转动关节和移动关节
DH坐标系建立
2) 两个转动关节在空间形成 两轴间90°的扭转；连杆参数ln— 连杆的长度；如果连杆的中心线 被认作x方向并且从关节n-1到关 节n沿xn-1方向有一定距离，整个 杆件可以绕关节n-1转动n角，该 角认为是两连杆夹角，这个角就 是一般转动关节的变量；同时关 节轴被认为是z方向并且 绕zn-1转动；y轴由右手定则确定。
坐标系及其相关参数确定： 一、坐标系确定 (1) Zn-1的确定(转轴轴线) (2) Xn-1：垂直两连杆公垂线xn -1=zn-1 → zn (3) Yn-1 ：根据右手定则确定 二、参数确定 (1) 连杆长度ln：zn-1→ zn沿xn-1的距离； (2) 两关节轴扭角n： zn-1 → zn绕xn的转角； (3) dn：两连杆间偏置：xn-1→ xn沿zn-1距离，0； (4) n：两连杆间角度，Xn-1→ Xn绕zn-1的转角，
坐标系及其相关参数确定： 一、坐标系确定 (1) Zn-1的确定(转轴轴线) (2) Xn-1：xn -1=zn-1 → zn (3) Yn-1 ：根据右手定则确定 二、参数确定 (1) 连杆长度ln：zn-1 → zn沿xn-1的距离；
(2) 两关节轴扭角 n： zn-1 → zn绕xn的转角，
坐标系及其相关参数确定： 一、坐标系确定 (1) Zn-1的确定(转轴轴线、柱轴方向线) (2) Xn-1：xn -1=zn-1× zn (3) Yn-1 ：根据右手定则确定 二、参数确定 (1) 连杆长度ln：zn-1→ zn沿xn-1的距离，两轴相交为0； (2) 两关节轴扭角 n： zn-1→ zn绕xn的转角，-90 ° ； (3) dn ：两连杆间偏置：xn-1→ xn沿zn-1距离，dn； (4) n：连杆绕zn-1的转角，变量。
7) 一个移动柱关节和一 个转动关节相互平行；连杆 参数ln=偏置量；关节轴线方 向是z向；x方向由z轴确定， y方向由右手定则；转动和 移动关节变量为 n和dn+1。
关节松动技术详解
关节松动技术详解什么叫关节松动术？关节松动技术是治疗者在关节活动允许的范围内完成的⼿法操作技术，属于被动运动范畴，⽤于治疗关节功能障碍如：疼痛、活动受限或僵硬，具有针对性强、见效快、患者痛苦⼩、容易接受等特点。
关节松动技术是基本原理是利⽤利⽤关节的⽣理运动和附属运动作为治疗⼿段。
属被动运动范畴，其操作速度⽐推拿速度慢，在应⽤时常选择关节的⽣理运动和附属运动作为治疗⼿段。
⽬的(1)治疗师以被动动作,过程中速度慢,可以让病⼈阻⽌动作的进⾏.(2)利⽤快速震动或持续牵张以降低病⼈的疼痛.(3)利⽤关节松动术增加或维持病患关节的活动度.施⾏与动作的⽅向⽅向应尽量为平⾏关节⾯或垂直关节⾯.关节松动术合适的位置当关节周围韧带松弛,是关节⾯被拉开到最⼤范围,也是关节的休息位置。
适应症关节粘连，关节退化，关节疼痛，关节活动不⾜，关节固定，肌⾁紧绷关节退化。
操作节律和时间⼀般⼿法或⼤幅度活动时，节律约为每秒1次；强⼿法或⼩幅度活动时，节律约为每秒2-3次。
⼀个部位每次⼀般治疗30~60秒后，间歇1分钟左右，重复2-3次。
然后进⾏重要症状和体征的复查，评价疗效。
通常再重复1-2遍上述治疗。
若治疗后病情明显加重，则需调整治疗技术。
次⽇治疗前复查主要阳性临床表现，评价效果，以此为根据进⾏治疗技术选择。
关节松动术⼀般见效较快，若数天治疗⽆效，则应考虑改⽤其他治疗⼿段。
基本⽅法1．摆动⾻的杠杆样的运动叫～，即⽣理运动，摆动时要固定关节近端，关节远端做往返运动。
摆动必须在ROM＞60%（正常时）才可应⽤。
例如，肩关节前屈的摆动⼿法，⾄少要在肩前屈达到100°时才应⽤（180°、60%≈100°），如果没有达到这⼀范围应先⽤附属运动⼿法来改善。
2．滚动当⼀块⾻在另⼀块⾻表⾯发⽣滚动时，两块⾻的表⾯形状必然不⼀致，接触点同时变化，所发⽣的运动为成⾓运动，其滚动的⽅向总是朝向成⾓⾻运动的⽅向，常伴随着关节的滑动和旋转。
教案-工业机器人基础第5章01
第五章机器人驱动系统5.1机器人驱动系统概述【内容提要】本课主要学习机器人驱动系统的主要几个指标:驱动方式、驱动元件、传动机构、制动机构。
知识要点：✓机器人的驱动方式✓机器人的驱动元件✓机器人的传动机构✓机器人的制动机构重点：✓机器人的驱动方式✓机器人的驱动元件难点：✓机器人的传动机构关键字：✓驱动方式、驱动元件、传动机构、制动机构【本课内容】【内容提要】本章主要介绍机器人的驱动系统。
内容包括机器人的直接与间接驱动方式，液压、气压、电动驱动元件与特点，驱动机构与传动机构，制动器；液压系统组成与工作原理，液压系统的主要设各；气压系统组咸与王作原理，气压系统的主要设备；直流电动机与直流伺服电动机的结构原理与参数，交流电动机与交流伺服电动机的结构原理与参数，步进电动机的结构原理与参数，直线步进电动机简介。
学习完本章的内容后，学生应能够；了解机器人的驱动方式，掌握不同类型机器人驱动元件的性能与特点，熟悉驱动机构、传动机构及其传动方式的图例与特点，了解制动器的基本功能；能够熟练地分析实际机器人的驱动机构、驱动方式与制动原理，能够绘制出传动原理图。
掌握机器人的液压驱动系统的组成，熟悉液压驱动系统主要设备的工作机理；能够分析液压驱动系统的流程，能够找出液压驱动系统的故障环节。
掌握机器人的气压驱动系统的组成，熟悉气压驱动系统主要设备的工作机理；能够分析气压驱动系统的流程，能够找出气压驱动系统的故障环节。
了解伺服系统与伺服电动机的要点，掌握直流电动机与直流伺服电动机的结构原理与参数，掌握交流电动机与交流伺服电动机的结构原理与参数，掌握步进电动机的结构原理与参数；能够分析电动机驱动系统的工作特性，能够找出电动机驱动系统的控制要点。
5.1机器人驱动系统概述机器人是运动的，各个部位都需要能源和动力，因此设计和选择良好的驱动系统是非常重要的.本节主要介绍机器人驱动系统的主要几个指标；驱动方式、驱动元件、传动机构、制动机构。
关节活动度评定
人体主要关节活动度测量方法
下肢：髋关节——屈曲 伸展 外展 内收 内旋、外旋
膝关节——屈曲、伸展 踝关节——背屈、跖屈
髋关节
屈曲
• 体位：仰卧位，骨盆紧贴床面。
• 中心：股骨大转子。
• 固定臂：与躯干腋中线平行。
• 移动臂：股骨纵轴。
• 运动：下肢在矢状面上，做向靠近头部 的方向的运动。
注意固定骨盆，防止躯干的代偿运动。
肌张力较明显地增加：通过关节活动范围的大部分时， 肌张力均较明显地增加，但受累部分仍能较易地被 移动
肌张力严重增高：被动运动困难
僵直：受累部分被动屈伸时呈现僵直状态，不能活动
腕关节掌屈、背屈
前臂旋前、旋后
肘关节的屈伸
肩关节外展
髋、膝关节屈伸
髋关节内收外展
踝关节背屈、跖屈
• 仰卧位，髋膝关节屈曲 • 一手踝，一手脚掌
• 固定臂：与地面垂直。
• 移动臂：桡骨茎突与尺骨茎突 的连线。
• 运动：旋前，拇指向内侧，手 掌向下转动。旋后，拇指向外 侧，手掌向上转动。防止肩关 节的代偿运动，将上肢固定在 体侧。防止腕关节的代偿，可 以手握铅笔。
• 正常值：旋前0-80°，旋后080°。
腕关节
掌屈、背伸
• 体位：坐位，肩关节适度外展， 肘关节屈曲90°，前臂中立位。
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机器人课程作业
《机器人技术基础》课程期末作业学院：机械工程学院专业班级：姓名：学号§3.3 XHK 5140换刀机械手运动学方程该机械手有4个自由度。
关节1和2是转动关节，用于大臂和小臂旋转；关节3和4是移动关节，实现插播刀和伸缩运动。
图3-6为其结构示意图。
其运动学特点是连杆1具有空间交错的两轴线，即关节1和2既不垂直，也不平行，也不相交表3-1 XHK 5140换刀机械手的连杆参数连杆序号ia i-1αi-1d iθi关节变量备注1 0 0°0 Θ1Θ1a1=2/l22/larc cos⎪⎭⎫⎝⎛31-0 Θ2Θ2a1=arc cos⎪⎭⎫⎝⎛31-=54°45′3 0 0°d30°d34 a390°d490°d4（见例3.1）5（手爪）0 0°d50°连杆坐标系{1}，{2}，{4}，{4}和{5}的设定如图3-6所示。
相应的连杆参数列入表3-1。
注意：（1）Θ1=0°时，基坐标系{0}与{1}重合，因此未画出。
Z1与正方体对角线重合，x1与关节1、2的公垂线重合；（2）坐标系{2}看上去与连杆2不在一起，实际上是相固接的。
关节2和3组成圆柱副；（3）坐标系{4}与手爪坐标系{T}平行；（4）连杆坐标系的规定不是唯一的，图3-6仅画出一种规定，对于不同的坐标系的规定，相应的参数也不相同。
在图示位置，各关节变量为：Θ1=0°，{1}与{0}重合； Θ2=45°，X 2相对于Z 2转45°； d 3=d 3，X 3相对于Z 3移动d 3； d 4=0，X 4处于零位。
根据表3-1所列的连杆参数，将其代入式（3.3），即可得到各个连杆变换矩阵；⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=100001000000111101θθθθc s s c T ；⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=100031323203231310222212212θθθθθθc s c s a s c T ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1000d 10000100001332T ；⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=100000011000104334d a T 。
关节活动度测量(ROM)
• 外旋 体位：俯卧位、仰卧位肩关节外展90度，
肘关节屈曲90度 固定臂：与地面垂直 移动臂：尺骨长轴 轴心：尺骨鹰嘴 正常值：0－90度
肘关节
• 屈曲 体位：俯卧位、坐位、立位 固定臂：肱骨纵轴 移动臂：桡骨纵轴 轴心：肱骨外上髁 正常值：0－150度
• 上举 体位：坐位、立位、仰卧位 固定臂：两侧肩峰的连线 移动臂：胸骨上缘与肩峰的连线 轴心：胸骨上缘 正常值：0－20度
• 下降 体位：坐位、立位、仰卧位 固定臂：两侧肩峰的连线 移动臂：胸骨上缘与肩峰的连线 轴心：胸骨上缘 正常值：0－10度
肩关节
• 屈曲 体位：坐位、立位、仰卧位 固定臂：与胸廓的腋中线一致（体侧垂线） 移动臂：肱骨长轴 轴心：肩峰 正常值：0－180度
节
行
行
拇指
• 外展 体位：坐位手置于支撑面上 固定臂：与食指纵轴一致 移动臂：拇指纵轴 轴心：第一掌骨的腕关节处 正常值：0－60度
• 内收 体位：坐位手置于支撑面上 固定臂：与食指纵轴一致 移动臂：拇指纵轴 轴心：第一掌骨的腕关节处 正常值：0度
• 掌侧外展 体位：坐位前臂置于支撑面上，腕中立 固定臂：与食指纵轴一致 移动臂：拇指纵轴 轴心：第一掌骨的腕关节处 正常值：0－90度
• 掌指关节伸展 体位：前臂置于支撑面上 固定臂：2-5掌骨纵轴 移动臂：2-5近节指骨纵轴 轴心：掌指关节 正常值： 0－45度
• 内收 体位：手置于支撑面上 固定臂：第三指骨纵轴 移动臂：第二、四、五指骨纵轴 轴心：第三指骨纵轴与第二、四、五指骨
纵轴向腕关节沿线的交点 正常值： 0度
• 外展 体位：手置于支撑面上 固定臂：第三指骨纵轴 移动臂：第二、四、五指骨纵轴 轴心：第三指骨纵轴与第二、四、五指骨
工业机器人复习资料 韩建海
17. 常见的位置和位移传感器 P121 常见的位置和位移传感器有电阻式位移传感器、 电容式位移传感器、 电感式位移传感器、 编码式位移传感器、霍尔元件位移传感器、磁栅式位移传感器等。 18. 绝对式光电编码器的组成 P123 主要由多路光源、光敏元件和编码盘组成。 二.名词解释 1. 机器人机械臂的自由度。 P11 自由度是指机器人所控制的独立坐标轴运动的数目，不包括末端操作器的开合自由度。 2. 机器人机械臂的定位精度。 P12 定位精度是指机器人末端操作器的实际位置与目标位置之间的偏差， 由机械误差、 控制 算法误差与系统分辨率等部分组成。 3. 机器人机械臂的重复定位精度。P12 重复定位精度是指在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令之下，机器人连续 重复运动若干次时，其位置的分散情况，是关于精度的统计数据。 4. 机器人机械臂的工作范围。 P12 工作范围是指机器人运动时手臂末端或手腕中心所能达到的所有点的集合， 也成为工作 区域。 5. 机器人机械臂的承载能力。 P13 承载能力是指机器人在作业范围内的任何位姿上所能承受的最大重量。 承载能力不仅指 负载质量，也包括机器人末端操作器的质量。 6. 齐次坐标。 P51 将一个 n 维空间的点用 n+1 维坐标表示，则该 n+1 维坐标即为 n 维坐标的齐次坐 标。 7. 欧拉角 P62 用来确定定点转动刚体位置的三个一组独立转动角参量， 其中每次转动都是相对于动坐 标系进行的 8. 运动学逆解问题 P73 在机器人运动学分析中， 已知末端执行器要达到的目标位姿， 求解所需的关节变量值叫 做运动学逆解问题。 9. 速度雅克比矩阵 P81 速度雅克比矩阵是一个把关节速度矢量������ 变换为机器人手爪相对基坐标即固定坐标的 广义速度矢量 v 的变换矩阵。 10. 广义坐标 用来描述系统位形所需要的独立参数或者最少参数叫做广义坐标。 11. RPY 角 P60 RPY 角是描述船舶在大海中航行或者飞机在空中飞行时姿态的一种方法。 将船的行驶方 向取为 z 轴，则 R 表示绕 z 轴的回转（а ） ；将船体的横向取为 y 轴，则 P 表示绕 y 轴俯仰（β ） ；将垂直于船体的方向取为 x 轴，则 Y 表示绕 x 轴的偏角（γ ） 。 12. 运动学的正解问题 在机器人的运动学分析位姿 13. 力雅可比矩阵 P88 在机器静力计算中把手部端点力矢量τ 的变换矩阵 14. 灵敏度 P119 灵敏度是指传感器的输出信号达到稳定时，输出信号变化与输入信号变化的比值。
骨关节方面的知识
骨关节方面的知识
骨关节是人体骨骼系统的重要组成部分，由两块或两块以上的骨构成，是骨头与骨头之间的连接方式。
骨关节的主要功能是支撑身体、保护内脏器官，并使人体能够进行各种活动。
骨关节的结构复杂，包括关节面、关节囊、关节腔等部分。
关节面是两块骨头接触的表面，覆盖着一层软骨，可以减少骨头之间的摩擦和冲击；关节囊是一个封闭的结缔组织囊，将两块骨头连接在一起，同时包围着关节腔；关节腔是关节的一部分，内部含有少量滑液，有助于减少骨头之间的摩擦。
人体中的骨关节有多种类型，包括不动关节、微动关节和可动关节。
不动关节又叫做纤维连接或纤维关节，例如颅骨骨缝和韧带连接等；微动关节又叫做软骨关节，它指的是两骨之间通过纤维软骨或透明软骨构成的连接；可动关节指的是两块骨头之间可以相对运动，例如肘关节、膝关节等。
骨关节在人体中起着非常重要的作用，如果骨关节出现问题，可能会导致疼痛、肿胀、活动受限等症状。
因此，了解骨关节的基本知识和维护方法，有助于保持身体健康。
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一.填空。
1.机器人常用的两种关节是什么？P7移动关节、转动关节2.在技术设计中，机器人需要确定哪些基本参数？P17机器人的自由度数目、作业范甬、承載能力、运动速度及定位精度等3.机器人常用的直线运动驰动装豐有哪些？P21齿轮齿条装置、普通丝杠、滚珠丝杠、液压（气压）缸4.机器人常用的旋转运动传动装置有哪几种？P22-25齿轮链、同步带传动装置、谐波齿轮、摆线针轮传动减速器5.机器人机械系统主要由哪几部分组成？P9机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统6.工业机器人按照臂部关节沿坐标轴的运动形式的不同町分为几类？P7直角坐标型、圆柱坐标型、球（极）坐标型、关节坐标型、SCARA型7.机器人常用的驱动方式有哪几种？P19液压驱动、气压驱动、电气驱动8.根据夹持原理不同，工业机器人手部分为哪几种？P38机械钳爪式、吸附式9.简述工业机器人的组成部分及其作用。
P9-11工业机器人系统包拆机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统。
其中，机械系统用于执厅机械运动和任务，相当于人的身；控制系统用于驱动机械系统动作，相为于人的肌肉：控制系统用于控制执行机构，完成规定的工作，相当于人的人脑：感知系统用于获取机器人内外部信息，相当于人的五官。
10.简述方向余弦矩阵的基本特点。
P51方向余弦矩阵是止交矩阵，即矩阵中每行和每列中元素的平方利为1，两个不同列或不同行中对应元素的乘枳之和为0。
11.简述常见工业机器人的控制方式。
P99-100点位控制和连续轨迹控制、力（力矩）控制方式、智能控制方式、示教•再现控制12.工业机器人系统总体设计主要包括哪几方面的内容？P16-19系统分析、技术设计。
其中，技术设计包括机器人基本参数的确定、机器人运动形式的选择、拟定检测传感系统框图、确定控制系统总方案，绘制框图、机械纟人构役计。
13.什么是机器人运动学逆解的多垂性？P73在求解机器人逆运动学问题的过程中通常需要接反三角函数方程，这町能会出现多个解的情况，这种现象称为运动学逆解的多重性。
关节基本知识
按照运动轴的数目及关节面的形状，分为以下几 种关节： 屈戌关节（如手部的指间关节、膝关节）、 蜗状关节（如踝关节）、 车轴关节（如桡尺近端关节）、 椭圆关节（如桡腕关节和枕寰关节）、 鞍状关节（如拇指侧的腕掌关节）、 球窝关节（如肩关节）、 杵臼关节（如髋关节）、 平面关节（如跗骨之间的关节）。
（3）关节腔
关节腔由关节囊滑膜层和关 节软骨共同围成，含少量滑液， 呈密闭的负压状态，这种结构 也体现了关节运动灵活性与稳 固性的统一。
关节的辅助结构
１ 关节唇：是附着于关节窝周缘的纤维软骨环， 有加大加深关节窝的作用，如肩关节和髋关节都 有关节唇。
２ 关节内软骨：存 在于关节腔内的软骨 称关节内软骨，由纤 维软骨构成。存在形 式有两种，一为关节 盘，二为半月板，它 们可加深关节窝、使 两个关节面互相适应， 同时还有减轻冲撞和 吸收震荡的作用。
可能离开内膜，进入滑膜下组织，成为滑
膜下巨噬细胞。
膝关节滑膜的特点
在全身187个滑膜关节中，膝关节滑膜是面 积最广、最复杂的滑膜，滑膜腔也最大。 膝关节滑膜有以下特点：①滑膜面积最大， 分泌滑液最多；②脂肪垫及绒毛数量最多， 也最大；③与周围结构，特别是肌腱明显 分开；④滑膜形成许多囊状隐窝，其中5个 位于关节腔前面，4个位于关节腔后面，从 而使滑膜腔容积大大增加，成为人体关节 腔最大的关节；⑤滑膜面积是全身最大者， 并且形成皱襞以适应膝关节的各种运动。
③韧带的多少与强弱；关节周围韧带和肌腱坚固，则使关 节运动受限，从而增强其稳固性，反之，关节周围韧带或 肌腱较少，则运动幅度大而增加了灵活性，且此部位往往 是关节易发生脱位之处。
④关节内结构，对关节运动也有明显的影响，如 关节盘、半月板和滑液均可增加关节的灵活性， 而关节内韧带则对运动有明显的制约，从而增加 关节的稳固性。
骨连接的分类关节的基本构造和辅助结构关节的运动关节的分类
骨连接的分类关节的基本构造和辅助结构关节的运动关节的分类骨连接是指骨骼中两个或多个骨头之间的接合关系。
根据连接方式和结构特征，骨连接可以分为以下几类：1.纤维连接：纤维连接是通过纤维组织将两个骨头连接在一起。
最常见的纤维连接是缝合连接，例如头盖骨中的颅缝连接。
纤维连接的特点是结构简单，韧性较大，适合于需要保持一定程度的移动性的部位。
2.软骨连接：软骨连接是通过软骨组织将两个骨头连接在一起。
软骨连接有两种形式：一种是软骨连接，即通过骨软骨将两个骨头连接在一起，如前胸骨和肋骨的连接；另一种是软骨连接，即通过纤维软骨将两个骨头连接在一起，如脊椎骨之间的连接。
软骨连接的特点是连接牢固，具有一定的弹性，适合于需要保持一定稳定性的部位。
3.关节连接：关节连接是通过关节组织将两个骨头连接在一起。
关节连接是最常见的一种连接形式，也是人体最复杂的连接方式之一、关节连接分为以下几类：球窝关节连接，如肩关节和髋关节；鞍状关节连接，如拇指和手腕之间的连接；滑动关节连接，如手腕骨之间的连接。
关节连接的特点是连接灵活，运动范围广泛，适合于需要高度活动性的部位。
关节的基本构造和辅助结构：关节是由两个或多个骨头之间的接合形成的。
关节的基本构造主要包括以下几个组成部分：1.关节面：关节面是骨头上与另一骨头接触的平面。
关节面通常由光滑的软骨组织覆盖，以减少摩擦和磨损。
2.关节囊：关节囊是由韧带和软骨组织形成的袋状结构，围绕在关节周围，起到保护关节的作用。
关节囊内壁还含有滑液膜，分泌关节液，以润滑关节面，减少摩擦。
3.韧带：韧带是连接两个骨头的强结缔组织带状结构。
韧带的主要功能是给予关节稳定性，防止过度活动或脱位。
4.附属韧带：附属韧带是连接关节周围肌肉和骨头的韧带，起到增强关节稳定性的作用。
5.关节液：关节液是由滑液膜分泌的液体，具有润滑关节表面、减少摩擦和提供氧气和养分的功能。
6.神经和血管：关节还有丰富的神经和血管供应，以提供感觉和营养支持。
机器人基础 期末复习
1、根据各个国家对机器人的定义，总结各种说法的共同之处，机器人应该具有以下特性:1 )种机械电子装置。
2 )动作具有类似于人或其他生物体的功能。
3)可通过编程执行多种工作，具有定的通用性和灵活性。
4)具有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。
2、机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发制造和应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。
“机器人革命”有望成为“第四次工业革会”的切入点和增长点，本书将看重讨论工业机器人的结构、控制和应用等问题。
3、1940年，-位名叫J saac As imov的科幻作家首次使用了Robotics (机器人学)来描述与机器人相关的科学，并提出了“机器人学三原则”。
这三条原则如下:1 )机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸。
2)机器人必须服从于人的指令，除非这些指令与第一-原则相矛盾。
相矛盾。
3)机器人必须能保护自己的生存，只要这种保护行为不与第或第二原则。
4、新一代工业机器人正在向智能化、柔性化、网络化、人性化和编程图形化方向发展。
5、一般来说， -个机器人系统由机械结构、控制器、传感器、驱动系统和作业信息等几部分组成。
机械结构:包括机器人本体、传动机构和执行机构，主要实现机器人运动和力的传递;控制器:主要是对机器人模型、环境模型、工作任务和控制算法的分析与实现，以及实现人机的交互;传感器:包括内部传感器和外部传感器，主要实现对机器人内部状态和外部环境的监控;驱动系统包括驱动器和伺服系统，驱动器是机器人的动力源.可以是气动的、液压的或电动的;作业信息:主要实现对作业对象、作业顺序等信息的分析与处理。
6、机器人一般都由四个主要部分组成:①机械系统;②传感系统;③驱动系统;④控制系统。
机械系统包括传动机构和由连杆集合形成的开环或闭环运动链两部分。
连杆类似于人类的大臂、小臂等，关节通常为移动关节和转动关节。
移动关节允许连杆做直线移动，转动关节允许构件之间产生旋转运动。
04-机器人课程-运动学
1、机器人运动学
1.5机器人微分运动及速度
机器人的微分运动是研究机器人关节变量的微小变化与机器人手部位姿的微小变化 之间的微分关系。如果已知两者之间的微分关系，就可以解决机器人微分运动的两 类基本问题：一类是在已知机器人各个关节变量的微小变化时求机器人手部位姿的 微小变化；另一类是在已知机器人手部位姿的微小变化时求机器人各个关节变量相 应的微小变化。机器人的微分运动对机器人控制、误差分析、动力分析和保证工作 精度具有十分重要的意义。
1、机器人运动学
1.3齐次变换及运算
1.3.1 直角坐标变换 在机器人中建立直角坐标系后，机器人的手部和各活动杆件之间相对位 置和姿态就可以看成是直角坐标系之间的坐标变换。
1、机器人运动学
1.3齐次变换及运算
平移变换 设坐标系{i}和坐标系{j}具有相同的姿态，但两者的坐标原点不重合，如图3-7所 示。 若用矢量Pij表示坐标系{i}和坐标系{j}原点之间的矢量，则坐标系{j}就可以看成 是由坐标系{i}沿矢量Pij平移变换而来的，所以称矢量Pij为平移变换矩阵，它是一个 3×1的矩阵
1.1、机器人位姿描述
机器人的位姿主要是指机器人手部在空间的位置和姿态，有 时也会用到其他各个活动杆件在空间的位置和姿态。需要先 了解的与机器人运动相关的一些基础知识。 机器人的机构运动简图、机器人的自由度、机器人的坐标系、 机器人的工作空间、机器人的位姿
1、机器人运动学
1.2机器人的位姿
所谓机器人的位姿主要就是指机器人手部在空间的位置和姿态。有了机器 人坐标系，机器人手部和各个活动杆件相对于其他坐标系的位置和姿态就 可以用一个3×1的位置矩阵和一个3×3的姿态矩阵来描述。如图3-2所示， 机器人手部的坐标系{H}相对于机座坐标系{O}位置就可以用坐标系{H}的 原点OH在坐标系{O}三个坐标分量xOH、yOH、zOH、组成3×1的位置矩阵来 表示
转动关节和移动关节
3．导轨副常见形式：
滑动导轨 滚动导轨 静压导轨 磁性悬浮导轨
由于机器人在速度和精度方面要求高， 一般采用结构紧凑且价格低廉的滚动导 轨。
直线导轨种类示例：
滑动导轨 静压导轨
滚动导轨 磁悬浮导轨
4．机器人用典型滚动导轨结构简介：
直线运动球轴承：
由外圈、保持架和在外圈和轴之间的几列钢 球组成。外圈相对轴作往复直线运动，而钢 球借助保持架通道引导循环，在外滚道中往 复滚动。
插销定位结构示例：
3．伺服定位系统：
前面两种定位方法只适用于两点或多 点定位，而在任意点定位时，要使用 伺服定位系统。它可以根据输入指令 的变化控制位移，获得良好的运动特 性。不仅适用于点位控制，也适合于 连续轨迹控制。
五、传动件的消隙
1、需要消隙的理由
传动机构存在的间隙， 称为侧隙。
传动间隙的存在，影 响着机器人的重复定 位精度和平稳性；对 机器人控制系统而言， 传动间隙导致显著的 非线性变化、振动和 不稳定性。
2、产生间隙的原因：
由于制造和装配误差所产生的间隙； 为适应热膨胀而特意留出的间隙。
3、消隙的措施：
提高制造和装配精度； 设计可调整传动间隙的机构； 设置弹性补偿零件。
偏心套调整法图例：
斜齿圆柱齿轮消隙原理：
轴向弹簧调整法图例：
周向弹簧调整法图例：
外部驱动机构驱动臂部的形式：
适合于传递大扭矩的回转运动，采用的 传动机构有滚珠丝杆、液压缸和汽缸。
驱动电机安装在关节内部的形式：
这种方式亦称为直接驱动方式。
转动关节结构示例（2）：
外部驱动
直接驱动
外部驱动动 作示意图
4．机器人用轴承（1）：
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2．组成：
回转关节由驱动机构、回转轴和轴承组 成。
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3驱．动常机见构和结回构转形轴同式轴（式：1）：
属于直接驱动回转轴，有较高的定位精 度。为了减轻重量，要求选择小型减速 器并增加臂部的刚性。适用于水平多关 节型机器人。
驱动机构与回转轴正交式：
重量大的减速机构安装在基座上，通过 臂部内的齿轮、链条来传递运动。适用 于要求臂部结构紧凑的场合。
分类：
液压驱动机械手需定位时：
机械手运行至定位点，行程开关发出信号，电磁换向阀关 闭油路实现定位。
电机驱动机械手需定位时：
机械手运行至定位点，行程开关发出信号，电气系统激励 电磁制动器进行制动而定位。
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2．机械挡块定位：
是在行程终点设置机械挡块，当机械 手减速运动至终点时，紧靠挡块而定 位。
直线导轨种类示例：
滑动导轨
滚动导轨
静压导轨
磁悬浮导轨
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直线运动球轴承：
4．由机外器圈、人保用持典架型和在滚外动圈导和轨轴之结间构的简几列介钢：
球组成。外圈相对轴作往复直线运动，而钢
球借助保持架通道引导循环，在外滚道中往
复滚动。
直线滚动导轨：
由导轨体、滑块、滚珠、保持器和端盖组成。 导轨固定在不运动的部件上，滑块固定在运 动部件上。
按照关节的运动方式不同，关节分为 转动关节和移动关节。
转动关节实现两个部件之间的相对回 旋运动；移动关节实现两个部件之间 的相对直线运动。
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二、转动关节
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1．作用：
转动关节既用于联接各运动机构，又 传递各机构间的回转运动（或摆动）。
对于机器人而言，主要用于基座与臂 部、臂部之间、臂部和手腕等之间的 有相对运动要求的联接部件上。
外部驱动动 作示意图
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4．机器人用轴承（1）：
薄壁四点接触球轴承：
相当于两套单列角接触球轴承，能够承受 双向推力载荷。从截面上看，其内外滚道 的轮廓均由两段半径相同的圆弧相交而成， 每段圆弧与钢球的接触角都是30°。这种 轴承除能承受轴向、径向载荷外，还能承 受倾覆力矩，特别适合于受力状态复杂而 空间位置和质量又受到限制的情况。
琐口在外
圈背靠背
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琐口在外 圈面对面
琐口在外 圈串联
薄壁四点接触球轴承图例：
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4．机器人用承（2）：
薄壁交叉滚子轴承：
这种轴承相当于由两套推力圆锥滚子轴承 组合而成，滚子呈交叉垂直排列，内圈有 两个相互垂直的滚道，外圈为双半外圈。 能够承受轴向、径向和力矩联合载荷，并 具有更高的刚度。
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插销定位结构示例：
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3．伺服定位系统：
前面两种定位方法只适用于两点或多 点定位，而在任意点定位时，要使用 伺服定位系统。它可以根据输入指令 的变化控制位移，获得良好的运动特 性。不仅适用于点位控制，也适合于 连续轨迹控制。
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五、传动件的消隙
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1、需要消隙的理由
传动机构存在的间隙， 称为侧隙。
转动关节和移动关节
主讲 周兰
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引言
机器人是运动的，各个部位都需要能 源和动力，设计和选择良好的传动部 件是非常重要的。这涉及到关节形式 的确定、传动方式的选择、传动部件 的定位和消隙等多个方面。
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一、关节
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1．定义：
机器人中联结运动部分的机构 称为关节。
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2．分类：
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直线运动球轴承图例（1）：
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直线运动球轴承图例（2）：
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直线滚动导轨示例：
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四、传动件的定位
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1定．位电原理气：开关定位： 电气开关定位是利用电气开关（有触点或无触点） 作行程检测元件，当机械手运行到定位点时，行程 开关发出信号，切断动力源或接通制动器，从而使 机械手获得定位。
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转动关节结构示例（1）：
同轴式
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正交式
3．常见结构形式（2）：
外部驱动机构驱动臂部的形式：
适合于传递大扭矩的回转运动，采用的 传动机构有滚珠丝杆、液压缸和汽缸。
驱动电机安装在关节内部的形式：
这种方式亦称为直接驱动方式。
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转动关节结构示例（2）：
外部驱动
直接驱动
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圆锥滚子轴承：
圆锥滚子轴承必须在承受轴向载荷的状 态下使用，可以采用面对面或背对背的 方式成对使用。
有较大的径向和轴向承载能力。
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圆锥滚子轴承图例：
基本型
面对面安装
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背对背安装
薄壁交叉滚子轴承图例：
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三、移动关节
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1．构成：
移动关节由直线运动机构和在整个运动 范围内起直线导向作用的直线导轨部分 组成。
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2．对导轨的要求：
导轨副之间间隙 小且可调，并能 消除间隙。
在垂直方向上具 有足够的刚度。
摩擦系数小且不 随速度变化等。
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3．导轨副常见形式：
滑动导轨 滚动导轨 静压导轨 磁性悬浮导轨
由于机器人在速度和精度方面要求 高，一般采用结构紧凑且价格低廉的滚 动导轨。
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角接触球轴承：
单个使用时只能承受一个方向的轴向载 荷，同时还能够承受一定的径向载荷。
这种轴承必须在承受轴向载荷的状态下 使用，通常成对安装使用。
当面对面或背对背安装时，可以承受径 向载荷和双向轴向载荷。
当串联安装时，只能承受很大的单向轴 向载荷。
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角接触球轴承示例：
琐口在外圈 琐口在内圈
传动间隙的存在，影 响着机器人的重复定 位精度和平稳性；对 机器人控制系统而言， 传动间隙导致显著的 非线性变化、振动和 不稳定性。
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2、产生间隙的原因：
由于制造和装配误差所产生的间隙； 为适应热膨胀而特意留出的间隙。
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3、消隙的措施：
提高制造和装配精度； 设计可调整传动间隙的机构； 设置弹性补偿零件。
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偏心套调整法图例：
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斜齿圆柱齿轮消隙原理：
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轴向弹簧调整法图例：
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周向弹簧调整法图例：
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