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,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,精品,*,机械臂结构,精品,机械臂结构 精品,1,一、臂部设计的基本要求,精品,一、臂部设计的基本要求精品,2,1,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,。,精品,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,3,2,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。,精品,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,4,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。,精品,工字钢(GB706-88):1、工字钢的型号与高度尺寸h有关,5,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。,精品,槽钢(GB707-88)1、槽钢的型号与高度尺寸h有关,如:,6,3,、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,。,精品,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,7,4,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。,精品,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,8,5,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。,精品,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,9,二、机械臂的运动形式,精品,二、机械臂的运动形式精品,10,1,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。,精品,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,11,2,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。,精品,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,12,3,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。,精品,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,13,4,极坐标型:,臂部由两个转动副和一个移动副组成。产生沿手臂轴,X,的直线移动,绕基座轴,Y,的转动和绕关节轴,Z,的摆动。其手臂可作绕,Z,轴的,俯仰运动,,能抓取地面上的物体。,精品,4极坐标型:臂部由两个转动副和一个移动副组成。产生沿手臂,14,三、典型机械臂结构,精品,三、典型机械臂结构精品,15,1,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,精品,1手臂直线运动机构常见方式:精品,16,油缸齿条机构图例:,精品,油缸齿条机构图例:精品,17,油缸驱动的手臂伸缩运动结构图例:,特点:,工作行程长,抓重大,适合于抓举工件形状不规则、有偏转力矩的场合。,精品,油缸驱动的手臂伸缩运动结构图例:特点:精品,18,电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例:,精品,电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例:精品,19,2,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,:,精品,2手臂的回转运动机构 常见方式:精品,20,平面四杆机构图例:,平面四杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,精品,平面四杆机构图例:平面四杆机构双曲柄机构双摇杆机构精品,21,平面四杆机构演变图例:,曲柄滑块机构,精品,平面四杆机构演变图例:曲柄滑块机构精品,22,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。,精品,双臂机器人手臂结构图例:1铰接活塞缸运动特点:精品,23,齿轮驱动回转机构图例:,精品,齿轮驱动回转机构图例:精品,24,3,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。,精品,3关节型机械臂的结构(1)存在的运动型式:精品,25,五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,精品,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,26,五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,精品,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,27,3,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,精品,3关节型机械臂的结构(2)各运动的实现:精品,28,关节型机器人传动,系统图:,精品,关节型机器人传动精品,29,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,精品,腕部旋转局部图例:电机M5减速器R5链轮 副C5锥齿,30,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,精品,腕部俯仰局部图例:电机M4减速器R4链轮副C4俯仰运动,31,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,精品,肩关节局部图例:电机M2同步带传动B2减速器R2肩关节,32,四、机械臂的控制,精品,四、机械臂的控制精品,33,1、伺服系统的分类:,液压伺服系统:,机械臂各关节的运动通常由液压伺服阀控制液压缸实现。,电动伺服系统:,机械臂各关节的运动通常由步进电机或直流电机驱动。,精品,1、伺服系统的分类:液压伺服系统:精品,34,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,精品,肘关节局部图例:电机M3两级同步带传动B3、B3减速器,35,伺服直线液压缸图例:,精品,伺服直线液压缸图例:精品,36,电动伺服控制系统图例:,精品,电动伺服控制系统图例:精品,37,
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