工业机器人的操作机25251

,第三章 操作机,第三章 操作机,机械臂,驱动装置,传动装置,传感器,垂直多关节机器人,水平多关节机器人,直角坐标机器人,DELTA,并联机器人,3.1,机械臂,机,械臂是工业机器人的机械结构部分，是机器人的主要承载体和直观的动作执行机,构。,工,业应用中典型的机械臂有,4,种,：,垂,直多关节型机械,臂,水,平多关节型机械,臂,直,角坐标型机械,臂,DELTA,并联型机械臂。,3.1.1,垂直多关节机器人,垂,直多关节工业机器人的机械系统有多个连杆、关节等组成，其本质是一个拟人手臂的空间多自由度开链式机构，一端固定在基座上，末端可自由运动,。,工,业机器人关,节：,移,动关,节,-,能使连杆做直线移动,转,动关,节,-,让连杆回转和摆动,工业应用中的垂直多关节机器人以六轴和四轴为主。,1.,六,轴垂直多关节机器,人,（,1,）机械臂组成,六轴垂直多关节机器人的机械臂主要包括,4,部分：,基座、腰部、手臂和手腕,，如图,3.1,所示。,图,3.1,六轴垂直多关节机器人机械臂的基本构造,基,座,基,座是机器人的支撑基础，整个执行机构和驱动传动装置都安装在基座上。作业过程中，基座还要能够承受起外部作用力，臂部的运动越多，基座的受力越复杂,。,工业机器人的基座安装方式主要分两种,：,固,定,式,-,直接固定在地面上,移,动,式,-,安装在移动装置上,腰部,机器人的腰部一般是与基座相连接的回转机构，可以与基座做成一个整体。有时为了扩大工作空间，也可以通过导杆和导槽在基座上移动。,腰部是机器人整个手臂的支撑部分，还带动手臂、手腕和末端执行器在空间回转，同时决定了它们所能到达的回转角度范围。,手臂,手臂是连接手臂和手腕的部分，由操作机的动力关节和连接杆等组成。它又称为主轴，是执行机构中的重要运动部件，作用是改变手腕和末端执行器的空间位置，以满足机器人的作业空间，并将各种载荷传递到基座。,对于六轴机器人而言，手臂一般包括大臂和小臂。大臂是连接腰部的部分，小臂是连接手腕的部分，大臂和小臂之间通过转动关节相连。,手腕,机器人的手腕是连接末端执行器和手臂的部分，将作业载荷传递到臂部,，也称为次轴，它的作用是支撑腕部和调整或改变末端执行器的空间位姿，因此它具有独立的自由度，从而使末端执行器完成复杂的动作。,腕部坐标系,a.,手腕的运动,手腕按其运动形式一般分为回转手腕和摆动手腕，如图,3.2,所示。,回转手腕又称,R,腕，是一种回转关节，如图,3.2,（,a,）所示，,摆动手腕又称,B,腕，是一种摆动关节，如图,3.2,（,b,）所示。,图,3.2,手腕的运动形式,b.,手腕的自由度,通常六轴垂直多关节机器人的手腕自由度是,3,，这样能够使末端执行器处于空间任意姿态。,手腕的偏转,手腕的俯仰,手腕的回转,c.,手腕的结构形式：,手腕由,R,腕和,B,腕组合而成。常用手腕结构形式有,RBR,型和,3R,型，其结构如图,3.3,所示。两种手腕结构的运用各不相同，常用的是,RBR,型，而喷涂行业一般采用,3R,型。,（,2,）本体轴,六轴垂直多关节机器人的机械臂有,6,个可活动关节，对应,6,个机器人本体轴。,机器人本体轴可分为两类：,基本轴,-,又称主轴，用于保证末端执行器达到工作空间的任意位置。,腕部轴,-,又称次轴，用于实现末端执行器的任意空间姿态。,四大机器人家族对其本体轴（六轴）的定义如图,3.4,所示，本体轴的类型见表,3.1,。,图,3.4,四大机器人家族对其本体轴的定义,四大家族,基本轴（主轴）,腕部轴（次轴）,第,1,轴,第,2,轴,第,3,轴,第,4,轴,第,5,轴,第,6,轴,ABB,轴,1,轴,2,轴,3,轴,4,轴,5,轴,6,KUKA,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,YASKAWA,S,轴,L,轴,U,轴,R,轴,B,轴,T,轴,FANUC,J,1,J,2,J,3,J,4,J,5,J,6,表,3.1,六轴机器人本体轴类型,2.,四轴垂直多关节机器人,（,1,）机械臂组成。,四轴垂直多关节机器人可以看成是六轴机器人的简化，它的机械臂也是由基座、腰部、手臂和手腕,4,部分组成，但一般将手腕的,3,个自由度简化成,1,个自由度，其他组成部分和六轴关节机器人类似，主要用于搬运和码垛行业。,（,a,）,KUKA,机器人,（,b,）,ABB,机器人,（,c,）,YASKAWA,机,器人,（,d,）,FANUC,机,器人,图,3.5,四大机器人家族对其本体轴的定义,（,2,）本体轴。,四轴机器人本体轴与六轴的类似，可分为两类：基本轴和腕部轴。,四大机器人家族对四轴机器人本体轴的定义如图,3.5,所示，本体轴的类型见表,3.2.,表,3.2,四轴机器人本体轴类型,四大家族,基本轴（主轴）,腕部轴（次轴）,第,1,轴,第,2,轴,第,3,轴,第,4,轴,ABB,轴,1,轴,2,轴,3,轴,6,KUKA,A,1,A,2,A,3,A,6,YASKAWA,S,轴,L,轴,U,轴,T,轴,FANUC,J,1,J,2,J,3,J,4,3.1.2,水平多关节机器人,水平多关节机器人的机械臂是串联配置的，且能够在水平面内旋转。水平多关节机器人即,SCARA,（,Selective Compliance Assembly Robot Arm,）机器人，是具有选择顺应性装配机器人手臂,。,1.,机械臂组成,基,座、大臂和小,臂。,SCARA,机器人的基座和六轴关节机器人,的区,别是,：,与,SCARA,机器人基座相连的机器人是大臂，与大臂相连的是小臂，而小臂上可装有末端执行器,。,图,3.6,SCARA,机器人,基座,大臂,小臂,2,.,本体轴,SCARA,机器人具有,4,个本体轴和,4,个自由度，各厂商对,SCARA,机器人本体轴的定义有所不同，,见下表。,表,3.3 SCARA,机器人本体轴的定义,直角坐标机器人在空间上具有多个相互垂直的移动轴，常用的是,3,个,轴。,通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。,3.1.3,直角坐标机器人,1,.,机械臂组成,直角坐标机器人的机械臂分为,x,轴、,y,轴和,z,轴,3,部分，其中,x,轴方向还有一个其稳定支撑作用的轴，两轴之间通过传动机构相连，实现同步移动，如图,3.7,所示。,2.,本体轴,直角坐标机器人的本体轴也称,x,轴、,y,轴和,z,轴，运动方向如图,3.7,所示,。,图,3.7,直角坐标机器人,DELTA,并联机器人是一种高速、轻载机器人，通常具有,3-4,个自由度，可以实现工作空间的,x,、,y,、,z,方向的平移及绕,z,轴的旋转运动,。,1.,机械臂组成,DELTA,机器人的机械臂包括,4,部分：静平台、主动臂、从动臂和动平台，如图,3.8,所示,图,3.8,DELTA,机器人机械臂的基本构成,3.1.4 DELTA,并联机器人,DELTA,机器人分拣物品,(1),静平台,静平台又称基座，常用的是顶吊安装，主要作用是支撑整个机器人，并减少机器人运动过程中的惯量,。,(2),主动臂,主动臂通过驱动电机与基座直接相连，作用是改变末端执行器的空间位置。,DELTA,机器人有,3,个相同的并联主动臂，具有,3,个自由度，可以实现机器人在,x,、,y,、,z,方向的移动。,图,3.8,DELTA,机器人机械臂的基本构成,(3),从动臂,从动臂又称连杆，是连接主动臂和动平台的机构，常用的连接方式是球铰链,。,(4),动平台,动平台是连接连杆和末端执行器的部分，它的作用是支撑末端执行器，并改变其姿态。如果动平台上未装有绕,z,轴旋转的驱动装置，则,DELTA,机器人有,3,个自由度，如图,3.8,所示。如果动平台上装有绕,z,轴旋转的驱动装置，则,DELTA,机器人有,4,个自由度，见表,3.4,。,图,3.8,DELTA,机器人机械臂的基本构成,表,3.4 D,ELTA,机器人,本体轴,2.,本体轴,常用的,D,ELTA,机器人具有,3-4,个本体轴,各厂商对,D,ELTA,机器人的本体轴定义有所不同，见表,3.4,。,续表,3.4 D,ELTA,机器人,本体轴,演讲完毕，谢谢观看！,