第04.21-3-机器人的机械结构系统(3)

第第04.21-3-04.21-3-机器人的机械机器人的机械结构系统结构系统(3)(3)课前提问1.机器人按控制分类有哪些？2.机器人按几何结构分类有哪些？3.机器人按用途分类有哪些？4.机器人按机器智能分类有哪些？5.机器人按移动性分类有哪些？6.什么是伺服控制机器人？7.什么是非伺服控制机器人？8.伺服控制机器人有哪几类？9.什么是直角坐标型结构？10.什么是圆柱坐标型结构？11.什么是极坐标型结构？12.什么是多关节型结构？13.什么是点位伺服控制？14.什么是连续轨迹伺服控制？15.点位伺服机器人主要用在何处？16.连续轨迹伺服主要用在何处？17.直角坐标型结构的特点？18.圆柱坐标型结构的特点？19.极坐标型结构的特点？20.多关节型结构的特点？Compiled by:Dong Chunli课前提问1.机器人有哪几部分组成？2.各部分的作用有哪些？3.什么是自由度？4.什么是工作空间？5.什么是工作速度？6.什么是工作载荷？7.什么是控制方式？8.什么是驱动方式？9.什么是精度、重复精度？10.什么是分辨率？Compiled by:Dong Chunli课前提问1.臂部构成主要包括那些？2.臂部主要有哪几类？3.手臂的驱动安装在哪里？4.手臂的运动有几种？5.手腕的运动有几种？6.什么是手腕？作用是什么？7.手腕的驱动安装在哪里？8.手部的三个回转方向？9.什么是柔顺手腕？10.柔顺技术有哪几种？1.常用的机身结构有几种？2.横梁式机身的特点是什么？3.立柱式机身的特点是什么？4.机座式机身的特点是什么？5.屈伸式机身的特点是什么？Compiled by:Dong Chunli课前提问o机器人手部按照握持原理分为哪几类？o夹持类手部有哪几类？o夹钳式手部有几个部分组成？o夹钳式手部的手指指端形状有哪几种？各有什么优势与特点？o夹钳式手部的手指材料有哪几种？各有什么优势和特点？o夹钳式手部的传动机构有哪几种？各有什么优势和特点？o钩托式手部的主要特征是什么？相比有什么好处？o吸附类手部有哪几类？为什么要用吸附类手部？o气吸式手部有哪几类？各依靠什么原理？o磁吸式手部有哪几类？各有什么优缺点？o仿人机器人手部有哪几类？Compiled by:Dong Chunli课前提问1.臂部构成主要包括那些？2.臂部主要有哪几类？3.手臂的驱动安装在哪里？4.手臂的运动有几种？5.手腕的运动有几种？6.什么是手腕？作用是什么？7.手腕的驱动安装在哪里？8.手部有哪三个回转方向？9.什么是柔顺手腕？10.常用的机身结构有几种？1.手部按照握持原理分为哪几类？2.夹持类手部有哪几类？3.夹钳式手部有几个部分组成？4.钩托式手部的主要特征是什么？相比有什么好处？5.吸附类手部有哪几类？为什么要用吸附类手部？6.气吸式手部有哪几类？各依靠什么原理？7.磁吸式手部有哪几类？各有什么优缺点？8.仿人机器人手部有哪几类？Compiled by:Dong Chunli机器人应用技术机器人应用技术第三章第三章 机器人的机械结构系统机器人的机械结构系统一、机器人的机身结构一、机器人的机身结构二、机器人的臂部机构二、机器人的臂部机构三、机器人的腕部机构三、机器人的腕部机构四、机器人的手部机构四、机器人的手部机构五、机器人的行走机构五、机器人的行走机构Compiled by:Dong Chunli行走机构是由驱动装置、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，另一方面还根据工作任务的要求，带动机器人实现在更广阔的空间内运动。一般而言,行走机器人的行走机构主要有:(1)车轮式行走机构 (2)履带式行走机构 (3)足式行走机构 此外，还有步进式行走机构、蠕动式行走机构、混合式行走机构和蛇行式行走机构等，以适合于各种特别的场合。五五、机器人的行走机构、机器人的行走机构Compiled by:Dong ChunliCompiled by:Dong Chunli轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种机器人,在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相当优越的。（1）车轮的形式车轮的形状或结构形式取决于地面的性质和车辆的承载能力。充气球轮 半球形轮 传统车轮 无缘轮(用于沙丘地形)（用于火星表面移动）（用于平坦的坚硬路面）(用来爬越阶梯及水田中)1.车轮式行走机构Compiled by:Dong Chunli（2）车轮的配置和转向机构两后轮独立驱动 前轮驱动和转向 后轮差动前轮转向3 3轮车轮轮车轮的配置的配置的配置的配置1.车轮式行走机构车轮行走机构依据车轮的多少分为1轮、2轮、3轮、4轮以及多轮机构。1轮和2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3轮和4轮。Compiled by:Dong Chunli（2）车轮的配置和转向机构后轮分散驱动 四轮同步转向机构4 4轮车轮轮车轮的配置的配置的配置的配置1.车轮式行走机构Compiled by:Dong Chunli（3）越障轮式机构普通车轮行走机构对崎岖不平地面适应性很差，为了提高轮式车辆的地面适应能力，研究了越障轮式机构。三小三小三小三小轮轮式上下台式上下台式上下台式上下台阶阶的的的的车轮车轮机构机构机构机构1.车轮式行走机构Compiled by:Dong Chunli（3）越障轮式机构多多多多节车轮节车轮式式式式结结构构构构1.车轮式行走机构Compiled by:Dong Chunli履带式行走机构适合于未加工的天然路面行走，它是轮式行走机构的拓展，履带本身起着给车轮连续铺路的作用。履带行走机构与轮式行走机构相比，有如下特点：（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，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；（4）结构复杂，重量大，运动惯性大，减振功能差，零件易损坏。.履带式行走机构履带式行走机构Compiled by:Dong Chunli.履带式行走机构履带式行走机构Compiled by:Dong Chunli（1）履带行走机构的组成n履带、n驱动链轮n支重轮n托带轮n张紧轮.履带式行走机构履带式行走机构Compiled by:Dong Chunli形状一：驱动轮及导向轮兼作支承轮，增大支承地面面积，改善了稳定性，此时驱动轮和导向轮只微量高于地面。形状二：不作支承轮的驱动轮与导向轮装得高于地面，链条引入引出时角度达50度，其好处是适合于穿越障碍，另外因为减少了泥土夹入引起的磨损和失效，可以提高驱动轮和导向轮的寿命。（2）履带行走机构的形状.履带式行走机构履带式行走机构Compiled by:Dong Chunli（3）独特的履带行走机构1）形状可变履带行走机构 .履带式行走机构履带式行走机构Compiled by:Dong Chunli2）位置可变履带行走机构 变位履带移动机构.履带式行走机构履带式行走机构Compiled by:Dong Chunli履带式履带式履带式履带式救援机器人救援机器人.履带式行走机构履带式行走机构Compiled by:Dong Chunli3.足式行走机构足式行走机构履带式行走机构履带式行走机构虽然可在高低不平的地面上运动，但它的适应性不够，行走时候晃动太大，在软地面上行驶运动效率低。根据调查，在地球上近一半的地面不适合于传统的轮式或履带式车辆行走。但是一般多足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。足式行走足式行走对崎岖路面具有很好的适应能力一，足式运动方式的立足点是离散的点，可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点，而轮式和履带行走工具必须面临最坏的地形上的几乎所有点；足式运动方式还具有主动隔振能力，尽管地面高低不平，机身的运动仍然可以相当平稳；足式行走在不平地面和松软地面上的运动速度较高，能耗较少。Compiled by:Dong Chunli3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli（）足的数目（）足的数目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。双足和四足具有最好的适应性和灵活性，也最接近人类和动物。下页图下页图显示了单足、双足、三足、四足和六足行走结构。3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli（1）足的数目 单足跳跃机器人 双足机器人 三足机器人 四足机器人 六足机器人 3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli不同足数对行走能力的评价 足数 评价指标 12345678保持稳定姿态的能力无无好最好最好最好最好最好静态稳定行走的能力无无无好最好最好最好最好高速静稳定行走能力无无无有好最好最好最好动态稳定行走的能力有有最好最好最好好好好用自由度数衡量的机械结构之简单性最好最好好好好有有有（1）足的数目3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli（）足的配置（）足的配置足的配置指足相对于机体的位置和方位的安排，这个问题对于多于两足时尤为重要。就二足而言，足的配置或者是一左一右，或者是一前一后。后一种配置因容易引起腿间的干涉而实际上很少用到。3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli（2）足的配置正向对称分布 前后向对称分布 足的主平面的安排足的主平面的安排足的主平面的安排足的主平面的安排3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli哺乳动物形 爬行动物 昆虫形足的几何构型足的几何构型足的几何构型足的几何构型（）足的配置（）足的配置3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli内侧相对弯曲 外侧相对弯曲 同侧弯曲 足的相对方位足的相对方位足的相对方位足的相对方位（）足的配置（）足的配置3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli（）足式行走机构的平衡和稳定性（）足式行走机构的平衡和稳定性l静态稳定的多足机l动态稳定的多足机3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli（）足式行走机构的平衡和稳定性（）足式行走机构的平衡和稳定性静态稳定的多足机静态稳定的多足机其机身的稳定通过足够数量的足支撑来保证。在行走过程中，机身重心的垂直投影始终落在支撑足着落地点的垂直投影所形成的凸多边形内。这样，即使在运动中的某一瞬时将运动“凝固”，机体也不会有倾覆的危险。这类行走机构的速度较慢，它的步态为爬行或步行。3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli（）足式行走机构的平衡和稳定性（）足式行走机构的平衡和稳定性动态稳定的多足机动态稳定的多足机典型的例子是踩高跷。高跷与地面只是单点接触，两根高跷在地面不动时站稳是非常困难的，要想原地停留，必须不断踏步，不能总是保持步行中的某种瞬间姿态。在动态稳定中，机体重心有时不在支撑图形中，利用这种重心超出面积外而向前产生倾倒的分力作为行走的动力并不停地调整平衡点以保证不会跌倒。这类机构一般运动速度较快，消耗能量小。其步态可以是小跑和跳跃。3.足式行走机构足式行走机构Compiled by:Dong Chunli结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！35