机器人机械结构介绍
机器人的机械结构讲义课件
二、机身的典型结构
圆柱坐标型
机器人的机械机构（一）
工作范围可以扩大； 计算简单；
动力输出较大；
手臂可达空间受到限制； 直线驱动部分难以密封；
安全性差；
二、机身的典型结构
球坐标式
机器人的机械机构（一）
中心支架附近的工作范围大； 工作空间大；
坐标系复杂，难以控制； 存在工作死区； 密封性较差；
机器人的机械机构（一）
齿条活塞油缸驱动的回转型机身
升降回转台
升降缸体 活塞
活塞杆 固定导套
齿轮套筒
齿条缸 固定立柱
齿条活塞油缸驱动的回转型机身
1、活塞 2、花键套 3、花键轴 4、升降油缸 5、摆动油缸 6、摆动缸定片 7、摆动缸动片
链条链轮型回转机身
回转与俯仰机身
铰链连接 采用尾部耳环或中部
销轴与立柱连接
三、臂部的典型机构
臂部伸缩机构 臂部俯仰运动机构 手臂回转与升降机构
手臂回转与升降机构通常是通过臂部相对 于立柱的运动机构来实现。常采用回转缸与升 降缸单独驱动，适用于升降行程短而回转角度
小于360°的情况，也有采用升降缸与气马
达——锥齿轮传动的结构。
机器人的机械机构（一）
机器人的机械机构（一）
性
2
~0.5) ~0.5) 0.5)
第一节 机器人的主要技术参数
分辨率
是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角 度。精度和分辨率不一定相关。
实 际 位置
给定位置
反馈尺
重复 精度
精度
分辨率、精度、重复精度的关系
TBRU 分辨率
第二节 机身和臂部机构
一、机身和臂部的作用
机身
机器人学_第2章_机器人机械结构
– 肩关节的摆动：
• 电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
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腕部俯仰
关节型机器人传动 系统图：
肘关节摆动
肩关节的摆动
腕部的旋转
30
腕部旋转局部图例：
电机M5→减速器R5→链轮 副 C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
上料道与下料道分 别设在机床的两侧， 双臂能同时动作， 两臂同步沿横梁移 动，缩短辅助时间
b.双臂交叉配置，
两臂轴线交于机床 的中心，两臂交错 伸缩进行上下料， 并同时沿横梁移动
c.双臂交叉配置，
悬伸梁式，横梁长 度较a,b短，双臂位 于横梁的同一侧
5
(2).双臂悬挂式（b）
双臂回转型，双 臂交叉且绕同轴 回转，分别负责 上下料（主要是 盘状零件），只 需一个动力源， 结构紧凑，动作 范围大
第2章 机器人的机械结构
2.1 机身和臂部 2.2 腕部和手部结构 2.3 传动部件设计
1
2.1 机身和臂部
• 一.机身和臂部的作用
• 机身是直接连接支承传动手臂和行走机 构的部件，机身可以是固定的，也可以 是行走式的
• 手臂部件用来支承腕部（关节）和手部 （包括工件和工具），并带动它们在空 间运动
• 远距离传动手腕：
–有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装 置又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕 的重量，采用远距离的驱动方式，可以实现 三个自由度的运动。
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1）液压直接驱动BBR手腕图例：
回转 R
俯仰 B
偏转 B
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2）. 单回转腕部 结构示例
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3）双回转油缸驱动手腕
工业机器人的基本结构
工业机器人的基本结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器人系统，它具有复杂的结构和多样的功能。
下面将介绍工业机器人的基本结构。
工业机器人主要由机械结构、传感器、控制系统和执行器四个主要部分组成。
一、机械结构工业机器人的机械结构是机器人的骨架，它决定了机器人的外形和运动能力。
机械结构包括机器人的机身、关节、连杆、末端执行器等部分。
1. 机身：机身是机器人的主体部分，承载着各个关节和执行器。
一般采用铝合金、钢材或碳纤维等材料制作，具有较强的刚性和轻量化特性。
2. 关节：关节是连接机身和连杆的部分，用于实现机器人的运动。
根据运动方式的不同，关节可以分为旋转关节和直线关节。
旋转关节可以使机器人在水平方向上旋转，而直线关节可以使机器人在垂直方向上进行上下运动。
3. 连杆：连杆是连接关节和末端执行器的部分，它们通过关节的旋转和直线运动，使机器人能够完成各种复杂的任务。
连杆一般采用铝合金或钢材制作，具有一定的刚性和强度。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的“手”，用于实现机器人的具体操作。
常见的末端执行器包括夹爪、焊枪、刀具等，不同的末端执行器适用于不同的工作任务。
二、传感器传感器是工业机器人的感知器官，用于获取周围环境的信息，帮助机器人做出相应的动作。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、位置传感器等。
1. 视觉传感器：视觉传感器可以通过拍摄和分析图像，实现对物体的识别、定位和测量。
它可以帮助机器人在不同的工作环境中准确定位和操作物体。
2. 力传感器：力传感器可以测量机器人施加在物体上的力和力矩，帮助机器人控制力的大小和方向，实现精确的操作和装配。
3. 位置传感器：位置传感器可以测量机器人各个关节的位置和姿态，提供给控制系统进行运动控制。
常见的位置传感器有编码器、陀螺仪等。
三、控制系统控制系统是工业机器人的大脑，负责对机器人进行运动控制和任务规划。
它由硬件和软件两部分组成。
1. 硬件：硬件部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。
第二章_机器人的机械结构分析
关节型搬运机器人
关节型焊接机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活 性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装 配作业。
SCARA型装配机器人
有较大的作业空间，结构紧凑较复杂，定位精度较低。
极坐标型机器人模型
2018/11/2
Unimate
机器人
第二章
机ห้องสมุดไป่ตู้人的机械结构
机器人的构型
4、关节坐标型 (3R) 对作业的适应性好，工作空间大，工作灵活，结构紧凑， 通用性强，但坐标计算和控制较复杂，难以达到高精度。
2018/11/2
关节型机器人模型
2、圆柱坐标型 (R2P)
结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较 简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动 惯量较大，定位精度相对较低。
圆柱坐标型机器人模型
2018/11/2
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第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)
• 电动式
电源方便，响应快，驱动力较大，可以采用多种灵活的控制方案。
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
二、机器人的分类
1.按机器人的控制方式分类 （1）非伺服机器人 非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器 人的运动。 （2）伺服控制机器人 通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信 号比较后，得到误差信号，经放大后用以激发机器人 的驱动装置，进而带动手部执行装置以一定规律运动， 到达规定的位置或速度等，这是一个反馈控制系统。
工业机器人组成结构
工业机器人组成结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器，它能够完成人类在生产线上的工作任务。
工业机器人的组成结构是多样的，下面将从机械结构、电气控制和软件系统三个方面来介绍工业机器人的组成结构。
一、机械结构工业机器人的机械结构是支持其运动和操作的基础。
通常，它由底座、臂架、关节、末端执行器等部分组成。
1. 底座：底座是机器人的基础，通常由铸铁或钢板制成，具有足够的强度和稳定性。
底座上通常安装有电机和减速器，用于提供机器人的旋转运动。
2. 臂架：臂架是机器人的主体结构，通常由铝合金或碳纤维等材料制成，具有轻量化和高强度的特点。
臂架上的关节连接着各个运动部件，使机器人能够进行多轴运动。
3. 关节：关节是机器人的运动部件，通常由电动机、减速器和编码器等组成。
关节能够提供机器人的转动和抬升等运动，使机器人能够灵活地完成各种工作任务。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的工作部件，通常根据需要选择不同的执行器，如夹爪、吸盘、焊枪等。
末端执行器能够完成机器人的具体操作任务，如抓取、装配、焊接等。
二、电气控制电气控制是机器人的神经系统，负责控制机器人的运动和操作。
它由电机驱动系统、传感器系统和控制器等组成。
1. 电机驱动系统：电机驱动系统是机器人的动力源，通常由伺服电机和伺服驱动器等组成。
电机驱动系统能够提供机器人的运动能力，使机器人能够精确地控制运动轨迹和速度。
2. 传感器系统：传感器系统能够感知机器人周围的环境和工件信息，通常包括视觉传感器、力传感器、接近开关等。
传感器系统能够为机器人提供反馈信号，使机器人能够根据实际情况进行调整和控制。
3. 控制器：控制器是机器人的大脑，负责整个系统的协调和控制。
控制器通常由工控机或嵌入式控制器组成，可以通过编程来实现机器人的自动化控制和任务规划。
三、软件系统软件系统是机器人的智能核心，负责实现机器人的智能化和自主性。
它由操作系统、控制算法和应用软件等组成。
1. 操作系统：操作系统是机器人的基础软件平台，通常采用实时操作系统（RTOS），如VxWorks、RobotWare等。
机器人的组成结构及原理
机器人的组成结构及原理1.引言机器人是一种可以执行各种任务的自动化设备，由多个组成部分组成。
本文将探讨机器人的组成结构以及其原理。
2.机器人的组成结构2.1机械结构机械结构是机器人的物理结构，它决定了机器人的外形、尺寸和运动方式。
机械结构一般由连杆、齿轮、轴承、电机等组件构成。
连杆用于连接各个部件，齿轮用于传动力，轴承用于减小摩擦，电机用于提供动力。
2.2电子结构电子结构包括机器人的传感器和执行器。
传感器用于获取周围环境的信息，如光线、声音、温度等。
常见的传感器包括摄像头、声音传感器、温度传感器等。
执行器用于使机器人实际执行任务，如电机、液压驱动系统等。
2.3控制系统控制系统是机器人的大脑，负责控制机器人的运动和执行任务。
控制系统通常由微处理器、逻辑电路、软件等组成。
微处理器是机器人的核心处理器，负责处理输入信息并输出指令控制机器人的运动。
逻辑电路用于执行各种判断和决策，如自主导航、避障等。
软件则是机器人控制系统的程序，包括运动控制、任务规划等。
3.机器人的工作原理机器人的工作原理涉及到机械、电子和控制系统的相互协调和配合。
下面将对机器人的工作原理进行简要介绍。
3.1机械原理机器人的机械结构决定了其运动方式和工作范围。
通过控制机械结构中的电机和传动机构，机器人可以实现不同的运动方式，如直线运动、旋转运动等。
机械结构也决定了机器人的可控自由度，即机器人可以同时控制的独立运动轴数目。
3.2传感器原理机器人通过传感器获取周围环境的信息，并将其转化为数字信号，通过输入到控制系统中进行分析和处理。
传感器原理涉及到各种物理传感器的工作原理，如摄像头通过感光元件拍摄图像，声音传感器通过麦克风转化声音信号等。
3.3控制系统原理控制系统原理包括机器人的算法和软件。
控制系统通过输入传感器的信息，并进行决策和规划后，输出指令控制机器人的运动和执行任务。
控制系统原理涉及到机器人运动学和动力学的理论，以及各种控制算法的实现。
工业机器人的五大机械结构和三大零部件解析
工业机器人的五大机械结构和三大零部件解析一、五大机械结构：1.手臂结构：工业机器人的手臂结构类似于人的手臂，用于搬运和操作物体。
它通常由多段关节构成，这些关节可以进行旋转和伸缩。
手臂结构可以根据不同的任务来设计，手臂的长度、关节的自由度和负载能力等可以根据实际需求进行调整。
2.底座结构：底座结构是工业机器人的支撑部分，它承载整个机器人和工作负载的重量，并提供机器人的旋转能力。
底座通常由电机和减速器组成，通过控制电机的旋转实现整体机器人的转动。
3.关节结构：关节结构是工业机器人手臂各关节连接的部分，它具有旋转和转动的能力。
关节结构通常由电机、减速器和编码器等组成，电机提供动力，减速器提供转动和转动的精度，编码器用于反馈位置和速度等参数。
4.手持器结构：手持器结构是机器人手臂的末端装置，用于夹取和操纵物体。
手持器通常由夹爪、吸盘、焊枪等组成，它们可以根据不同的任务和工作环境进行选择和装配。
5.支撑结构：支撑结构是机器人的框架和支撑部分，它提供机器人的稳定性和强度。
支撑结构通常由铝合金、碳纤维等材料制成，具有轻巧、刚性和耐用等特点。
二、三大零部件：1.电机：电机是工业机器人的核心动力部件，它提供驱动力和旋转力。
根据不同的应用需求，电机可以选择步进电机、直流电机、交流伺服电机等，它们具有不同的功率、转速和扭矩等特性。
2.减速器：减速器是机器人关节结构中的关键部件，它将电机的高速转动转换为低速高扭矩的输出。
减速器能够提供精确的旋转和转动控制，确保机器人的高精度和灵活性。
3.编码器：编码器是机器人关节结构中的传感器部件，它用于测量关节的位置和速度等参数。
编码器通过提供准确的反馈信号，帮助控制系统实时控制和监测机器人的运动状态。
以上是对工业机器人的五大机械结构和三大零部件的解析。
机器人的结构和零部件的选择和设计根据不同的应用和需求来进行，它们共同作用于机器人的性能和功能，实现自动化生产和工作的目标。
随着科技的不断发展，工业机器人在各个领域的应用也将越来越广泛。
机器人本体结构_图文
腕部及手部结构
机器人腕部结构的基本形式和特点
机器人的手部作为末端执行器是完成抓握工件或执行特定作业的重要部件，也需要有多种结构。腕部是 臂部与手部的连接部件，起支承手部和改变手部姿态的作用。目前，RRR型三自由度手腕应用较普遍。
腕部是机器人的小臂与末端执行器(手部或称手爪)之间的连接部件，其作用是利用自身的活动度确定手部 的空间姿态。对于一般的机器人，与手部相连接的手腕都具有独驱自转的功能，若手腕能在空间取任意 方位，那么与之相连的手部就可在空间取任意姿态，即达到完全灵活。 从驱动方式看，手腕一般有两种形式，即远程驱动和直接驱动。直接驱动是指驱动器安装在手腕运动关 节的附近直接驱动关节运动，因而传动路线短，传动刚度好，但腕部的尺寸和质量大，惯量大。远程驱 动方式的驱动器安装在机器人的大臂、基座或小臂远端上，通过连杆、链条或其他传动机构间接驱动腕 部关节运动，因而手腕的结构紧凑，尺寸和质量小，对改善机器人的整体动态性能有好处，但传动设计 复杂，传动刚度也降低了。 按转动特点的不同，用于手腕关节的转动又可细分为滚转和弯转两种。滚转是指组成关节的两个零件自 身的几何回转中心和相对运动的回转轴线重合，因而能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用R来标 记。弯转是指两个零件的几何回转中心和其相对转动轴线垂直的关节运动。由于受到结构的限制，其相 对转动角度一般小于360°。弯转通常用B来标记。
一、腕部的自由度
手腕按自由度个数可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。
腕部实际所需要的自由度数目应根据机器人的工作性能要求来确定。在有些情况下，腕部具 有两个自由度，即翻转和俯仰或翻转和偏转。一些专用机械手甚至没有腕部，但有些腕部为 了满足特殊要求还有横向移动自由度。
6种三自由度手腕的结合方式示意图
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机器人系统组成
机器人系统组成
• 驱动系统 要使机器人运行起来，需给各个关节即每 个运动自由度安置传动装置，这就是驱动系统． • 感受系统它由内部传感器模块和外部传感器模块组成, 获取内部和外部环境状态中有意义的信息．智能传感 器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的 水准．人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵 巧的，然而，对于一些特殊的信息，传感器比人类的 感受系统更有效． • 机器人一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的 设备相互联系和协调的系统．机器人与外部设备集成 为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配 单元等。人一机交互系统是人与机器人进行联系和参 与机器人控制的装置 ：指令给定装置和信息显示装 置．
机器人系统组成
• 控制系统 控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从 传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成规 定的运动和功能．如果机器人不具备信息反馈特征，则为 开环控制系统；具备信息反馈特征，则为闭环控制系 统．根据控制原理可分为程序控制系统，适应性控制系统 和人工智能控制系统．根据控制运动的形式可分为点位控 制和连续轨迹控制。
机器人机械结构
内容简介
• 机器人系统组成 • 相关术语及性能指标 • 机械手 • 机器人运动机构 • 移动机器人
机器人系统组成
• 如图所示，机器人由机械 部分、传感部分、控制部 分三大部分组成。这三大 部分可分成驱动系统、机 械结构系统、感受系统、 机器人一环境交互系统、 人机交互系统、控制系统 六个子系统。
机械手
• 多关节型机械手最接近于人臂的构造。它主要由多个回转 或旋转关节所组成，一般都采用电机驱动机构。运用不同 的关节连接方式，可以完成各种复杂的操作。由于具有占 地面积小，动作范围大，空间移动速度快而灵活等特点， 多关节型机械手在各种智能机器人中被广为采用。
机器人运动机构
PUMA一262机器人机构
机械手
机械手的操作动作 • 机械手的动作形态是由三种不同的单动作——旋转、回转、 伸缩组合而成的。 • 旋转和回转是指运动机构产生相对运动。旋转是转动部件 的轴线和转动轴同轴；回转是转动部件的轴线与转动轴不 同轴。 • 伸缩是指运动机构产生直线运动。
机械手
根据单元动作组合方式的不同， 机械手的动作形态一般归纳为以下 四种坐标类型：①直角坐标型②圆 柱坐标型③极坐标型④多关节型。 • 直角坐标型机械手可以在三个互相 垂直的方向上作直线伸缩运动，这 类机械手各个方向的运动是独立的， 计算和控制比较方便，但占地面积 大构
• 6个关节轴由6个独立的电机驱动，由 图可以看出，电机1通过两对齿轮传动 带动立柱回转；电机2通过联轴器、一 对圆锥齿轮和一对圆柱齿轮带动齿轮Z， 齿轮Z绕与立柱固联的齿轮Z转动，于 是形成了大臂相对于立柱的回转运动； 电机3通过两个联轴器和一对圆锥齿轮、 两对圆柱齿轮驱动小臂相对于大臂回 转；电机4先通过一对圆柱齿轮、两个 联轴器和另一对圆柱齿轮驱动手腕相 对于小臂回转；电机5通过联轴器、一 对圆柱齿轮、一对圆锥齿轮驱动手腕 相对于小臂摆动；电机6通过联轴器、 两对圆锥齿轮和一对圆柱齿轮驱动机 器人的机械接口相对于手腕的球壳回 转。
机器人运动机构
• 上图是PUMA系列一种较小的机器人PUMA一262机器人机构 (操作机)的外形直观图。它有一个立柱，可以垂直回转， 称作腰关节，也称1轴。有大臂、小臂，它们的回转轴称作 肩关节(2轴)和肘关节(3轴)。这3个轴和杆，构成了该机器 人的位置机构(又称主关节轴组)，即由他们的几何参数 (杆长和偏距)和运动参数(关节轴的转角)决定手腕(参考点) 的空间活动范围(工作空间)。手腕具有3个互相垂直的回转 轴(4、5、6轴)，它们是姿态机构(又称副关节轴组)，即它 们的转角确定着工具(图中未画)的空间姿态。 • PUMA262型机器人具有六个自由度，可以进行复杂空间曲面 的弧焊作业 。
相关术语及性能指标
关节（Joint）：即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相 对运动的机构。
连杆（Link）：机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。
相关术语及性能指标
刚度（ Stiffness）：机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。 它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）之比来度量。 自由度（Degree of freedom） ：或者称坐标轴数，是指描述物 体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指关节的自 由度一般不包括在内。 定位精度（ Positioning accuracy）：指机器人末端参考点实 际到达的位置与所需要到达的理想位置之间的差距。
机械手
• 圆柱坐标型机械手有一个围 绕基座轴的旋转运动和两个 在相互垂直方向上的直线伸 缩运动。它适用于采用油压 (或气压)驱动机构，在操作 对象位于机器人四周的情况 下，操作最为方便。 • 极坐标型机械手的动作形态 包括围绕基座轴的旋转，一 个回转和一个直线伸缩运动， 其特点类似于圆柱型机械手。
移动机器人
车轮型
两轮型 三轮型 四轮型
移动机器人
履带式
救 援 机 器 人
移动机器人
步行式
移动机器人
其它移动方式
爬缆索机器人 军 用 昆 虫 机 器 人 水下6000米无缆自治机器人
蛇形机器人
相关术语及性能指标
重复性（Repeatability）或重复精度： 在相同的位置指令下， 机器人连续重复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值 的密集程度，即重复度。 工作空间（Working space）：机器人手腕参考点或末端操作 器安装点（不包括末端操作器）所能到达的所有空间区域，一
般不包括末端操作器本身所能到达的区域。