机械手臂的结构设计课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械臂结构,上海世博轴阳光谷焊接施工,机器人焊接阳光谷,11060,个节点,连接世博中国馆、主题馆、世博中心、演艺中心的世博轴今天上午完成了主体结构施工。上海建工机施公司董事长张立新透露，在,6,个形如喇叭、距地,30,米高空的阳光谷的施工中，机施公司动用了机器人，焊接了,11060,个节点。,作为世博轴的最大亮点，,6,个阳光谷尺寸不一、间距不一、形状也不完全一样。阳光谷的基本构建为方形钢管，几根钢管连接于同一点，称为“节点”。机施公司副总工程师陈晓明表示，阳光谷施工中采用的机器人，外形根据施工环境而改变，“编制程序后，给机器人发指令，随后机器人开始做动作。”目前，这一套机器人施工技术，已纳入国家,863,计划。,此前，世博轴顶部的索膜结构也已完工。建设者总共安装了,69,块巨大的白色膜布，面积达,68000,平方米。如此巨大的膜布厚度仅为,1,毫米，但其设计张拉力每米达,5,吨，是当今世界强度最高的膜材。世博轴是一个由商业服务、餐饮、会展服务等多功能组成的大型商业、交通综合体。长度大约为,1000,米，宽约,110,米，跨越,4,条城市道路，联系,5,个街区，连通,3,个轨道交通站。在世博轴设置,6,个阳光谷，考虑的是把阳光和空气引入地下，“降低”建筑密度。此外，世博轴还引入黄浦江水作冷热源，用全生态绿色节能技术营造舒适宜人的室内环境。世博期间，一旦面临降雨，世博轴也能“轻松应对”。机施公司透露，世博轴底部还设置了雨水沟渠，用来收集雨水。除了满足特大暴雨时的蓄洪要求，雨水在经过处理后，还能用于浇灌和世博轴内“小气候”的调节。,一、臂部设计的基本要求,1,承载能力足：,手臂是支承手腕的部件，设计时不仅要考虑抓取物体的,重量或携带工具的重量,，还要考虑运动时的,动载荷,及,转动惯性,。,2,刚度高：,为了防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的,截面形状,要合理选择。,工字型,截面的弯曲刚度一般比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多。,工字钢（,GB706-88,）：,1,、,工字钢的型号,与高度尺寸,h,有关，如：,10,号工字钢即指其高度尺寸为,100mm,。,2,、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。,3,、工字钢的长度按长度系列购买。如：,519m,。,槽钢（,GB707-88,）,1,、,槽钢的型号,与高度尺寸,h,有关，如：,10,号槽钢即指其高度尺为,100mm,。,2,、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。,3,、导向性能好，定位精度高：,为防止手臂在直线运动中，沿运动轴线发生相对转动，应设置,导向装置,。同时要采用一定形式的,缓冲措施,。,4,重量轻、转动惯量小：,为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少整个手臂对回转轴的转动惯量。,5,合理设计与腕部和机身的连接部位：,臂部的安装形式和位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响到机器人的外观。,二、机械臂的运动形式,1,直角坐标型：,臂部由三个相互正交的移动副组成。带动腕部分别沿,X,、,Y,、,Z,三个坐标轴的方向作直线移动。,结构简单,，,运动位置精度高,。但,所占空间较大,，工作范围相对较小。,2,圆柱坐标型：,臂部由一个转动副和两个移动副组成。相对来说，所,占空间较小,，,工作范围较大,，应用较广泛。,3,关节型：,由动力型旋转关节和前、下两臂组成。关节型机器人以臂部各相邻部件的相对角位移为运动坐标。,动作灵活,，,所占空间小,，,工作范围大,，,能在狭窄空间内饶过各种障碍物。,三、典型机械臂结构,1,手臂直线运动机构,常见方式：,行程小时：,采用油缸或汽缸直接驱动；,当行程较大时：,可采用,油缸,或汽缸驱动齿条传动的倍增机构或采用步进电机或伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换为直线运动。,典型结构：,油缸驱动的手臂,伸缩运动,结构,电机驱动的丝杆螺母,直线运动,结构,油缸齿条机构图例：,电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：,2,手臂的回转运动机构,常见方式：,常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连杆传动机构等。,曲柄滑块,机构,：,假设滑块是主动件，当滑块沿一定的导轨移动时，可以推动曲柄做摆动或圆周运动。,典型机构：,液压缸连杆回转,机构,：,齿轮驱动回转,机构,：,平面四杆机构图例：,平面四杆机构,双,曲柄机构,双,摇杆机构,平面四杆机构演变图例：,曲柄滑块机构,双臂机器人手臂结构图例：,1铰接活塞缸,2连杆,3手臂,4支承架,运动特点：,手臂关节的回转运动是通过液压缸-连杆机构实现。控制活塞的行程就控制了手臂摆角的大小。,齿轮驱动回转机构图例：,3,关节型机械臂的结构（1）,存在的运动,型式,：,机身的旋转运动；,肩关节和肘关节的摆动；,腕关节的俯仰和旋转运动；,各运动的协调：,称为,5,轴关节型机器人。,五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：,腰转,肩转,肘转,俯仰,偏转,腰转姿态,五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：,肩关节、肘关节与手腕的协调,3,关节型机械臂的结构（2）,各运动的实现：,腕部的旋转：,电机,M,5,减速器,R,5,链轮副,C,5,锥齿轮副,G,5,旋转运动,n,5,腕部俯仰：,电机,M,4,减速器,R,4,链轮副,C,4,俯仰运动,n,4,肘关节摆动：,电机,M,3,两级同步带传动,B,3,、B,3,减速器,R,3,肘关节摆动,n,3,肩关节的摆动：,电机,M,2,同步带传动,B,2,减速器,R,2,肩关节摆动,n,2,关节型机器人传动,系统图：,腕部旋转局部图例：,电机,M,5,减速器,R,5,链轮 副,C,5,锥齿轮副,G,5,旋转运动,n,5,腕部俯仰局部图例：,电机,M,4,减速器,R,4,链轮副,C,4,俯仰运动,n,4,肘关节局部图例：,电机,M,3,两级同步带传动,B,3,、B,3,减速器,R,3,肘关节摆动,n,3,肩关节局部图例：,电机,M,2,同步带传动,B,2,减速器,R,2,肩关节摆动,n,2,作业：,1,、设计一种机器人小臂相对于大臂的直线运动的运动方案，动力源为电机驱动，用示意图表达。,