第六讲转动关节和移动关节

转动关节和移动关节主讲 张淑娟引言n 机器人是运动的，各个部位都需要能源和动力，设计和选择良好的传动部件是非常重要的。这涉及到 关节形式的确定 、 传动方式 的选择、 传动部件的定位 和 消隙 等多个方面。一、关节1定义n 机器人中联结运动部分的机构称为 关节 。2分类n 按照关节的运动方式不同，关节分为转动关节 和 移动关节 。n 转动关节实现两个部件之间的相对 回旋运动 ；移动关节实现两个部件之间的相对 直线运动 。二、转动关节1作用n 转动关节 既用于 联接 各运动机构，又传递 各机构间的回转运动（或摆动）。n 对于机器人而言 ，主要用于基座与臂部、臂部之间、臂部和手腕等之间的有相对运动要求的联接部件上。2组成：n 回转关节由 驱动机构 、 回转轴 和 轴承 组成。 3常见结构形式（ 1） n 驱动机构和回转轴 同轴式 ： n 属于直接驱动回转轴，有较高的定位精度。为了减轻重量，要求选择 小型减速器并增加臂部的刚性 。适用于水平多关节型机器人。n 驱动机构与回转轴正交式 ：n 重量大的减速机构安装在基座上，通过臂部内的齿轮、链条来传递运动。适用于 要求臂部结构紧凑的场合 。转动关节结构示例（ 1）同轴式 正交式3常见结构形式（ 2） n 外部驱动机构驱动臂部的 形式 ：n 适合于传递大扭矩的回转运动，采用的传动机构有滚珠丝杆、液压缸和汽缸。n 驱动电机安装在关节内部的形式： n 这种方式亦称为直接驱动方式。转动关节结构示例（ 2）：外部驱动外部驱动 直接驱动4机器人用轴承（ 1） n 薄壁四点接触球轴承： n 相当于两套单列角接触 球轴承 ，能够承受双向推力载荷 。从截面上看，其内外滚道的轮廓均由两段半径相同的圆弧相交而成，每段圆弧与钢球的接触角都是 30。这种轴承除能承受轴向、径向载荷外，还能承受倾覆力矩，特别适合于受力状态复杂而空间位置和质量又受到限制的情况。角接触球轴承：n 单个使用时只能 承受一个方向的轴向载荷 ，同时还能够承受一定的径向 载荷 。n 这种轴承必须在承受轴向载荷的状态下使用， 通常成对安装使用 。n 当 面对面 或 背对背 安装时，可以承受径向载荷和双向轴向载荷。n 当串联安装时 ，只能承受很大的单向轴向载荷。角接触球轴承示例：琐口在外圈 琐口在内圈琐口在外圈背靠背琐口在外圈面对面琐口在外圈串联薄壁四点接触球轴承图例：4机器人用轴承（ 2）n 薄壁交叉滚子轴承： n 这种轴承相当于 由两套推力 圆锥 滚子轴承组合而成 ，滚子呈交叉垂直排列，内圈有两个相互垂直的滚道，外圈为双半外圈。能够承受轴向、径向和力矩联合载荷，并具有更高的刚度。圆锥滚子轴承n 圆锥滚子 轴承 必须在承受轴向载荷的状态下使用 ，可以采用面对面或背对背的方式成对使用。n 有较大的 径向和轴向 承载能力。圆锥滚子轴承图例：基本型 面对面安装 背对背安装薄壁交叉滚子轴承图例：三、移动关节1构成n 移动关节由 直线运动机构 和在整个运动范围内起直线导向作用的 直线导轨 部分组成。 2对导轨的要求n 导轨副之间 间隙小， 而且可调，并能消除间隙。 n 在垂直方向上具有足够的 刚度 。n 摩擦系数小 且不随速度变化等。3导轨副常见形式 n 滑动导轨n 滚动导轨n 静压导轨n 磁性悬浮导轨 由于机器人在速度和精度方面要求高，一般采用结构紧凑且价格低廉的滚动导轨。直线导轨种类示例：滑动导轨 滚动导轨静压导轨 磁悬浮导轨4机器人用典型滚动导轨结构简介n 直线运动球 轴承 ： n 由外圈、保持架和在外圈和轴之间的几列钢球组成。外圈相对轴作往复直线运动，而钢球借助保持架通道引导循环，在外滚道中往复滚动。n 直线滚动 导轨 ：n 由导轨体、滑块、滚珠