机器人构造传动PPT课件

链传动
组成：主动轮、从动轮、链条 原理：链与链轮轮齿之间的啮合实现平行轴 之间的同向传动。
设计：潘存云
链传动
特点
能获得准确的平均传动比，传动效率高，但瞬 时传动比不恒定 结构紧凑 可在高温、 油污、潮湿等恶劣环境下工作 传动平稳性差，有噪音，磨损后易发生跳齿和 脱链， 急速反向转动的性能差
带传动
适用范围
最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬 楼梯。
机器人的轮式行走机构
三轮式车体
两个驱动轮装在前两侧 从动轮装在后侧 不会出现悬空现象 稳定性不好
三轮行走机器人图例
机器人的轮式行走机构
四轮式车体
两个驱动轮装在前两侧 两个从动轮装在后两侧 不会出现悬空现象 稳定性好
机器人的轮式行走机构
对称四轮式车体
连杆传动
可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四 杆机构分为三种基本型式：
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
连杆传动
曲柄摇杆机构的应用
雷达天线俯仰角 调整机构
连杆传动
曲柄摇杆机构的应用
缝纫机的踏板 机构
连杆传动
曲柄摇杆机构的应用
契贝谢夫四足机器人
连杆传动
曲柄摇杆机构的应用
连杆传动
曲柄摇杆机构的三个特性
传动功率P (kW)为：
P FV 1000
F：有效拉力 V：带速，(m/s)
松边
F2 F2
n1
n2
F1 F1 主动轮 紧边
从动轮
带传动
摩擦型带传动的受力分析
当有效拉力跟带上总的摩擦力有关系： F>∑Ff
带与带轮之间出现显著的滑动，称为打滑。
经常出现打滑使带的磨
松边
损加剧、传动效率降
F2 F2
n1
1/4 1/2
齿轮传动
多对齿轮啮合(实现大减速)
总的减速比等于所有齿轮减速比的乘积 总的传动比等于所有齿轮传动比的乘积
可以方便的调整转速、转矩，但要注意功的损 失问题
齿轮传动
特点
传递动力大、效率高 寿命长，工作平稳，可靠性高 能保证恒定的传动比 制作、安装精度要求较高 不宜作远距离传动
带传动
组成
急回 压力角与传动角 死点
连杆传动
曲柄摇杆机构的急回
当原动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆 回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这 种运动特性称为急回运动。
连杆传动
曲柄摇杆机构的急回
转动一周，曲柄AB与连 杆BC有两次共线 C1D和C2D分别为摇杆CD 两个极限位置,夹角
曲柄从AB1顺时针转到AB2
F0
1 n1
F0
2 n2
主动轮 F0
F0
从动轮
带传动
摩擦型带传动的受力分析
不工作时，主动轮上的驱动转矩T1=0，带轮两 边传动带所受的拉力均为初拉力F 0
F0 F0 F0 F0
带传动
摩擦型带传动的受力分析
工作时，在摩擦力的作用下，带绕入主动轮的一边
被进一步拉紧，称为紧边，其所受拉力由F 0增 大到F 1，而带的另一边则被放松，称为松边， 其所受拉力由F 0降到F 2
本章内容
1. 机器人的构造 2. 机器人的控制器 3. 机器人的传感器 4. 机器人的驱动 5. 机器人的传动 6. 机器人的能源
机器人的传动机构
传动机构，是将驱动器输出的动力传送 到工作单元的一种装置。 作用
调速。工作单元往往和驱动器速度不一致， 利用传动机构达到改变输出速度的目的。 调转矩。调整驱动器的转矩使其适合工作 单元使用。
齿轮传动
传动原理
传动比 =
输出齿轮的齿轮数 输入齿轮的齿轮数
减速比 =
输入齿轮的齿轮数 输出齿轮的齿轮数
齿轮传动
传动原理
Tb = e(TaR) Sb = e(Sa/R)
T代表齿轮的转矩， S代表转速， e代表传动效 率，R代表传动比
齿轮传动
多对齿轮啮合(实现大减速)
不能无限制的增大齿轮尺寸 使用串联组合实现大减速
机械传动的主要形式
齿轮传动 带传动 链传动 连杆传动
齿轮传动
电动机的转速与机器人的速度
一个永磁直流电动机在额定电压下，其空载转 速不低于 5000 r/min 假设直接跟直径为7.5cm的车轮连接，则其空 转速度是 （5000×0.075×3.14）/ 60 = 19.6 m/s 适合于“机器人竞速比赛” ，但不适合 “机器 人擂台比赛”
时，曲柄转角1=180+,
时间为t1 曲柄从AB2顺时针转到AB1
时，曲柄转角2=180- ,
时间为t2
因为t1>t2,所以v1<v2,摇杆cd具有急回特性。
连杆传动
曲柄摇杆机构的压力角与传动角
连杆BC作用于摇
杆CD上的力P是沿
BC方向的。
压力角，力P 在 vc方向的有效分 力为Pt=Pcos P在垂直于vc方向的分 力Pn=Psin则为无效
固定轨迹式机器人运动的实现
把机器人机身基座安装在一个可移动的 平台上，通过将来自电机的旋转运动转 化为直线运动来实现固定轨迹移动。
机器人行走机构的分类
无固定轨迹机器人
可分为轮式、履带式和足式等。前两者与 地面连续接触，后者与地面为间断接触。
机器人的轮式行走机构
分类
机器人通常使用三轮式、四轮式、对称四 轮式等，用到驱动轮和从动轮。
克服死点的方法 • 利用加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死点。 • 采用将两组以上的同样机构组合使用，且使各组机构 的死点位置相互错开排列的方法。
利用死点夹紧工件的夹具
机器人的能源
机器人可用能源
发条机构 太阳能电池 燃料电池 干电池
机器人的能源
选择要点
能提供足够的电压、电流 可充电、不可充电 重量、尺寸
带传动
张紧装置
调整中心距 a a
滑道式张紧装置
调整螺钉 调整螺钉
摆架式张紧装置
带传动
张紧装置
张紧轮
带传动
啮合型带传动
靠带齿与轮齿之间的啮合实现传动，两者无相 对滑动，而使圆周速度同步。也称为同步带传 动。
带传动
啮合型带传动的特点
传动比恒定、效率高、传动平稳 结构紧凑、能承受一定冲击
成本高，对制造和安装要求高
两个驱动轮装在中线两侧 两个从动轮装在前后两端 某一时刻只有三个轮着地 转动灵活性好
机器人的履带式行走机构
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。
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。
机器人的履带式行走机构
机器人的足式行走机构
齿轮传动
平面传动 空间传动
齿轮传动
齿轮传动的作用
提高或降低输出转速，并同时相应降低或提高 输出转矩 将转动变换为直线运动 改变输出的方向
齿轮传动的基本量
转矩
使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。 t=f*r
功
转矩 × 齿轮角位移。w=t*c
f
t r
齿轮传动
传动原理
齿轮A 16齿
齿轮B 32齿
松边
F2 F2
n1
n2
F1 F1 主动轮 紧边
从动轮
带传动
摩擦型带传动的受力分析
假设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边拉 力减量相等
F1 – F0 = F0 - F2 有效拉力，即带所能传递的圆周力：
F = F1 - F2
松边
F2 F2
n1
n2
F1 F1 主动轮 紧边
从动轮
带传动
摩擦型带传动的受力分析
机器人的传动机构
改变运动形式。驱动器的输出轴一般是等 速回转运动，而工作单元要求的运动形式 则是多种多样的，如直线运动、 螺旋运动 等，靠传动机构实现运动形式的改变。
动力和运动的传递和分配。用一台驱动器 带动若干个不同速度、不同负载的工作单 元。
机器人的传动机构
传动机构有机械传动、流体(液体、 气 体)传动、电气传动三类
传动比
传动比 = 从动轮齿数 /主动轮齿数
链传动
张紧装置
弹簧力
重力 调整位置
连杆传动
连杆传动，是利用连杆机构传动动力的机 械传动方式。
按空间位置关系分
平面连杆机构(连杆上各个点的运动平面相互 平行) 空间连杆机构
连杆传动
平面四杆传动
连杆
机架
连
架
杆
连杆传动
平面四杆传动
机架：机构的固定件 连架杆：与机架联接的构件。能做圆周转动的 连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连 架杆，称为摇杆。 连杆：不直接与机架连接的部件。主动连架杆 跟从动连架杆的连接部件。
分力
压力角越小越好，传动角
越大越好。
连杆传动
曲柄摇杆机构的死点
以摇杆为原动件，而曲柄为 从动件
当摇杆摆到极限位置C1D和 C2D时，连杆与曲柄共线
连杆加给曲柄的力将通过 铰链中心A，即机构处于压
力角=90（传力角=0）
的位置时，驱动力的有效 力为0
机构的这种位置称为死点，可能出现卡死。
连杆传动
曲柄摇杆机构的死点
齿轮传动
电动机的转速与机器人的速度
减速 选择功率小、转速慢的电动机 降低提供给电动机的电压
减速，但同时要增大电动机输出的转矩 使用齿轮传动
齿轮传动
齿轮，是能互相啮合的有齿的机械零件。
齿轮传动
齿轮传动，是以齿轮的齿互相啮合来 传递动力的机械传动。 其圆周速度可达到300m/s，传递功率 可达105KW。 齿轮直径一般从1mm到150m。 是现代机械中应用最广的一种机械传 动。
特点
适用范围广。不仅能在平地上，而且能在 凹凸不平的地上步行。能跨障碍，上下台 阶等。
设计难点是机器人跨步时自动转移重心而 能够保持平衡。
机器人的两足式行走机构
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。
为了能变换方向和上下 台阶，一定要具备多自 由度。
机器人的行走机构
行走机构，即机器人的下肢，主要用来 承受体重和完成位移。它决定着机器人 能否迅速灵活的移动，能否准确的按照 操作者的意愿到达指定点。
机器人行走机构通常由驱动器、传动装 置、位置检测装置、电缆等构成。
机器人行走机构的分类
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。
齿轮传动
齿轮传动
齿轮传动
齿轮传动
平面齿轮传动
(圆柱齿轮传动)
齿 传递平行轴间的
轮
运动
传ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
动
空间齿轮传动
传递相交轴或交
错轴间的运动
直齿圆柱齿轮传动 (轮齿与轴平行)
斜齿圆柱齿轮传动 (轮齿与轴不平行) 人字齿圆柱齿轮传动
直齿圆锥齿轮传动 斜齿圆锥齿轮传动 曲齿圆锥齿轮传动
交错轴斜齿轮传动 蜗轮蜗杆传动
主动轮、从动轮、传动带
1 n1
2 n2
带传动
摩擦型
分类
啮合型
平皮带 V 型带 多楔带 圆形带
同步带
----摩擦牵引力大 ----摩擦牵引力大 ----牵引力小，用于仪器
抗拉体
应用：两轴平行、且同向转动的场合。称为开口传动。
带传动
摩擦型带传动的工作原理
环形带被张紧在带轮上，产生的初拉力F0使得带 与带轮之间产生压力。主动轮转动时依靠摩擦 力推动从动轮一起同向转动。
齿轮传动
传动原理
假设A的转矩为Ta，B的转矩为Tb。并且，假设A 转了2圈，则B正好转了1圈。
根据功守恒，有 Ta * 720 = Tb*360 Ta / Tb = 360 / 720 = 1/2
齿轮传动
传动原理 当小齿轮带动大齿轮时，转速减小，转矩增大 当大齿轮带动小齿轮时，转速增加，转矩减小 齿轮间的齿轮数关系影响着转速和转矩
机器人的四足式行走机构
特点
步行时，一只脚抬起， 三只脚支撑自重，这 时需要移动身体，让 重心落在三只脚接地 点组成的三角形内。
机器人的四足式行走机构
机器人的四足式行走机构
其它行走机器人
机器人擂台比赛
返回齿 轮传动
n2
低，导致传动失效。
F1 F1 主动轮 紧边
从动轮
带传动
传动比
传动比 = 从动轮基准直径 /主动轮基准直径
1 n1 主动轮
2 n2 从动轮
带传动
摩擦型带传动的特点
适用于中心距较大的传动 过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它 零件的损坏；但不能保证恒定的传动比 结构简单、成本低廉 传动效率低 传动带使用寿命短