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1、第三章第三章 操作機操作機12021/5/28第三章第三章 操作機操作機機械臂驅(qū)動裝置傳動裝置傳感器22021/5/28垂直多關(guān)節(jié)機器人水平多關(guān)節(jié)機器人直角坐標機器人DELTA并聯(lián)機器人3.1 3.1 機械臂機械臂32021/5/28 機械臂是工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)部分，是機器人的主要承載體和直觀的動作執(zhí)行機構(gòu)。 工業(yè)應(yīng)用中典型的機械臂有4種：u垂直多關(guān)節(jié)型機械臂u水平多關(guān)節(jié)型機械臂u直角坐標型機械臂uDELTA并聯(lián)型機械臂。42021/5/28垂直多關(guān)節(jié)機器人垂直多關(guān)節(jié)機器人 垂直多關(guān)節(jié)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)有多個連桿、關(guān)節(jié)等組成，其本質(zhì)是一個擬人手臂的空間多自由度開鏈式機構(gòu)，一端固定在基座上，
2、末端可自由運動。 工業(yè)機器人關(guān)節(jié)：移移動關(guān)動關(guān)節(jié)節(jié) - - 能使連桿做直線移動能使連桿做直線移動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動關(guān)動關(guān)節(jié)節(jié) - - 讓連桿回轉(zhuǎn)和擺動讓連桿回轉(zhuǎn)和擺動 工業(yè)應(yīng)用中的垂直多關(guān)節(jié)機器人以六軸和四軸為主。 52021/5/28 1.六軸垂直多關(guān)節(jié)機器人 （1）機械臂組成 六軸垂直多關(guān)節(jié)機器人的機械臂主要包括4部分：基座、腰部、手臂和手腕，如圖3.1所示。圖3.1 六軸垂直多關(guān)節(jié)機器人機械臂的基本構(gòu)造62021/5/28 基座 基座是機器人的支撐基礎(chǔ)，整個執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動傳動裝置都安裝在基座上。作業(yè)過程中，基座還要能夠承受起外部作用力，臂部的運動越多，基座的受力越復雜。 工業(yè)機器人的基座安裝方式主要
3、分兩種：固定式 -直接固定在地面上移動式 -安裝在移動裝置上72021/5/28 腰部 機器人的腰部一般是與基座相連接的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，可以與基座做成一個整體。有時為了擴大工作空間，也可以通過導桿和導槽在基座上移動。腰部是機器人整個手臂的支撐部分，還帶動手臂、手腕和末端執(zhí)行器在空間回轉(zhuǎn)，同時決定了它們所能到達的回轉(zhuǎn)角度范圍。82021/5/28 手臂 手臂是連接手臂和手腕的部分，由操作機的動力關(guān)節(jié)和連接桿等組成。它又稱為主軸，是執(zhí)行機構(gòu)中的重要運動部件，作用是改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置，以滿足機器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到基座。 對于六軸機器人而言，手臂一般包括大臂和小臂。大臂是連接腰部的
4、部分，小臂是連接手腕的部分，大臂和小臂之間通過轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)相連。92021/5/28 手腕 機器人的手腕是連接末端執(zhí)行器和手臂的部分，將作業(yè)載荷傳遞到臂部 ，也稱為次軸，它的作用是支撐腕部和調(diào)整或改變末端執(zhí)行器的空間位姿，因此它具有獨立的自由度，從而使末端執(zhí)行器完成復雜的動作。腕部坐標系102021/5/289、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。21.8.1621.8.16Monday, August 16, 202110、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。7:53:477:53:477:538/16/2021 7:53:47 AM11、人總是珍惜為得到。21.8.167:53:477:53Aug-
5、2116-Aug-2112、人亂于心，不寬余請。7:53:477:53:477:53Monday, August 16, 202113、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。21.8.1621.8.167:53:477:53:47August 16, 202114、抱最大的希望，作最大的努力。2021年8月16日星期一上午7時53分47秒7:53:4721.8.1615、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。2021年8月上午7時53分21.8.167:53August 16, 202116、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2021年8月16日星期一7時53分47秒7:53:4716 August 202
6、117、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。上午7時53分47秒上午7時53分7:53:4721.8.16112021/5/289、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。21.8.1621.8.16Monday, August 16, 202110、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。7:53:487:53:487:538/16/2021 7:53:48 AM11、人總是珍惜為得到。21.8.167:53:487:53Aug-2116-Aug-2112、人亂于心，不寬余請。7:53:487:53:487:53Monday, August 16, 202113、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。21.8
7、.1621.8.167:53:487:53:48August 16, 202114、抱最大的希望，作最大的努力。2021年8月16日星期一上午7時53分48秒7:53:4821.8.1615、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。2021年8月上午7時53分21.8.167:53August 16, 202116、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2021年8月16日星期一7時53分48秒7:53:4816 August 202117、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。上午7時53分48秒上午7時53分7:53:4821.8.16122021/5/28 a.手腕的運動 手腕按其運動形式一般分為回轉(zhuǎn)
8、手腕和擺動手腕，如圖3.2所示。 回轉(zhuǎn)手腕又稱R腕，是一種回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，如圖3.2（a）所示， 擺動手腕又稱B腕，是一種擺動關(guān)節(jié)，如圖3.2（b）所示。圖3.2 手腕的運動形式132021/5/28 b.手腕的自由度 通常六軸垂直多關(guān)節(jié)機器人的手腕自由度是3，這樣能夠使末端執(zhí)行器處于空間任意姿態(tài)。手腕的偏轉(zhuǎn)手腕的俯仰手腕的回轉(zhuǎn)142021/5/28c.手腕的結(jié)構(gòu)形式： 手腕由R腕和B腕組合而成。常用手腕結(jié)構(gòu)形式有RBR型和3R型，其結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。兩種手腕結(jié)構(gòu)的運用各不相同，常用的是RBR型，而噴涂行業(yè)一般采用3R型。152021/5/28 （2）本體軸 六軸垂直多關(guān)節(jié)機器人的機械臂有6個可活
9、動關(guān)節(jié)，對應(yīng)6個機器人本體軸。 機器人本體軸可分為兩類：基本軸 -又稱主軸，用于保證末端執(zhí)行器達到工作空間的任意位置。腕部軸 -又稱次軸，用于實現(xiàn)末端執(zhí)行器的任意空間姿態(tài)。 162021/5/28四大機器人家族對其本體軸（六軸）的定義如圖3.4所示，本體軸的類型見表3.1。圖3.4 四大機器人家族對其本體軸的定義172021/5/28四大家族四大家族基本軸（主軸）基本軸（主軸）腕部軸（次軸）腕部軸（次軸）第第1 1軸軸第第2 2軸軸第第3 3軸軸第第4 4軸軸第第5 5軸軸第第6 6軸軸ABBABB軸軸1 1軸軸2 2軸軸3 3軸軸4 4軸軸5 5軸軸6 6KUKAKUKAA A1 1A A2
10、 2A A3 3A A4 4A A5 5A A6 6YASKAWAYASKAWAS S軸軸L L軸軸U U軸軸R R軸軸B B軸軸T T軸軸FANUCFANUCJ J1 1J J2 2J J3 3J J4 4J J5 5J J6 6表3.1 六軸機器人本體軸類型182021/5/28 2.四軸垂直多關(guān)節(jié)機器人 （1）機械臂組成。四軸垂直多關(guān)節(jié)機器人可以看成是六軸機器人的簡化，它的機械臂也是由基座、腰部、手臂和手腕4部分組成，但一般將手腕的3個自由度簡化成1個自由度，其他組成部分和六軸關(guān)節(jié)機器人類似，主要用于搬運和碼垛行業(yè)。 （a）KUKA機器人 （b）ABB機器人 （c）YASKAWA機器人
11、（d）FANUC機器人圖3.5 四大機器人家族對其本體軸的定義192021/5/28 （2）本體軸。四軸機器人本體軸與六軸的類似，可分為兩類：基本軸和腕部軸。四大機器人家族對四軸機器人本體軸的定義如圖3.5所示，本體軸的類型見表3.2.表3.2 四軸機器人本體軸類型四大家族四大家族基本軸（主軸）基本軸（主軸）腕部軸（次軸）腕部軸（次軸）第第1 1軸軸第第2 2軸軸第第3 3軸軸第第4 4軸軸ABBABB軸軸1 1軸軸2 2軸軸3 3軸軸6 6KUKAKUKAA A1 1A A2 2A A3 3A A6 6YASKAWAYASKAWAS S軸軸L L軸軸U U軸軸T T軸軸FANUCFANUCJ
12、 J1 1J J2 2J J3 3J J4 4202021/5/28水平多關(guān)節(jié)機器人水平多關(guān)節(jié)機器人 水平多關(guān)節(jié)機器人的機械臂是串聯(lián)配置的，且能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。水平多關(guān)節(jié)機器人即SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）機器人，是具有選擇順應(yīng)性裝配機器人手臂。 212021/5/28222021/5/28 1.機械臂組成機械臂組成 基座、大臂和小臂。 SCARA機器人的基座和六軸關(guān)節(jié)機器人的區(qū)別是： 與SCARA機器人基座相連的機器人是大臂，與大臂相連的是小臂，而小臂上可裝有末端執(zhí)行器。圖3.6 SCARA機器人基座大臂小臂232021/5/
13、28 2.本體軸本體軸 SCARA機器人具有4個本體軸和4個自由度，各廠商對SCARA機器人本體軸的定義有所不同，見下表。表3.3 SCARA機器人本體軸的定義242021/5/28 直角坐標機器人在空間上具有多個相互垂直的移動軸，常用的是3個軸。通過直角坐標方向的3個獨立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方體。 直角坐標機器人直角坐標機器人252021/5/28 1 1. .機械臂組成機械臂組成 直角坐標機器人的機械臂分為x軸、y軸和z軸3部分，其中x軸方向還有一個其穩(wěn)定支撐作用的軸，兩軸之間通過傳動機構(gòu)相連，實現(xiàn)同步移動，如圖3.7所示。 2.2.本體軸本體軸 直角坐標機器人的本
14、體軸也稱x軸、y軸和z軸，運動方向如圖3.7所示。圖3.7直角坐標機器人262021/5/28 DELTA并聯(lián)機器人是一種高速、輕載機器人，通常具有3-4個自由度，可以實現(xiàn)工作空間的x、y、z方向的平移及繞z軸的旋轉(zhuǎn)運動。 1. 1.機械臂組成機械臂組成 DELTA機器人的機械臂包括4部分：靜平臺、主動臂、從動臂和動平臺，如圖3.8所示圖3.8 DELTA機器人機械臂的基本構(gòu)成并聯(lián)機器人并聯(lián)機器人272021/5/28DELTA機器人分揀物品282021/5/28 (1)靜平臺 靜平臺又稱基座，常用的是頂?shù)醢惭b，主要作用是支撐整個機器人，并減少機器人運動過程中的慣量。 (2)主動臂 主動臂通過
15、驅(qū)動電機與基座直接相連，作用是改變末端執(zhí)行器的空間位置。DELTA機器人有3個相同的并聯(lián)主動臂，具有3個自由度，可以實現(xiàn)機器人在x、y、z方向的移動。 圖3.8 DELTA機器人機械臂的基本構(gòu)成292021/5/28 (3)從動臂 從動臂又稱連桿，是連接主動臂和動平臺的機構(gòu)，常用的連接方式是球鉸鏈。 (4)動平臺 動平臺是連接連桿和末端執(zhí)行器的部分，它的作用是支撐末端執(zhí)行器，并改變其姿態(tài)。如果動平臺上未裝有繞z軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置，則DELTA機器人有3個自由度，如圖3.8所示。如果動平臺上裝有繞z軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置，則DELTA機器人有4個自由度，見表3.4。圖3.8 DELTA機器人機械臂的基本構(gòu)成302021/5/28312021/5/28322021/5/28表3.4 DELTA機器人本體軸332021/5/28 2.2.本體軸本體軸 常用的DELTA機器人具有3-4個本體軸,各廠商對DELTA機器人的本體軸定義有所不同，見表3.4。續(xù)表3.4 DELTA機器人本體軸342021/5/28
工業(yè)機器人的操作機
