机器人系统及设计方法.ppt
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1、 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第章第章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.2 机器人系统设计方法机器人系统设计方法 习题习题 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成操作机操作机驱动器驱动器控制系统控制系统 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机
2、器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成 操作机操作机也也称为执行机构、称为执行机构、机械本体等，机械本体等，它具有和人手它具有和人手臂相似的功能，臂相似的功能，是可在空间抓是可在空间抓放物体或进行放物体或进行其他操作的机其他操作的机械装置。械装置。2.1.1 2.1.1 操作机操作机 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机 机器人的操作机器人的操作机就是通过机就是通过活动关活动关节（
3、转动关节或移节（转动关节或移动关节）动关节）连接在一连接在一起的空间开链机构，起的空间开链机构，主要由主要由手部、腕部、手部、腕部、臂部臂部和和机座机座构成。构成。1-手部 2-腕部 3-臂部 4-机座 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部1 1、手部的作用与分类、手部的作用与分类2 2、机械夹持式、机械夹持式3 3、吸附式、吸附式4 4、专用手、专用手5 5、灵巧
4、手、灵巧手6 6、换接器、换接器 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部1 1、手部的作用与分类、手部的作用与分类作用作用：机器人的手部又称为：机器人的手部又称为末端执行器末端执行器，它是机器人，它是机器人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或操持专用工直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或操持专用工具（如喷枪、扳手、砂轮、焊枪等）进行操作的部具（如喷枪、扳手、砂轮、焊枪等）
5、进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的最前端。手臂的最前端。分类分类：机械夹持式手机械夹持式手吸附式手吸附式手专用手专用手灵巧手灵巧手 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（1 1）组成）组成 机械夹持式手机械夹持式手由由手指手指（或手爪）、（或手爪）、传动机构传动
6、机构、驱动机驱动机构构及及连接与支承元连接与支承元件件组成，它通过手组成，它通过手指的开、合动作实指的开、合动作实现对物体的夹持操现对物体的夹持操作。作。1-手指 2-传动机构 3-驱动机构 4-支承元件 5-工件 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（1 1）组成）组成 有时，手指的形有时，手指的形状与表面形式取决于状与表面形式取
7、决于工件及操作要求。工件及操作要求。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（2 2）分类）分类按手爪的运动方式分为按手爪的运动方式分为回转型回转型和和平移型平移型。按夹持工件的方式分为按夹持工件的方式分为外夹式外夹式和和内撑式内撑式。按驱动方式分为电动、液动、气动和弹性力驱动。按驱动方式分为电动、液动、气动和弹性力驱动。工工业业机机器
8、器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构弹性力手弹性力手 弹性力手的特点弹性力手的特点是其夹持工件的抓力是其夹持工件的抓力是由弹性元件提供的，是由弹性元件提供的，不需要专门的驱动装不需要专门的驱动装置，在抓取工件时需置，在抓取工件时需要一定的压入力，而要一定的压入力，而在取下时，则需要一在取下时，则需要一定的拉力。定的拉力
9、。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构回转型手回转型手 a.a.楔块杠杆式楔块杠杆式 楔块杠杆式回转型手当驱动楔块杠杆式回转型手当驱动器推动楔块前进时，通过楔块的器推动楔块前进时，通过楔块的斜面与杠杆作用，使手爪产生夹斜面与杠杆作用，使手爪产生夹紧动作和夹紧力，当楔块后退时，紧动作和夹紧力，当楔块后退时，
10、靠弹簧的拉力使手爪松开。靠弹簧的拉力使手爪松开。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构回转型手回转型手b.b.滑槽杠杆式滑槽杠杆式 滑槽杠杆式回转型手滑槽杠杆式回转型手当驱动器推动中心杆向上当驱动器推动中心杆向上运动时，圆柱销在两杠杆运动时，圆柱销在两杠杆的滑槽中移动，迫使与支的滑槽中移动，迫使与支架相铰接
11、的手爪产生夹紧架相铰接的手爪产生夹紧动作和夹紧力，当中心杆动作和夹紧力，当中心杆向下运动时，手抓松开。向下运动时，手抓松开。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构回转型手回转型手c.c.连杆杠杆式连杆杠杆式 连杆杠杆式回转型手当驱动器连杆杠杆式回转型手当驱动器推动中心杆上下运动时，由中心杆、推动中心杆上下运
12、动时，由中心杆、连杆、手爪和支架就构成四杆机构，连杆、手爪和支架就构成四杆机构，从而迫使手爪完成夹紧和松开动作。从而迫使手爪完成夹紧和松开动作。注意注意：当中心杆向下运动，两个连杆处于一条水平：当中心杆向下运动，两个连杆处于一条水平线时，手爪已闭合到最小极限位置，当中心杆继续向下线时，手爪已闭合到最小极限位置，当中心杆继续向下运动时，手爪不但不会闭合的更紧，反而会松开。运动时，手爪不但不会闭合的更紧，反而会松开。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人
13、系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构回转型手回转型手d.d.齿轮齿条式齿轮齿条式 齿轮齿条式回转型手中心齿轮齿条式回转型手中心杆的端部两侧有齿条，与固定杆的端部两侧有齿条，与固定在手爪上的齿轮相啮合，当中在手爪上的齿轮相啮合，当中心杆上下运动时，在齿轮齿条心杆上下运动时，在齿轮齿条的啮合作用下就带动两个手爪的啮合作用下就带动两个手爪回转从而产生夹紧和松开动作。回转从而产生夹紧和松开动作。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2
14、2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构回转型手回转型手e.e.自重杠杆式自重杠杆式 自重杠杆式回转型手自重杠杆式回转型手手爪的开合是由铰接活塞手爪的开合是由铰接活塞油缸实现的。当手爪闭合油缸实现的。当手爪闭合抓住工件时，由于工件对抓住工件时，由于工件对手爪的作用力方向位于手手爪的作用力方向位于手爪回转轴垂直线的外侧，所以手爪的夹紧是由工件自爪回转轴垂直线的外侧，所以手爪的夹紧是由工件自重产生的，工件越重，
15、夹紧力越大。重产生的，工件越重，夹紧力越大。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构 平移型手平移型手 平移型手的特点是两个手爪做相对的往复平移运动，平移型手的特点是两个手爪做相对的往复平移运动，从而实现对工件的夹紧和松开动作，它分为从而实现对工件的夹紧和松开动作，它分为直线式直线式和和圆圆弧式弧式两种。两种
16、。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构 平移型手平移型手 a.a.齿轮齿条式齿轮齿条式 齿轮齿条式平齿轮齿条式平移型手两个手爪上移型手两个手爪上都有齿条与过渡齿都有齿条与过渡齿轮啮合。当拉动一个手爪时，另一个手爪就反向运动，轮啮合。当拉动一个手爪时，另一个手爪就反向运动，如此反复运动，即可完成手爪的夹紧与
17、松开动作，也如此反复运动，即可完成手爪的夹紧与松开动作，也可使过渡齿轮正、反旋转来完成手爪的夹紧与松开动作。可使过渡齿轮正、反旋转来完成手爪的夹紧与松开动作。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构平移型手平移型手b.b.螺母丝杠式螺母丝杠式 螺母丝杠式平移型手螺螺母丝杠式平移型手螺杆分成左右两段，其上螺纹杆
18、分成左右两段，其上螺纹旋向相反，两手爪上有与其旋向相反，两手爪上有与其配合的螺纹孔（即为螺母）配合的螺纹孔（即为螺母）。当螺杆正、反旋转时，两。当螺杆正、反旋转时，两手爪就产生相对平移运动，手爪就产生相对平移运动，从而实现加紧和松开动作。从而实现加紧和松开动作。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构平移型手
19、平移型手c.c.凸轮式凸轮式 凸轮式平移型手在凸轮式平移型手在与手爪连接的滑块上有与手爪连接的滑块上有导向槽和凸轮槽。当中导向槽和凸轮槽。当中心杆上下运动时，通过心杆上下运动时，通过滚子对凸轮槽的作用使滚子对凸轮槽的作用使滑块沿导向滚子做相对平移运动，从而实现手爪的夹滑块沿导向滚子做相对平移运动，从而实现手爪的夹紧和松开动作。紧和松开动作。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1
20、 手部手部2 2、机械夹持式手、机械夹持式手（3 3）典型结构）典型结构平移型手平移型手d.d.平行连杆式平行连杆式 平行连杆式平移型平行连杆式平移型手属于圆弧式平移型式手属于圆弧式平移型式手，其原理是采用平行手，其原理是采用平行四边形平动机构，使手爪在加紧和松开的过程中保持方四边形平动机构，使手爪在加紧和松开的过程中保持方向不变，从而实现平行移动，但手爪上任一点的运动轨向不变，从而实现平行移动，但手爪上任一点的运动轨迹为圆弧摆动。需要注意的是，这种手爪在夹持工件的迹为圆弧摆动。需要注意的是，这种手爪在夹持工件的瞬时，对工件表面有一个切向分力。瞬时，对工件表面有一个切向分力。工工业业机机器器人
21、人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部3 3、吸附式手、吸附式手（1 1）分类）分类 吸附式手靠吸附力抓取工件，特别适用于大平面吸附式手靠吸附力抓取工件，特别适用于大平面（单面接触无法抓取）、易碎（玻璃制品）、微小（单面接触无法抓取）、易碎（玻璃制品）、微小（不易抓取）的工件或物体，与机械夹持式手相比，（不易抓取）的工件或物体，与机械夹持式手相比，具有结构简单、重量轻、抓取力分布均匀的
22、优点，适具有结构简单、重量轻、抓取力分布均匀的优点，适用面较广。用面较广。根据吸附力的产生方法不同，将其分为：根据吸附力的产生方法不同，将其分为：气吸式气吸式磁吸式磁吸式 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部3 3、吸附式手、吸附式手（2 2）气吸式）气吸式 气吸式手是利用吸盘内的压力与外界大气压之间形气吸式手是利用吸盘内的压力与外界大气压之间形成的压力差来工作的，
23、根据压力差形成的原理不同，可成的压力差来工作的，根据压力差形成的原理不同，可分为：分为：挤压排气式挤压排气式气流负压式气流负压式真空抽气式真空抽气式 工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部3 3、吸附式手、吸附式手（2 2）气吸式）气吸式挤压排气式挤压排气式 挤压排气式吸附式手当抓取挤压排气式吸附式手当抓取工件时，橡胶吸盘压紧工件从而工件时，橡胶吸盘压紧工件从而发生变
24、形，挤出腔内多余的空气，发生变形，挤出腔内多余的空气，当手上升时，靠橡胶吸盘的恢复当手上升时，靠橡胶吸盘的恢复力是其腔内与外界气压之间形成力是其腔内与外界气压之间形成负压，从而将工件吸住。释放工件时，压下拉杆，使吸负压，从而将工件吸住。释放工件时，压下拉杆，使吸盘腔与大气相连通而失去负压。挤压排气式吸附式手结盘腔与大气相连通而失去负压。挤压排气式吸附式手结构简单，但吸附力有限，吸附状态不易长期保持。构简单，但吸附力有限，吸附状态不易长期保持。工工业业机机器器人人4/25/20234/25/20234/25/20234/25/2023第第2 2章章 机器人系统及设计方法机器人系统及设计方法2.1
25、 2.1 机器人系统组成机器人系统组成2.1.1 2.1.1 操作机操作机2.1.1.1 2.1.1.1 手部手部3 3、吸附式手、吸附式手（2 2）气吸式）气吸式气流负压式气流负压式 气流负压式吸附式手利气流负压式吸附式手利用流体力学中射流的原理，用流体力学中射流的原理，当需要抓取工件时，高速高当需要抓取工件时，高速高压空气流经喷嘴时，其出口处的气压低于吸盘腔内的气压空气流经喷嘴时，其出口处的气压低于吸盘腔内的气压，于是腔内的气体被高速气流带走而形成负压，由此压，于是腔内的气体被高速气流带走而形成负压，由此产生吸力，完成抓取工件的动作，当需要释放工件时，产生吸力，完成抓取工件的动作，当需要释
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