机器人机身及行走机构

引言：机器人机械结构由三大部分构成：机身、手臂（含手腕）、手部。其中机身又称立柱，是支承臂部的部件。同时，大多数工业机器人必须有一个便于安装的基础部件，这就是机器人的基座，基座往往与机身做成一体。有些机器人需要行走，机身下面还会安装有行走机构。一、机身的自由度和运动

1．机身的自由度：

机身往往具有升降、回转及俯仰三个自由度。

2．机身的运动：

由上面三个自由度可以组合成机身五种运动形式。分别是：回转运动；升降运动；回转—升降运动；回转—俯仰运动；回转—升降运动—俯仰运动。3．各种坐标类型机身运动方案设计（1）：

圆柱坐标式机器人：这种类型的机器人主体结构通常具有三个自由度：一个回转运动（腰转）及两个直线移动（升降运动及手臂伸缩运动）。腰转运动及升降运动通常由机身来实现。3．各种坐标类型机身运动方案设计（2）：

球面坐标式机器人：这种类型的机器人主体结构通常具有三个自由度：绕垂直轴线的回转运动（回转运动）、绕水平轴线的回转运动（俯仰运动）及手臂的伸缩运动。通常把回转及俯仰运动归属于机身。3．各种坐标类型机身运动方案设计（3）：

关节坐标式机器人：这种类型的机器人主体结构的三个自由度均为回转运动，构成机器人的回转运动、俯仰运动和偏转运动。通常仅把回转运动归结为机身。3．各种坐标类型机身运动方案设计（4）：

直角坐标式机器人：这种类型的机器人主体结构具有三个自由度且都是直线运动。通常把升降运动或水平移动的自由度归为机身部分。二、机身典型结构

1．回转与升降运动机身(1)：

链轮—液压缸机构：

构成：主要由链轮机构、液压缸机构、机身本体部分构成。且升降机构位于转动机构的上方。工作原理：回转运动：通过液压缸活塞的移动→带动链条的移动→链轮的转动→机身的转动升降运动：活塞的上下移动→带动机身的上下升降链轮——液压压缸机机构图图例：：问题：：要使立立柱作作大于于360°°的旋旋转，，对活活塞的的行程程有什什么要要求？？每个液液压缸缸只有有一个个油口口。1．回转转与升升降机机身(2)：直线运运动液液压缸缸—摆摆动液液压缸缸机构：构成：：主要由由直线线运动动液压压缸、、摆动动液压压缸、、花键键导向向轴、、机身身本体体等部部分构构成。。工作原原理：：回转运运动：：摆动液液压缸缸进油油→摆摆动缸缸动片片7摆摆动→→带动动摆动动缸套套5摆摆动由于花花键轴轴3只只起导导向作作用而而不回回转，，摆动动缸定定片与与花键键轴之之间通通过平平键和和螺钉钉固定定连接接，保保证定定片的的位置置确定定。升降运运动：：活塞1下腔腔进油油→活活塞推推动机机身沿沿花键键轴上上升活塞1上腔腔进油油→活活塞推推动机机身沿沿花键键轴下下降直线运运动液液压缸缸—摆摆动液液压缸缸机构构图例例：问题：：1、摆摆动液液压缸缸的动动片与与缸的的什么么部件件相连连？机机械臂臂将与与摆动动液压压缸的的什么么部件件相连连？2、为为什么么采用用长度度较短短的花花键套套导向向？3、机身身升降降运动动的行行程和和回转转运动动角度度取决决于什什么？？4、画出出零件件2的结构构图。。油口油口花键轴轴与花花键孔孔：1．回转转与升升降机机身(3)：齿条活活塞缸缸—升升降缸缸机构：构成：：主要由由升降降缸体体、齿齿条缸缸、齿齿轮套套筒、、固定定立柱柱和升升降回回转台台等部部分构构成。。工作原原理：：回转运运动：：齿条缸缸的齿齿条活活塞杆杆直线线运动动→齿齿轮套套筒6回转转运动动→齿齿轮套套筒6和和升降降缸体体2及及升降降回转转台1固联联→升升降回回转台台1回回转转升降运运动：：升降缸缸体2、齿齿轮套套筒6、回回转台台1整整个一一起升升降运运动齿条活活塞缸缸—升升降缸缸机构构图例例：2．回转转与俯俯仰机机身：：机器人人手臂臂的俯俯仰运运动，，一般采采用活活塞缸缸与连连杆机机构实实现。手臂臂俯仰仰运动动用的的活塞塞缸位位于手手臂的的下方方，其其活塞塞杆和和手臂臂用铰铰链连连接好好，缸缸体采采用尾尾部耳耳环或或中部部销轴轴等方方法与与立柱柱连接接。回转与与俯仰仰机身身图例例：三、机机器人人行走走机构构1．行走走机构构的构构成：：机器人人行走走机构构通常常由驱动装装置、传动装装置、位置检检测装装置、传感器器、电缆和和管路路等构成成。2．行走走机构构的分分类：：按运行行轨迹迹分：：分为固定轨轨迹式式和无固定定轨迹迹式两种。。固定定轨迹迹式主主要用用于工工业机机器人人按行走走机构构的特特点分分：对于无无固定定轨迹迹机器器人，，可分分为轮式、履带式式和步行式式等。前前两者者与地地面连连续接接触，，后者者与地地面为为间断断接触触。3．固定定轨道道式机机器人人运动动的实实现：：机器人人机身身底座座，安安装在在一个个可移移动的的拖板板上，，依靠靠丝杆螺螺母副副的运运动将来自自电机机的旋旋转运运动转转化为为直线线运动动。4．车轮轮式行行走机机器人人：分类：：车轮式式行走走机器器人通通常有有三轮轮、四四轮、、六轮轮之分分。它它们或或有驱驱动轮轮和自自位轮轮，或或有驱驱动轮轮和转转向机机构，，用来来转弯弯。适用范范围：：最适合合平地地行走走，不不能跨跨越高高度，，不能能爬楼楼梯。。三轮行行走机机器人人图例例：三轮行行走机机器人人结构构及驱驱动：：构成：：三个车车轮、、转向向叉、、驱动动装置置等。。驱动方方案：电机5驱动轮轮1：通过V1、V2的不同同速度度控制制小车车的移移动方方向，，同时时，转转向叉叉3自动地地转向向正确确的方方向。。此时时轮2受到地地面的的摩擦擦而滚滚动。。电机6驱动轮轮2：由电机机6驱动，，小车车的方方向由由专用用电机机7驱动转转向叉叉实现现。此此时轮轮1自由滚滚动。。缺陷：：施加在在角落落的力力容易易产生生使机机器人人翻倒倒，对对负载载有一一定的的限制制。四轮行行走机机器人人：5．履带带式行行走机机器人人：特点：：可以在在有些些凸凹凹的地地面上上行走走，可可以跨跨越障障碍物物，能能爬梯梯度不不太高高的台台阶。。没有自自位轮轮，依靠左左右两两个履履带的的速度度差转转弯，会产产生滑滑动，，转弯弯阻力力大，，且不不能准准确地地确定定回转转半径径。履带式式行走走机器器人图图例（（1）：履带式式行走走机器器人图图例（（2）：6．脚踏踏行走走机器器人：：脚踏行行走机机器人人即步步行机机器人人，典典型特特征是是不仅仅能在在平地地上，，而且且能在在凹凸凸不平平的地地上步步行，，能跨跨越沟沟壑，，上下下台阶阶，具具有广广泛的的适应应性。。主要要设计难难点是是机器器人跨跨步时时自动动转移移重心心而保保持平平衡的的问题题。两足步步行机机器人人图例例：控制特特点：：使机器器人的的重心心经常常在接接地的的脚掌掌上，一边边不断断取得得准静静态平平衡，，一边边稳定定的步步行。。结构特特点：：为了能能变换换方向向和上上下台台阶，，一定定要具具备多多自由由度。。两足步步行机机器人人图例例：主要构构成：：1—框架2—大腿3—小腿4—脚5—肩6—肘7—手8—液压缸缸四足机机器人人图例例（1）：：特点：：四足机机器人人在静静止状状态下下是稳稳定的的，具具有很很高的的实用用性。。四足机机器人人步行行时，，一只只脚抬抬起，，三只只脚支支撑自自重，，这时时有必必要移移动身身体，，让重重心落落在三三只脚脚接地地点组组成的的三角角形内内。