第二讲：机器人的结构

机器人技术浙江大学研究生培养课程主讲：刘昊副教授电话：87951314-2127

地址:液压楼气动127房间

Email:hliu2000@机器人的概念第一讲

2/24/2024讲座内容

机器人的定义机器人的特征机器人的发展历史及现状机器人的分类

机器人的关键技术（自选题讲座）机器人的结构第二讲

2/24/2024

讲座内容

机器人的基本构成传动部件行走机构机身手臂手和手腕

机器人的基本构成机身--骨架控制器--大脑传感器--眼鼻耳信息通道(总线)--神经驱动器--肌肉执行器--手脚机器人的基本构成结构类型：直角坐标机器人圆柱坐标机器人极坐标机器人关节机器人SCARA机器人移动机器人机器人的基本构成直角坐标机器人手部位置

P=f(x,y,z)优点：1.结构简单直观刚度高；

2.关节运动独立，无耦合；缺点：1.占地面积大，动作范围小；

2.导轨面防护较困难，移动部件惯量较大，灵活性较差传感器精度要求高；机器人的基本构成圆柱坐标机器人手部位置

P=f(θ,z,r)优点：1.结构简单；

2.空间定位直观。缺点：1.导轨面防护较困难。机器人的基本构成球(极)坐标机器人手部位置

P=f(θ,φ,r

)优点：1.占地面积小；

2.工作空间大。缺点：1.导轨面防护困难机器人的基本构成关节机器人手部位置

P=f(φ1,φ2,φ3)优点：1.动作灵活，工作空间大；

2.结构紧凑，干涉最小；

3.运动部件容易密封防尘。缺点：1.运动学复杂，反解困难；

2.末端件位姿不直观；

3.控制计算量大。机器人的基本构成SCARA机器人手部位置

P=f(φ1,φ2,z)优点：1.结构轻便；

2.响应快(可至10m/s)；

3.运动部件容易密封防尘。缺点：1.工作范围有限；

2.导轨面防护较困难。机器人的基本构成移动机器人机器人的基本构成技术指标：自由度和关节数运动作业范围定位和重复定位精度最大速度负载能力驱动方式控制方式机器人手臂末端的最大速度。机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。机器人的传动部分机器人关节驱动形式直接驱动驱动电机直接与关节连接，无速度和转矩的转换。优点：1.传动精度高；2.刚度好；3.损耗小；4.结构紧凑可靠；5.相应快，控制性能好。缺点：1.载荷变化对驱动和控制影响大；2.传感器精度要求高；3.电机成本高；4.增加了手臂的总质量，并对下一关机产生干扰，使负载能力和效率降低。间接驱动驱动器使用减速器和间接传动机构与关节连接。机器人的传动部分机器人关节直接驱动机器人的传动部分机器人关节传动形式钢丝绳连杆机构齿轮传动谐波传动蜗轮蜗杆、丝杠传动链轮传动钢带传动机器人的传动部分钢丝绳传动钢丝绳—软管钢丝绳—滑轮机器人的传动部分平行四边形连杆机构机器人的传动部分谐波传动机器人的传动部分二次谐波传动三次谐波传动机器人的传动部分钢带传动机器人的行走机构机器人的行走方式轮式履带式脚式其它方式（蠕动、游泳）机器人的行走机构轮式一：摇动摆线移动机构机器人的行走机构轮式二：带转向机构的驱动轮机器人的行走机构轮式三：转臂式阶梯升降机构机器人的行走机构履带式机器人的行走机构脚式两足式四足式六足式机器人的机身机身的基本结构形式回转与升降机身回转与俯仰机身机器人的机身回转与升降机身机器人的机身回转与俯仰机身机器人的手臂手臂多为直线驱动的连杆机构机器人的手碗手腕的三种运动形式偏转Yaw俯仰Pitch回转Roll机器人的手碗单回转缸驱动手腕机器人的手手的结构指钳式吸盘式机器人的手指钳式一机器人的手指钳式二回转式驱动平移式驱动机器人的手吸盘式（磁力吸盘、空气负压吸盘）喷气式吸盘挤气式吸盘结束第二讲完！机器人的基本构成自由度—独立坐标轴运动的个数关节数—由转动副和移动副实现运动连接部件数冗余自由度—完成某特定作业时具有的多余自由度自由度和关节数：机器人的基本构成自由度的计算公式F=6(l-n-1)+

fiF—系统自由度l—连杆数，包括基座n—关节的个数fi—第i个关节的自由度机器人的基本构成例：液压多自由度平台自由度的计算F=6(l-n-1)+

fi=6×(14-18-1)+6×2+6×3+6×1=6机器人的基本构成机械手的作业范围(工作区域)手臂末端或手腕中心所能达到的所有点的集合。机器人的基本构成定位精度和重复定位精度定位精度：手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度：手部重复定位于同一目标位置的能力（统计量）。机器人的基本构成打靶例一定位精度一般，重复定位精度很差。机器人的基本构成打靶例二定位精度很差，重复定位精度良好。机器人的基本构成打靶例三定位精度很好，重复定位精度很好。机器人的分类按用途：工业机器人农业机器人水下机器人军用机器人娱乐机器人医用机器人按负载能力：巨型机器人>1000Kg

大型机器人100～1000Kg中型机器人10～100Kg小型机器人0.1～10Kg微型机器人<0.1Kg按结构：直角坐标机器人圆柱坐标机器人极坐标机器人关节机器人SCARA机器人移动机器人机器人的基本构成机械手的驱动方式(关节驱动器)1.电气传动2.液压传动3.气压传动无污染、容易进行处理和控制所需要的信息，使用广泛。传递函数简单，线性度好，所需的功率转换环节少，节能效果较好。但是不易对高速、大功率的场合进行控制。结构紧凑、体积小、惯性小，动态响应快，工作平稳、冲击和噪声小，特别适合于频繁换向的往复运动或需要高速、大功率的场合。缺点在于它有污染，而且它的结构较复杂，一般阶次较高，并且有着本质的非线性，维护成本较高。