工业机器人技术及应用 课件 项目2.1.5 基座

项目2工业机器人的机械系统《工业机器人技术及应用》2.1工业机器人本体机械结构——2.1.5基座工业机器人的机械系统2.1工业机器人本体机械结构

机器人本体的结构形式机器人本体机械机构驱动装置控制系统感知系统手部（操作器）腕部臂部腰部电驱动装置液压驱动装置气压驱动装置处理器关节伺服控制器内部传感器外部传感器

基座（固定或移动）传动装置2.1.5基座工业机器人主要由三大部分构成：机身(立柱)、臂部(包括手腕)、手部。若是固定式，则固定机座一般与机身为一体；若是移动式，则还需要一个行走机构。机身是连接、支撑手臂及行走机构的部件，用于安装臂部的驱动装置或传动装置。2.1.5基座(1)机身设计

为保证机器人工作过程中的灵活性和准确性，还必须注意以下几点：机身要有足够的刚度、强度和稳定性；运动要灵活，用于实现升降运动的导向套长度不宜过短，以免发生卡死现象；驱动方式要适宜；结构布置要合理。2.1.5基座(1)机身设计机身一般用于实现升降、回转和俯仰等运动，通常有1~3个自由度。机身结构一般由机器人的坐标形式来确定：直角坐标型：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。2.1.5基座(1)机身设计机身一般用于实现升降、回转和俯仰等运动，通常有1~3个自由度。机身结构一般由机器人的坐标形式来确定：圆柱坐标型：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。2.1.5基座8(1)机身设计机身一般用于实现升降、回转和俯仰等运动，通常有1~3个自由度。机身结构一般由机器人的坐标形式来确定：关节坐标型：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。2.1.5基座二、机身典型结构

2.1.5基座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2.1.5基座链轮—液压缸机构图例：问题：要使立柱作大于360°的旋转，对活塞的行程有什么要求？每个液压缸只有一个油口。2.1.5基座直线运动液压缸—摆动

液压缸机构：

构成：主要由直线运动液压缸、摆动液压缸、花键导向轴、机身本体等部分构成。工作原理：升降运动：活塞1下腔进油→活塞推动机身沿花键轴上升活塞1上腔进油→活塞推动机身沿花键轴下降2.1.5基座直线运动液压缸—摆动

液压缸机构：

工作原理：回转运动：摆动液压缸进油→摆动缸动片7摆动→带动摆动缸套5摆动由于花键轴3只起导向作用而不回转，摆动缸定片与花键轴之间通过平键和螺钉固定连接，保证定片的位置确定。2.1.5基座问题：1、摆动液压缸的动片与缸的什么部件相连？机械臂将与摆动液压缸的什么部件相连？2、为什么采用长度较短的花键套导向？3、机身升降运动的行程和回转运动角度取决于什么？4、画出零件2的结构图。2.1.5基座2.1.5基座

俯仰动作一般采用液压(气)缸与连杆机构来实现，液压缸位于手臂下方，活塞杆和手臂用铰链连接。

此外，也有采用无杆活塞缸驱动齿条齿轮或四连杆机构来实现俯仰运动。回转与俯仰式机身2.1.5基座2.1.5基座腰关节

腰关节为回转关节，既承受很大的轴向力、径向力，又承受倾覆力矩，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减速机传动。为方便走线，常采用中空型RV2.1.5基座肩、肘关节

肩、肘关节承受很大扭矩（肩关节同时承受来自平衡装置的弯矩）且应具有较高的运动精度和刚度；多采用高刚性的RV减速机传动。2.1.5基座三、机器人行走机构

2.1.5基座1．行走机构的构成：

机器人行走机构通常由驱动装置、传动装置、位置检测装置、传感器、电缆和管路等构成。2.1.5基座2．行走机构的分类：

按运行轨迹分：分为固定轨迹式和无固定轨迹式两种。固定轨迹式主要用于工业机器人按行走机构的特点分：对于无固定轨迹机器人，可分为轮式、履带式和步行式等。前两者与地面连续接触，后者与地面为间断接触。2.1.5基座3．固定轨道式机器人运动的实现：

机器人机身底座，安装在一个可移动的拖板上，依靠丝杆螺母副的运动将来自电机的旋转运动转化为直线运动。2.1.5基座3．固定轨道式机器人运动的实现：

机器人机身底座，安装在一个可移动的拖板上，依靠丝杆螺母副的运动将来自电机的旋转运动转化为直线运动。2.1.5基座4．车轮式行走机器人：分类：车轮式行走机器人通常有三轮、四轮、六轮之分。它们或有驱动轮和自位轮，或有驱动轮和转向机构，用来转弯。适用范围：最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬楼梯。2.1.5基座图

利用陀螺仪的二轮车

2.1.5基座2.1.5基座三轮行走机器人结构及驱动：构成：三个车轮、转向叉、驱动装置等。驱动方案：电机5驱动轮1：通过V1、V2的不同速度控制小车的移动方向，同时，转向叉3自动地转向正确的方向。此时轮2受到地面的摩擦而滚动。电机6驱动轮2：由电机6驱动，小车的方向由专用电机7驱动转向叉实现。此时轮1自由滚动。缺陷：施加在角落的力容易产生使机器人翻倒，对负载有一定的限制。2.1.5基座

图2.59所示的三组轮是由美国Unimationstanford行走机器人课题研究小组设计研制的。它采用了三组轮子,呈等边三角形分布在机器人的下部。

图

2.59三组轮

2.1.5基座2.1.5基座2.1.5基座图

2.60四轮车的驱动机构和运动

2.1.5基座

图2.62所示为四轮防爆机器人,该轮系由于采用了四组轮子,运动稳定性有很大提高。但是,要保证四组轮子同时和地面接触,必须使用特殊的轮系悬挂系统。它需要四个驱动电机,控制系统也比较复杂,造价也较高。

2.1.5基座5．履带式行走机器人：特点：可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障碍物，能爬梯度不太高的台阶。没有自位轮，依靠左右两个履带的速度差转弯，会产生滑动，转弯阻力大，且不能准确地确定回转半径。2.1.5基座2.1.5基座2.1.5基座救援机器人德国排爆机器人2.1.5基座

6．脚踏行走机器人：

脚踏行走机器人即步行机器人，典型特征是不仅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越沟壑，上下台阶，具有广泛的适应性。主要设计难点是机器人跨步时自动转移重心而保持平衡的问题。2.1.5基座两足步行机器人图例：控制特点：使机器人的重心经常在接地的脚掌上，一边不断取得准静态平衡，一边稳定的步行。结构特点：为了能变换方向和上下台阶，一定要具备多自由度。2.1.5基座图

2.65两足步行式行走机构原理图

2.1.5基座步行式2.1.5基座四足机器人图例（1）：特点：四足机器人在静止状态下是稳定的，具有很高的实用性。四足机器人步行时，一只脚抬起，三只脚支撑自重，这时有必要移动身体，让重心落在三只脚接地点组成的三角形内。2.1.5基座四足机器人图例（2）：2.1.5基座四足机器人图例（3）：2.