機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課件

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1、 機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式&第二章第二章 機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)機(jī)機(jī) 器器 人本體人本體執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)手部（操作器）手部（操作器）腕部腕部臂部臂部腰部腰部電驅(qū)動(dòng)裝置電驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置處理器處理器關(guān)節(jié)伺服控制器關(guān)節(jié)伺服控制器內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器外部傳感器外部傳感器 基基 座座（固定或移動(dòng)固定或移動(dòng)）傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2手部手部腕部腕部小臂（上臂）小臂（上臂）大臂大臂（下臂）（下臂）腰部腰部 基基 座座控制柜控制柜示教盒示教盒機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3 2.1 機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的步驟

2、機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的步驟1、作業(yè)分析、作業(yè)分析 作業(yè)分析包括任務(wù)分析和環(huán)境分析，不同的作業(yè)任務(wù)作業(yè)分析包括任務(wù)分析和環(huán)境分析，不同的作業(yè)任務(wù)和環(huán)境對(duì)機(jī)器人操作及的方案設(shè)計(jì)有著決定性的影響。和環(huán)境對(duì)機(jī)器人操作及的方案設(shè)計(jì)有著決定性的影響。2、總體方案設(shè)計(jì)、總體方案設(shè)計(jì) （1）確定動(dòng)力源）確定動(dòng)力源 （2）確定構(gòu)型和安裝方式）確定構(gòu)型和安裝方式 （3）確定自由度）確定自由度 （4）確定動(dòng)力容量和傳動(dòng)方式）確定動(dòng)力容量和傳動(dòng)方式 （5）優(yōu)化運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)）優(yōu)化運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù) （6）確定平衡方式和平衡量）確定平衡方式和平衡量 （7）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包括機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的配置及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的配置及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)及桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)及桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平衡機(jī)構(gòu)平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，的設(shè)計(jì)，走線及電器接口走線及電器接口設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)等。4、動(dòng)特性分析、動(dòng)特性分析 估算慣性參數(shù)，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真、分析，估算慣性參數(shù)，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真、分析，確定其結(jié)構(gòu)固有頻率和響應(yīng)特性。確定其結(jié)構(gòu)固有頻率和響應(yīng)特性。5、施工設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì) 完成施工圖設(shè)計(jì)，編制相關(guān)技術(shù)文件。完成施工圖設(shè)計(jì)，編制相關(guān)技術(shù)文件。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例：六自由度輕型機(jī)械臂的設(shè)計(jì) 機(jī)械臂的設(shè)計(jì)指標(biāo)：機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)型設(shè)計(jì)原則 自由度為

4、主，兼顧復(fù)雜程度、剛度及控制難度 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍盡可能大 關(guān)節(jié)無(wú)奇異 工作空間無(wú)死區(qū)，至少6自由度 構(gòu)型合理，驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)布置 模塊化機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾何構(gòu)型 考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的存在性：1）三個(gè)相鄰關(guān)節(jié)軸線交于一點(diǎn)，2）三個(gè)相鄰關(guān)節(jié)軸線相互平行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6自由度輕型臂構(gòu)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)集成化設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、傳感、控制機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)集成化設(shè)計(jì) 電氣及傳感器機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.2 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)器（通過(guò)聯(lián)軸器）帶動(dòng)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)器（通過(guò)聯(lián)軸器）帶動(dòng)傳動(dòng)裝置(一般為減速器一般為減速器)，再通過(guò)關(guān)節(jié)軸帶動(dòng)桿件運(yùn)動(dòng)。，再通過(guò)關(guān)節(jié)軸帶動(dòng)桿

5、件運(yùn)動(dòng)。最常用的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)最常用的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和移轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和移(直直)動(dòng)關(guān)節(jié)。動(dòng)關(guān)節(jié)。為了進(jìn)行位置和速度控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還包括位置和為了進(jìn)行位置和速度控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還包括位置和速度檢測(cè)元件。速度檢測(cè)元件。2.2.1 2.2.1 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)131碼盤；碼盤；2 測(cè)速機(jī)；測(cè)速機(jī)；3 電機(jī)；電機(jī)；4 聯(lián)軸器；聯(lián)軸器；5 傳動(dòng)裝置；傳動(dòng)裝置；6 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；7 桿桿 8 電機(jī)；電機(jī)；9 聯(lián)軸器；聯(lián)軸器；10 螺旋副；螺旋副；11 移動(dòng)關(guān)節(jié)；移動(dòng)關(guān)節(jié)；12 電位器電位器(或光柵尺或光柵尺)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)伺服電機(jī)+聯(lián)軸節(jié)聯(lián)軸節(jié)+

6、傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置+運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)+反饋元件反饋元件機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 1電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置又可分為直流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置又可分為直流 (DC)、交流、交流(AC)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電機(jī)電刷易磨損，且易形成火花。無(wú)刷直流電機(jī)也得到了直流伺服電機(jī)電刷易磨損，且易形成火花。無(wú)刷直流電機(jī)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。越來(lái)越廣泛

7、的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多為開(kāi)環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多為開(kāi)環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度小功率機(jī)器人系統(tǒng)。小功率機(jī)器人系統(tǒng)。2.2.2 2.2.2 驅(qū)動(dòng)裝置的類型和特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的類型和特點(diǎn)直流電機(jī)（有刷）直流電機(jī)（有刷）步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)盤式無(wú)刷直流電機(jī)盤式無(wú)刷直流電機(jī)交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)152.液壓驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置 優(yōu)點(diǎn)：功率大，可省去減速裝置直接與優(yōu)點(diǎn)：功率大，可省去減速裝置直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。缺點(diǎn)：需要增設(shè)液壓源

8、，易產(chǎn)生液體泄缺點(diǎn)：需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫場(chǎng)合，故液壓驅(qū)動(dòng)漏，不適合高、低溫場(chǎng)合，故液壓驅(qū)動(dòng)目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)液壓擺動(dòng)馬達(dá)液壓擺動(dòng)馬達(dá)液壓控制閥液壓控制閥液壓泵液壓泵機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用：并聯(lián)機(jī)器人（六自由度搖擺臺(tái)）機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)203氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置 氣壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，具有緩沖作用。氣壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，具有緩沖作用。但與液壓驅(qū)動(dòng)裝置相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度但與液壓驅(qū)動(dòng)裝置相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制

9、，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制機(jī)器人。不易控制，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制機(jī)器人。氣氣動(dòng)動(dòng)馬馬達(dá)達(dá)氣氣動(dòng)動(dòng)擺擺動(dòng)動(dòng)馬馬達(dá)達(dá)氣氣缸缸氣氣泵泵氣氣動(dòng)動(dòng)三三大大件件氣氣動(dòng)動(dòng)控控制制閥閥機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21 4其它驅(qū)動(dòng)裝置其它驅(qū)動(dòng)裝置 作為特殊的驅(qū)動(dòng)裝置，有壓電晶體、形狀記憶合金、人工作為特殊的驅(qū)動(dòng)裝置，有壓電晶體、形狀記憶合金、人工肌肉等。肌肉等。壓電微驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人壓電微驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，驅(qū)動(dòng)裝置的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，以價(jià)格高低、技術(shù)水平為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以價(jià)格高低、技術(shù)水平

10、為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。一般說(shuō)來(lái)，目前負(fù)荷為一般說(shuō)來(lái)，目前負(fù)荷為100 kg以下的以下的,可優(yōu)先考慮電動(dòng)驅(qū)可優(yōu)先考慮電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。動(dòng)裝置。只須點(diǎn)位控制且負(fù)荷較小者，或有防暴、清潔等特殊要只須點(diǎn)位控制且負(fù)荷較小者，或有防暴、清潔等特殊要求者，可采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。求者，可采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。負(fù)荷很大或機(jī)器人周圍已有液壓源的常溫場(chǎng)合，可采用負(fù)荷很大或機(jī)器人周圍已有液壓源的常溫場(chǎng)合，可采用液壓驅(qū)動(dòng)裝置。液壓驅(qū)動(dòng)裝置。對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)，最重要的指標(biāo)要求是起動(dòng)力矩大，對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)，最重要的指標(biāo)要求是起動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時(shí)還要有性能好、與之調(diào)速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時(shí)還要有性能好、與之配套的

11、數(shù)字控制系統(tǒng)。配套的數(shù)字控制系統(tǒng)。5驅(qū)動(dòng)裝置的選擇原則驅(qū)動(dòng)裝置的選擇原則機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)232.2.3 2.2.3 機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.1.機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求(1)結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕；結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕；(2)傳動(dòng)剛度大，即承受力矩作用時(shí)變形要小，以傳動(dòng)剛度大，即承受力矩作用時(shí)變形要小，以提高整機(jī)的提高整機(jī)的 固有領(lǐng)率，固有領(lǐng)率，降低整機(jī)的低頻振動(dòng)；降低整機(jī)的低頻振動(dòng)；(3)回差小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，以得到較高的位回差小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，以得到較高的位 置控制精度；置控制精度；(4)壽命長(zhǎng)

12、、價(jià)格低。壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。微電機(jī)微電機(jī)+減速器減速器微小型減速器微小型減速器機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)242.2.機(jī)器人常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)器人幾乎使用了目前出現(xiàn)的絕大多數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)器人幾乎使用了目前出現(xiàn)的絕大多數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26 其中腰關(guān)節(jié)最常用諧波傳動(dòng)、齒輪其中腰關(guān)節(jié)最常用諧波傳動(dòng)、齒輪/蝸輪傳動(dòng)；臂關(guān)節(jié)最常蝸輪傳動(dòng)；臂關(guān)節(jié)最常用諧波傳動(dòng)、用諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪行星傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。腕關(guān)節(jié)擺線針輪行星傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。腕關(guān)節(jié)最常用齒輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)和綱繩傳動(dòng)。最常用齒輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)和綱繩傳動(dòng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27關(guān)節(jié)是操作機(jī)各

13、桿件間的結(jié)合部分，通常為轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)兩關(guān)節(jié)是操作機(jī)各桿件間的結(jié)合部分，通常為轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)兩種類型。種類型。工業(yè)機(jī)器人前三關(guān)節(jié)通常稱作腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，工業(yè)機(jī)器人前三關(guān)節(jié)通常稱作腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，它們決定了操作機(jī)的位置。后面關(guān)節(jié)決定了操作機(jī)的姿態(tài)，它們決定了操作機(jī)的位置。后面關(guān)節(jié)決定了操作機(jī)的姿態(tài)，稱作腕部關(guān)節(jié)。稱作腕部關(guān)節(jié)。2.3.1 腰關(guān)節(jié)腰關(guān)節(jié) 腰關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，既承受很大的軸向力、徑向力，又承腰關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，既承受很大的軸向力、徑向力，又承受傾翻力矩，且應(yīng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度。受傾翻力矩，且應(yīng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度。腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的RV減速器傳動(dòng)減

14、速器傳動(dòng)，也可采用，也可采用諧波傳諧波傳動(dòng)、擺線針輪或蝸桿傳動(dòng)動(dòng)、擺線針輪或蝸桿傳動(dòng)。其轉(zhuǎn)動(dòng)副多采用薄壁軸承或四點(diǎn)。其轉(zhuǎn)動(dòng)副多采用薄壁軸承或四點(diǎn)接觸軸承，有的還設(shè)計(jì)有調(diào)隙機(jī)構(gòu)。接觸軸承，有的還設(shè)計(jì)有調(diào)隙機(jī)構(gòu)。對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，多采用對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，多采用回轉(zhuǎn)缸回轉(zhuǎn)缸+齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。2.32.3 工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的構(gòu)造及其傳動(dòng)配置工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的構(gòu)造及其傳動(dòng)配置機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)281 電機(jī)；電機(jī)；2 RV減速器，減速器，3 支架，支架，4 交叉滾子軸承；交叉滾子軸承；5 電纜電纜同軸式腰關(guān)節(jié)同軸式腰關(guān)節(jié)電機(jī)上置電機(jī)上置)12345機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29同軸式腰關(guān)節(jié)同軸式腰關(guān)節(jié)(電機(jī)下置電機(jī)

15、下置)1腰部固定立柱殼體；腰部固定立柱殼體；2 腰部回轉(zhuǎn)殼體；腰部回轉(zhuǎn)殼體；3 四點(diǎn)接觸球軸承；四點(diǎn)接觸球軸承；4 伺服電機(jī)組件；伺服電機(jī)組件；5諧波減速器；諧波減速器；54機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30平行軸式腰關(guān)節(jié)平行軸式腰關(guān)節(jié)21341 電機(jī)電機(jī)；2 齒輪；齒輪；3 空心立柱；空心立柱；4 軸承軸承機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31v 由上面的圖例可以看出，腰關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)副主要是兩種類型：由上面的圖例可以看出，腰關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)副主要是兩種類型：使用交叉滾子或四點(diǎn)接觸式軸承的同軸式或平行軸式。使用交叉滾子或四點(diǎn)接觸式軸承的同軸式或平行軸式。v 同軸式腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，腰關(guān)節(jié)高度尺寸小同軸式腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，腰關(guān)節(jié)高度尺寸小(使

16、用特制軸承使用特制軸承的緣故的緣故)，但關(guān)節(jié)的各種電纜走線比較困難，大多是在固定的，但關(guān)節(jié)的各種電纜走線比較困難，大多是在固定的中間柱體外面留有較大的環(huán)形空間，使電纜以盤旋的形式松松中間柱體外面留有較大的環(huán)形空間，使電纜以盤旋的形式松松地套在中間柱體上，當(dāng)腰支架等機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電纜猶如盤旋彈地套在中間柱體上，當(dāng)腰支架等機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電纜猶如盤旋彈簧般收緊或放松。對(duì)于平行軸式腰關(guān)節(jié)，電纜則可方便地通過(guò)簧般收緊或放松。對(duì)于平行軸式腰關(guān)節(jié)，電纜則可方便地通過(guò)中空軸，聯(lián)接于支座的固定接線板上。中空軸，聯(lián)接于支座的固定接線板上。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)322.3.2 肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié) 對(duì)于開(kāi)式連桿結(jié)構(gòu)，肩

17、關(guān)節(jié)（大臂關(guān)節(jié)）位于腰部的支座上，對(duì)于開(kāi)式連桿結(jié)構(gòu)，肩關(guān)節(jié)（大臂關(guān)節(jié)）位于腰部的支座上，多采用多采用RV減速器傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)或擺線針輪傳動(dòng)；也可采用滾減速器傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)或擺線針輪傳動(dòng)；也可采用滾動(dòng)螺旋組合連桿機(jī)構(gòu)或直接應(yīng)用齒輪機(jī)構(gòu)。動(dòng)螺旋組合連桿機(jī)構(gòu)或直接應(yīng)用齒輪機(jī)構(gòu)。肘關(guān)節(jié)（小臂關(guān)節(jié)）位于大臂與小臂的聯(lián)接處，多采用諧波肘關(guān)節(jié)（小臂關(guān)節(jié)）位于大臂與小臂的聯(lián)接處，多采用諧波傳動(dòng)、擺線針輪或齒輪傳動(dòng)等。傳動(dòng)、擺線針輪或齒輪傳動(dòng)等。關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式有：關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式有：1、同軸式配置、同軸式配置 電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸 線重合。線重合。2、偏置式配置、偏置式配置 電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)軸電機(jī)軸線與關(guān)節(jié)

18、軸 線偏離一定距離。線偏離一定距離。同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)同軸減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)1 腰支座；腰支座；2,7 RV減速器；減速器；3,6 驅(qū)動(dòng)電機(jī)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)；4 大臂；大臂；5 曲柄；曲柄；8 軸承。軸承。12345678機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)341 大臂；大臂；2 關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)1電機(jī)；電機(jī)；3 小臂定位板；小臂定位板；4 小臂；小臂；5 氣動(dòng)閥；氣動(dòng)閥；6 立柱；立柱；7 直齒輪；直齒輪；8 中間齒輪；中間齒輪；9 機(jī)座；機(jī)座；10 主齒輪；主齒輪；11 管形連接軸；管形連接軸；12 手腕手腕偏置減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)偏置減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(PUMA)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

19、36 直動(dòng)關(guān)節(jié)直動(dòng)關(guān)節(jié) 直動(dòng)關(guān)節(jié)可有兩種類型；電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。前者多采直動(dòng)關(guān)節(jié)可有兩種類型；電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。前者多采用滾動(dòng)絲杠和導(dǎo)柱用滾動(dòng)絲杠和導(dǎo)柱(軌軌)式；后者可采用油缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條的移式；后者可采用油缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條的移動(dòng)結(jié)構(gòu)。動(dòng)結(jié)構(gòu)。導(dǎo)柱導(dǎo)柱(軌軌)起到導(dǎo)向及承受支承力與彎矩矩的作用。起到導(dǎo)向及承受支承力與彎矩矩的作用。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37 多關(guān)節(jié)柔性臂多關(guān)節(jié)柔性臂 多關(guān)節(jié)柔性臂也稱作象鼻型或蛇型臂。其手臂由多節(jié)串聯(lián)多關(guān)節(jié)柔性臂也稱作象鼻型或蛇型臂。其手臂由多節(jié)串聯(lián)而成，原來(lái)意義上的臂而成，原來(lái)意義上的臂(大臂、小臂大臂、小臂)已演化成一個(gè)節(jié)，節(jié)已演化成一個(gè)節(jié)，節(jié)與節(jié)之間可以相對(duì)擺

20、動(dòng)。與節(jié)之間可以相對(duì)擺動(dòng)。嚴(yán)格講，多關(guān)節(jié)柔性臂并不是全柔性的，稱其為蛇型臂較嚴(yán)格講，多關(guān)節(jié)柔性臂并不是全柔性的，稱其為蛇型臂較為合適。由于柔性臂的關(guān)節(jié)多，能滿足避障等特殊需要。為合適。由于柔性臂的關(guān)節(jié)多，能滿足避障等特殊需要。多級(jí)聯(lián)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性臂多級(jí)聯(lián)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性臂多級(jí)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性臂多級(jí)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)柔性臂機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)38多節(jié)萬(wàn)向節(jié)型柔性臂多節(jié)萬(wàn)向節(jié)型柔性臂機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39脊骨式多節(jié)柔性臂脊骨式多節(jié)柔性臂機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)40連桿式多節(jié)型柔性臂連桿式多節(jié)型柔性臂1定長(zhǎng)剛性臂；定長(zhǎng)剛性臂；2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)柔性臂并聯(lián)機(jī)構(gòu)柔性臂機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41 2.3.3 手腕關(guān)節(jié)手腕關(guān)節(jié)1 1、單自由度手腕、

21、單自由度手腕 SCARA水平關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人的手腕只有繞垂直軸的一個(gè)水平關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人的手腕只有繞垂直軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，用于調(diào)整裝配件的方位。旋轉(zhuǎn)自由度，用于調(diào)整裝配件的方位。SCARA 機(jī)器人機(jī)器人 傳動(dòng)為兩級(jí)等徑輪齒形帶，所以大、小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)不影響末端傳動(dòng)為兩級(jí)等徑輪齒形帶，所以大、小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)不影響末端執(zhí)行器的水平方位，而該方位的調(diào)整完全取決于腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的水平方位，而該方位的調(diào)整完全取決于腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)。這種傳動(dòng)特點(diǎn)特這種傳動(dòng)特點(diǎn)特別適合于電子線路別適合于電子線路板的插件作業(yè)。板的插件作業(yè)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)422 2、兩自由度手腕、兩自由度手腕兩種常見(jiàn)的配置形式兩種常見(jiàn)的配置形

22、式匯交式和偏置式（按手腕軸線交匯交式和偏置式（按手腕軸線交點(diǎn)與手臂軸線位置劃分）。點(diǎn)與手臂軸線位置劃分）。1-法蘭法蘭2-齒輪軸齒輪軸3-錐齒輪錐齒輪4-彈簧彈簧5-鏈輪鏈輪6-軸承軸承7-鏈輪鏈輪8-彈簧彈簧9-軸承軸承10-轉(zhuǎn)殼轉(zhuǎn)殼1-法蘭法蘭2-腕殼腕殼3-錐齒輪軸錐齒輪軸4-小臂小臂5-鏈輪鏈輪6-錐齒輪軸錐齒輪軸7-鏈輪鏈輪8-鏈鏈9-彈簧彈簧10-彈簧彈簧匯交式兩自由度手腕匯交式兩自由度手腕偏置式兩自由度手腕偏置式兩自由度手腕2143658710943512871096機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43 兩自由度手腕的另兩種結(jié)構(gòu)：諧波減速器前置的匯交型兩自由度手腕的另兩種結(jié)構(gòu)：諧波減速器前置的匯交

23、型手腕；驅(qū)動(dòng)電機(jī)與諧波減速器前置的偏置型手腕。手腕；驅(qū)動(dòng)電機(jī)與諧波減速器前置的偏置型手腕。1 扁平諧波；扁平諧波；2 杯式諧波；杯式諧波；3 齒形帶輪；齒形帶輪；4 錐齒輪；錐齒輪；5 腕殼腕殼諧波前置匯交手腕諧波前置匯交手腕 1 諧波減速；諧波減速；2 馬達(dá)；馬達(dá)；3 鏈輪；鏈輪；4 腕殼腕殼電機(jī)前置偏置手腕電機(jī)前置偏置手腕機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)44 誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng) 把某一桿件因另一桿件的被驅(qū)動(dòng)而引起的運(yùn)動(dòng)，稱作誘導(dǎo)把某一桿件因另一桿件的被驅(qū)動(dòng)而引起的運(yùn)動(dòng)，稱作誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算時(shí)，必須考慮誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算時(shí)，必須考慮誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。2 主動(dòng)鏈輪；主動(dòng)鏈輪；3、5 從

24、動(dòng)鏈輪從動(dòng)鏈輪手腕傳動(dòng)示意圖手腕傳動(dòng)示意圖機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)453 3、三自由度手腕、三自由度手腕 三自由度手腕是在兩自由度手腕的基礎(chǔ)上加一個(gè)整個(gè)手腕三自由度手腕是在兩自由度手腕的基礎(chǔ)上加一個(gè)整個(gè)手腕相對(duì)于小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度而形成的。相對(duì)于小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度而形成的。三自由度手腕是三自由度手腕是“萬(wàn)向萬(wàn)向”型手腕，結(jié)構(gòu)形式繁多，可以完型手腕，結(jié)構(gòu)形式繁多，可以完成兩自由度手腕很多無(wú)法完成的作業(yè)。近年來(lái)，大多數(shù)關(guān)節(jié)成兩自由度手腕很多無(wú)法完成的作業(yè)。近年來(lái)，大多數(shù)關(guān)節(jié)型機(jī)器人都采用了三自由度手腕。型機(jī)器人都采用了三自由度手腕。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)48v 必須指出，必須指出，若

25、操作機(jī)為若操作機(jī)為6自由度，當(dāng)自由度，當(dāng)手腕為偏置手腕為偏置式時(shí)，運(yùn)動(dòng)式時(shí)，運(yùn)動(dòng)學(xué)反解得不學(xué)反解得不出解析的顯出解析的顯式，且動(dòng)力式，且動(dòng)力學(xué)參數(shù)也是學(xué)參數(shù)也是強(qiáng)耦合的。強(qiáng)耦合的。設(shè)計(jì)時(shí)必須設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分注給予充分注意。意。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49KUKA IR662100機(jī)器人手碗傳動(dòng)圖機(jī)器人手碗傳動(dòng)圖KUKA IR662100機(jī)器人手碗結(jié)構(gòu)圖機(jī)器人手碗結(jié)構(gòu)圖Cincinnati Milacron T3 機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)50PUMA一一262 機(jī)器人手腕傳動(dòng)原理機(jī)器人手腕傳動(dòng)原理機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)514 4、柔順手腕結(jié)構(gòu)、柔順手腕結(jié)構(gòu) 機(jī)器人精密機(jī)器人精密裝配時(shí)，裝配時(shí)，

26、由于由于被裝配零件的不一致性、工件定位被裝配零件的不一致性、工件定位夾具及機(jī)器人手部的定位精度無(wú)法滿足裝配要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致裝夾具及機(jī)器人手部的定位精度無(wú)法滿足裝配要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致裝配困難甚至失敗。這就提出了裝配動(dòng)作的柔順性要求。配困難甚至失敗。這就提出了裝配動(dòng)作的柔順性要求。柔順裝配技術(shù)有兩柔順裝配技術(shù)有兩種種：一一種是控制的角度，借助檢測(cè)元件采種是控制的角度，借助檢測(cè)元件采取邊校正、邊裝配的方式，取邊校正、邊裝配的方式，稱為稱為“主動(dòng)柔順裝配主動(dòng)柔順裝配”；另一種；另一種是從結(jié)構(gòu)的角度在手腕部是從結(jié)構(gòu)的角度在手腕部配置一配置一 個(gè)柔順環(huán)節(jié)，這種柔順裝配技個(gè)柔順環(huán)節(jié)，這種柔順裝配技術(shù)稱為術(shù)稱為“被

27、動(dòng)柔順裝配被動(dòng)柔順裝配 ”即即RCC(Remote Center Compliance)。帶檢測(cè)元件的手腕帶檢測(cè)元件的手腕移動(dòng)擺動(dòng)柔順手腕移動(dòng)擺動(dòng)柔順手腕柔順手腕動(dòng)作過(guò)程柔順手腕動(dòng)作過(guò)程機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52板彈簧柔順手腕板彈簧柔順手腕鋼絲彈簧柔順手腕鋼絲彈簧柔順手腕機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53 2.42.4 機(jī)器人的手部機(jī)器人的手部 機(jī)器人手部是機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置的操機(jī)器人手部是機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)，在手腕上配置的操作機(jī)構(gòu)。因此有時(shí)也稱為末端操作器。作機(jī)構(gòu)。因此有時(shí)也稱為末端操作器。由于機(jī)器人作業(yè)內(nèi)容的差異（如搬運(yùn)、裝配、焊接、噴由于機(jī)器人作業(yè)內(nèi)容的差異（如搬運(yùn)、裝配、焊接、噴涂等）和作業(yè)對(duì)象

28、的不同（如軸類、板類、箱類、包類物涂等）和作業(yè)對(duì)象的不同（如軸類、板類、箱類、包類物體等），體等），手部的形式多樣。綜合考慮手部的用途、功能和手部的形式多樣。綜合考慮手部的用途、功能和結(jié)構(gòu)持點(diǎn)，大致可分成以下幾類：結(jié)構(gòu)持點(diǎn)，大致可分成以下幾類：1卡爪式夾持器；卡爪式夾持器；2吸附式取料手；吸附式取料手；3專用操作器及換接器專用操作器及換接器 4仿生多指靈巧手。仿生多指靈巧手。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)54 卡爪式夾持器卡爪式夾持器通常有兩個(gè)夾爪，分為通常有兩個(gè)夾爪，分為彈力型、回轉(zhuǎn)型和彈力型、回轉(zhuǎn)型和平移型三種類型平移型三種類型。2.4.1 卡爪式夾持器卡爪式夾持器幾種彈力型夾持器幾種彈力型夾持器1 1、

29、彈力型夾持器、彈力型夾持器機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)55 2、回轉(zhuǎn)型夾持器、回轉(zhuǎn)型夾持器開(kāi)合占用空間較開(kāi)合占用空間較小，但是夾持中小，但是夾持中心變化。心變化。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)563 3、平移型夾持器、平移型夾持器開(kāi)合占用空間較大，但是夾持中心不變。開(kāi)合占用空間較大，但是夾持中心不變。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)57 吸式取料手是目前應(yīng)用較多的一種執(zhí)行器，特別是用于搬吸式取料手是目前應(yīng)用較多的一種執(zhí)行器，特別是用于搬運(yùn)機(jī)器人。該類執(zhí)行器可分氣吸和磁吸兩類。運(yùn)機(jī)器人。該類執(zhí)行器可分氣吸和磁吸兩類。2.4.2 吸附式取料手吸附式取料手 氣吸附取料手是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力氣吸附取料手是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間

30、的壓力差而差而工工作的。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，吸附力分布均勻等作的。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。按形成壓力的方法，可分成真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、按形成壓力的方法，可分成真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸式兒種。擠壓排氣負(fù)壓氣吸式兒種。1 1、氣吸附取料手、氣吸附取料手機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)58氣流負(fù)壓氣吸盤氣流負(fù)壓氣吸盤擠壓排氣吸盤擠壓排氣吸盤真空氣吸盤真空氣吸盤機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)592 2、磁吸附取料手、磁吸附取料手機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)603 3、專用操作器及換接器專用操作器及換接器機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)61 人手是最靈巧的夾持器，如果模擬人手結(jié)構(gòu)，就能制造人手是最靈巧的夾持器，如果模擬人

31、手結(jié)構(gòu)，就能制造出結(jié)構(gòu)最優(yōu)的夾持器。但由于人手自由度較多，驅(qū)動(dòng)和控出結(jié)構(gòu)最優(yōu)的夾持器。但由于人手自由度較多，驅(qū)動(dòng)和控制都十分復(fù)雜，迄今為止，只是制造出了一些原理樣機(jī)，制都十分復(fù)雜，迄今為止，只是制造出了一些原理樣機(jī)，離工業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。離工業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。4 4、仿生多指靈巧手仿生多指靈巧手UTACHMIT 多指多指手手 三指三指手手 雙拇指雙拇指手手 機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)62最小的三指最小的三指手手 BHII 三指手三指手 四指靈巧四指靈巧手手 靈巧的雙靈巧的雙手手 DLR多指手多指手哈工大多指手哈工大多指手機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63 手指關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)手指關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)手指主要用于抓握動(dòng)作，要求動(dòng)作

32、靈活，剛度好，具有較大手指主要用于抓握動(dòng)作，要求動(dòng)作靈活，剛度好，具有較大的抓握力。就其手的結(jié)構(gòu)而言，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有三種方式：的抓握力。就其手的結(jié)構(gòu)而言，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有三種方式：1)腱傳動(dòng)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省空間，具有很高的抗拉強(qiáng)腱傳動(dòng)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省空間，具有很高的抗拉強(qiáng)度和很輕的重量，但剛性差，較大的彈性，不利于控制。度和很輕的重量，但剛性差，較大的彈性，不利于控制。MIT手、手、JPL手和手和DLR-I手都是這種方式。手都是這種方式。2)齒輪傳動(dòng)，特點(diǎn)是傳動(dòng)比可靠，但是摩擦較大，有回程間齒輪傳動(dòng)，特點(diǎn)是傳動(dòng)比可靠，但是摩擦較大，有回程間隙，占用空間大。隙，占用空間大。3)連桿傳動(dòng)，剛度好

33、，加工制造比較簡(jiǎn)單，高精度，能實(shí)現(xiàn)連桿傳動(dòng)，剛度好，加工制造比較簡(jiǎn)單，高精度，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡的要求。但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，不能精確地滿多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡的要求。但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，不能精確地滿足各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。典型的如足各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。典型的如Belgrade手，手，NASA手等。手等。4）欠驅(qū)動(dòng)手指關(guān)節(jié)，可簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制，但需要滿足一）欠驅(qū)動(dòng)手指關(guān)節(jié)，可簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制，但需要滿足一定的力學(xué)條件。定的力學(xué)條件。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)64 并聯(lián)機(jī)構(gòu)在并聯(lián)機(jī)構(gòu)在1965年由年由Stewart提出原是作為飛行模擬器提出原是作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員的。機(jī)艙由用于訓(xùn)練飛行員的。機(jī)艙由6個(gè)液壓缸支

34、撐和驅(qū)動(dòng)，可以使個(gè)液壓缸支撐和驅(qū)動(dòng)，可以使機(jī)艙獲得任何需要的位姿。機(jī)艙獲得任何需要的位姿。在串聯(lián)機(jī)器人發(fā)展方興未艾時(shí)，澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授在串聯(lián)機(jī)器人發(fā)展方興未艾時(shí)，澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授Hunt 在在1978年提出?？梢詰?yīng)用年提出?？梢詰?yīng)用6自由度的自由度的Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)平臺(tái)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。到作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。到80年代中期，國(guó)際上研究并聯(lián)機(jī)器人的年代中期，國(guó)際上研究并聯(lián)機(jī)器人的人還寥寥無(wú)幾。到人還寥寥無(wú)幾。到80年代末特別是年代末特別是90年代以來(lái)，并聯(lián)式機(jī)器年代以來(lái)，并聯(lián)式機(jī)器人才被廣為主意，并成為了新的熱點(diǎn)。人才被廣為主意，并成為了新的熱點(diǎn)。2.6 2.6 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)并

35、聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)65機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)66機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)67機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)683RPS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6RSS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6SPS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6SPS雙三角機(jī)構(gòu)雙三角機(jī)構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)696RSS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6PSS機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)6SPS單三角機(jī)構(gòu)單三角機(jī)構(gòu)3RRR球面機(jī)構(gòu)球面機(jī)構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)70 2.7 2.7 移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu) 移動(dòng)功能的機(jī)器人可認(rèn)為是人類行走功能的模擬和擴(kuò)展。移動(dòng)功能的機(jī)器人可認(rèn)為是人類行走功能的模擬和擴(kuò)展。移動(dòng)機(jī)器人多是針對(duì)陸上表面環(huán)境的。其機(jī)構(gòu)形式主要有：移動(dòng)機(jī)器人多是針對(duì)陸上表面環(huán)境的。其機(jī)構(gòu)形式主要有：(1)車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；(2)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；履帶式移

36、動(dòng)機(jī)構(gòu)；(3)腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。此外，近有步進(jìn)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、混合式移動(dòng)此外，近有步進(jìn)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、混合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和蛇行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)等適合于一些特別的場(chǎng)合。機(jī)構(gòu)和蛇行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)等適合于一些特別的場(chǎng)合。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)71 2.7.1 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)依據(jù)車輪的數(shù)目分為輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)依據(jù)車輪的數(shù)目分為1輪、輪、2輪、輪、3輪、輪、4輪、輪、5輪、輪、6輪以及多輪機(jī)構(gòu)。輪以及多輪機(jī)構(gòu)。輪式移動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，功耗小，控制方便，輪式移動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，功耗小，控制方便，運(yùn)動(dòng)靈活。缺點(diǎn)是其越野能力較差，但可以通過(guò)選擇合適的運(yùn)動(dòng)靈活。缺

37、點(diǎn)是其越野能力較差，但可以通過(guò)選擇合適的懸架系統(tǒng)來(lái)提高其地形適應(yīng)能力。懸架系統(tǒng)來(lái)提高其地形適應(yīng)能力。懸架系統(tǒng)分為懸架系統(tǒng)分為被動(dòng)適應(yīng)型（自適應(yīng)）被動(dòng)適應(yīng)型（自適應(yīng)）、主動(dòng)適應(yīng)型主動(dòng)適應(yīng)型和和混合混合適應(yīng)型適應(yīng)型三類。三類。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)74機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)75機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)76 車輪類型：車輪類型：機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)77 轉(zhuǎn)向方式：轉(zhuǎn)向方式：（Ackerman 轉(zhuǎn)向）轉(zhuǎn)向）機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)78（全方位轉(zhuǎn)向）（全方位轉(zhuǎn)向）2()2()()LRRLRLRLvvvw vvRvvvvw wwRLvRvLvRvv（差動(dòng)轉(zhuǎn)向）（差動(dòng)轉(zhuǎn)向）機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)79麥克納姆輪麥克納姆輪

38、輪系機(jī)構(gòu)：輪系機(jī)構(gòu)：機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)80 履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車輪連續(xù)鋪路的作用，著地面積較大，壓強(qiáng)較小，與路面的車輪連續(xù)鋪路的作用，著地面積較大，壓強(qiáng)較小，與路面的粘著力較強(qiáng)，能在不平和松軟的路面上穩(wěn)定移動(dòng)，具有很強(qiáng)粘著力較強(qiáng)，能在不平和松軟的路面上穩(wěn)定移動(dòng)，具有很強(qiáng)的越野能力，控制也簡(jiǎn)單。但功耗較大，運(yùn)動(dòng)靈活性差。的越野能力，控制也簡(jiǎn)單。但功耗較大，運(yùn)動(dòng)靈活性差。2.7.2 履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)81 履帶形式履帶形式機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82越障越障上、下臺(tái)階上、下臺(tái)階 關(guān)節(jié)履帶關(guān)節(jié)履帶機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)

39、計(jì)83 履帶張緊機(jī)構(gòu)履帶張緊機(jī)構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.7.3 腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 腿足式移動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是落足點(diǎn)為幾個(gè)離散的位置點(diǎn)，能夠腿足式移動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是落足點(diǎn)為幾個(gè)離散的位置點(diǎn)，能夠自主選擇有利的落足點(diǎn)，具有出色的地形適應(yīng)能力自主選擇有利的落足點(diǎn)，具有出色的地形適應(yīng)能力；此外，能；此外，能夠自主隔振，保證系統(tǒng)沿平滑預(yù)定的軌跡運(yùn)行夠自主隔振，保證系統(tǒng)沿平滑預(yù)定的軌跡運(yùn)行 其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性低；在松軟沙地行其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性低；在松軟沙地行走時(shí)，抗沉陷性較差，效率較低，功耗也大。走時(shí)，抗沉陷性較差，效率較低，功耗也大。日本雙足機(jī)器人載重日本雙足機(jī)器人

40、載重100kg 美國(guó)美國(guó)big dog機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 腿足結(jié)構(gòu)形式腿足結(jié)構(gòu)形式 兩足兩足 多足多足l 穩(wěn)定性問(wèn)題穩(wěn)定性問(wèn)題 零力矩點(diǎn)（零力矩點(diǎn)（ZMP）：）：機(jī)器人機(jī)器人重力與慣性力合力的延長(zhǎng)線與重力與慣性力合力的延長(zhǎng)線與機(jī)器人支撐面的交點(diǎn)。機(jī)器人支撐面的交點(diǎn)。l步態(tài)問(wèn)題步態(tài)問(wèn)題 步態(tài)規(guī)劃步態(tài)規(guī)劃：機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)86 2.7.4 輪腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)輪腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)872.6 2.6 機(jī)器人本體的材料機(jī)器人本體的材料 制作機(jī)器人的材料是多種多樣的。選擇制作材料時(shí)，制作機(jī)器人的材料是多種多樣的。選擇制作材料時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)方面：主要考慮以下幾個(gè)方面：1）材料要能滿足機(jī)器人的強(qiáng)度和剛度要

41、求；）材料要能滿足機(jī)器人的強(qiáng)度和剛度要求；2）材料的加工工藝性好；）材料的加工工藝性好；3）材料的穩(wěn)定性好；）材料的穩(wěn)定性好；4）材料的密度盡量??；）材料的密度盡量??；5）材料的成本盡可能低；）材料的成本盡可能低；6）機(jī)器人的用途。）機(jī)器人的用途。此外，對(duì)于一些特殊環(huán)境下的機(jī)器人，還要考慮環(huán)境此外，對(duì)于一些特殊環(huán)境下的機(jī)器人，還要考慮環(huán)境對(duì)材料性能的要求和影響。對(duì)材料性能的要求和影響。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)88原材料原材料實(shí)用性實(shí)用性成本成本強(qiáng)度強(qiáng)度切割性切割性穩(wěn)定性穩(wěn)定性抗震性抗震性密度密度木材木材優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)良良良良良良良良小小膠合板膠合板優(yōu)優(yōu)良良良良中等中等中等中等優(yōu)優(yōu)較小較小鋼材鋼材良良良良優(yōu)優(yōu)較

42、差較差優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)大大鋁（合金鋁（合金）良良中等中等良良中等中等優(yōu)優(yōu)中等中等較大較大碎料板碎料板優(yōu)優(yōu)良良良良中等中等中等中等差差較小較小紙板紙板優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差優(yōu)優(yōu)差差差差小小有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃良良優(yōu)優(yōu)中等中等中等中等良良 差差較小較小塑料塑料良良優(yōu)優(yōu)中等中等中等中等中等中等中等中等較小較小部分原材料對(duì)比表部分原材料對(duì)比表 機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)89主要參考文獻(xiàn)：主要參考文獻(xiàn)：（1）柳洪義，宋偉剛）柳洪義，宋偉剛 編著，編著，機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)，冶金工業(yè)出版社，冶金工業(yè)出版社，2002（2）龔振邦等，）龔振邦等，機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社，1995（3）美美 John

43、 J.Craig著，贠遠(yuǎn)超譯，機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論，機(jī)械工業(yè)出版社，著，贠遠(yuǎn)超譯，機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.6（4）于登云等，空間機(jī)械臂技術(shù)及發(fā)展建議，航天器工程，）于登云等，空間機(jī)械臂技術(shù)及發(fā)展建議，航天器工程，2007,16(4):1-8機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)90 諧波傳動(dòng)：諧波傳動(dòng)：由波發(fā)生器、柔輪和剛輪組成由波發(fā)生器、柔輪和剛輪組成。主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)(1)傳動(dòng)比大，單級(jí)為傳動(dòng)比大，單級(jí)為50300。(2)傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高。傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高。(3)傳動(dòng)效率高傳動(dòng)效率高,可達(dá)可達(dá)70%70%90%。(4)傳動(dòng)精度高傳動(dòng)精度高,比普通齒輪傳動(dòng)高比普通齒輪傳動(dòng)高 3 34倍。倍。(5)回

44、差小?；夭羁尚∮诨夭钚??；夭羁尚∮? 。(6)不能獲得中間輸出，柔輪剛度不能獲得中間輸出，柔輪剛度 較低。較低。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)91 RV擺線針輪行星傳動(dòng)：是由一級(jí)行星輪系再串聯(lián)一級(jí)擺線針輪行星傳動(dòng)：是由一級(jí)行星輪系再串聯(lián)一級(jí)擺線針輪減速器組合而成的。擺線針輪減速器組合而成的。RV擺線針輪傳動(dòng)除了具有相同的速比大、同軸線傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)除了具有相同的速比大、同軸線傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等待點(diǎn)外，最顯著的特點(diǎn)是剛性好，傳結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等待點(diǎn)外，最顯著的特點(diǎn)是剛性好，傳動(dòng)剛度較諧波傳動(dòng)要大動(dòng)剛度較諧波傳動(dòng)要大26倍，但重量也增加了倍，但重量也增加了13倍。倍。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)92 齒輪傳動(dòng)、蝸輪傳

45、動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)應(yīng)用于機(jī)器人傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)、蝸輪傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)應(yīng)用于機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，須特別注意消除間隙問(wèn)題，否則回差很大，達(dá)不機(jī)構(gòu)時(shí)，須特別注意消除間隙問(wèn)題，否則回差很大，達(dá)不到應(yīng)有的轉(zhuǎn)角精度要求。到應(yīng)有的轉(zhuǎn)角精度要求。對(duì)于鏈傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng)、鋼帶傳動(dòng)和鋼絲繩傳動(dòng)，必對(duì)于鏈傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng)、鋼帶傳動(dòng)和鋼絲繩傳動(dòng)，必須考慮張緊問(wèn)題，否則也會(huì)產(chǎn)生很大的回差。須考慮張緊問(wèn)題，否則也會(huì)產(chǎn)生很大的回差。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)：在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間放入適當(dāng)滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)：在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間放入適當(dāng)?shù)臐L珠，使其由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的一種螺旋傳動(dòng)，滾的滾珠，使其由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L

46、動(dòng)摩擦的一種螺旋傳動(dòng)，滾珠在工作過(guò)程中，順螺旋槽珠在工作過(guò)程中，順螺旋槽(滾道滾道)循環(huán)滾動(dòng)。循環(huán)滾動(dòng)。v為了消除回差為了消除回差(空回空回)，螺母分成兩段，以墊片、雙螺母等，螺母分成兩段，以墊片、雙螺母等調(diào)整兩段螺母的相對(duì)軸向位置，從而消除間隙和施加預(yù)緊力，調(diào)整兩段螺母的相對(duì)軸向位置，從而消除間隙和施加預(yù)緊力，使回差為零。使回差為零。v必須有防止逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)或自鎖機(jī)構(gòu)才能安全地用于有自重必須有防止逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)或自鎖機(jī)構(gòu)才能安全地用于有自重下降的場(chǎng)合。下降的場(chǎng)合。v螺母兩端及絲杠的外露部分必須密封。螺母兩端及絲杠的外露部分必須密封。1一齒輪；一齒輪；2一返回裝置；一返回裝置；3一鍵；一鍵；4一滾珠

47、；一滾珠；5一絲杠；一絲杠；6一螺母；一螺母；7支座支座機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)94思考題：思考題：1、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的類型及選擇原則。、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的類型及選擇原則。2、機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)。、機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)。3、機(jī)器人二自由度與三自由度手腕的結(jié)構(gòu)類型，舉例說(shuō)明。、機(jī)器人二自由度與三自由度手腕的結(jié)構(gòu)類型，舉例說(shuō)明。4、機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、平衡方式。、機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、平衡方式。5、機(jī)器人卡爪式夾持器的類型、機(jī)器人卡爪式夾持器的類型。6、機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要類型及其特點(diǎn)。、機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要類型及其特點(diǎn)。7、移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向方式。、移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向方式。參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：1、日日日本機(jī)器人學(xué)會(huì)編，宗光華日本機(jī)器人學(xué)會(huì)編，宗光華 等譯，機(jī)器人技術(shù)手冊(cè)，等譯，機(jī)器人技術(shù)手冊(cè)，科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，2007。2、馬香峰，工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì)，、馬香峰，工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì)，1991 3、費(fèi)仁元，機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析、費(fèi)仁元，機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析。機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)