2结构设计

二、机器人本体基本结构特点：
1、可以简化成各连杆首尾相接、 末端无约束的开式连杆系，连杆 系末端自由且无支承，这决定了 机器人的结构刚度不高，并随连 杆系在空间位姿的变化而变化。
No.3
2.1
机器人本体的基本结构
二、机器人本体基本结构特点：
2、开式连杆系中的每根连杆都 具有独立的驱动器，属于主动连 杆系，连杆的运动各自独立，不 同连杆的运动之间没有依从关系， 运动灵活。
No.26
2.2.2
吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
电磁铁工作原理
No.27
2.2.2
吸附式手部的设计
8 7 6 9 5
六、磁吸式手部的设计要点及计算
应具有足够的电磁吸引力。 应根据被吸附工件的形状、 大小来确定电磁吸盘的形状、 大小，吸盘的吸附面应与工 件的被吸附表面形状一致。 电磁吸力的计算
10 4 3 11
惯性冲击的影响 定位方法的影响 结构刚性的影响 控制及驱动系统的影响
No.47
2.4.2 工业机器人的运动特性
工业机器人的运动特性就是指 其运动行程、运动速度和运动加速 度随时间变化的规律。分析机器人 运动特性的目的在于根据工作条件 来选择适当的动特性。下图是工业 机器人常用的几种特性曲线。
No.48
No.24
2.2.2
吸附式手部的设计
三、气吸式手部的吸力计算
吸盘吸力的大小主要取决于真空度 (或负压的大小)与吸附面积的大小。 真空吸盘吸力F计算公式：
nD H F ( ) 4 K 1 K 2 K 3 76
2
No.25
2.2.2
吸附式手部的设计
四、磁吸式手部的原理与应用
磁吸式手部是利用永久磁铁或 电磁铁通电后产生磁力来吸取工件。 磁吸式手部只能对铁磁物体起作 用；另外，对某些不允许有剩磁的 零件要禁止使用。所以，磁吸式手 部的使用有一定的局限性。
No.39
B.具有三个自由度机械传动的腕部结构
15
14 13 12 11
B1 B
16
10 9 B2 8
T
17
18 19
7
6 5
S
1
2
3
4
具有三个自由度机械传动的腕部机构原理图
No.40
2.3.3 典型的腕部结构 一、直接驱动的腕部结构 二、具有机械传动的腕部结构 三、柔顺手腕结构
No.41
2.3 臂部设计
2.2.2
吸附式手部的设计
二、气吸式手部的设计要素
吸力大小与吸盘的直径大小，吸盘内的 真空度(或负压大小)以及吸盘的吸附面 积的大小有关。工件被吸附表面的形状 和表面不平度也对其有一定的影响，设 计时要充分考虑上述各种因素，以保证 有足够的吸附力。 应根据被抓取工件的要求确定吸盘的形 状。由于气吸式手部多吸附薄片状的工 件，故可用耐油橡胶压制不同尺寸的盘 状吸头。
大部分的工业机器人的手部只有两 个手指，而且手指上一般没有关节。为 了使机器人的手臂能完成各种不同的工 作，有更大的适应性和通用性，除了要 使臂部具有更大的空间活动范围外，还 要在其上安装一个更灵巧的手，即类人 手。这种手是由若干带有关节的手指构 成。
No.29
仿人形机器人
在张启先院士的主持下， 北京航空航天大学机器人 研究所于80年代末开始 灵巧手的研究与开发。 灵巧手有三个手指，每 个手指有3个关节，3个 手指共9个自由度，微电 机放在灵巧手的内部，各 关节装有关节角度传感器， 指端配有三维力传感器， 采用两级分布式计算机实 时控制系统。
概述 2.3.2 臂部设计要点 2.3.3 臂部的结构形式
2.3.1
No.42
2.3.1 概述
臂部是工业机器人的主要 执行部件，其作用是支撑手部和 腕部，并改变手部的空间位置。 工业机器人的臂部一般有2～3个 自由度，即伸缩、回转、俯仰或 升降；臂部的总重量较大，受力 一般比较复杂，在运动时，直接 承受腕部，手部和工件(或工具) 的静、动载荷。
第2章 机器人结构设计基础
2.1 2.2 2.3
2.4
2.5
2.6
本体基本结构 手部设计 腕部设计 臂部设计 缓冲与定位 行走机构
No.1
2.1
机器人本体的基本结构
一、机器人本体基本结构组成：
1、传动部分 2、机身及行走机构 3、臂部 4、腕部 5、手部
No.2
2.1
机器人本体的基本结构
No.45
2.4 缓冲与定位
概述 2.4.2 工业机器人的运动特性 2.4.3 工业机器人的定位方法 2.4.4 工业机器人的定位缓冲装置
2.4.1
No.46
2.4.1 概述
对于在工业生产中应用的工业机器人， 一般要求它速度快、运动平稳，重复定位精 度高。因此运动平稳性和重复定位精度是衡 量机器人性能的重要指标，影响这些指标的 主要因素如下：
斜楔杠杆式手部
No.14
2.2.1
钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
滑槽杠杆式手部
No.15
2.2.1
钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
双支点连杆杠杆式手部
No.16
2.2.1
钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
齿条齿轮杠杆式手部
No.17
2.2.1
钳爪式手部的设计
一、直接驱动的腕部结构
A.具有回转运动的腕部结构 B.具有回转和摆动运动的腕部结构
No.36
2.3.3 典型的腕部结构
一、直接驱动的腕部结构
A.具有回转运动的腕部结构 B.具有回转和摆动运动的腕部结构
二、具有机械传动的腕部结构
A.具有两个自由度机械传动的腕部结构 a.腕部的俯仰运动；b.手部的回转运动； c.腕部的俯仰运动引起的诱起运动
No.32
2.3.Байду номын сангаас 概述
摆动
手腕
俯仰
回转
具有回转、俯仰和摆动三个自由度的手腕
No.33
2.3.2 腕部的设计要点
结构应尽量紧凑、重量轻 要适应工作环境的要求 要综合考虑各方面要求，合理布 局
No.34
2.3.3 典型的腕部结构
一、直接驱动的腕部结构
A.具有回转运动的腕部结构
No.35
2.3.3 典型的腕部结构
No.50
2.5 行走机构
2.5.1
2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5
概述 车轮式行走机构 履带式行走机构 步行式行走机构 特种移动机器人
No.51
2.5.1 概述
机器人可以分为固定式和行走式两 种。对机器人的行走机构，可根据不通 的行走环境情况，提出不同的要求，根 据机器人的行走环境，将机器人所具的 移动机能分为以下几个方面：地面移动 机能、水中移动机能、空中移动机能和 地中移动机能等四个方面。
No.52
2.5.1 概述
具有地面行走机能的行走机构 按其特点可以分为车轮式、履带式 和关节式行走机构。它们在行走过 程中，前两者与地面连续接触，后 者为间断接触。前者的形态为运行 车式，后者则为类人或动物的腿脚 式。
No.20
2.2.1
钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构举例以及夹紧力的分析计算
手部机构的结构型式不同，其特点 也各不相同，下面仅举几个结构实例及 其夹紧力的计算公式供设计时参考。钳 爪式手部机构夹持工件的夹紧力是通过 驱动装置(液压、气动或电动)所产生的 驱动力经过手部机构的传递而产生的。
No.21
No.37
A.具有两个自由度机械传动的腕部结构
具有两个自由度机械传动的腕部结构原理
No.38
2.3.3 典型的腕部结构
一、直接驱动的腕部结构
A.具有回转运动的腕部结构 B.具有回转和摆动运动的腕部结构
二、具有机械传动的腕部结构
A.具有两个自由度机械传动的腕部结构 a.腕部的俯仰运动；b.手部的回转运动； c.腕部的俯仰运动引起的诱起运动 B.具有三个自由度机械传动的腕部结构 a.腕部俯仰运动及其诱起运动；b.腕部回转运动 及其诱起运动；c.手部回转运动
No.4
2.1
机器人本体的基本结构
二、机器人本体基本结构特点：
3、连杆驱动扭矩的顺态过程在 时域中的变化非常复杂，且和执 行器反馈信号有关。连杆的驱动 属于伺服控制型，因而对机械传 动系统的刚度、间隙和运动精度 都有较高的要求。
No.5
2.1
机器人本体的基本结构
二、机器人本体基本结构特点：
4、连杆系的受力状态、刚度条 件和动态性能都是随位姿的变化 而变化的，因此，极容易发生振 动或出现其他不稳定现象。
2 1
1. 磁盘；2－防尘盖；3－线圈；4－外壳体； 5－螺母；6－防尘螺母；7，9－垫圈； 8－螺母；10－轴承；11－出导线孔
a.直流电磁铁的吸力计算：
N 2(
N 平均 (
B0 500
Bm 500
)2 S
)2 S
No.28
b.交流电磁铁的吸力计算：
2.2.3 类人机器人的手部—关节式手指
No.8
2.1
机器人本体的基本结构
三、机器人本体材料的选择：
1、机器人常用材料： 碳素结构钢和合金结构钢（广泛采用） 铝、铝合金及其他轻合金材料（重量轻） 纤维增强合金（较高的 E/ρ比） 陶瓷 纤维增强复合材料（高阻尼） 粘弹性大阻尼材料
No.9
2.2 手部设计
钳爪式手部的设计 2.2.2 吸盘式手部的设计 2.2.3 类人机器人的手部 ——关节式手指
BH-3灵巧手
BH-4灵巧手
No.30
2.3 腕部设计
概述 2.3.2 腕部的设计要点 2.3.3 典型的腕部结构