智能机械与机器人全套课件

智能机械与机器人绪论机器人机械基础项目1机器人的机械结构项目2绪论0.1智能机械与机器人的概念0.2机器人技术的发展0.3机器人的分类0.1智能机械与机器人的概念案例引入你以为的机器人vs实际上的机器人观看视频，思考：什么是机器人呢？机器人是如何演变的呢？机器人又有什么作用呢？0.1智能机械与机器人的概念>>0.1.1智能机械的概念定义人工智能技术应用于机械工程领域的成果。具有一定自动化和智能化功能的机械设备，如数控机床、机器人、无人驾驶汽车等。作用应用产品制造农业生产建筑施工医疗服务国防军事等领域。感知环境。自主分析和决策。自动执行工作任务。理论基础与特点集机械理论、控制理论、电子技术、计算机技术、信息技术等为一体，具有识别、理解、判断和执行复杂工作任务的能力。0.1智能机械与机器人的概念>>0.1.2机器人的概念01可进行运动、操纵或定位。可完成搬运、装配、喷涂、包装、码垛、打磨等多种工作任务。多功能性02具有自主工作能力。基于当前自身内部状态和环境信息，不依赖人的干预来执行预定的工作任务。自主性03可通过编程来指定工作任务满足不同工作任务的需求，适应工作条件的变化。可编程性国际标准化组织——机器人是指能进行运动、操纵或定位，具有一定程度自主工作能力的可编程执行机构。机器人的基本特性:0.2机器人技术的发展0.2机器人技术的发展>>0.2.1早期阶段典型机械设备：机座固定、关节数量有限的机械臂。应用：工业领域自动化生产。模式：采用液压和气动驱动装置，通过人工引导或简单编程实现对重复动作的控制，代替简单重复性工作。特点：功能单一，结构简单，工作精度较低。意义：为机器人技术发展奠定重要基础，开创自动化生产的新时代。早期阶段20世纪60—70年代机器人技术的发展经历了早期阶段、成长阶段和智能化阶段，其应用逐步扩展到其他领域。0.2机器人技术的发展>>0.2.2成长阶段典型机械设备：高性能电机技术、微处理器、六轴关节结构、传感器技术等。应用：扩展到轻工业领域。模式：机器人动作实现从简单重复到灵活可控的跨越，为现代制造业的自动化转型奠定坚实基础。特点：提高工作精度和操作稳定性、提高适应复杂工作任务的能力，初步具备环境感知能力。成长阶段20世纪80—90年代机器人技术的发展经历了早期阶段、成长阶段和智能化阶段，其应用逐步扩展到其他领域。0.2机器人技术的发展>>0.2.3智能化阶段此阶段：具备更强的感知、学习和自主工作能力。多传感器融合技术→对环境的全方位感知。机器学习技术→实现机器人对复杂环境的识别预测与持续自我优化，具备自主学习与决策能力。云端协同技术→扩展应用范围，提高工作效率。导航和定位技术→精确定位路径规划，提升机器人工作效率和准确性。特点：智能化、自主化、服务化。智能化阶段21世纪以来机器人技术的发展经历了早期阶段、成长阶段和智能化阶段，其应用逐步扩展到其他领域。0.3机器人的分类0.3机器人的分类>>0.3.1按应用领域分类含义：指可自动控制和重复编程的多功能执行机构作品。能在3个或3个以上的轴上进行编程并固定在特定的工作位置，执行重复性高、精度要求严格的工作任务，如焊接、装配等；也能通过移动平台在不同的工作位置移动，执行物料搬运、环境监测等工作任务。应用领域：工业领域的自动化生产。分类：搬运作业/上下料机器人、焊接机器人、喷涂机器人、加工机器人、装配机器人等。焊接机器人装配机器人轴是指用于定义机器人直线运动方向或旋转运动方向的假想直线。点拨机器人工业机器人公共服务机器人家用机器人特种机器人0.3机器人的分类>>0.3.1按应用领域分类含义：应用于家庭或类似环境中，为用户提供生活服务的机器人。人工智能技术的成熟使家用机器人的应用范围不断拓展。分类：家政机器人、教育娱乐机器人、养老助残机器人、安防监控机器人、个人运输机器人等。家政机器人教育娱乐机器人机器人工业机器人公共服务机器人家用机器人特种机器人0.3机器人的分类>>0.3.1按应用领域分类机器人工业机器人公共服务机器人家用机器人特种机器人含义：指在酒店、车站、机场、银行、游乐场等公共场所为人提供一般服务的商用机器人。分类：餐饮机器人、讲解导引机器人、多媒体机器人、公共游乐机器人、公共代步机器人等。餐饮机器人讲解导引机器人0.3机器人的分类>>0.3.1按应用领域分类机器人工业机器人公共服务机器人家用机器人特种机器人含义：指应用于专业领域，一般由专业工作人员操作或使用，用于辅助和代替人执行工作任务的机器人。分类：农业机器人、电力机器人、建筑机器人、物流机器人、医用机器人、安防机器人等。建筑机器人安防机器人0.3机器人的分类>>0.3.1按应用领域分类知识拓展建筑机器人是建筑行业中用于工程施工、装饰、修缮、检测等环节的机器人，与工业机器人相比，具有以下特点：​（1）需具备较大承载能力与工作空间。施工中需操作幕墙玻璃、混凝土砌块等构件，该需求可通过自身结构实现，或与起重机等吊装设备协同完成。​（2）在非结构化工作环境中，需较高智能化水平与环境适应能力。需具备复杂环境导航、脚手架/深沟移动避障能力，且能在高温、雨雪、扬尘等环境下保持一定工作精度。​（3）因施工过程复杂多变，无法像工业机器人那样通过一次现场编程实现重复作业，需与高度智能化的施工现场建立实时连接与反馈，以适配不同施工环境。​0.3机器人的分类>>0.3.2按运动方式分类机器人轮式机器人履带式机器人腿式机器人蠕动式机器人含义：利用轮子来实现移动的机器人。分类：双轮驱动机器人、三轮驱动机器人、全方位驱动机器人等。浮游式机器人潜游式机器人飞行式机器人轮式机器人含义：利用履带来实现移动的机器人。分类：单节履带机器人、双节履带机器人、多节履带机器人等。0.3机器人的分类>>0.3.2按运动方式分类机器人轮式机器人履带式机器人腿式机器人蠕动式机器人含义：利用一条或更多条腿来实现移动的机器人。分类：双足机器人、三足机器人、四足机器人等。浮游式机器人潜游式机器人飞行式机器人履带式机器人含义：利用推进装置来实现在水面上移动的机器人。分类：螺旋桨浮游机器人、平旋推进浮游机器人、喷水浮游机器人、喷气浮游机器人等。0.3机器人的分类>>0.3.2按运动方式分类机器人轮式机器人履带式机器人腿式机器人蠕动式机器人含义：利用蠕动装置来实现移动的机器人。分类：上下蠕动机器人、左右蠕动机器人等。浮游式机器人潜游式机器人飞行式机器人含义：利用飞行装置来实现飞行移动的机器人。分类：直升飞行机器人、滑行飞行机器

人、手抛飞行机器人等。0.3机器人的分类>>0.3.2按运动方式分类机器人轮式机器人履带式机器人腿式机器人蠕动式机器人含义：利用下潜和潜游装置来实现在水中

下潜游动的机器人。分类：拖曳潜游机器人、自主潜游机器人等。浮游式机器人潜游式机器人飞行式机器人0.3机器人的分类>>0.3.3按机械结构分类机器人直角坐标机器人含义：具有3个或更多个旋转关节，可在三维空间内实现复杂运动的机器人。分类：四轴关节机器人、五轴关节机器人、六轴关节机器人等。使用场合：需要在空间变换位置和角度的物料搬运、焊接、喷涂、装配等工作场合。并联机器人平面关节机器人垂直关节机器人垂直关节机器人0.3机器人的分类>>0.3.3按机械结构分类机器人直角坐标机器人含义：又称SCARA机器人，是指具有2个相互平行的旋转关节，可在所选平面内进行柔顺运动的机器人。分类：单臂SCARA机器人、双臂SCARA机器人等。使用场合：需要在平面内进行的高精度、高速度装配、点胶、检测等工作场合。并联机器人平面关节机器人垂直关节机器人平面关节机器人0.3机器人的分类>>0.3.3按机械结构分类机器人直角坐标机器人含义：手臂具有3个棱柱关节，轴按直角坐标配置的机器人。分类：三自由度机器人、四自由度机器人、五自由度机器人等。使用场合：各种自动化生产线中的物料搬运、包装、码垛等工作场合。并联机器人平面关节机器人垂直关节机器人直角坐标机器人0.3机器人的分类>>0.3.3按机械结构分类机器人直角坐标机器人含义：手臂含有组成闭环机构的构件的机器人。分类：平面并联机器人、球面并联机器人、空间并联机器人等。使用场合：需要具有较大刚度或较大承载能力，而工作空间有限的高精度工作场合。并联机器人平面关节机器人垂直关节机器人并联机器人0.3机器人的分类工业机器人推动制造业升级，医疗机器人突破生命救治的极限，搜救机器人深入人类无法抵达的灾难现场……随着科技的发展，机器人正以多种形式融入社会的各个领域，这深刻改变了人类的生活。请同学们想一想：面对这场深刻的技术变革，我们应怎样培养自主创新思维和奋斗精神？德智同行项目总结完成本项目的学习与实践后，总结应掌握的知识点。谢谢大家！智能机械与机器人绪论机器人机械基础项目1机器人的机械结构项目2机器人机械基础1.1机器与机构的基本知识1.2机器人常用的工程材料1.3机器人的机械连接方式1.4机器人的机械传动方式

知识目标掌握机器与机构的基本知识。了解机器人常用的工程材料。掌握螺纹连接的基本知识。了解铆接、焊接和过盈配合连接的基本知识。掌握齿轮传动的基本知识。了解带传动、链传动和滚珠丝杠传动的基本知识。

能力目标能够分析机器人的机械连接方式。能够分析机器人的机械传动方式。知识目标能力目标素养目标素养目标树立技能成才、技能报国的职业理想。弘扬勇于探索、敢为人先的创新精神。1.1机器与机构的基本知识案例引入从自行车到复杂机器人生活中常见的自行车有车架、车轮、车把、脚踏板这些部件，这些部件按照一定的方式组合在一起，可以通过人蹬脚踏板带动车轮转动，实现能量传递和运动转换。并且不同部位的材质并不相同，各个部件的链接方式也不尽相同。那么想想一下，复杂的机器人的构造与材质是否与自行车有相似之处呢？？？1.1机器与机构的基本知识>>1.1.1机器的基本知识机器是指由若干装配单元组成的可执行机械运动的装置。含义​用于完成所赋予的功能，以代替或减轻人的体力和脑力劳动。比如：转换或传递能量、变换与传递运动和力、传递物料和信息。动画动态效果的成因​属于人为的实物组合；​各运动实物之间具有确定的相对运动；能利用机械能做功或进行能量转换，从而代替或减轻人类的劳动。共同特征1.1机器与机构的基本知识>>1.1.1机器的基本知识机器的组成整台机器的动力源。用于将其他形式的能量转换为机械能。机器常用动力源还有内燃机等。用于变换、传递运动和用于直接完成机器的预定工作任务。运动形式有直线运动、旋转运动和间歇运动等。卷扬机的5个组成部分1.1机器与机构的基本知识>>1.1.1机器的基本知识机器的组成用于控制机器动力部分、执行部分和传动部分协同工作，使机器完成预定动作或功能。电控箱控制卷扬机对物料进行提升和下放。通常包括基础件、支承件等。用于安装和支承机器的其他组成部分。卷扬机的5个组成部分1.1机器与机构的基本知识>>1.1.1机器的基本知识机器的组成卷扬机的5个组成部分连接动力部分和执行部分之间。用于变换、传递运动和动力。可改变动力部分的运动形式或力（转矩）的大小，从而满足执行部分的各种工作要求。1.1机器与机构的基本知识>>1.1.1机器的基本知识机器分类——用途不同机器用途：实现其他能量与机械能之间的转换。示例：电动机内燃机动力机器运输机器加工机器信息机器1.1机器与机构的基本知识>>1.1.1机器的基本知识机器分类——用途不同传统动画用途：用于改变加工对象的形状、尺寸、性质和状态。示例：车床钻床动力机器运输机器加工机器信息机器1.1机器与机构的基本知识>>1.1.1机器的基本知识机器分类——用途不同机器用途：用于运输人员或物料。示例：客车叉车动力机器运输机器加工机器信息机器1.1机器与机构的基本知识>>1.1.1机器的基本知识机器分类——用途不同机器用途：用于获取、转换和传递信息。示例：传真机手机动力机器运输机器加工机器信息机器1.1机器与机构的基本知识>>1.1.1机器的基本知识需要指出的是，由于现代机器的功能越来越丰富，因此机器的分类逐渐变得复杂。例如，对于工业机器人，当它用于焊接和装配时，它属于加工机器；当它用于运输物品时，它属于运输机器。点拨含义：指组成机器的不可分拆的单个制件。机器的基本单元。1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识零件含义：机器中独立的运动单元体。构成：单个零件或多个零件通过刚性连接构成。机构的基本组成部分之一。配件内燃机的曲柄连杆机构内燃机连杆的零件含义：在机构组成过程中，为实现构件间的相对运动，由两个构件直接接触所构成的、且能允许两构件之间进行某些相对运动的可动连接。机构的基本组成部分之一。1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识运动副运动副高副低副按构成运动副的两构件之间接触情况的不同两构件通过单一点或线接触构成的运动副两构件通过面接触构成的运动副。含义：在机构组成过程中，为实现构件间的相对运动，由两个构件直接接触所构成的、且能允许两构件之间进行某些相对运动的可动连接。机构的基本组成部分之一。1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识运动副运动副高副低副按构成运动副的两构件之间接触情况的不同两构件通过单一点或线接触构成的运动副两构件通过面接触构成的运动副。1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识转动副移动副螺旋副圆柱副球面副代号：R定义：两构件只能绕某一轴线做相对转动的运动副，又称铰链。示例：按构成运动副的两构件之间相对运动的不同，运动副还可分为：1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识转动副移动副螺旋副圆柱副球面副代号：P定义：两构件只能做相对直线移动的运动副。示例：按构成运动副的两构件之间相对运动的不同，运动副还可分为：1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识移动副螺旋副圆柱副球面副代号：H定义：两构件只能做相对直线移动的运动副。示例：按构成运动副的两构件之间相对运动的不同，运动副还可分为：转动副1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识移动副螺旋副圆柱副球面副代号：C定义：两构件既能绕某一轴线做相对转动，又能沿该轴线做独立的相对移动的运动副。示例：按构成运动副的两构件之间相对运动的不同，运动副还可分为：转动副1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识移动副螺旋副圆柱副球面副代号：S定义：两构件能绕某一球心做三个独立的相对转动的运动副。示例：按构成运动副的两构件之间相对运动的不同，运动副还可分为：转动副含义：指连接两个构件的机械部件。运动副的物理体现。1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识关节关节主动关节被动关节配备驱动装置。能主动进行运动。没有配备驱动装置。需要依靠外力或系统惯性进行运动。含义：在机构中，自由度是指构件相对于定参考系所具有的独立运动的数目。1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识自由度构件AB在平面xOy内自由运动在平面xOy内沿x轴方向和y轴方向移动。能在平面xOy内绕某一点转动。构件在平面xOy内具有3个自由度。若构件能在空间内做自由运动，则它具有6个自由度。含义：由构件通过关节连接而成的可进行相对运动的系统。分类：闭式运动链——每个构件至少与其他两个构件通过关节相连接，形成闭环系统；开式运动链——构件没有形成闭环系统。1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识运动链注意：研究机器的工作原理、运动特点规律及设计新机器时，机器被视为由若干机构组成；从结构和运动角度，机器与机构无明显区别，二者通常统称为机械；机器能利用机械能做功或进行不同形式能量转换，单个机构往往不具备此功能。主动件：处于运动状态，运动规律已知机构含义：运动链中，若将其中一个构件固定，则该运动链称为机构。从动件：运动规律与主动件有关机架：固定不动，用于安装主动件和从动件

平面铰链四杆机构1.1机器与机构的基本知识>>1.1.2机构的基本知识机构的分类方法很多，按所含运动副的不同，机构可分为低副机构和高副机构两种；按运动情况的不同，机构可分为平面机构和空间机构两种；按所含运动链的不同，机构可分为闭链机构和开链机构两种。串联机器人的机构是由多个构件通过依次串联而形成的开链机构。并联机器人的机构是由多个独立的运动支链通过并联而形成的闭链机构。点拨1.2机器人常用的工程材料1.2机器人常用的工程材料>>1.2.1概述含义：用于满足各类工程需要的材料。工程材料的选择直接影响机器人的工作性能、使用寿命及生产成本。力学性能化学性能强度塑性韧性等氧化性电化学腐蚀性等密度导热性导电性磁性等物理性能相容性自恢复性自修复性等生物功能工程材料性能工程材料性能：使用性能使用条件下所具备的性能热处理性能焊接性能压力加工性能铸造性能工艺性能切削加工性能在加工过程中所具备的性能1.2机器人常用的工程材料>>1.2.1概述按化学成分的不同，工程材料可分为金属材料和非金属材料两类。金属材料钢铁材料：铸铁、碳素钢、合金钢非铁金属材料：轻非铁金属、重非铁金属、稀有金属及稀土非金属材料无机非金属材料：陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维、胶黏剂、涂料复合材料：纤维增强复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料两种类型工程材料分类1.2机器人常用的工程材料>>1.2.1概述按性能特点和用途的不同，工程材料还可分为结构材料和功能材料两类。工程材料分类结构材料以力学性能为主要使用性能用于制造工程结构件和机械零件功能材料以物理、化学性能或生物功能等为主要的使用性能用于制造具有特殊功能的元器件。1.2机器人常用的工程材料>>1.2.2金属材料含义：炼钢时加入某些合金元素获得的钢称为合金钢。特点：具有特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高耐蚀性、高抗疲劳性等。作用：在机器人中常用于制造支承件和传动件。例如：减速器齿轮通常采用牌号为15CrMo、QT600-3的合金钢，关节轴承的套圈和滚动体通常采用牌号为GCr15的合金钢。合金钢关节轴承的套圈和滚动体减速器齿轮1.2机器人常用的工程材料>>1.2.2金属材料含义：以铝为基体元素，同时加入一种或多种合金元素组成的合金。特点：质量小、强度高、易加工、耐腐蚀、具有很高的比强度。作用：常用于制造机器人的骨架、外壳、底座等。例如：机器人常用的铝合金有2×××系列、6×××系列和7×××系列等。铝合金7×××系列2×××系列、6×××系列比强度=材料强度/材料密度1.2机器人常用的工程材料>>1.2.2金属材料铜合金含义：铜合金是指以铜为基体元素，同时加入一种或多种合金元素而组成的合金。特点：导电性、导热性、耐磨性及抗磁性。作用：用于制造机器人的导电器件、导热部件和耐磨零部件。例如：机器人电气系统的导线和伺服电机的转子常采用纯铜制造；机器人关节模组的散热管常采用无氧铜制造；某些机器人减速器的齿轮和轴承还会采用铝青铜、锡青铜等铜合金制造。纯铜和铜合金1.2机器人常用的工程材料>>1.2.2金属材料除上述金属材料外，某些机器人还会采用镁合金、钛合金等特殊金属材料。其中，镁合金常用于要求零部件轻量化的机器人，如便携式协作机器人、飞行式机器人等；钛合金常用于要求零部件具有高精度、高强度，能耐高温、耐酸碱腐蚀的机器人，如空间机器人（即用于在太空中进行科学试验、出舱操作等活动的特种机器人）、医疗机器人等。点拨1.2机器人常用的工程材料>>1.2.3非金属材料含义：一般以树脂为主要成分，加入用于改善性能的各种添加剂制成。特点：轻量化、耐蚀性、绝缘性、减振性。作用：用于制造机器人的结构件、传动件、外壳及其他功能性部件。塑料填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、固化剂等例如：聚酰胺（又称尼龙）常用于制造机器人谐波齿轮减速器中的柔轮；聚甲醛常用于制造微型机器人的传动齿轮；聚丙烯常用于制造机器人的减振垫。1.2机器人常用的工程材料>>1.2.3非金属材料含义：由生胶、配合剂和增强材料三部分组成。特点：具有高弹性的有机高分子材料，绝缘性、耐磨性、阻尼性和隔音性等。作用：用于制造机器人的密封件、柔性执行部件和防护部件。举例：硅橡胶常用于制造柔性执行器、密封圈和触觉传感器；丁腈橡胶常用于制造液压系统密封件和需要防油的部件；聚氨酯橡胶常用于制造机器人的缓冲垫和轮胎；氯丁橡胶常用于制造机器人的防护部件。橡胶1.2机器人常用的工程材料>>1.2.3非金属材料压电陶瓷举例：钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。特点：将电能和机械能进行相互转换。作用：常用于制造精密微动驱动装置、力觉传感器、触觉传感器等。陶瓷陶瓷普通陶瓷特种陶瓷原料为天然的硅酸盐矿物。黏土、石英、长石等。原料：高纯度的超细人工合成化合物。氧化铝、氮化硅、氧化锆、碳化硅等。特点：高硬度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀，物理、化学性能优良。举例：氧化铝陶瓷常用于制造机器人的精密轴承、绝缘部件、机械密封件等；碳化硅陶瓷常用于制造空间机器人的零部件。1.2机器人常用的工程材料>>1.2.3非金属材料复合材料铜合金含义：采用两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法，由人工合成的多相材料。特点：通过多组分协同效应，保持组成材料各自的最佳特性，具有组合后的新特性。应用：应用于特殊领域的机器人。分类：类型示例典型应用纤维增强复合材料碳纤维增强聚合物基复合材料机器人臂杆、无人机机身金属基复合材料碳化硅颗粒增强铝基复合材料机器人散热基板陶瓷基复合材料氧化铝纤维增强体医疗机器人关节智能复合材料形状记忆合金+碳纤维可变翼无人机1.3机器人的机械连接方式1.3机器人的机械连接方式机械都是由若干零部件通过各种机械连接方式组合起来的。常用的机械连接方式：螺纹连接焊接铆接过盈配合连接1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹的形成含义：在圆柱或圆锥表面上形成的，具有相同螺纹牙型、沿螺旋线连续凸起的牙体。分类：内螺纹和外螺纹。圆柱或圆锥内表面形成圆柱或圆锥外表面形成1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹的形成加工工具：在车床上车削外螺纹在车床上车削内螺纹机床（如车床、滚丝机等）手工工具（如丝锥、板牙等）用丝锥攻制小孔内螺纹1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹的形成为了便于装配，车削加工螺纹时通常将内、外螺纹的端部加工成倒角或倒圆。在车削过程中，刀具在接近螺纹终止处时要逐渐离开工件，螺纹尾部会形成一小段不完整的螺纹，这段不完整的螺纹称为螺尾。螺纹的有效长度为完整螺纹的长度，不包括螺尾的长度。点拨1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹的几何要素螺纹牙型旋向直径螺距导程线数含义：螺纹在其轴线平面内的轮廓形状。常用类型：三角形（多）梯形锯齿形两相邻牙侧之间的夹角一般为60°。1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹的几何要素螺纹牙型旋向直径螺距导程线数大径（公称直径）：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径。内螺纹大径D外螺纹大径d小径：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径。内螺纹小径外螺纹小径中径：一个假想圆柱或圆锥的直径，该圆柱或圆锥的母线通过螺纹牙型中沟槽与凸起宽度相等的位置。内螺纹中径外螺纹中径表示方法：表示方法：表示方法：1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹的几何要素螺纹牙型旋向直径螺距导程线数含义：螺纹相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离。表示方法：P含义：同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离。表示方法：螺距导程1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹的几何要素螺纹牙型旋向直径螺距导程线数含义：形成螺纹的螺旋线的条数。表示方法：n分类单线螺纹：沿一条螺旋线形成的螺纹。多线螺纹：沿两条或两条以上螺旋线形成的螺纹。单线螺纹多线螺纹螺距、导程和线数间关系：对于单线螺纹，。对于多线螺纹，。1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹的分类用于机械连接螺纹牙型、螺纹大径和螺距都符国家标准规定的螺纹。标准螺纹螺纹牙型符合标准规定，大径或螺距不符合标准规定的螺纹特殊螺纹螺纹牙型不符合标准规定的螺纹，如矩形螺纹。非标准螺纹用于机械转动1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹连接的基本类型螺杆和孔之间存在间隙，使用时需要拧紧螺母；螺杆和孔的加工精度要求低且装卸方便，应用广泛；普通螺栓连接对孔的加工精度要求较高适用于需要承受横向载荷或装配精度要求较高的场合。铰制孔用螺栓连接螺纹连接普通螺栓连接铰制孔用螺连接螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹连接的基本类型螺柱一端旋入被连接件中不再卸下。适用于被连接件之一太厚、不便穿孔且经常装卸的场合，拆卸时只需拧下螺母。螺纹连接螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹连接的基本类型结构简单，不需要螺母，可直接将螺钉旋入被连接件体内的螺纹孔中。不宜经常装卸，适用于受力不大或不经常装卸的场合。螺纹连接螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹连接的基本类型利用螺钉末端顶住零件表面或顶入对应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并传递一定大小的力和转矩。常用于调整零件位置并加以固定的场合。螺纹连接螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接常用的螺纹连接件内六角圆柱头螺钉十字槽沉头螺钉注意：螺纹连接件大多已标准化，可根据有关标准选用。六角头螺栓双头螺柱开槽盘头螺钉六角螺母六角开槽螺母平垫圈弹簧垫圈开槽锥端紧定螺钉1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹连接的预紧和防松含义：大部分螺纹连接在装配过程中都需要拧紧，使螺纹连接在承受载荷前预先受到力的作用，这个过程称为预紧。预紧力：螺纹连接在预紧后受到的力。目的：保证螺纹连接件的正常工作，提高螺纹连接的可靠性、紧密性和防松能力。预紧力大小的确定依据：载荷性质、连接刚度等。预紧力大小的工具：预置扭力扳手或定值式扭力扳手。预紧预置扭力扳手定值式扭力扳手1.3机器人的机械连接方式>>1.3.1螺纹连接螺纹连接的预紧和防松出现原理：冲击、振动、变化载荷、温度变化较大→螺纹连接会因预紧力瞬间变化而松脱导致连接失效→螺纹连接采取必要的防松措施。防松方式：防松工作原理的不同摩擦防松采用弹簧垫圈防松、采用自锁螺母防松和采用对顶螺母防松等。机械防松永久防松采用开槽螺母与开口销防松、采用止动垫片防松和采用串联钢丝防松等。用于被连接件在装配后不再拆卸的场合。常用有冲点、点焊和胶接等。1231.3机器人的机械连接方式>>1.3.2铆接轻型机器人外壳的固定连接履带式机器人或轮式机器人金属底盘的固定连接工业机器人末端执行器金属部件的固定连接仿生机器人关节部位的固定连接等。含义：利用铆钉把两个或两个以上的零件连接在一起的连接方式。基本工艺过程：在被连接件上加工出孔→在孔中放入具有钉杆和预制头的铆钉→利用铆枪对铆钉施压，在另一端制出铆头。特点：高强度、高抗振性和质量小。应用：广泛应用于要求高可靠性和高耐久性的固定连接，如：1.3机器人的机械连接方式>>1.3.3焊接含义：利用局部加热（有时还要加压）的方法，使两个或两个以上的金属零件在连接处形成原子间结合的连接方式。特点：结构质量小、施工方便、生产效率高和成本低等。应用：机座、移动平台等基础结构件的连接和加工。1.3机器人的机械连接方式>>1.3.4过盈配合连接含义：通过两个零部件上轴和孔之间的过盈配合，将两个零部件组合在一起的连接方式。连接原理：过盈配合连接的两个零部件在装配后，会在配合面间产生很大的径向压力，工作时依靠径向压力引起的摩擦力来传递载荷。过盈量越大，连接就越牢固，可传递的载荷也就越大。特点：连接结构简单，对中性好，连接强度高。应用：用于高刚度、高精度、抗疲劳部件的连接，如分类：减速器输出轴与手臂关节间；关节的轴与轴承之间等。圆柱面过盈配合连接：配合面为圆柱面圆锥面过盈配合连接：配合面为圆锥面过盈配合连接在装卸时容易损伤配合面，在配合面边缘会产生应力集中，而且装卸较为困难。点拨1.4机器人的机械传动方式1.4机器人的机械传动方式选择机械传动方式需要考虑的因素：负载、运动速度和精度、环境等机器人常用的机械传动方式：齿轮传动带传动链传动滚珠丝杠传动机械传动是将动力从动力部分传递至执行部分的关键环节。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动实质：主动齿轮的齿面推动从动齿轮的齿面来运动。齿轮传动能将一根轴的运动和动力传递给另一根轴，并能根据要求改变另一根轴的转速和旋转方向。优点：传动比准确，工作可靠；传动效率高，使用寿命长；结构紧凑，所占空间小，可在空间任意两轴之间传递运动和动力；传递的功率和速度范围大。齿轮是一种轮缘上有齿的零件齿轮传动的特点缺点：制造齿轮需要专用设备，制造成本较高；安装精度要求较高，否则会出现较大的振动和噪声；不适用于传动中心距较大的场合。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的分类相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动平行轴齿轮传动含义：相啮合的两齿轮在同一平面内运动，两者的轴线平行。外啮合齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字形圆柱齿轮传动两齿轮转向相反齿轮的齿向与齿轮轴线方向相同齿轮的齿向相对于齿轮轴线方向倾斜了一个角度可看作由齿向倾斜方向相反的两个斜齿圆柱齿轮传动组合而成1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的分类相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动平行轴齿轮传动内啮合齿轮传动两齿轮转向相同齿轮齿条传动齿轮做旋转运动齿条做直线运动内啮合齿轮传动和齿轮齿条传动的齿轮（齿条）也可采用斜齿和人字形齿。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的分类相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动平行轴齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动含义：相啮合的两齿轮不在同一平面内运动，两者的轴线相交。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的分类相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动平行轴齿轮传动蜗杆传动交错轴斜齿轮传动含义：相啮合的两齿轮不在同一平面内运动，两者的轴线在空间交错，既不平行也不相交。组成：蜗杆（主动件）和蜗轮（从动件）。作用：实现大减速比传动，且具有自锁特性。蜗杆传动1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的基本要求是传动准确、连续并具有足够的承载能力，因此齿轮的齿面必须满足一定的条件，即相啮合的两齿轮的齿廓（齿面被一个与齿线相交的既定平面或曲面所截的截线）必须是一对共轭曲线。常用的齿轮齿廓共轭曲线有渐开线、摆线和圆弧三种，其中应用最广的是渐开线。点拨1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的应用谐波齿轮减速器组成齿轮传动应用主要是减速器，常用有谐波齿轮减速器和RV减速器。一般固定在机器人旋转关节的壳体上，其内圆表面加工有齿。刚轮从动件杯状薄壁金属弹性体其杯底与输出轴相连，杯口外圆表面加工有齿柔轮主动件通常由偏心安装的轴承构成，与输入轴相连。内圆表面齿数比柔轮杯口外圆表面齿数多2个。波发生器1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的应用谐波齿轮减速器工作原理齿轮传动应用主要是减速器，常用有谐波齿轮减速器和RV减速器。初始状态波发生器转过90°时波发生器转过180°时01波发生器旋转时，柔轮受作用力弹性变形，由圆形变为椭圆状；此时仅椭圆长轴两端的柔轮齿与刚轮齿啮合，短轴两端齿完全脱开。柔轮变形与啮合02因刚轮齿数比柔轮多2个，波发生器转过180°后，原先啮合的2个齿错开1个齿的位置。齿的错开过程03波发生器持续快速旋转，柔轮相对刚轮缓慢转动，最终实现减速。减速功能实现1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的应用谐波齿轮减速器特点：质量小、体积小、传动精度和效率高、传动比范围大等。应用：机器人小臂、腕部等负载较小的运动部件的旋转关节中。齿轮传动应用主要是减速器，常用有谐波齿轮减速器和RV减速器。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的应用传动比又称速比，是指传动机构中始端主动轮与末端从动轮的角速度或转速的比值，常用i表示。因此，同一传动机构中主动轮a

与从动轮b

的传动比为

式中，、分别为主动轮a和从动轮b的角速度，单位为；、分别为主动轮a和从动轮b的转速，单位为。点拨1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的应用RV减速器组成齿轮传动应用主要是减速器，常用有谐波齿轮减速器和RV减速器。1—太阳轮；2—行星轮；3—曲柄轴；4、5—摆线轮；6—针齿；7—输出盘；8—针齿壳；9—滚针；10—输入轴。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的应用RV减速器工作原理齿轮传动应用主要是减速器，常用有谐波齿轮减速器和RV减速器。第一级减速输入轴的旋转运动通过太阳轮传递给3个行星轮，3个行星轮自转同时还会绕太阳轮中心公转，实现第一级减速；第二级减速3个行星轮绕太阳轮中心公转时，通过曲柄轴带动两个偏置180°的摆线轮公转；摆线轮公转同时，在针齿与滚针啮合作用下自转，进而带动输出盘转动，实现第二级减速。RV减速器是通过第一级行星齿轮减速机构和第二级摆线针轮减速机构进行减速传动的。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.1齿轮传动齿轮传动的应用RV减速器工作原理齿轮传动应用主要是减速器，常用有谐波齿轮减速器和RV减速器。RV减速器特点：质量小、体积小、传动比范围大、使用寿命长、传动效率高、传动平稳等，并且具有较高的疲劳强度、刚度和较长的使用寿命。应用：常用在机器人立柱、大臂等负载较大的运动部件的旋转关节中。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.2带传动带传动的组成含义：一种利用传动带（摩擦带或同步带）与带轮之间的摩擦或啮合作用，将主动带轮的运动和动力传递给从动带轮的传动方式。组成：1.4机器人的机械传动方式>>1.4.2带传动带传动的特点优点：传动平稳、无噪声，能缓冲、吸振；摩擦带在传动过载时会打滑，可防止损坏零件，起到安全保护的作用；结构简单，制造维护方便，成本低；④适用于传动中心距较大的场合。缺点：摩擦带在工作中存在弹性滑动，传动效率较低（一般为0.90～0.94），传动比的精度较差；传动装置的外廓尺寸较大；带轮传动轴的径向载荷较大。由于上述特点，带传动多用于两轴中心距较大，传动比精度要求不高的机械中。一般情况下，带传动允许的传动比不大于7，传动功率不大于100kW。点拨1.4机器人的机械传动方式>>1.4.2带传动带传动的分类带传动平带传动多楔带传动V带传动同步带传动摩擦传动啮合传动1.4机器人的机械传动方式>>1.4.2带传动带传动的应用平带传动平带横截面为扁平矩形，其工作面为与带轮接触的内表面；结构简单、成本低，但传动比不精确；在早期机器人的传动机构中应用较多。V带传动V带横截面为等腰梯形，带轮上也加工出相应的轮槽，其工作面为V带的两侧面。能传递较大的载荷，常用于服务机器人的传动机构。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.2带传动带传动的应用多楔带传动相当于多根V带传动的组合；兼有平带传动和V带传动的特点；常用于机器人关节的多轴同步传动。同步带传动利用传动带内表面等距分布的横向齿与带轮上轮齿的啮合作用进行传动。能够保证严格的传动比，但对传动中心距稳定性要求较高。常用于SCARA机器人和协作机器人的传动机构。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.3链传动链传动的组成含义：链传动是一种挠性啮合传动，它以链条作为中间挠性件，利用链条与链轮轮齿之间的啮合作用进行传动。组成：分别装在相平行的两轴上1.4机器人的机械传动方式>>1.4.3链传动链传动的特点缺点：只适用于相平行两轴间的同向传动；瞬时传动比不恒定，传动不够平稳；工作时有噪声，不宜用于载荷变化很大和需要急速反向传动的场合。优点：无弹性滑动和打滑现象，能保持稳定的平均传动比；结构紧凑，传动效率较高；张紧力小，作用于链轮传动轴上的径向力也较小；适合在高温、灰尘多、湿度大及腐蚀性环境等恶劣条件下工作。由于上述特点，链传动主要应用于要求工作可靠、平均传动比稳定、相平行两轴相距较远和不宜采用齿轮传动的场合。点拨1.4机器人的机械传动方式>>1.4.3链传动链传动的分类及应用链条组成：内链板、外链板、滚子、套筒、销轴。应用：普通机器人的传动机构。滚子链传动齿形链传动链条组成：由铰接起来的齿形链板组成。通过齿形链板与链轮之间的啮合作用进行传动。优点：传动平稳、噪声小、承受冲击载荷能力强、轮齿受力均匀、传动精度高等。应用：医疗机器人的传动机构。缺点：结构复杂，质量较大，制造成本高，装卸较困难。内链板固连在套筒两端，销轴与外链板铆接，分别构成内、外链节。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.3链传动链传动的分类及应用在滚子链传动中，滚子链的承载能力与链节距和链条排数成正比。但是，链节距越大，滚子链传动的结构和尺寸就越大，传动时的振动、冲击和噪声也就越大；链条排数越多，链条各排的受力就越不均匀，传动时的磨损也就越严重。因此，滚子链的链节距和链条排数应根据实际传动需求来合理选择。点拨1.4机器人的机械传动方式>>1.4.4滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动的组成旋转运动直线运动变换的实现：当滚珠丝杠或滚珠螺母旋转时，滚珠在滚珠丝杠与滚珠螺母之间的螺旋滚道内滚动，并通过滚珠循环装置实现连续循环运动，从而实现旋转运动与直线运动的高效变换。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.4滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动的特点摩擦阻力小，传动效率远高于普通滑动丝杠；刚性高，预紧可消除轴向间隙，提高传动的稳定性；传动精度高，定位准确，重复定位精度可达微米级；传动平稳，振动和噪声小，起动时无颤动，低速时不爬行；制造成本高，加工精度要求高；滚珠丝杠过长易产生挠性变形，不适于超长行程的工作场合。不能自锁，抗冲击及承受径向载荷能力差；对污染物敏感，需要良好的密封和润滑；缺点优点磨损小，使用寿命长，维护成本低。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.4滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动的分类及应用外循环式滚珠丝杠传动内循环式滚珠丝杠传动滚珠循环装置位于滚珠螺母内部。特点：结构紧凑、运动流畅、传动精度高等。应用：常用于协作机器人、医疗机器人和SCARA机器人的传动机构。滚珠循环装置位于螺母外部。特点：承载能力强、工作行程长。应用：常用于搬运机器人、大型喷涂机器人的传动机构。1.4机器人的机械传动方式>>1.4.4滚珠丝杠传动根据国际机器人联合会（IFR）发布的《2024年世界机器人报告》，2021年以来，全球工业机器人年安装量连续三年超过50万台，2023年全球工业机器人总保有量约为428.2万台，较2022年增长10%；在2023年所有新部署的工业机器人中，有70%在亚洲，17%在欧洲，10%在美洲；中国、日本、美国、韩国和德国是全球前五大机器人市场。业内人士认为，中国机器人产业虽然起步较晚，但随着技术的进步和市场需求的扩大，中国机器人产业的未来充满机遇。请同学们想一想：在机器人产业快速发展的时代，我们应如何践行科技报国的使命担当？德智同行项目总结完成本项目的学习与实践后，总结应掌握的知识点。机器人机械基础谢谢大家！智能机械与机器人绪论机器人机械基础项目1机器人的机械结构项目2机器人的感知系统项目3机器人的控制系统项目4典型建筑机器人项目5其他智能机械项目6机器人的机械结构2.1机器人的基本组成和性能指标2.2机座、手臂和手腕2.3末端执行器2.4移动平台2.5驱动装置

知识目标掌握机器人的基本组成和性能指标。了解机座的安装形式。掌握手臂的分组成及工作原理。掌握手腕、末端执行器、移动平台的分类及特点。掌握驱动装置的分类、组成及工作原理。

技能目标能够识别机器人的性能指标。能够分析机器人的机械结构。知识目标能力目标素养目标

素养目标培养勤奋刻苦、努力向上的学习态度。培养爱岗敬业、诚实守信的职业道德。项目工单—认识机器人的机械结构项目引入

一个晴朗的早晨，某校智能建造技术专业的学生小王踏入了一个智能化建筑工地。在那里，他看到外墙喷涂机器人（见图2-1）正在层序分明地涂覆建筑物外墙，地面整平机器人（见图2-2）正在有条不紊地整平混凝土地面……虽然这些机器人的功能各异，但它们的机械结构有着很多相似之处。小王不禁产生疑惑：这些机器人的机械结构都由哪些部分组，它们又是如何协同工作的呢？下面，让我们一同解开这个谜团吧。图2-1

外墙喷涂机器人图2-2

地面整平机器人项目准备学生以3～5人为一组进行分组，各小组选出组长并进行任务分工，将小组成员及分工情况填入表2-1中。表2-1

小组成员及分工情况1）学生分组班级

组号

指导教师

小组成员姓名学号任务分工组长

组员

项目准备

2）工作计划各小组查阅有关资料，了解机器人机械结构的相关知识，制订工作计划，并将其填入表2-2中。序号工作内容负责人

表2-2工作计划项目准备各小组根据工作计划，将实施过程中所需的机具和器材填入表2-3中。表2-3

实施过程中所需的机具和器材3）机具和器材准备序号名称规格与型号单位数量备注

项目实施

1）了解机器人的基本信息各小组根据工作计划，认识机器人的机械结构。（1）产品型号：________________________________________________________。（2）产品类型：________________________________________________________。（3）生产厂家：________________________________________________________。（4）适用场合：________________________________________________________。（5）其他信息：________________________________________________________。项目实施

2）认识机器人的机座（1）机座的功能：______________________________________________________。（2）机座的安装形式：___________________________________________________。3）认识机器人的手臂（1）手臂的功能：_______________________________________________________。（2）手臂的组成：_______________________________________________________。（3）手臂的工作原理：___________________________________________________________________________________________________________________________。项目实施4）认识机器人的手腕（1）手腕的功能：_______________________________________________________。（2）手腕的自由度及类型：_______________________________________________。（3）手腕的工作原理：_____________________________________________________________________________________________________________________________。5）认识机器人的末端执行器（1）末端执行器的功能：_________________________________________________。（2）末端执行器的类型：_________________________________________________。（3）末端执行器的特点：_________________________________________________。项目实施6）认识机器人的移动平台（1）移动平台的功能：___________________________________________________。（2）移动平台的类型：___________________________________________________。（3）移动平台的特点：___________________________________________________。7）认识机器人的驱动装置（1）驱动装置的功能：___________________________________________________。（2）驱动装置的类型：___________________________________________________。（3）驱动装置的工作原理：_________________________________________________________________________________________________________________________。8）描述机械结构的运动过程对机器人进行简单操控，描述机械结构的运动过程______________________________________________________________________________________________。项目小结项目小结根据本项目的各项内容，对本项目进行小结。2.1机器人的基本组成和性能指标案例引入“身体”“感官”“大脑人and机器人？？？人类要靠身体、眼睛耳朵和大脑协同工作，机器人也有自己的“身体”、“感官”和“大脑”，这三部分的完美配合让机器人拥有了强大的能力。那么机器人是由什么组成的呢？人的身体vs机器人2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.1机器人的基本组成机器人的基本组成机器人的基本组成机械结构感知系统控制系统机械结构相当于人的躯干、手臂及各个关节，是机器人完成工作任务的实体。机器人的类型和机构不同，机械结构的组成也就不同。2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.1机器人的基本组成1．机械结构工业机器人：机座手臂手腕末端执行器驱动装置移动机器人：用移动平台替代工业机器人机械结构中的机座，实现整体移动的功能。2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.1机器人的基本组成1．机械结构头脑风暴2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.1机器人的基本组成机器人的机械结构不仅决定了机器人的运动方式、负载能力、精度、稳定性等基本性能，还关系到机器人的能耗、工作效率、维护保养便捷性等。请想一想：在选用机器人时，需要重点考虑机械结构哪些方面的要求呢？1．机械结构2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.1机器人的基本组成感知系统特点：相当于人的感觉器官和神经系统。作用：用于采集与机器人内部状态和外部环境有关的信息，将这些信息转换为可用输出信号并反馈给控制系统。特例：有些机器人的感知系统还采用了机器视觉、多传感器融合等技术，从而提高了感知系统的智能化水平。移传感器视觉传感器速度传感器……2．感知系统力觉传感器触觉传感器2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.1机器人的基本组成控制系统组成：相当于人的大脑，主要由一套具有逻辑运算、指令生成等功能的硬件和软件组成。作用：接收和处理由操作人员及感知系统输入的信息对机器人的机械结构进行控制和监测，使其完成预定的工作任务。与工作人员及工作环境中的其他对象进行交互。软件硬件3．控制系统2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标定义：反映机器人工作范围、技术性能和产品规格的重要参数。作用：包括：自由度、工作精度、工作空间、最大工作速度、承载能力等。阶段开发阶段调试阶段使用阶段作用确定技术方案和设计要求评估产品性能和满足使用要求的程度产品选型和操作指导2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标表2-4IRB1100-4/0.475型机器人的部分性能指标2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标表2-4

续表2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标1．自由度定义：为表示机器人在空间中的运动，而必须给定的独立变量的数目。1个自由度通常对应1个关节的独立运动自由度可用于描述机器人运动的灵活程度。自由度越多机器人的运动就越灵活机械结构也就越复杂机械结构也就越控制难度也就越大复杂机器人的自由度要根据实际用途确定，通常为4～6个。2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标1．自由度IRB-920T型SCARA机器人4个自由度适用于柔性加工自动线IRB-120型机器人6个自由度适用于物料搬运、装配、焊接、喷涂等2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标1．自由度机器人的轴数＝

关节数＝机器人的自由度。例如：六轴关节机器人就具有6个自由度冗余自由度：注意：机器人的自由度不包括末端执行器开合运动的自由度。定义当机器人的自由度多于完成工作任务所需的自由度时，多余的自由度。冗余自由度机器人具有冗余自由度的机器人。作用提高机器人运动灵活性，使其具有避开障碍物和克服关节运动限制的功能，提高工作能力。头脑风暴2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标请大家想一想：在高速、高重复性的包装工序中，为什么一般选用四轴SCARA机器人，而不选用更灵活的六轴关节机器人呢？1．自由度2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标2．工作精度定位精度又称绝对精度定义：在机器人工作时，末端执行器的实际位置与目标位置之间的偏差。影响因素：主要受机械误差、控制算法误差等。种类012.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标2．工作精度定义：指机器人在环境条件、目标动作、控制指令等相同的情况下，机器人连续重复运动若干次时，末端执行器的实际位置与目标位置之间的偏差在偏差平均值附近的变化范围。特性：不受机器人工作载荷变化的影响，是机器人工作精度的主要评价指标。种类022.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标3．工作空间定义：工作空间是指机器人手腕中心或手臂末端（不包括末端执行器）所能到达的所有空间区域，其形状和大小与机器人的工作性能密切相关。特性：若机器人手腕中心或手臂末端需要到达的位置超出工作空间，则机器人将不能完成预定工作任务。关联：机器人的形状和关节的运动形式有关，还与机器人的自由度有关。2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标3．工作空间末端执行器在空间的运动范围基本取决于手臂的自由度手臂的运动称为机器人的主运动手腕的运动主要用于调整末端执行器在空间的位置和姿态。MH3F型机器人的工作空间MPP3S型机器人的工作空间2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标3．工作空间在实际应用中，机器人的工作空间还可能因受到机器人机械结构的限制而存在着手腕中心或手臂末端不能到达的区域，这种区域称为空洞或空腔。点拨2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标定义​其他情况1一般情况下在机器人机械结构各组成部分联动的情况下，手腕中心或末端执行器中心所能达到的最大线速度。​机器人主要自由度上的最大稳定速度作为最大工作速度​。由于测试方法和标准不同，各机器人生产厂家对最大工作速度的定义存在差异。4．最大工作速度其他情况2将手臂末端的最大合成速度作为最大工作速度。2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标运动循环周期启动加速减速制动匀速运动提高最大工作速度缩短机器人的运动循环周期进而提高工作效率同时会对机器人的启动加速和减速制动能力，以及加、减速过程的平稳性提出更高的要求。过大的加速度会机器人运动部件的惯性力增大影响机器人工作的平稳性和工作精度……4．最大工作速度2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标定义表示方式大小额定负载5．承载能力质量、力矩或惯性矩。包括末端执行器的质量、所抓取物体的质量，以及由运动速度变化而产生的惯性力和惯性矩。与机器人各运动构件承受力和力矩的能力有关。还与承载能力还与机器人运动速度和加速度的大小和方向有关。指在正常工作状态下作用于机器人的机械接口或移动平台，且不会使机器人性能降低的最大负载。注意：机器人在工作空间内的不同位置工作时，实际负载能力会存在差异，因此机器人的承载能力通常用额定负载来表示。机器人在工作空间内的任何位置上所能承受的最大负载。2.1机器人的基本组成和性能指标>>2.1.2机器人的性能指标5．承载能力表2-5

常用机器人的额定负载2.2机座、手臂和手腕2.2机座、手臂和手腕>>2.2.1机座机座、手臂和手腕是机器人的主要执行机构，它们协同运动，可使机器人按照要求进行空间定位、姿态调整和精准操作。机座定义：支承整个机器人的基础。机座特性：根据工作需要安装在地面或其他固定支架上，以承受机器人的自重及其他各种载荷。2.2机座、手臂和手腕>>2.2.1机座安装在地面上安装在顶部固定支架上安装在侧面固定支架上机座的安装形式2.2机座、手臂和手腕>>2.2.1机座很多机器人的基座中还装有电动机、旋转关节和线路接口等。2.2机座、手臂和手腕>>2.2.2手臂手臂定义又称主关节轴。指位于底座和手腕之间的一组相互连接的构件和主动关节。手臂特性按照预定轨迹进行运动，将末端执行器精准送至指定位置。承受由手腕和末端执行器带来的各种静载荷和动载荷。手臂特性手臂运动的灵活性和准确性，以及手臂的结构稳定性和负载能力都会直接影响机器人的性能。2.2机座、手臂和手腕>>2.2.2手臂1．手臂的组成组成：臂杆、关节，以及与手臂运动有关的导向定位装置、支承连接件。臂杆手臂的主要刚性构件。按形状和位置可分为立柱、大臂、小臂等。关节臂杆间的连接部件。可使相连的臂杆进行相对移动或转动。2.2机座、手臂和手腕>>2.2.2手臂1．手臂的组成组成：臂杆、关节，以及与手臂运动有关的导向定位装置、支承连接件。导向定位装置确保臂杆按照预定轨迹运动并进行精确定位。举例：导轨、轴承。支承连接件将手臂各组成部分连接在一起，以保证整个手臂的结构强度和稳定性。举例：法兰、螺钉。2.2机座、手臂和手腕>>2.2.2手臂机器人的驱动装置和传动件，如电动机、液压缸、气缸、齿轮、带轮及传动带等，通常安装在手臂的臂杆中，为手臂的运动提供动力。点拨1．手臂的组成2.2机座、手臂和手腕>>2.2.2手臂2．手臂的工作原理一般情况下，手臂应至少具有3个自由度，以实现直线运动、旋转运动或混合运动，从而准确改变手腕和末端执行器的位置和姿态。1）手臂的直线运动手臂的伸缩、升降及横向（或纵向）移动均属于直线运动，可通过液压缸（或气缸）、滚珠丝杠传动等来实现。2.2机座、手臂和手腕>>2.2.2手臂2．手臂的工作原理从油口1向油腔1内注入液压油推动活可塞及活塞杆伸出；从油口2向油腔2内注入液压油可推动活塞及活塞杆收回。