工业机器人技术基础第3章 工业机器人的机械系统PPT格式课件下载.ppt

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机座主要有两种类型：

1.机座固定式2.机座移动式,第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,3.1.1机座固定式固定的机座结构比较简单。

固定机器人的安装方法分为直接地面安装、架台安装和底板安装三种形式。

1.机器人机座直接安装在地面上时，是将底板埋入混凝土中或用地脚螺栓固定。

底板要求尽可能稳固以经受得住机器人手臂出来的反作用力。

底板与机器人机座用高强度螺栓联接。

2.机器人架台安装在地面上时，此与机器人机座直接安装在地面上的要领基本相同。

机器人机座与台架用高强度螺栓固定联接，台架与底板用高强度螺栓固定联接。

3.机器人机座用底板安装在地面上时，用螺栓孔安装底板在混凝土地面或钢板上。

机器人机座与底板用高强度螺栓固定联接。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,3.1.2机座移动式机座移动式，则满足了机器人可行走，移动式机座即又充当了机器人的行走机构，它行走机器人的重要执行部件，它由驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。

它一方面支承机器人的机身、臂部和手部；

另一方面带动机器人按照工作任务的要求进行运动。

机器人的行走机构按运动轨迹分为固定轨迹式行走机构和无固定轨迹式行走机构。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,3.1.2机座移动式1.固定轨迹式行走机构固定轨迹式工业机器人的机身底座安装在一个可移动的拖板座上，靠丝杠螺母驱动，整个机器人沿丝杠纵向移动。

这类机器人除了采用这种直线驱动方式外，有时也采用类似起重机梁行走方式等。

这种可移动机器人主要用在作业区域大的场合，比如大型设备装配，立体化仓库中的材料搬运、材料堆垛和储运、大面积喷涂等。

2.无固定轨迹式行走机构一般而言，无固定轨迹式行走机构主要有车轮式行走机构、履带式行走机构、足式行走机构。

此外，还有适合于各种特殊的场合的步进式行走机构、蠕动式行走机构、混合式行走机构和蛇行式行走机构等。

下面主要介绍车轮式行走机构、履带式行走机构和足式行走机构。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,3.轮式行走机构轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种，主要行走在平坦的地面上。

车轮的形状和结构形式取决于地面的性质和车辆的承载能力。

在轨道上运行的多采用实心钢轮，室外路面行驶多采用充气轮胎，室内平坦地面上的可采用实心轮胎。

1.车轮的配置和转向机构车轮行走机构依据车轮的多少分为一轮、二轮、三轮、四轮以及多轮。

行走机构在实现上的主要障碍是稳定性问题，实际应用的车轮式行走机构多为三轮和四轮。

（1）三轮行走机构三轮行走机构具有一定的稳定性，代表性的车轮配置方式是一个前轮，两个后轮，如图3-2所示，图3-2a是两个后轮独立驱动，前轮仅起支承作用，靠后轮转向；

图3-2b则是采用前轮驱动，前轮转向的方式；

图3-2C为利用两后轮差动减速器减速，前轮转向的方式。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,3.轮式行走机构

（1）三轮行走机构三轮行走机构具有一定的稳定性，代表性的车轮配置方式是一个前轮，两个后轮，如图3-2所示，图3-2a是两个后轮独立驱动，前轮仅起支承作用，靠后轮转向；

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,3.轮式行走机构

（2）四轮行走机构四轮行走机构的应用最为广泛，四轮机构可采用不同的方式实现驱动和转向，如图3-3示。

图3-3a为后轮分散驱动；

图3-3b为用连杆机构实现四轮同步转向，当前轮转动通过四连杆机构使后轮得到相应的偏转。

这种行走机构相比仅有前轮转向的行走机构而言可实现更灵活的转向和较大的回转半径。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,3.轮式行走机构（3）越障轮式机构普通车轮行走机构对崎岖不平的地面适应性很差，为了提高轮式车辆的地面适应能力，设计了越障轮式机构。

这种行走机构往往是多轮式行走机构。

4.履带式行走机构履带式行走机构适合于未建造的天然路面行走，它是轮式行走机构的拓展，履带的作用是给车轮连续铺路。

如图3-4所示为双重履带式可转向行走机构的机器人。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,4.履带式行走机构

（1）履带行走机构的组成履带行走机构由履带、驱动链轮、支承轮、托带轮和张紧轮组成。

如图3-5所示。

（2）履带行走机构形状带行走机构的形状有很多种，主要是一字形、倒梯形等，如图3-6所示。

一字形履带行走机构，驱动轮及张紧轮兼作支承轮，增大支承地面面积，改善了稳定性。

倒梯形履带行走机构，不作支承轮的驱动轮与张紧轮装得高于地面，适合于穿越障碍，另外因为减少了泥土夹入引起损伤和失效，可以提高驱动轮和张紧轮的寿命。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,4.履带式行走机构,

（2）履带行走机构形状带行走机构的形状有很多种，主要是一字形、倒梯形等，如图3-6所示。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,4.履带式行走机构,

（1）履带行走机构的优点1）支承面积大，接地比压小，适合于松软或泥泞场地进行作业，下陷度小，滚动阻力小。

2）越野机动性好，可以在有些凹凸的地面上行走，可以跨越障碍物，能爬梯度不大的台阶，爬坡、越沟等性能均优于轮式行走机构。

3）履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。

（2）履带行走机构的缺点1）由于没有自定位轮，没有转向机构，只能靠左右两个履带的速度差实现转弯，所以转向和前进方向都会产生滑动。

2）转弯阻力大，不能准确地确定回转半径。

3）结构复杂，重量大，运动惯性大，减振功能差，零件易损坏。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,5.多足式行走机构,车轮式行走机构只有在平坦坚硬的地面上行驶才有理想的运动特性。

如果地面凸凹和车轮直径相当或地面很软，则它的运动阻力将大大增加。

履带式行走机构虽然可行走于不平的地面上运动，但它的适应性不够，行走时晃动太大，在软地面上行驶运动慢。

大部分地面不适合传统的轮式或履带式车辆行走。

但是，足式动物却能在这些地方行动自如，显然足式与轮式和履带式行走方式相比具有独特的优势。

现有的步行机器人的足数分别为单足、双足、三足、四足、六足、八足甚至更多。

足的数目多，适合于重载和慢速运动。

双足和四足具有良好的适应性和灵活性。

足式行走机构如图3-7所示。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,两足式行走机构两足行走式机器人具有良好的适应性，也称之为类人双足行走机器人。

类人双足行走机构是多自由度的控制系统，是现代控制理论很好的应用对象。

这种机构除结构简单外，在保证静、动行走性能及稳定性和高速运动等方面都是最困难的。

如图3-8所示的两足步行式机器人行走机构原理图。

在行走过程中，行走机构始终满足静力学的静平衡条件，也就是机器人的重心始终落在接触地面的一只脚上。

步行机器人，典型特征是不仅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越沟壑，上下台阶，具有广泛的适应性。

难点是机器人跨步时自动转移重心而保持平衡的问题。

为了能变换方向和上下台阶，一定要具备多自由度，如图3-9所示。

第3章工业机器人的机械系统,3.1工业机器人的机座,工业机器人技术基础,六足式行走机构这类步行式机器人是模仿六足昆虫行走的机器人。

如图3-10所示为六足原理，每条腿有三个转动关节。

行走时，三条腿为一组，足部端以相同位移移动，定时间间隔进行移动，可以实现XY平面内任意方向的行走和原地转动。

第3章工业机器人的机械系统,3.2工业机器人的臂部,工业机器人技术基础,机器人的手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的作用是支撑、腕部和末端执行器，并带腕部和手部进行运动。

手臂是为了让机器人的手爪或末端执行器可以达到任务所要达到的位置。

3.2.1工业机器人的臂部运动和组成1.臂部的运动机器人要完成空间的运动，至少需要三个自由度的运动，即垂直移动、径向移动和回转运动。

（1）垂直运动垂直运动是指机器人手臂的上下运动。

这种运动通常采用液压缸机构或通过调整机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。

（2）径向移动径向移动是指手臂的伸缩运动。

机器人手臂的伸缩使其手臂的工作范围发生变化。

（3）回转运动回转运动是指机器人绕铅垂轴的转动。

这种运动决定了机器人的手臂所能达到的角度位置。

第3章工业机器人的机械系统,3.2工业机器人的臂部,工业机器人技术基础,3.2.1工业机器人的臂部运动和组成2.臂部的组成机器人的手臂主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的传动装置、导向定位装置、支承联接和位置检测元件等。

此外，还有与之连接的支承等有关的构件、配管配线。

根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同，可分为动伸缩臂、屈伸臂及其他专用的机械传动臂。

液（气）压缸驱动或直线电动机驱动；

转动伸缩型臂部结构除了轴线运动，以便使手部旋转。

3.2.2工业机器人的臂部配置1.工业机器人臂部的配置机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体布局。

由于机器人的作业环境和场地等因素的不同，出现了各种不同的配置形式。

目前有横梁式、立柱式、机座式、屈伸式四种。

第3章工业机器人的机械系统,3.2工业机器人的臂部,工业机器人技术基础,3.2.2工业机器人的臂部配置1.工业机器人臂部的配置横梁式机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，通常分为单臂悬挂式和双臂悬挂式两种，如图3-11所示。

这类机器人的运动形式大多为移动式。

它具有占地面积小，能有效利用空间，动作简单直观等优点。

横梁可以是固定的，也可以是行走的，一般横梁安装在厂房原有建筑的柱梁或有关设备上，也可从地面上架设。

第3章工业机器人的机械系统,3.2工业机器人的臂部,工业机器人技术基础,3.2.2工业机器人的臂部配置1.工业机器人臂部的配置立柱式立柱式机器人多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动形式，是一