《机器人技术应用》 课件 5.1 机器人骨骼-机械结构

第5章机器人机械结构与电机教学目标《机器人技术应用》1.了解机器人常用的机械零件和机械结构；2.掌握直流电机、步进电机、伺服电机的结构、工作原理和应用方法。目录页PAGEOFCONTENT5.1机器人骨骼-机械结构5.2机器人电机

5.1机器人骨骼-机械结构5.1.1机器人机械结构的组成很多人可能认为机器人具有人的形态、能够模仿人类说话、行走等。但事实上，除了部分场所使用的拟人化服务机器人外，大多数机器人都不具有基本的人类形态。特别是工业生产场所使用的机器人，许多是以机械手的形式存在。

5.1机器人骨骼-机械结构5.1.1

机器人机械结构的组成机器人的形态是通过一系列机械零件与机械结构联接而成的，机械零件与机械结构是构成机器人的骨骼，是机器人技术的基本组成部分，主要包括：1）传动件：如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。2）联接件：如螺栓、销、键、铆钉等。3）缓冲件：如弹簧。4）支撑件：如机座、轴承等。5）联轴器与制动器。5.1机器人骨骼-机械结构1.工业机器人的机械结构工业机器人是一种模拟人的手臂、手腕和手功能的机电一体化装置。能够精确控制所操作物体的位置、位移、速度和加速度，从而完成一系列工业生产作业要求。工业机器人的机械结构包括：1）机械臂（执行结构）2）驱动装置3）传动装置

5.1机器人骨骼-机械结构2.服务机器人的机械结构服务机器人的机械结构形式由工作任务和作业环境决定。按照其本体结构的运动能力，服务机器人分为静止式和移动式两类。静止式服务机器人的机械结构与工业机器人类似，采用多关节臂结构。通常工作于结构化环境，机器人与环境的之间的互动较少，工作任务比较单一，比如汽车加油、医疗保健、残疾人护理等。移动式服务机器人是目前大多数服务机器人所采用的本体结构形式，其移动机构包括：轮式结构、履带式结构、滚筒式结构、爬式结构、脚式行走结构等。5.1机器人骨骼-机械结构5.1.2.机器人的执行机构由许多机械连杆连接而成的机械臂，是工业机器人的执行机构。它本质上是一个仿人手臂的空间开式链机构，一端固定在基座上，另一端可自由运动。主要由手爪、手腕、手臂、基座四部分组成。1.工业机器人的执行机构5.1机器人骨骼-机械结构1.工业机器人的执行机构1.手爪习惯上又称作末端执行器，是为了实现生产作业，给机器人配置的操作机构。2.手腕联接手爪和手臂的机构，作用是改变手爪的空间方向，将作业载荷传递到手臂。5.1机器人骨骼-机械结构1.工业机器人的执行机构3.手臂联接机身和手腕的部分，由操作的动力关节和4.基座机器人的基础部分，起支承作用．对固定式机器人，直接联接在地面基础上，对移动式机器人，连接杆件等构成。主要作用是改变手腕和末端执行器的空间位置，满足机器人的作业空间，并将各种载荷传递到基座。则安装在移动机构上，分为有轨和无轨两种。5.1机器人骨骼-机械结构2.服务机器人的执行机构1.静止式服务机器人执行机构与工业机器人相似，不同点在于末端执行2.移动式服务机器人执行机构包括操作机构和行走机构。操作机构：手、手臂和手腕。器接装不同的机械装置。行走机构：足式、轮式、履带式、蠕动行走方式等。5.1机器人骨骼-机械结构5.1.3.机器人的传动机构1.机器人传动机构的功能传递驱动装置提供的动力和运动，带动执行机构产生运动，以保证末端执行器具有精确的运动位置、姿态和运动速度。5.1机器人骨骼-机械结构2.工业机器人的传动机构工业机器人广泛采用的机械传动机构是减速器，与2）谐波减速器1）RV减速器短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。现在大量应用在关节型工业机器人上的减速器有：通用的减速器相比，机器人关节减速器要求具有传动链此外，工业机器人还采用齿轮传动、带传动、直线运动单元等。5.1机器人骨骼-机械结构2.工业机器人的传动机构1.RV减速器组成：主要由太阳轮、行星轮、转臂、转臂轴承、

用途：适用于高精度机器人传动，主要装置在基座、手臂等承受重负载的位置。RV齿轮、针齿、刚性盘与输出盘等零件组成。特点：回转精度稳定，有较高的疲劳强度和刚度、使用寿命长。5.1机器人骨骼-机械结构2.工业机器人的传动机构2.谐波减速器组成：主要由一个有内齿的刚轮、能径向弹性变形

用途：主要装置在小臂、腕部或手部等轻负载位置。的外齿柔轮、一个装在柔轮内部的波发生器三部分组成。特点：传动比大、传动精度和传动效率高、结构简单、体积小、重量轻、可向密闭空间传递运动。5.1机器人骨骼-机械结构3.服务机器人的传动机构一部分对定位精度和重复定位精度要求比高的服务机器人，其传动机构需要使用谐波减速器或RV减速器，而大部分服务机器人都广泛采用以下传动机构：1）齿轮传动，如直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮、齿轮齿条等2）链传动3）同步带传动4）滚珠丝杆传动5）蜗轮蜗杆传动5.1机器人骨骼-机械结构3.服务机器人的传动机构6）棘轮传动7）曲轴连杆传动8）直线运动部件，如直线导轨、直线轴承、气缸、液压缸等。一：直线运动部件

特点：（1）运动平稳、精度高；（2）互换性强（标准件）；（3）刚度高；（4）质量大；适用场合：（1）多与滚珠丝杆配合，实现快速高精度定位。（2）安装自适应的编码器。1、直线导轨

（2）直线轴承适用场合：（1）多用于安装自适应的编码器，需要成对适用

特点：（1）容许载荷较小；（2）摩擦阻力最小，精度高，

运动快捷。

（3）轴承盒特点：（1）形式多样；（设计者依据自己的设计适用条件进行设计）（2）运动平稳、其精度由设计、加工和安装精度决定；（3）对构件经行完全约束，可独立使用；（4）工艺简单、质量轻；适用场合：（1）多用于搭建升降平台；（2）机械手的伸缩平台；

（4）气缸特点：（1）质量轻、行程短、响应快适用场合：（1）多用于机械手的动力部件

几种常用气缸类型单动气缸气动爪双动气缸

二、机器人常用传动1、线传动特点：（1）线传动机构精巧、安装方便、占用空间极小；（2）由于设计、制造简单、维护保养方便、因此，线传动成本低；（3）线传动易摩擦受损，需要定期检查并及时更换。；（4）线传动易于发生线压线的情况，因此传动比不精确；（5）线传动需要预紧。

钢丝线传动实例

2、链传动特点：（1）传递功率大，过载能力强；（2）所需的张紧力小，对轴的压力小；（3）平均传动比准确；（4）传动平稳性差，易磨损，磨损易跳齿；（5）质量大；链传动：通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。

链传动应用实例

单排链双排链链轮链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用弹簧夹或开口销锁紧。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。

3、同步带传动特点：（1）带与带轮间无相对滑动,传动比恒定、准确；（2）传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；（3）传递速度快、中心距大、传动比大（4）由于预拉力小，承载能力也较小；（机器人比赛足够）（8）安装精度要求高，要求有严格的中心距，长距离需要安装张紧轮或中心距可调。

同步带传动实例同步带轮同步带

同步带传动具有带传动、链传动和齿轮传动的优点，在机器人制作中使用较多

同步带传动应用实例

同步带传动在驱动中的应用：

4、滚珠丝杆传动特点：（1）制造精度高；（2）微进给、控制位置精度高；（3）无侧隙、刚性高；（4）进给速度快；

（5）质量大；

4、滚珠丝杆传动

5、齿轮齿条传动特点：（1）传递动力大、功率高、速度快、传动比大；（2）工作平稳、可靠，传动比精确；

（3）传动位置精确，易于控制；

（4）安装精度要求较高；

（2）质量大，通常用塑料齿轮、齿条。

齿轮齿条传动斜齿圆柱齿轮传动蜗轮蜗杆传动圆锥齿轮传动转盘与电机的配合：

6、气压传动特点：（1）成本低、质量轻、响应快、动作快；（2）可重复次数少（冲一次气只能用几次），工作速度稳定性较差

；（3）接口处易漏气；（4）工作压力比较小，输出力不大；

气动是机械手最常用的传动方式：

气缸应用于提升装置

气缸应用于提升装置

7、蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力特点：1.可以得到很大的传动比，结构紧凑。2.两轮啮合齿面间为线接触，承载能力大。3.蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小。4.具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。5.传动效率较低，磨损较严重。6.蜗杆轴向力较大。

涡轮蜗杆应用实例

8、其他传动方式棘轮传动曲轴连杆传动5.1机器人骨骼-机械结构5.1.4设计和制作机器人的一般过程1.机器人设计的内容额定负载额定速度工作空间自由度驱动方式性能指标1）基本技术参数设计5.1机器人骨骼-机械结构1.机器人设计的内容运动功能方案设计传动系统方案设计结构布局方案设计详细参数设计控制系统方案设计总体方案评价2）总体方案设计5.1机器人骨骼-机械结构1.机器人设计的内容装配图设计零件图设计控制系统硬件设计控制系统软件设计3）详细设计5.1机器人骨骼-机械结构2.机器人设计和制作的流程5.1机器人骨骼-机械结构2.机器人设计和制作的流程1）任务分析，总体设计。2）结构设计：行走机构设计，操作机构设计，框架外