱动气压驱动按驱动形式按驱动形式液压驱动液压驱动电驱动电驱动直流伺服驱动直流伺服驱动交流伺服驱动交流伺服驱动按用途划分按用途划分（应用领域）（应用领域）（1）工业机器人）工业机器人（步进电机）（步进电机）弧焊机器人弧焊机器人点焊机器人点焊机器人搬运机器人搬运机器人装配机器人装配机器人喷涂机器人喷涂机器人抛光机器人抛光机器人文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据

3、，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人分类（2）特种机器人）特种机器人空间机器人空间机器人水下机器人水下机器人军用机器人军用机器人教学机器人教学机器人服务机器人服务机器人医用机器人医用机器人排险救灾机器人排险救灾机器人固定式固定式移动式移动式轮式轮式履带式履带式足式足式蛇行蛇行文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长

4、繁殖，引起不同程度的病理生理过程机机 器器 人人 的的 常常 见见 构构 型型文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人常见构型1、直角坐标型(3P)2、圆柱坐标型(R2P)3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)4、关节坐标型(3R)5、平面关节型(SCARA)文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，

5、破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程直角坐标机器人l 结构特点-在直角坐标空间内解耦，空间轨迹易于求解；-易于实现高定位精度；-当具有相同的工作空间时，本体所占空间体积较大这也是大多数数控设备采用这种结构形式的原因文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程圆柱坐标机器人l 结构特点-在圆柱坐标空间内解耦；-能够伸入型腔式空间；-相同工作空间，本体所占空间体积比直角坐标式要小；

6、-直线驱动部分密封、防尘较难文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程极坐标机器人l 结构特点-所占空间体积小，机构紧凑；-往往需要将极坐标转化成我们习惯的直角坐标，轨迹求解较难；-直线驱动同样存在密封、防尘问题文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同

7、程度的病理生理过程垂直多关节机器人l 结构特点-机构紧凑，动作灵活，工作空间大；-能绕过基座周围的一些障碍物；-适合电机驱动，关节密封、防尘比较容易相邻关节轴线垂直或水平文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程水平多关节机器人（SCARA）l 结构特点-作业空间与占地面积比很大，使用起来方便；-沿升降方向刚性好，尤其适合平面装配作业SCARA-Selective ComplianceAssembly Robot

8、Arm1978年由日本山梨大学牧野洋教授首先提出文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程并联机器人模拟器模拟器加工设备加工设备微动机构微动机构文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人基本概念与关键参数机器人基本概念与关键参数文

9、档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.2.3.4.5.基本概念重复定位精度：往复运动的物体,每次停止的位置与第一次调定的位置之间角度或长度的差值。差值越小,精度越高。描述方式：0.08mm精度：观测结果、计算值或估计值与真值（或被认为是真值）之间的接近程度。描述方式：0.08 mm分辨率：设备输出最小位移或角度的能力。自由度：完全确定一个物体在空间位置所需要的独立坐标数目，叫做这个物体的自由度。柔性（适应性）

10、：“柔性”是相对于“刚性”而言的,传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的成本低。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御

11、机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程6.7.8.9.基本概念柔性制造系统（FMS）：柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。”简单地说,是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。刚度：刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件的刚度（或称刚性）常用单位变形所需的力或力矩来表示，刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类（即材料的弹性模量）。

12、强度：强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。示教再现：具有记忆再现功能的机器人。操作者预先进行逐步示教，机器人记忆有关作业程序、位置及其他信息，然后按照再现指令，逐条取出解读，在一定精度范围内重复被示教的程序，完成工作任务。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程关键参数自由度数 衡

13、量机器人适应性和灵活性的重要指标，一般等于机器人的关节数。机器人所需要的自由度数决定与其作业任务。负载能力 机器人在满足其它性能要求的前提下，能够承载的负荷重量。运动范围 机器人在其工作区域内可以达到的最大距离。它是机器人关节长度和其构型的函数。精度 指机器人到达指定点的精确程度。与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关。重复定位精度 指机器人重复到达同样位置的精确程度。它不仅与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关，还与传动机构的精度及机器人的动态性能有关。控制模式 引导或点到点示教模式；连续轨迹示教模式；软件编程模式；自主模式。运动速度 单关节速度；合成速度电源与电源容量动态特性稳定、柔顺材料文档

14、来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人运动学机器人运动学文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人运动学 在一般机器人应用问题中，人们感兴趣的是：末端执行器在一般机器人应用问题中，人们感兴趣的是：末端执行器相对于固定参考坐标

15、系的空间几何描述，也就是机器人的相对于固定参考坐标系的空间几何描述，也就是机器人的运动学问题运动学问题 机器人的运动学即是研究机器人手臂末端执行器位置和姿机器人的运动学即是研究机器人手臂末端执行器位置和姿态与关节变量空间之间的关系态与关节变量空间之间的关系n 也就是要把机器人的空间位移解析地表示为时间的函数，特别是研究机器人关节变量空间和机器人末端执行器位置和姿态之间的关系文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程

16、研究的对象 机器人从机构形式上主要分为两种，一种是关节式串联机器人，另外一种是并联机器人，如图：PUMA560Fanuc manipulatorHexapod文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程运动学研究的问题Where is my hand?运动学正问题运动学正问题Direct KinematicsHERE!How do I put myhand here?运动学逆问题运动学逆问题Inverse Kinem

17、atics:Choose these angles!文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程研究的问题:n 运动学正问题-已知杆件几何参数和关节角矢量，求操作机末端执行器相对于固定参考作标的位置和姿态（齐次变换问题）。n 运动学逆问题-已知操作机杆件的几何参数，给定操作机末端执行器相对于参考坐标系的期望位置和姿态（位姿），操作机能否使其末端执行器达到这个预期的位姿？如能达到，那么操作机有几种不同形态可以满足同样的

18、条件？杆 件 参 数关 节 角关 节 角运 动 学 正 问 题杆 件 参 数运 动 学 正 问 题末 端 执 行 器文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程解的存在性n 目标点应位于工作空间内n 可能存在多解，如何选择最合适的解？存在双解存在双解!文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对

19、稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程什么是并联机器人什么是并联机器人n 并联机器人机构可以严格定并联机器人机构可以严格定义为：上，下平台用义为：上，下平台用2个或个或2个以上分支相连，机构具有个以上分支相连，机构具有2个或个或2个以上的自由度，且以个以上的自由度，且以并联方式驱动的机构称为并并联方式驱动的机构称为并联机器人机构。联机器人机构。n 从广义机构学的角度出发，从广义机构学的角度出发，只要是多自由度的，驱动器只要是多自由度的，驱动器分配在不同环境上的多环路分配在不同环境上的多环路机构都可称之为并联机构，机构都可称之为并联机构，如步行机器人，多指手爪等。如步行机器人，

20、多指手爪等。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程并联机器人运动学参考教材：燕山大学 黄真并联机器人机构学理论及其控制文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程并联机器人的应用并联机器人的应用n 用作模拟器：运动、飞行、地震、舰船、

21、汽车、火车用作模拟器：运动、飞行、地震、舰船、汽车、火车n 操作器：空间对按机构、潜艇救援、土方挖掘、煤矿开采操作器：空间对按机构、潜艇救援、土方挖掘、煤矿开采等，医疗外科等，医疗外科n 微动机构和微型机构：显微外科、细胞操作、误差补偿器微动机构和微型机构：显微外科、细胞操作、误差补偿器.n 加工设备：虚拟轴机床，很容易获得加工设备：虚拟轴机床，很容易获得6轴联动，前两年研究轴联动，前两年研究的较多，近年来，大家发现虚拟机床很难获得高的加工精的较多，近年来，大家发现虚拟机床很难获得高的加工精度，如天津大学的黄田教授等人进行了多年的研究，发现很度，如天津大学的黄田教授等人进行了多年的研究，发现很

22、难超过难超过20.n 娱乐：娱乐：真实的谎言真实的谎言中的拍摄施瓦辛格驾驶鹞式飞机，就中的拍摄施瓦辛格驾驶鹞式飞机，就是在一个是在一个stewart平台上进行的平台上进行的.文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程并联机器人运动学并联机器人运动学n 在串联机器人中，正解容易且有唯一解，逆解比在串联机器人中，正解容易且有唯一解，逆解比较繁杂，计算时间长，且有时出现多解较繁杂，计算时间长，且有时出现多解n 并联机器人

23、正好相反，逆解容易，且有唯一解，并联机器人正好相反，逆解容易，且有唯一解，正解不容易求解，且多解，并联机器人正解一直正解不容易求解，且多解，并联机器人正解一直是并联机器人研究的一个难题。是并联机器人研究的一个难题。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人工作空间与轨迹规划机器人工作空间与轨迹规划文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。

24、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程工作空间工作空间是从几何方面讨论操作机的工作性能。工作空间是从几何方面讨论操作机的工作性能。BRoth在在1975年提出了操作机年提出了操作机工作空间的概念。工作空间的概念。n 如何获得工作空间:利用正运动学模型,改变关节变量值 操作机的可达工作空间（操作机的可达工作空间（Reachable workspace）：机器人操作机正：机器人操作机正常运行时，末端在空间活动的最大范围；或者说末端可达点占有的体常运行时，末端在空间活动的最大范围；或者说末端可达点占有的体积空间。这一空间又称可达

25、空间或总工作空间，记作积空间。这一空间又称可达空间或总工作空间，记作W(P)。灵活工作空间灵活工作空间(Dexterous workspace)：在总工作空间内，末端以给：在总工作空间内，末端以给定姿态达到的点所构成的体积空间。记作定姿态达到的点所构成的体积空间。记作Wp(P)。次工作空间：总工作空间中去掉灵活工作空间所余下的部分。记作次工作空间：总工作空间中去掉灵活工作空间所余下的部分。记作Ws(P)。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长

26、繁殖，引起不同程度的病理生理过程工作空间工作空间的两个基本问题：工作空间的两个基本问题：1、给出某一结构形式和结构参数的操作机以及关节变量的变化范围，求、给出某一结构形式和结构参数的操作机以及关节变量的变化范围，求工作空间。称为工作空间分析或工作空间正问题。工作空间。称为工作空间分析或工作空间正问题。2、给出某一限定的工作空间，求操作机的结构形式、参数和关节变量的、给出某一限定的工作空间，求操作机的结构形式、参数和关节变量的变化范围。称工作空间的综合或工作空间逆问题。变化范围。称工作空间的综合或工作空间逆问题。工作空间的确定方法：工作空间的确定方法：1、解析法、解析法2、图解法、图解法用图解法

27、求工作空间，得到的往往是工作空间的各类别截面用图解法求工作空间，得到的往往是工作空间的各类别截面(或削截线或削截线)。它直观性强，便于和计算机结合，以显示在可达点操作机的构形特征。它直观性强，便于和计算机结合，以显示在可达点操作机的构形特征。在应用图解法时也将关节分为两组，即前三关节和后三关节在应用图解法时也将关节分为两组，即前三关节和后三关节(有时为有时为两关节或一关节两关节或一关节)，前三关节称位置结构，主要确定工作空间大小，后三，前三关节称位置结构，主要确定工作空间大小，后三关节称定向结构，主要决定手部姿势。首先分别求出该两组关节所形成的关节称定向结构，主要决定手部姿势。首先分别求出该两

28、组关节所形成的腕点空间和参考点在腕坐标系中的工作空间，再进行包络整合。腕点空间和参考点在腕坐标系中的工作空间，再进行包络整合。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人的轨迹规划机器人的轨

29、迹规划机器人学中的一个基本问题是为解决某个预定的任务而规划机器人学中的一个基本问题是为解决某个预定的任务而规划机器人的动作，然后在机器人执行完成那些动作所需的命令时机器人的动作，然后在机器人执行完成那些动作所需的命令时控制它。这里，规划的意思就是机器人在行动前确定一系列动控制它。这里，规划的意思就是机器人在行动前确定一系列动作作(作决策作决策)，这种动作的确定可用问题求解系统来解决，给定，这种动作的确定可用问题求解系统来解决，给定初始情况后，该系统可达到某一规定的目标。因此，规划就是初始情况后，该系统可达到某一规定的目标。因此，规划就是指机器人为达到目标而需要的行动过程的描述。指机器人为达到目

30、标而需要的行动过程的描述。规划内容可能没有次序，但是一般来说，规划具有某个规划规划内容可能没有次序，但是一般来说，规划具有某个规划目标的蕴含排序。例如，早晨起床后的安排。目标的蕴含排序。例如，早晨起床后的安排。缺乏规划可能导致不是最佳的问题求解，甚至得不到问题的缺乏规划可能导致不是最佳的问题求解，甚至得不到问题的求解。求解。机器人规划是机器人学的一个重要研究领域，也是人工智能与机器人学一个令机器人规划是机器人学的一个重要研究领域，也是人工智能与机器人学一个令人感兴趣的结合点。人感兴趣的结合点。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人

31、或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程PTP-point to pointLIN-linearCIRC-circular文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人静力学与动力学机器人静力学与动力学文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消

32、弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人静力学和动力学机器人静力学和动力学静力学和动力学分析，是机器人操作机设计和动态性能分静力学和动力学分析，是机器人操作机设计和动态性能分析的基础。特别是动力学分析，它还是机器人控制器设计、析的基础。特别是动力学分析，它还是机器人控制器设计、动态仿真的基础。动态仿真的基础。机器人静力学研究机器人静止或缓慢运动式，作用在机器机器人静力学研究机器人静止或缓慢运动式，作用在机器人上的力和力矩问题。特别是当手端与环境接触时，各关节人上的力和力矩问题。特别是当手端与环境接触时，各关节力（矩）与接触力的关系。力（

33、矩）与接触力的关系。机器人动力学研究机器人运动与关节驱动力（矩）间的动机器人动力学研究机器人运动与关节驱动力（矩）间的动态关系。描述这种动态关系的微分方程称为动力学模型。由态关系。描述这种动态关系的微分方程称为动力学模型。由于机器人结构的复杂性，其动力学模型也常常很复杂，难以于机器人结构的复杂性，其动力学模型也常常很复杂，难以用于机器人实时控制。然而高质量的控制应当基于被控对象用于机器人实时控制。然而高质量的控制应当基于被控对象的动态特性，因此，如何合理简化机器人动力学模型，使其的动态特性，因此，如何合理简化机器人动力学模型，使其适合于实时控制的要求，是机器人动力学研究追求的目标。适合于实时控

34、制的要求，是机器人动力学研究追求的目标。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程动力学研究方法：动力学研究方法：ADAMS1拉格朗日方程法：通过动、势能变化与广义力的关系，建拉格朗日方程法：通过动、势能变化与广义力的关系，建立立 机器机器 人的动人的动 力学方程。代表人物力学方程。代表人物 R.P.Paul、J.J.Uicker、J.M.Hollerbach等。计算量等。计算量O(n4)，经优化，经优化O(n3)

35、，递推，递推O(n)。2牛顿牛顿欧拉方程法：用构件质心的平动和相对质心的转动欧拉方程法：用构件质心的平动和相对质心的转动表示机器人构件的运动，利用动静法建立基于牛顿表示机器人构件的运动，利用动静法建立基于牛顿欧拉方程欧拉方程的动力学方程。代表人物的动力学方程。代表人物Orin,Luh(陆养生陆养生)等。计算量等。计算量O(n)。3高斯原理法高斯原理法:利用力学中的高斯最小约束原理利用力学中的高斯最小约束原理,把机器人动把机器人动力学问题化成极值问题求解力学问题化成极值问题求解.代表人物波波夫代表人物波波夫(苏苏).用以解决第用以解决第二类问题。计算量二类问题。计算量O(n3)。4凯恩方程法：引

36、入偏速度概念，应用矢量分析建立动力学凯恩方程法：引入偏速度概念，应用矢量分析建立动力学方程。该方法在求构件的速度、加速度及关节驱动力时，只进方程。该方法在求构件的速度、加速度及关节驱动力时，只进行一次由基础到末杆的推导，即可求出关节驱动力，其间不必行一次由基础到末杆的推导，即可求出关节驱动力，其间不必求关节的约束力，具有完整的结构，也适用于闭链机器人。计求关节的约束力，具有完整的结构，也适用于闭链机器人。计算量算量O(n!)。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳

37、定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程机器人关键功能部件机器人关键功能部件 电机、减速器、传感器电机、减速器、传感器文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程电机选取电机注意参数及事项 外形 功率 转矩 转速 转动惯量 轴端 电流 安装方式 制动 重量 进口与国产文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体

38、防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程电机n 步进电机是一种将数字式脉冲信号转换成机械位移（角位移或线位移）的机电执行元件。它的机械位移与输入的数字脉冲数有着严格的对应关系，即一个脉冲信号可使步进电机前进一步，所以称为步进电动机。有较高的定位精度，无位置累积误差；开环运行，成本低，可靠性较高。低速运行时振动大、噪声大n 伺服就是一个提供闭环反馈信号来控制位置和转速。n 伺服电机是一个位置的半闭环控制。所以伺服电机不会出现丢步现象，每一个指令脉冲都可以得到可靠响应。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不

39、当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程电机 步进电机：混合式两相、五相 伺服电机：直流伺服（干扰小、供电限制-电池）：有刷 无刷交流伺服（大惯量，功率范围大）一、控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3.6、1.8交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。二、低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。交流伺服电机运转非常平稳，不会出现振动现象。三、矩频特性不同步进电机的输出力矩随转速升高而下降四、过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。五、运

40、行性能不同步进电机的控制为开环控制，易出现丢步或堵转的现象。交流伺服驱动系统为闭环控制，内部构成位置环和速度环，控制性能更为可靠。六、速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程电机三相异步电动机：220V单相交流电动机：220V直流电动机：24V 调速：

41、变频器 调速器文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程舵机舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。电压影响电池文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除

42、。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程直线电机把电能直接转化为直线机械运动能量的装置。电机是一种执行装置，是执行器的一种。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程直驱电机DD直驱电机直驱电机,直接驱动式电机的简称.主要指电机在驱动负载时,不需经过传动装置(如传动皮带等).直驱电机的主要好处主要是避免使用了传动皮带等传动设备,而这些传动部件恰

43、恰是系统中故障率较高的部件.所以使用直驱电机的系统,从技术上讲,应具有更低的故障率超声电机：超声电机采用压电陶瓷材料实现电能到机械能的转换，功率密度更高，比电磁型力矩电机具有更大的转矩重量比。在相同输出转矩下，一般质量仅为电磁型力矩电机的三分之一。此外，由于超声电机采用摩擦传动，其机械常数比电磁型力矩电机高一个数量级，响应更快。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程减速器l 选取减速器注意参数及事项：外形 润滑

44、 效率 与电机连接方式 承受转矩 转动惯量 减速比 安装方式 重量 进口与国产文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程减速器蜗轮蜗杆减速器发热 磨损-润滑减速比：蜗轮齿数/蜗杆头数蜗杆头数越多，传动效率越高，但加工会更加困难。若要求自锁，应选择单头文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对

45、稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程减速器行星减速器u 当太阳轮旋转时，带动行星齿轮旋转，由于齿圈被固定，所以行星齿轮除作自转外，还将绕中心旋转轴线作行星运动-低速公转运动，通过行星轮轴，将行星齿轮的低速公转运动传至输出轴，这样便完成了减速运动。减速比=内齿环齿数/太阳齿齿数+1文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程谐波减速器l 构成-由谐波发生器（椭圆形凸轮及薄壁轴承）、柔轮（在柔性材料上

46、切制齿形）以及与它们啮合的钢轮构成的传动机构文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程谐波减速器三个基本构件组成（减速原理可认为同类于行星减速）（1）带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮），它相当于行星系中的中心轮；（2）带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮），它相当于行星齿轮；（3）波发生器H，它相当于行星架。作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。i=-z1/(z1-z2)文档来源于网络，文档所提供的信息仅供

47、参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程谐波减速器l 原理-柔轮的齿数比钢轮的齿数少两个齿。随着谐波发生器的转动，柔轮与钢轮的齿依次啮合，从转过相同齿数的中心角来说，柔轮比钢轮大，于是柔轮相对于钢轮沿着谐波发生器的反方向作微小的转动。例如，齿数为100的钢轮与齿数为98的柔轮组合，每一周会产生2/100的转动差，从而得到大的减速比。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原

48、体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程谐波减速器l 特点-结构紧凑，能实现同轴输出-减速比大-同时啮合齿数多（30%+），承载能力大-回差小（3）,传动精度高-运动平稳，传动效率较高（70%）l 缺点-扭转刚度不足-谐波发生器自身转动惯量大文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程谐波减速机l 品牌-国外，日本Harmonic Drive(HD)、

49、德国Harmonic Drive PolymerGmbH-国内，北京谐波研究所、中技克美、众合天成文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程摆线针轮减速机（机器人用）l 结构-行星摆线针轮减速机全部传动装置可分为三部分：输入部分、减速部分、输出部分。-在输入轴上装有一个错位180的双偏心套，在偏心套上装有两个滚柱轴承，形成H机构，两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的 滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿

50、轮相啮合，以组成少齿差内啮合减速机构，（为了减少摩擦，在速比小的减速机中，针齿上带有针齿套）。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程摆线针轮减速机（机器人用）l 减速原理-当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制之故，摆线轮的运动成为即有公转又有自转的平面运动，在输入轴正转一周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向上转过一个齿差从而得到减速，再借助W输出机 构，将摆线轮的低