工业机器人的操作机

,第三章 操作机,第三章,操,操作,机,机,机械臂,驱动装,置,置,传动装,置,置,传感器,垂直多,关,关节机,器,器人,水平多,关,关节机,器,器人,直角坐,标,标机器,人,人,DELTA并联机,器,器人,3.1机械臂,机械臂是,工,工业机,器,器人的,机,机械结,构,构部分,，,，是机,器,器人的,主,主要承,载,载体和,直,直观的,动,动作执,行,行机构。,工业应用,中,中典型,的,的机械,臂,臂有4种：,垂直多关,节,节型机,械,械臂,水平多关,节,节型机,械,械臂,直角坐标,型,型机械臂,DELTA并联型,机,机械臂,。,。,3.1,.,.1垂直多,关,关节机,器,器人,垂直多关,节,节工业,机,机器人,的,的机械,系,系统有,多,多个连,杆,杆、关,节,节等组,成,成，其,本,本质是,一,一个拟,人,人手臂,的,的空间,多,多自由,度,度开链,式,式机构,，,，一端,固,固定在,基,基座上,，,，末端,可,可自由,运,运动。,工业机器,人,人关节：,移动关节-能使连,杆,杆做直,线,线移动,转动关节-让连杆,回,回转和,摆,摆动,工业应,用,用中的,垂,垂直多,关,关节机,器,器人以,六,六轴和,四,四轴为,主,主。,1.六轴垂直,多,多关节,机,机器人,（1）机械,臂,臂组成,六轴垂,直,直多关,节,节机器,人,人的机,械,械臂主,要,要包括4部分：基座、,腰,腰部、,手,手臂和,手,手腕，如图3.1所示。,图3.1六轴垂,直,直多关,节,节机器,人,人机械,臂,臂的基,本,本构造,基座,基座是机,器,器人的,支,支撑基,础,础，整,个,个执行,机,机构和,驱,驱动传,动,动装置,都,都安装,在,在基座,上,上。作,业,业过程,中,中，基,座,座还要,能,能够承,受,受起外,部,部作用,力,力，臂,部,部的运,动,动越多,，,，基座,的,的受力,越,越复杂。,工业机,器,器人的,基,基座安,装,装方式,主,主要分,两,两种：,固定式-直接固,定,定在地,面,面上,移动式-安装在,移,移动装,置,置上,腰部,机器人,的,的腰部,一,一般是,与,与基座,相,相连接,的,的回转,机,机构，,可,可以与,基,基座做,成,成一个,整,整体。,有,有时为,了,了扩大,工,工作空,间,间，也,可,可以通,过,过导杆,和,和导槽,在,在基座,上,上移动,。,。,腰部是,机,机器人,整,整个手,臂,臂的支,撑,撑部分,，,，还带,动,动手臂,、,、手腕,和,和末端,执,执行器,在,在空间,回,回转，,同,同时决,定,定了它,们,们所能,到,到达的,回,回转角,度,度范围,。,。,手臂,手臂是,连,连接手,臂,臂和手,腕,腕的部,分,分，由,操,操作机,的,的动力,关,关节和,连,连接杆,等,等组成,。,。它又,称,称为主,轴,轴，是,执,执行机,构,构中的,重,重要运,动,动部件,，,，作用,是,是改变,手,手腕和,末,末端执,行,行器的,空,空间位,置,置，以,满,满足机,器,器人的,作,作业空,间,间，并,将,将各种,载,载荷传,递,递到基,座,座。,对于六,轴,轴机器,人,人而言,，,，手臂,一,一般包,括,括大臂,和,和小臂,。,。大臂,是,是连接,腰,腰部的,部,部分，,小,小臂是,连,连接手,腕,腕的部,分,分，大,臂,臂和小,臂,臂之间,通,通过转,动,动关节,相,相连。,手腕,机器人,的,的手腕,是,是连接,末,末端执,行,行器和,手,手臂的,部,部分，,将,将作业,载,载荷传,递,递到臂,部,部，也称,为,为次轴,，,，它的,作,作用是,支,支撑腕,部,部和调,整,整或改,变,变末端,执,执行器,的,的空间,位,位姿，,因,因此它,具,具有独,立,立的自,由,由度，,从,从而使,末,末端执,行,行器完,成,成复杂,的,的动作,。,。,腕部坐,标,标系,a.手腕的,运,运动,手腕按,其,其运动,形,形式一,般,般分为,回,回转手,腕,腕和摆,动,动手腕,，,，如图3.2所示。,回转手,腕,腕又称R腕，是,一,一种回,转,转关节,，,，如图3.2（a）所示,，,，,摆动手,腕,腕又称B腕，是,一,一种摆,动,动关节,，,，如图3.2（b）所示,。,。,图3.2手腕的,运,运动形,式,式,b.手腕的,自,自由度,通常六,轴,轴垂直,多,多关节,机,机器人,的,的手腕,自,自由度,是,是3，这样,能,能够使,末,末端执,行,行器处,于,于空间,任,任意姿,态,态。,手腕的,偏,偏转,手腕的,俯,俯仰,手腕的,回,回转,c.手腕的,结,结构形,式,式：,手腕由R腕和B腕组合,而,而成。,常,常用手,腕,腕结构,形,形式有RBR型和3R型，其,结,结构如,图,图3.3所示。,两,两种手,腕,腕结构,的,的运用,各,各不相,同,同，常,用,用的是RBR型，而,喷,喷涂行,业,业一般,采,采用3R型。,（2）本体,轴,轴,六轴垂,直,直多关,节,节机器,人,人的机,械,械臂有6个可活,动,动关节,，,，对应6个机器,人,人本体,轴,轴。,机器人,本,本体轴,可,可分为,两,两类：,基本轴-又称主,轴,轴，用,于,于保证,末,末端执,行,行器达,到,到工作,空,空间的,任,任意位,置,置。,腕部轴-又称次,轴,轴，用,于,于实现,末,末端执,行,行器的,任,任意空,间,间姿态,。,。,四大机,器,器人家,族,族对其,本,本体轴,（,（六轴,）,）的定,义,义如图3.4所示，,本,本体轴,的,的类型,见,见表3.1。,图3.4四大机,器,器人家,族,族对其,本,本体轴,的,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,器人本,体,体轴类,型,型,2.四轴垂,直,直多关,节,节机器,人,人,（1）机械,臂,臂组成,。,。,四轴垂,直,直多关,节,节机器,人,人可以,看,看成是,六,六轴机,器,器人的,简,简化，,它,它的机,械,械臂也,是,是由基,座,座、腰,部,部、手,臂,臂和手,腕,腕4部分组,成,成，但,一,一般将,手,手腕的3个自由,度,度简化,成,成1个自由,度,度，其,他,他组成,部,部分和,六,六轴关,节,节机器,人,人类似,，,，主要,用,用于搬,运,运和码,垛,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,器人家,族,族对其,本,本体轴,的,的定义,（2）本体,轴,轴。,四轴机,器,器人本,体,体轴与,六,六轴的,类,类似，,可,可分为,两,两类：,基,基本轴,和,和腕部,轴,轴。,四大机,器,器人家,族,族对四,轴,轴机器,人,人本体,轴,轴的定,义,义如图3.5所示，,本,本体轴,的,的类型,见,见表3.2,.,.,表3.2四轴机,器,器人本,体,体轴类,型,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,关节机,器,器人,水平多,关,关节机,器,器人的,机,机械臂,是,是串联,配,配置的,，,，且能,够,够在水,平,平面内,旋,旋转。,水,水平多,关,关节机,器,器人即SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm）机器,人,人，是,具,具有选,择,择顺应,性,性装配,机,机器人,手,手臂。,1.机械臂,组,组成,基座、大,臂,臂和小臂。,SCARA机器人,的,的基座,和,和六轴,关,关节机,器,器人的区别是：,与SCARA机器人,基,基座相,连,连的机,器,器人是,大,大臂，,与,与大臂,相,相连的,是,是小臂,，,，而小,臂,臂上可,装,装有末,端,端执行,器,器。,图3.6SCARA机器人,基座,大臂,小臂,2.本体轴,SCARA机器人,具,具有4个本体,轴,轴和4个自由,度,度，各,厂,厂商对SCARA机器人,本,本体轴,的,的定义,有,有所不,同,同，见下表,。,。,表3.3SCARA机器人,本,本体轴,的,的定义,直角坐,标,标机器,人,人在空,间,间上具,有,有多个,相,相互垂,直,直的移,动,动轴，,常,常用的,是,是3个轴。,通过直,角,角坐标,方,方向的3个独,立,立自由,度,度确定,其,其手部,的,的空间,位,位置，,其,其动作,空,空间为,一,一长方,体,体。,3.1,.,.3直角坐,标,标机器,人,人,1.机械臂,组,组成,直角坐,标,标机器,人,人的机,械,械臂分,为,为x轴、y轴和z轴3部分，,其,其中x轴方向,还,还有一,个,个其稳,定,定支撑,作,作用的,轴,轴，两,轴,轴之间,通,通过传,动,动机构,相,相连，,实,实现同,步,步移动,，,，如图3.7所示。,2.本体轴,直角坐,标,标机器,人,人的本,体,体轴也,称,称x轴、y轴和z轴，运,动,动方向,如,如图3.7所示。,图3.7直角坐,标,标机器,人,人,DELTA并联机,器,器人是,一,一种高,速,速、轻,载,载机器,人,人，通,常,常具有3-4个自由,度,度，可,以,以实现,工,工作空,间,间的x、y、z方向的,平,平移及,绕,绕z轴的旋,转,转运动。,1.机械臂,组,组成,DELTA机器人,的,的机械,臂,臂包括4部分：,静,静平台,、,、主动,臂,臂、从,动,动臂和,动,动平台,，,，如图3.8所示,图3.8DELTA机器人,机,机械臂,的,的基本,构,构成,3.1,.,.4DELTA并联机,器,器人,DELTA机器人,分,分拣物,品,品,(1)静平台,静平台,又,又称基,座,座，常,用,用的是,顶,顶吊安,装,装，主,要,要作用,是,是支撑,整,整个机,器,器人，,并,并减少,机,机器人,运,运动过,程,程中的,惯,惯量。,(2)主动臂,主动臂,通,通过驱,动,动电机,与,与基座,直,直接相,连,连，作,用,用是改,变,变末端,执,执行器,的,的空间,位,位置。DELTA机器人,有,有3个相同,的,的并联,主,主动臂,，,，具有3个自由,度,度，可,以,以实现,机,机器人,在,在x、y、z方向的,移,移动。,图3.8DELTA机器人,机,机械臂,的,的基本,构,构成,(3)从动臂,从动臂,又,又称连,杆,杆，是,连,连接主,动,动臂和,动,动平台,的,的机构,，,，常用,的,的连接,方,方式是,球,球铰链。,(4)动平台,动平台,是,是连接,连,连杆和,末,末端执,行,行器的,部,部分，,它,它的作,用,用是支,撑,撑末端,执,执行器,，,，并改,变,变其姿,态,态。如,果,果动平,台,台上未,装,装有绕z轴旋转,的,的驱动,装,装置，,则,则DELTA机器人,有,有3个自由,度,度，如,图,图3.8所示。,如,如果动,平,平台上,装,装有绕z轴旋转,的,的驱动,装,装置，,则,则DELTA机器人,有,有4个自由,度,度，见,表,表3.4。,图3.8DELTA机器人,机,机械臂,的,的基本,构,构成,表3.4DELTA机器人本体轴,2.本体轴,常用的DELTA机器人,具,具有3-4个本体,轴,轴,各厂商,对,对DELTA机器人,的,的本体,轴,轴定义,有,有所不,同,同，见,表,表3.4。,续表3.4DELTA机器人本体轴,