转动关节和移动关节PPT课件

1、引言 机器人是运动的，各个部位都需要能源和动力，设计和选择良好的传动部件是非常重要的。这涉及到关节形式的确定、传动方式的选择、传动部件的定位和消隙等多个方面。第1页/共43页一、关节一、关节第2页/共43页1定义： 机器人中联结运动部分的机构称为关节。第3页/共43页2分类： 按照关节的运动方式不同，关节分为转动关节和移动关节。 转动关节实现两个部件之间的相对回旋运动；移动关节实现两个部件之间的相对直线运动。第4页/共43页二、转动关节二、转动关节第5页/共43页1作用： 转动关节既用于联接各运动机构，又传递各机构间的回转运动（或摆动）。 对于机器人而言，主要用于基座与臂部、臂部之间、臂部和手

2、腕等之间的有相对运动要求的联接部件上。第6页/共43页2组成： 回转关节由驱动机构、回转轴和轴承组成。 第7页/共43页3常见结构形式（1）： 驱动机构和回转轴同轴式： 属于直接驱动回转轴，有较高的定位精度。为了减轻重量，要求选择小型减速器并增加臂部的刚性。适用于水平多关节型机器人。 驱动机构与回转轴正交式： 重量大的减速机构安装在基座上，通过臂部内的齿轮、链条来传递运动。适用于要求臂部结构紧凑的场合。第8页/共43页转动关节结构示例（1）：同轴式正交式第9页/共43页3常见结构形式（2）： 外部驱动机构驱动臂部的形式： 适合于传递大扭矩的回转运动，采用的传动机构有滚珠丝杆、液压缸和汽缸。 驱

3、动电机安装在关节内部的形式： 这种方式亦称为直接驱动方式。第10页/共43页转动关节结构示例（2）：直接驱动第11页/共43页外部驱动动作示意图第12页/共43页4机器人用轴承（1）： 薄壁四点接触球轴承： 相当于两套单列角接触球轴承，能够承受双向推力载荷。从截面上看，其内外滚道的轮廓均由两段半径相同的圆弧相交而成，每段圆弧与钢球的接触角都是30。这种轴承除能承受轴向、径向载荷外，还能承受倾覆力矩，特别适合于受力状态复杂而空间位置和质量又受到限制的情况。第13页/共43页角接触球轴承： 单个使用时只能承受一个方向的轴向载荷，同时还能够承受一定的径向载荷。 这种轴承必须在承受轴向载荷的状态下使用

4、，通常成对安装使用。 当面对面或背对背安装时，可以承受径向载荷和双向轴向载荷。 当串联安装时，只能承受很大的单向轴向载荷。第14页/共43页角接触球轴承示例：琐口在外圈琐口在内圈琐口在外圈背靠背琐口在外圈面对面琐口在外圈串联第15页/共43页薄壁四点接触球轴承图例：第16页/共43页4机器人用轴承（2）： 薄壁交叉滚子轴承： 这种轴承相当于由两套推力圆锥滚子轴承组合而成，滚子呈交叉垂直排列，内圈有两个相互垂直的滚道，外圈为双半外圈。能够承受轴向、径向和力矩联合载荷，并具有更高的刚度。第17页/共43页圆锥滚子轴承： 圆锥滚子轴承必须在承受轴向载荷的状态下使用，可以采用面对面或背对背的方式成对使

5、用。 有较大的径向和轴向承载能力。第18页/共43页圆锥滚子轴承图例：基本型面对面安装背对背安装第19页/共43页薄壁交叉滚子轴承图例：第20页/共43页三、移动关节三、移动关节第21页/共43页1构成： 移动关节由直线运动机构和在整个运动范围内起直线导向作用的直线导轨部分组成。 第22页/共43页2对导轨的要求：导轨副之间间隙小且可调，并能消除间隙。 在垂直方向上具有足够的刚度。摩擦系数小且不随速度变化等。第23页/共43页3导轨副常见形式： 滑动导轨 滚动导轨 静压导轨 磁性悬浮导轨 由于机器人在速度和精度方面要求高，一般采用结构紧凑且价格低廉的滚动导轨。第24页/共43页直线导轨种类示例

6、：滑动导轨滚动导轨静压导轨磁悬浮导轨第25页/共43页4机器人用典型滚动导轨结构简介： 直线运动球轴承： 由外圈、保持架和在外圈和轴之间的几列钢球组成。外圈相对轴作往复直线运动，而钢球借助保持架通道引导循环，在外滚道中往复滚动。 直线滚动导轨： 由导轨体、滑块、滚珠、保持器和端盖组成。导轨固定在不运动的部件上，滑块固定在运动部件上。 第26页/共43页直线运动球轴承图例（1）：第27页/共43页直线运动球轴承图例（2）：第28页/共43页直线滚动导轨示例：第29页/共43页四、传动件的定位四、传动件的定位第30页/共43页1电气开关定位： 定位原理： 电气开关定位是利用电气开关（有触点或无触点

7、）作行程检测元件，当机械手运行到定位点时，行程开关发出信号，切断动力源或接通制动器，从而使机械手获得定位。 分类： 液压驱动机械手需定位时： 机械手运行至定位点，行程开关发出信号，电磁换向阀关闭油路实现定位。 电机驱动机械手需定位时： 机械手运行至定位点，行程开关发出信号，电气系统激励电磁制动器进行制动而定位。第31页/共43页2机械挡块定位： 是在行程终点设置机械挡块，当机械手减速运动至终点时，紧靠挡块而定位。 第32页/共43页插销定位结构示例：第33页/共43页3伺服定位系统： 前面两种定位方法只适用于两点或多点定位，而在任意点定位时，要使用伺服定位系统。它可以根据输入指令的变化控制位移，获得良好的运动特性。不仅适用于点位控制，也适合于连续轨迹控制。 第34页/共43页五、传动件的消隙五、传动件的消隙第35页/共43页1、需要消隙的理由 传动机构存在的间隙，称为侧隙。 传动间隙的存在，影响着机器人的重复定位精度和平稳性；对机器人控制系统而言，传动间隙导致显著的非线性变化、振动和不稳定性。第36页/共43页2、产生间隙的原因： 由于制造和装配误差所产生的间隙； 为适应热膨胀而特意留出的间隙。第37页/共43页3、消隙的措施： 提高制造和装配精度； 设计