機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理ppt (1)

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1、機(jī)械臂結(jié)構(gòu) 一、臂部設(shè)計(jì)的基本要求 1承載能力足： 手臂是支承手腕的部件，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮抓取物體的重量或攜帶工具的重量，還要考慮運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷及轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。 2剛度高：為了防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。截面的彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實(shí)心軸大得多。 工字鋼（GB706-88）：1、工字鋼的型號(hào)與高度尺寸h有關(guān)，如：10號(hào)工字鋼即指其高度尺寸為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長(zhǎng)度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。3、工字鋼的長(zhǎng)度按長(zhǎng)度系列購(gòu)買(mǎi)。如：519m。 槽鋼（GB707-88）1、槽鋼的型號(hào)與高度尺寸h有關(guān)，如：1

2、0號(hào)槽鋼即指其高度尺為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長(zhǎng)度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。 3、導(dǎo)向性能好，定位精度高：為防止手臂在直線運(yùn)動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向裝置。同時(shí)要采用一定形式的緩沖措施。 4重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?。簽樘岣邫C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 5合理設(shè)計(jì)與腕部和機(jī)身的連接部位：臂部的安裝形式和位置不僅關(guān)系到機(jī)器人的強(qiáng)度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機(jī)器人的外觀。 二、機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)形式 1直角坐標(biāo)型：臂部由三個(gè)相互正交的移動(dòng)副組成。帶動(dòng)腕部分別沿X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的方向作直線移動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

3、，運(yùn)動(dòng)位置精度高。但所占空間較大，工作范圍相對(duì)較小。 2圓柱坐標(biāo)型：臂部由一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)移動(dòng)副組成。相對(duì)來(lái)說(shuō)，所占空間較小，工作范圍較大，應(yīng)用較廣泛。 3關(guān)節(jié)型：由動(dòng)力型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和前、下兩臂組成。關(guān)節(jié)型機(jī)器人以臂部各相鄰部件的相對(duì)角位移為運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。動(dòng)作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內(nèi)饒過(guò)各種障礙物。 4極坐標(biāo)型：臂部由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副組成。產(chǎn)生沿手臂軸X的直線移動(dòng)，繞基座軸Y的轉(zhuǎn)動(dòng)和繞關(guān)節(jié)軸Z的擺動(dòng)。其手臂可作繞Z軸的俯仰運(yùn)動(dòng)，能抓取地面上的物體。 三、典型機(jī)械臂結(jié)構(gòu) 1手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)方式： 行程小時(shí)：采用油缸或汽缸直接驅(qū)動(dòng)；當(dāng)行程較大時(shí)：可采用或汽缸驅(qū)動(dòng)齒條傳動(dòng)的倍

4、增機(jī)構(gòu)或采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)絲桿螺母來(lái)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。典型結(jié)構(gòu)：油缸驅(qū)動(dòng)的手臂結(jié)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲桿螺母結(jié)構(gòu) 油缸齒條機(jī)構(gòu)圖例： 油缸驅(qū)動(dòng)的手臂伸縮運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖例：特點(diǎn)：工作行程長(zhǎng)，抓重大，適合于抓舉工件形狀不規(guī)則、有偏轉(zhuǎn)力矩的場(chǎng)合。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿螺母直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖例： 2手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 常見(jiàn)方式： 常見(jiàn)的有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，活塞及連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 曲柄滑塊：假設(shè)滑塊是主動(dòng)件，當(dāng)滑塊沿一定的導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，可以推動(dòng)曲柄做擺動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)。 典型機(jī)構(gòu)： 液壓缸連桿回轉(zhuǎn)：齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)： 平面四桿機(jī)構(gòu)圖例： 平面四桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 平面四桿機(jī)構(gòu)演變圖例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 雙臂機(jī)

5、器人手臂結(jié)構(gòu)圖例：1鉸接活塞缸2連桿3手臂 4支承架運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：手臂關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)液壓缸-連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)?？刂苹钊男谐叹涂刂屏耸直蹟[角的大小。 齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖例： 3關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（1）存在的運(yùn)動(dòng)型式： 機(jī)身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的擺動(dòng)；腕關(guān)節(jié)的俯仰和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；各運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)： 稱(chēng)為5軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人。 五軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)圖例（1）： 腰轉(zhuǎn)肩轉(zhuǎn)肘轉(zhuǎn)俯仰偏轉(zhuǎn)腰轉(zhuǎn)姿態(tài) 五軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)圖例（2）：肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)與手腕的協(xié)調(diào) 3關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（2）各運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)： 腕部的旋轉(zhuǎn)：電機(jī)M5減速器R5鏈輪副C5錐齒輪副G5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)n5腕部俯仰：電機(jī)M4減速器R4鏈輪副C4俯仰運(yùn)

6、動(dòng)n4肘關(guān)節(jié)擺動(dòng)：電機(jī)M3兩級(jí)同步帶傳動(dòng)B3、B3減速器R3肘關(guān)節(jié)擺動(dòng)n 3肩關(guān)節(jié)的擺動(dòng)：電機(jī)M2同步帶傳動(dòng)B2減速器R2肩關(guān)節(jié)擺動(dòng)n2 關(guān)節(jié)型機(jī)器人傳動(dòng) 系統(tǒng)圖： 腕部旋轉(zhuǎn)局部圖例：n電機(jī)M5減速器R5鏈輪 副C5錐齒輪副G5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)n5 腕部俯仰局部圖例：n電機(jī)M4減速器R4鏈輪副C4俯仰運(yùn)動(dòng)n4 肩關(guān)節(jié)局部圖例： n電機(jī)M2同步帶傳動(dòng)B2減速器R2肩關(guān)節(jié)擺動(dòng)n2 四、機(jī)械臂的控制 1、伺服系統(tǒng)的分類(lèi)：液壓伺服系統(tǒng)：機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)通常由液壓伺服閥控制液壓缸實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)伺服系統(tǒng)：機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)通常由步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 肘關(guān)節(jié)局部圖例：n電機(jī)M3兩級(jí)同步帶傳動(dòng)B3、B3減速器R3肘關(guān)節(jié)擺動(dòng)n3 伺服直線液壓缸圖例： 電動(dòng)伺服控制系統(tǒng)圖例：