十三章机器人机构及其设计读书报告

1、第13章 机器人机构及其设计读书报告学院：机电工程学院班级：14机械1班姓名：王云飞学号：20140460313目录13-1概述313-2机器人的分类313-3机器人的组成413-4机器人的设计613-5个人感悟813-1 概述国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”它能为人类带来许多方便之处！机器人是近50年来发展起来的一种高科技自动化设备。他的特点是可通过

2、编程完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其是体现了人的智能和适应性，机器作业的准确性和快速性，以及在各种环境中完成作业的能力。因而在国民经济各个领域中具有广阔的应用前景。13-2机器人的分类诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、

3、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和中国的分类是一致的。空中机器人又叫无人机器，在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。80多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的，无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看，美国均居世界之首位。家务型能帮助人们打理生活，做简单的家务活。操作型能自动控制，可重复编程，多功能

4、，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。程控型预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。数控型不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。搜救类在大型灾难后，能进入人进入不了的废墟中，用红外线扫描废墟中的景象，把信息传送给在外面的搜救人员。示教再现型通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。感觉控制型利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型能适应环境的变化，控制其自身的行动。学习控制型能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。智能以人工智能决定其行动的机器人。13

5、-3机器人的组成部分机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。1、执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。2、驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。

6、机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。3、检测装置是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发

7、展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。4、控制系统一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。13-4机器人的设计1、作

8、业分析 作业分析包括任务分析和环境分析，不同的作业任务和环境对机器人操作及的方案设计有着决定性的影响。2、总体方案设计 （1）确定动力源 （2）确定构型和安装方式 （3）确定自由度 （4）确定动力容量和传动方式 （5）优化运动参数和结构参数 （6）确定平衡方式和平衡量 （7）绘制机构运动简图 3、结构设计 包括机器人驱动系统、传动系统的配置及其结构设计，关节及杆件的结构设计，平衡机构的设计，走线及电器接口设计等。4、动特性分析 估算惯性参数，建立系统动力学模型进行仿真、分析，确定其结构固有频率和响应特性。5、施工设计 完成施工图设计，编制相关技术文件。例如：工业机器人关节的构造及其传动配置关节

9、是操作机各杆件间的结合部分，通常为转动和移动两种类型。工业机器人前三关节通常称作腰关节、肩关节和肘关节，它们决定了操作机的位置。后面关节决定了操作机的姿态，称作腕部关节。1、腰关节 腰关节为回转关节，既承受很大的轴向力、径向力，又承受倾翻力矩，且应具有较高的运动精度和刚度。腰关节多采用高刚性的RV减速器传动，也可采用谐波传动、摆线针轮或蜗杆传动。其转动副多采用薄壁轴承或四点接触轴承，有的还设计有调隙机构。对于液压驱动关节，多采用回转缸+齿轮传动机构。2、肩关节和肘关节 对于开式连杆结构，肩关节（大臂关节）位于腰部的支座上，多采用RV减速器传动、谐波传动或摆线针轮传动；也可采用滚动螺旋组合连杆机

10、构或直接应用齿轮机构。 肘关节（小臂关节）位于大臂与小臂的联接处，多采用谐波传动、摆线针轮或齿轮传动等。3、手腕关节1、单自由度手腕 SCARA水平关节装配机器人的手腕只有绕垂直轴的一个旋转自由度，用于调整装配件的方位。 传动为两级等径轮齿形带，所以大、小臂的转动不影响末端执行器的水平方位，而该方位的调整完全取决于腕转动的驱动电机。 13-5个人感悟 在这段时间，我在业余时间经常看些普及型的杂志图书，在书中遇到一些小方案也经常自己动手实践一下。比如我喜欢看办了几十年的无线电杂志、还有电子世界、电子制作等等，毫不夸张地说，这些杂志很经典。看这些杂志的目的很简单，那就是培养兴趣。美国教育心理学家华尔特科勒斯涅克说过：“兴趣可以看成既是学习的原因，又是学习的结果。正像兴趣是过去学习的产物一样，兴趣也是今后学习的手段。”心理学研究也表明：一个人做他感兴趣的事，可以发挥智力潜能的80以上；而做不感兴趣的事情，则只能发挥智力潜能的20左右。我国古代著名的思想家、教育家孔子早在两千多年前就认识到了兴趣在学习中的作用。他在论语中提出：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”孔子把学习划分为三个层次：