机器人机械结构介绍

机 器 人 机 械 结 构 内容简介机 器 人 系 统 组 成相 关 术 语 及 性 能 指 标机 械 手机 器 人 运 动 机 构移 动 机 器 人 机器人系统组成如 图 所 示 ， 机 器 人 由 机 械 部分 、 传 感 部 分 、 控 制 部 分 三大 部 分 组 成 。 这 三 大 部 分 可分 成 驱 动 系 统 、 机 械 结 构 系统 、 感 受 系 统 、 机 器 人 一 环境 交 互 系 统 、 人 机 交 互 系 统 、控 制 系 统 六 个 子 系 统 。 机 器 人 系 统 组 成 驱 动 系 统 要 使 机 器 人 运 行 起 来 ， 需 给 各 个 关 节 即 每 个运 动 自 由 度 安 置 传 动 装 置 ， 这 就 是 驱 动 系 统 感 受 系 统 它 由 内 部 传 感 器 模 块 和 外 部 传 感 器 模 块 组 成 ,获 取 内 部 和 外 部 环 境 状 态 中 有 意 义 的 信 息 智 能 传 感器 的 使 用 提 高 了 机 器 人 的 机 动 性 、 适 应 性 和 智 能 化 的水 准 人 类 的 感 受 系 统 对 感 知 外 部 世 界 信 息 是 极 其 灵巧 的 ， 然 而 ， 对 于 一 些 特 殊 的 信 息 ， 传 感 器 比 人 类 的感 受 系 统 更 有 效 机 器 人 一 环 境 交 互 系 统 是 实 现 机 器 人 与 外 部 环 境 中 的设 备 相 互 联 系 和 协 调 的 系 统 机 器 人 与 外 部 设 备 集 成为 一 个 功 能 单 元 ， 如 加 工 制 造 单 元 、 焊 接 单 元 、 装 配单 元 等 。 人 一 机 交 互 系 统 是 人 与 机 器 人 进 行 联 系 和 参与 机 器 人 控 制 的 装 置 ： 指 令 给 定 装 置 和 信 息 显 示 装置 机 器 人 系 统 组 成 控 制 系 统 控 制 系 统 的 任 务 是 根 据 机 器 人 的 作 业 指 令 程 序 以 及 从 传感 器 反 馈 回 来 的 信 号 ， 支 配 机 器 人 的 执 行 机 构 去 完 成 规 定 的运 动 和 功 能 如 果 机 器 人 不 具 备 信 息 反 馈 特 征 ， 则 为 开 环 控制 系 统 ； 具 备 信 息 反 馈 特 征 ， 则 为 闭 环 控 制 系 统 根 据 控 制原 理 可 分 为 程 序 控 制 系 统 ， 适 应 性 控 制 系 统 和 人 工 智 能 控 制系 统 根 据 控 制 运 动 的 形 式 可 分 为 点 位 控 制 和 连 续 轨 迹 控 制 。机 器 人 系 统 组 成 相关术语及性能指标关 节 （ Joint） ： 即 运 动 副 ， 允 许 机 器 人 手 臂 各 零 件 之 间 发 生 相对 运 动 的 机 构 。连 杆 （ Link） ： 机 器 人 手 臂 上 被 相 邻 两 关 节 分 开 的 部 分 。 自 由 度 （ Degree of freedom） ： 或 者 称 坐 标 轴 数 ， 是 指 描 述物 体 运 动 所 需 要 的 独 立 坐 标 数 。 手 指 的 开 、 合 ， 以 及 手 指 关 节 的自 由 度 一 般 不 包 括 在 内 。刚 度 （ Stiffness） ： 机 身 或 臂 部 在 外 力 作 用 下 抵 抗 变 形 的 能 力 。它 是 用 外 力 和 在 外 力 作 用 方 向 上 的 变 形 量 （ 位 移 ） 之 比 来 度 量 。相关术语及性能指标定 位 精 度 （ Positioning accuracy） ： 指 机 器 人 末 端 参 考 点 实际 到 达 的 位 置 与 所 需 要 到 达 的 理 想 位 置 之 间 的 差 距 。 重 复 性 （ Repeatability） 或 重 复 精 度 ： 在 相 同 的 位 置 指 令 下 ，机 器 人 连 续 重 复 若 干 次 其 位 置 的 分 散 情 况 。 它 是 衡 量 一 列 误 差值 的 密 集 程 度 ， 即 重 复 度 。工 作 空 间 （ Working space） ： 机 器 人 手 腕 参 考 点 或 末 端 操 作器 安 装 点 （ 不 包 括 末 端 操 作 器 ） 所 能 到 达 的 所 有 空 间 区 域 ， 一般 不 包 括 末 端 操 作 器 本 身 所 能 到 达 的 区 域 。相关术语及性能指标 机械手机 械 手 的 操 作 动 作机 械 手 的 动 作 形 态 是 由 三 种 不 同 的 单 动 作 旋 转 、 回 转 、伸 缩 组 合 而 成 的 。旋 转 和 回 转 是 指 运 动 机 构 产 生 相 对 运 动 。 旋 转 是 转 动 部 件 的轴 线 和 转 动 轴 同 轴 ； 回 转 是 转 动 部 件 的 轴 线 与 转 动 轴 不 同 轴 。伸 缩 是 指 运 动 机 构 产 生 直 线 运 动 。 根 据 单 元 动 作 组 合 方 式 的 不 同 ，机 械 手 的 动 作 形 态 一 般 归 纳 为 以 下 四种 坐 标 类 型 ： 直 角 坐 标 型 圆 柱 坐标 型 极 坐 标 型 多 关 节 型 。 直 角 坐 标 型 机 械 手 可 以 在 三 个 互 相垂 直 的 方 向 上 作 直 线 伸 缩 运 动 ， 这 类机 械 手 各 个 方 向 的 运 动 是 独 立 的 ， 计算 和 控 制 比 较 方 便 ， 但 占 地 面 积 大 ，限 于 特 定 的 应 用 场 合 。机械手 圆 柱 坐 标 型 机 械 手 有 一 个 围 绕基 座 轴 的 旋 转 运 动 和 两 个 在 相互 垂 直 方 向 上 的 直 线 伸 缩 运 动 。它 适 用 于 采 用 油 压 (或 气 压 )驱动 机 构 ， 在 操 作 对 象 位 于 机 器人 四 周 的 情 况 下 ， 操 作 最 为 方便 。极 坐 标 型 机 械 手 的 动 作 形 态 包括 围 绕 基 座 轴 的 旋 转 ， 一 个 回转 和 一 个 直 线 伸 缩 运 动 ， 其 特点 类 似 于 圆 柱 型 机 械 手 。机械手 多 关 节 型 机 械 手 最 接 近 于 人 臂 的 构 造 。 它 主 要 由 多 个 回 转 或旋 转 关 节 所 组 成 ， 一 般 都 采 用 电 机 驱 动 机 构 。 运 用 不 同 的 关节 连 接 方 式 ， 可 以 完 成 各 种 复 杂 的 操 作 。 由 于 具 有 占 地 面 积小 ， 动 作 范 围 大 ， 空 间 移 动 速 度 快 而 灵 活 等 特 点 ， 多 关 节 型机 械 手 在 各 种 智 能 机 器 人 中 被 广 为 采 用 。机 械 手 PUMA一 262机 器 人 机 构机 器 人 运 动 机 构 上 图 是 PUMA系 列 一 种 较 小 的 机 器 人 PUMA一 262机 器 人 机 构(操 作 机 )的 外 形 直 观 图 。 它 有 一 个 立 柱 ， 可 以 垂 直 回 转 ， 称作 腰 关 节 ， 也 称 1轴 。 有 大 臂 、 小 臂 ， 它 们 的 回 转 轴 称 作 肩关 节 (2轴 )和 肘 关 节 (3轴 )。 这 3个 轴 和 杆 ， 构 成 了 该 机 器 人的 位 置 机 构 (又 称 主 关 节 轴 组 )， 即 由 他 们 的 几 何 参 数(杆 长 和 偏 距 )和 运 动 参 数 (关 节 轴 的 转 角 )决 定 手 腕 (参 考 点 )的 空 间 活 动 范 围 (工 作 空 间 )。 手 腕 具 有 3个 互 相 垂 直 的 回 转轴 (4、 5、 6轴 )， 它 们 是 姿 态 机 构 (又 称 副 关 节 轴 组 )， 即 它们 的 转 角 确 定 着 工 具 (图 中 未 画 )的 空 间 姿 态 。PUMA262型 机 器 人 具 有 六 个 自 由 度 ， 可 以 进 行 复 杂 空 间 曲 面的 弧 焊 作 业 。机 器 人 运 动 机 构 6个 关 节 轴 由 6个 独 立 的 电 机 驱 动 ， 由 图可 以 看 出 ， 电 机 1通 过 两 对 齿 轮 传 动 带动 立 柱 回 转 ； 电 机 2通 过 联 轴 器 、 一 对圆 锥 齿 轮 和 一 对 圆 柱 齿 轮 带 动 齿 轮 Z，齿 轮 Z绕 与 立 柱 固 联 的 齿 轮 Z转 动 ， 于 是形 成 了 大 臂 相 对 于 立 柱 的 回 转 运 动 ； 电机 3通 过 两 个 联 轴 器 和 一 对 圆 锥 齿 轮 、两 对 圆 柱 齿 轮 驱 动 小 臂 相 对 于 大 臂 回 转 ；电 机 4先 通 过 一 对 圆 柱 齿 轮 、 两 个 联 轴器 和 另 一 对 圆 柱 齿 轮 驱 动 手 腕 相 对 于 小臂 回 转 ； 电 机 5通 过 联 轴 器 、 一 对 圆 柱齿 轮 、 一 对 圆 锥 齿 轮 驱 动 手 腕 相 对 于 小臂 摆 动 ； 电 机 6通 过 联 轴 器 、 两 对 圆 锥齿 轮 和 一 对 圆 柱 齿 轮 驱 动 机 器 人 的 机 械接 口 相 对 于 手 腕 的 球 壳 回 转 。机 器 人 运 动 机 构 车 轮 型移动机器人u两 轮 型u三 轮 型u四 轮 型 履 带 式 救援机器人移动机器人 步 行 式移动机器人 其 它 移 动 方 式军用昆虫机器人 爬 缆 索 机器 人水 下 6000米 无 缆自 治 机 器 人 蛇 形 机 器人移动机器人