机器人学及其智能控制第2章-机器人的运动机构与执课件

机器人学及其智能控制第二章 机器人的运动机构与执行机构机器人学及其智能控制第二章 机器人的运动机构与执行机构机器人的运动机构与执行机构常见运动机构工业机器人常见运动形式移动机器人常见的移动机构机器人执行机构机器人的运动机构与执行机构常见运动机构机器人的运动机构与执行机构 丝杠传动丝杠传动 丝杠传动有滑动式、滚珠式和静压式等。机器人传动用的丝杠具备结构紧凑、间隙小和传动效率高等特点。1.滚珠丝杠 滚珠丝杠的丝杠和螺母之间装了很多钢球，丝杠或螺母运动时钢球不断循环，运动得以传递。因此，即使丝杠的导程角很小，也能得到90以上的传动效率。机器人的运动机构与执行机构 丝杠传动机器人的运动机构与执行机构2.行星轮式丝杠 已经开发了以高载荷和高刚性为目的的行星轮式丝杠。该丝杠多用于精密机床的高速进给，从高速性和高可靠性来看，也可用在大型机器人的传动，其原理如图2.2所示。螺母与丝杠轴之间有与丝杠轴啮合的行星轮，装有78套行星轮的系杆可在螺母内自由回转，行星轮的中部有与丝杠轴啮合的螺纹，其两侧有与内齿轮啮合的齿。将螺母固定，驱动丝杠轴，行星轮便边自转边相对于内齿轮公转，并使丝杠轴沿轴向移动。行星轮式丝杠具有承载能力大、刚度高和回转精度高等优点，由于采用了小螺距，因而丝杠定位精度也高。机器人的运动机构与执行机构2.行星轮式丝杠机器人的运动机构与执行机构旋转运动机构齿轮的种类 齿轮靠均匀分布在轮边上的齿的直接接触来传递扭矩。通常，齿轮的角速度比和轴的相对位置都是固定的。因此，轮齿以接触柱面为节面，等间隔地分布在圆周上。随轴的相对位置和运动方向的不同，齿轮有多种类型。机器人的运动机构与执行机构旋转运动机构6/28/20246操作机类型直角坐标型圆柱坐标型极坐标型多关节型7/30/20236操作机类型直角坐标型6/28/20247直角坐标型(PPP)7/30/20237直角坐标型(PPP)6/28/20248圆柱坐标型(RPP)7/30/20238圆柱坐标型(RPP)6/28/20249极坐标型(RRP)7/30/20239极坐标型(RRP)6/28/202410多关节型(RRR)7/30/202310多关节型(RRR)6/28/202411典型操作机直角坐标机器人 圆柱坐标型机器人 极坐标型机器人 多关节机器人 并联机器人7/30/202311典型操作机直角坐标机器人 6/28/202412直角坐标型关节配置7/30/202312直角坐标型 6/28/202413圆柱坐标型关节配置7/30/202313 圆柱坐标型 6/28/202414极坐标型关节配置7/30/202314 极坐标型 6/28/202415水平关节型关节配置7/30/202315 水平关节16 在机器人机械系统中，驱动器通过联轴器带动传动装置(一般为减速器)，再通过关节轴带动杆件运动。机器人一般有两种运动关节转动关节和移(直)动关节。为了进行位置和速度控制，驱动系统中还包括位置和速度检测元件。检测元件类型很多，但都要求有合适的精度、连接方式以及有利于控制的输出方式。对于伺服电机驱动，检测元件常与电机直接相联；对于液压驱动，则常通过联轴器或销轴与被驱动的杆件相联。驱动传动系统的构成16 在机器人机械系统中，驱动器通过联轴器带动传动装置171码盘；码盘；2 测速机；测速机；3 电机；电机；4 联轴器；联轴器；5 传动装置；传动装置；6 转动关节；转动关节；7 杆杆 8 电机；电机；9 联轴器；联轴器；10 螺旋副；螺旋副；11 移动关节；移动关节；12 电位器电位器(或光栅或光栅尺尺)伺服电机驱动关节伺服电机驱动关节伺服电机伺服电机+联轴节联轴节+减速器减速器+运动反馈元运动反馈元件件171码盘；8 电机；伺服电机驱动关节伺服电机+181电动驱动器 电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。电动驱动器又可分为直流(DC)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电机驱动。直流伺服电机有很多优点，但它的电刷易磨损，且易形成火花。随着技术的进步，近年来交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电机而成为机器人的主要驱动器。步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。181电动驱动器19直流伺服电机与驱动放大直流伺服电机与驱动放大器器步进电机步进电机步进电机驱动放大器步进电机驱动放大器交流伺服电机交流伺服电机驱动放大器驱动放大器19直流伺服电机与驱动放大器步进电机步进电机驱动放大器交流伺202.液压驱动器 液压驱动的优点是功率大，可省去减速装置而直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温场合，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。液压马达液压马达液压摆动马达液压摆动马达液压控制阀液压控制阀液压泵液压泵202.液压驱动器液压马达液压摆动马达液压控制阀液压泵213气动驱动器 气压驱动的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但与液压驱动器相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制机器人。气气动动马马达达气气动动摆摆动动马马达达气气缸缸气气泵泵气气动动三三大大件件气气动动控控制制阀阀213气动驱动器气动马达气动摆动马达气缸气泵气动三大件气动22 3其它驱动器 作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金、压电微驱动并联机器人压电微驱动并联机器人形状记忆合金驱动机器人手形状记忆合金驱动机器人手22 3其它驱动器 压电微驱动并联机器人形状记忆合金驱23 驱动器的选择应以作业要求、生产环境为先决条件，以价格高低、技术水平为评价标准。一般说来，目前负荷为100 kg以下的,可优先考虑电动驱动器。只须点位控制且功率较小者，或有防暴、清洁等特殊要求者，可采用气动驱动器。负荷较大或机器人周围已有液压源的场合，可采用液压驱动器。对于驱动器来说，最重要的是要求起动力矩大，调速范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好的、与之配套的数字控制系统。23 驱动器的选择应以作业要求、生产环境为先决条件，以价格