机器人的机械结构讲义课件
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机器人机身及行走机构ppt课件
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。
结构特点：
为了能变换方向 和上下台阶，一 定要具备多自由 度。
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32
两足ห้องสมุดไป่ตู้行机器人图例：
主要构成：
1—框架 2—大腿 3—小腿 4—脚 5—肩 6—肘 7—手 8—液压缸
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33
按行走机构的特点分：
对于无固定轨迹机器人，可分为轮式、履 带式和步行式等。前两者与地面连续接触， 后者与地面为间断接触。
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22
3．固定轨道式机器人运动的实现：
机器人机身底座，安装在一个可移动 的拖板上，依靠丝杆螺母副的运动将 来自电机的旋转运动转化为直线运动。
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4．车轮式行走机器人：
分类：
车轮式行走机器人通常有三轮、四轮、六 轮之分。它们或有驱动轮和自位轮，或有 驱动轮和转向机构，用来转弯。
适用范围：
最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬 楼梯。
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三轮行走机器人图例：
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25
三轮行走机器人结构及驱动：
构成：三个车轮、转向叉、驱动装置等。
驱动方案：
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18
回转与俯仰机身图例：
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19
三、机器人行走机构
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20
1．行走机构的构成：
机器人行走机构通常由驱动装置、传 动装置、位置检测装置、传感器、电 缆和管路等构成。
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2．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
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
Verstran 机器人
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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。
最新机器人的组成结构描述PPT课件
1．卡爪式夹持器； 2．吸附式取料手； 3．专用操作器及换接器 4．仿生多指灵巧手。
卡爪式夹持器
卡爪式夹持器通常有两个夹爪，分为回转型和平移型两种 类型。 1）弹力夹持器
几种弹力抓手
34
2） 回转型夹持器 开合占用空间 较小 夹持中心变化
35
3）平移型夹持器 开合占用空 间较大 夹持中心保 持不变
• 伸缩是指运动机构产生直线运动。
2.2机械手的坐标形式和自由度
（1）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(图7．2—2)； ②圆柱坐标型(图7．2—3)； ③极坐标型(图7．2—4)；④ 多关节型(图7．2—5)。
• 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，限于特定的应用场合
气吸附取料手是利用吸盘内气压与大气压之间的压力差而 工作的。具有结构简单，重量轻，吸附力分布均匀等优点。
按形成压力的方法，可分成真空气吸、气流负压气吸、挤 压排气负压气吸式儿种。
真空气吸盘
气流负压气吸盘
挤压排气吸盘 41
2）磁吸附取料手
42
专用操作器及换接器
43
仿生多指灵巧手
人手是最灵巧的夹持器，如果模拟人手结构，就能制造 出结构最优的夹持器。但由于人手自由度较多（20个）， 驱动和控制都十分复杂，迄今为止，只是制造出了一些原 理样机，离工业应用还有一定的差距。
机座式：机身设计成机 座式，这种机器人可以 是独立的、自成系统的 完整装置，可以随意安 放和搬动。也可以具有 行走机构，如沿地面上 的专用轨道移动，以扩 大其活动范围。各种运 动形式均可设计成机座 式。
卡爪式夹持器
卡爪式夹持器通常有两个夹爪，分为回转型和平移型两种 类型。 1）弹力夹持器
几种弹力抓手
34
2） 回转型夹持器 开合占用空间 较小 夹持中心变化
35
3）平移型夹持器 开合占用空 间较大 夹持中心保 持不变
• 伸缩是指运动机构产生直线运动。
2.2机械手的坐标形式和自由度
（1）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(图7．2—2)； ②圆柱坐标型(图7．2—3)； ③极坐标型(图7．2—4)；④ 多关节型(图7．2—5)。
• 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，限于特定的应用场合
气吸附取料手是利用吸盘内气压与大气压之间的压力差而 工作的。具有结构简单，重量轻，吸附力分布均匀等优点。
按形成压力的方法，可分成真空气吸、气流负压气吸、挤 压排气负压气吸式儿种。
真空气吸盘
气流负压气吸盘
挤压排气吸盘 41
2）磁吸附取料手
42
专用操作器及换接器
43
仿生多指灵巧手
人手是最灵巧的夹持器，如果模拟人手结构，就能制造 出结构最优的夹持器。但由于人手自由度较多（20个）， 驱动和控制都十分复杂，迄今为止，只是制造出了一些原 理样机，离工业应用还有一定的差距。
机座式：机身设计成机 座式，这种机器人可以 是独立的、自成系统的 完整装置，可以随意安 放和搬动。也可以具有 行走机构，如沿地面上 的专用轨道移动，以扩 大其活动范围。各种运 动形式均可设计成机座 式。
机器人的机械结构 ppt课件
荒地上移动. (3)能够原地旋转. (4)重心低,稳定.
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行走结构
PPT课件
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行走结构
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5.3步行机器人机构
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行走结构
两 足 步 行 机 器 人
25
1.
2.多足机器人
行走结构
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26
常用的机身结构：1）升降回转型机身结构；2）俯仰型机 身结构；3）直移型机身结构；4）类人机器人机身结构。
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6
2.2 臂部结构
机身和臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的主 要作用是支撑腕部和手部，并带动他们在空间运动。机器 人的臂部主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动 有关的构件，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支 撑连接和位置检测元件等。此外，还有与腕部或臂部的运 动和联接支撑等有关的构件、配管配线等。
（1）横梁型
（2）立柱式
（3）机座式
（4）屈伸式
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8
2.3.1 横梁式
运动形式大多为直移型 (1)单臂悬挂式 (2)双臂悬挂式 (3)多臂悬挂式
机身和臂部结构
PPT课件
9
2.3.2 立柱式
机身和臂部结构
这类机器人多采用回转型、俯仰型或曲伸 型
（1）单臂 （2）双臂
PPT课件
2
一 机器人机械结构的组成
由于应用场合的不同，机器人结构形式有多种多样，各组 成部分的驱动方式、传动原理和机械结构有各种不同的类 型。通常根据机器人各部分功能，其机械部分主要由以下 部分组成。
PPT课件
3
机器人机械结构的组成
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行走结构
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行走结构
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5.3步行机器人机构
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行走结构
两 足 步 行 机 器 人
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1.
2.多足机器人
行走结构
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常用的机身结构：1）升降回转型机身结构；2）俯仰型机 身结构；3）直移型机身结构；4）类人机器人机身结构。
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2.2 臂部结构
机身和臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的主 要作用是支撑腕部和手部，并带动他们在空间运动。机器 人的臂部主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动 有关的构件，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支 撑连接和位置检测元件等。此外，还有与腕部或臂部的运 动和联接支撑等有关的构件、配管配线等。
（1）横梁型
（2）立柱式
（3）机座式
（4）屈伸式
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2.3.1 横梁式
运动形式大多为直移型 (1)单臂悬挂式 (2)双臂悬挂式 (3)多臂悬挂式
机身和臂部结构
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2.3.2 立柱式
机身和臂部结构
这类机器人多采用回转型、俯仰型或曲伸 型
（1）单臂 （2）双臂
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2
一 机器人机械结构的组成
由于应用场合的不同，机器人结构形式有多种多样，各组 成部分的驱动方式、传动原理和机械结构有各种不同的类 型。通常根据机器人各部分功能，其机械部分主要由以下 部分组成。
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机器人机械结构的组成
第二章_机器人的机械结构
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
气吸式手部
真空气吸吸附手部
气流负压吸附手部
挤压排气式手
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
气吸式手部具有结构简单、重量轻、使用方便可 靠等优点。广泛用于非金属材料或不可有剩磁的材料 的吸附。 气吸式手部的另一个特点是对工件表面没有损伤， 且对被吸持工件预定的位置精度要求不高；但要求工 件上与吸盘接触部位光滑平整、清洁，被吸工件材质 致密，没有透气空隙。
(1)夹持类
(2)吸附类
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
1.夹持类 (1)夹钳式 • 手指1 • 传动机构2
• 驱动装置3
• 支架4
2016/6/27
1）手指 ①指端的形状
第二章 机器人的机械结构
V型指
平面指
尖指
2016/6/27
特形指
第二章 机器人的机械结构
②指面型式 根据工件形状、大小及其被夹持部位材质软硬、表 面性质等的不同，手指的指面有光滑指面、齿型指面 和柔性指面三种形式。 ③手指的材料 对于夹钳式手部，其手指材料可选用一般碳素钢和 合金结构钢。为使手指经久耐用，指面可镶嵌硬质合金； 高温作业的手指，可选用耐热钢；在腐蚀性气体环境下 工作的手指，可镀铬或进行搪瓷处理，也可选用耐腐蚀 的玻璃钢或聚四氟乙烯。
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
（2）磁吸式
磁吸式手部是利用永久磁铁或电磁铁通电后产生 的磁力来吸附材料工件的，应用较广。磁吸式手部不 会破坏被吸件表面质量。磁吸式手部比气吸式手部优 越的方面是：有较大的单位面积吸力，对工件表面光 洁度及通孔、沟槽等无特殊要求。磁吸式手部的不足 之处是：被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑 （如铁屑等），影响正常工作。因此对那些不允许有 剩磁的零件要禁止使用。对钢、铁等材料制品，温度 超过723℃就会失去磁性，故在高温下无法使用磁吸式 手部。磁吸式手部按磁力来源可分为永久磁铁手部和 电磁铁手部。电磁铁手部由于供电不同又可分为交流 电磁铁和直流电磁铁手部。
工业机器人机械结构的认知——课件
式中 F——机器人自由度数; l——机构连杆数; n——结构的关节总数; fi——第i个关节的自由度数。
任务二 工业机器人机械结构的认知
并联机器人具有无累积误差、精度高、刚度大、承载能力强、速度高 、动态响应好、结构紧凑、工作空间较小等特点。根据这些特点,并联 机器人在需要高刚度、高精度或者大负载而不需要很大空间的场合得 到了广泛应用。
任务二 工业机器人机械结构的认知
图1-2-10 3R操作机工作空间示意
任务二 工业机器人机械结构的认知
结论: 1)Wp(p)中的任意点为全方位可达点。 2)在C1和C4圆上的任意点,只可实现沿该圆的切线方向的运动。 3)末杆H越长,即h越大,C1越大,C4越小,总工作空间越大;但相应灵活工作 空间则由于C2的增大和C3的减小而减小。 4)工作空间同时受关节的转角限制。
任务二 工业机器人机械结构的认知
图1-2-2 工业机器人的关节类型及其自由度的表示方法 a)移动关节 b)转动关节 c)球面关节 d)虎克铰关节
任务二 工业机器人机械结构的认知
(1)直角坐标机器人的自由度 如图1-2-3所示,直角坐标系机器人臂部有 3个自由度。其移动关节各轴线相互垂直,使臂部可沿X、Y、Z轴方向 移动,构成直角坐标机器人的3个自由度。这种形式的机器人主要特点 是结构刚度大,关节运动相互独立,操作灵活性差。
任务二 工业机器人机械结构的认知
3.工件坐标系 工件坐标系是用户自定义的坐标系,用户坐标系也可以定义为工 件坐标系。可根据需要定义多个工件坐标系,当配备多个工作台 时,选择工件坐标系操作更为简单。
任务二 工业机器人机械结构的认知
4.工具坐标系 工具坐标系是原点位于机器人末端的工具中心点(Tool Center Point,TCP)处的坐标系,原点及方向都是随着末端位置与角度不断 变化的。该坐标系实际是将基坐标系通过旋转及位移变化而来的 。因为工具坐标系的移动以工具的有效方向为基准,与机器人的 位置、姿势有关,所以不改变工具姿势,进行相对于工件的平行移 动最为适宜。
任务二 工业机器人机械结构的认知
并联机器人具有无累积误差、精度高、刚度大、承载能力强、速度高 、动态响应好、结构紧凑、工作空间较小等特点。根据这些特点,并联 机器人在需要高刚度、高精度或者大负载而不需要很大空间的场合得 到了广泛应用。
任务二 工业机器人机械结构的认知
图1-2-10 3R操作机工作空间示意
任务二 工业机器人机械结构的认知
结论: 1)Wp(p)中的任意点为全方位可达点。 2)在C1和C4圆上的任意点,只可实现沿该圆的切线方向的运动。 3)末杆H越长,即h越大,C1越大,C4越小,总工作空间越大;但相应灵活工作 空间则由于C2的增大和C3的减小而减小。 4)工作空间同时受关节的转角限制。
任务二 工业机器人机械结构的认知
图1-2-2 工业机器人的关节类型及其自由度的表示方法 a)移动关节 b)转动关节 c)球面关节 d)虎克铰关节
任务二 工业机器人机械结构的认知
(1)直角坐标机器人的自由度 如图1-2-3所示,直角坐标系机器人臂部有 3个自由度。其移动关节各轴线相互垂直,使臂部可沿X、Y、Z轴方向 移动,构成直角坐标机器人的3个自由度。这种形式的机器人主要特点 是结构刚度大,关节运动相互独立,操作灵活性差。
任务二 工业机器人机械结构的认知
3.工件坐标系 工件坐标系是用户自定义的坐标系,用户坐标系也可以定义为工 件坐标系。可根据需要定义多个工件坐标系,当配备多个工作台 时,选择工件坐标系操作更为简单。
任务二 工业机器人机械结构的认知
4.工具坐标系 工具坐标系是原点位于机器人末端的工具中心点(Tool Center Point,TCP)处的坐标系,原点及方向都是随着末端位置与角度不断 变化的。该坐标系实际是将基坐标系通过旋转及位移变化而来的 。因为工具坐标系的移动以工具的有效方向为基准,与机器人的 位置、姿势有关,所以不改变工具姿势,进行相对于工件的平行移 动最为适宜。
工业机器人技术-工业机器人机械结构ppt课件
上臂
☞ 见P61、图3.3-10
电机
减速器 上臂
下臂
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构1
☞ S轴采用同步皮带传动、手腕电机后置（后驱）
目的：
✓ 减小S轴电机； ✓ 平衡上臂重力； ✓ 提高结构稳定性。
☞ 见P43、图3.1-11, P45、图3.1-13
B/T电机位置 上臂回转
B/T电机位置
腕部回转
前驱
后驱
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
前驱特点 ✓ 结构简单、外形紧凑； ✓ 传动链短、传动精度高； ✓ 电机规格受限，承载能力低，适合小型机器人； ✓ 电机安装空间小、散热差，维修困难； ✓ 上臂前端重量大、重心远，结构稳定性差。
减速器
手腕电机
S轴电机 同步皮带
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构2
☞ S轴采用同步皮带传动、上臂连杆驱动
目的：
✓ 减小S、U轴电机； ✓ 降低机器人重心； ✓ 提高结构稳定性。
❖ 典型结构剖析1（前驱）
R轴
☞ 见P64、图3.3-14
连接轴
减速器
电机
上臂回转段 上臂固定段
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
☞ 见P61、图3.3-10
电机
减速器 上臂
下臂
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构1
☞ S轴采用同步皮带传动、手腕电机后置（后驱）
目的：
✓ 减小S轴电机； ✓ 平衡上臂重力； ✓ 提高结构稳定性。
☞ 见P43、图3.1-11, P45、图3.1-13
B/T电机位置 上臂回转
B/T电机位置
腕部回转
前驱
后驱
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
前驱特点 ✓ 结构简单、外形紧凑； ✓ 传动链短、传动精度高； ✓ 电机规格受限，承载能力低，适合小型机器人； ✓ 电机安装空间小、散热差，维修困难； ✓ 上臂前端重量大、重心远，结构稳定性差。
减速器
手腕电机
S轴电机 同步皮带
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构2
☞ S轴采用同步皮带传动、上臂连杆驱动
目的：
✓ 减小S、U轴电机； ✓ 降低机器人重心； ✓ 提高结构稳定性。
❖ 典型结构剖析1（前驱）
R轴
☞ 见P64、图3.3-14
连接轴
减速器
电机
上臂回转段 上臂固定段
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
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密封性差；
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
臂部
起连接、支承和传 支承腕部和手部，并带动它们
第一节 机器人的主要技术参 数
精度、重复精度和分辨率
精度、重复精度、和分辨率用来定义机器人手部 的定位能力。
精度
是一个位置量相对于其参照系的绝对度量。
任务 机 床重上下复精冲度床上下料 点焊 模锻 喷漆 装配 测量
弧焊
料
指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次
重复 ±（运0.0动5~轨1) 迹±1之间的误±差1 度±量0。.1~ ±3 ±(0.01 ±(0.01 ±(0.2~
动的作用
在空间运动
既可以是固定式的， 在工作中直接承受腕、手和工
也可以是行走式的
件的静、动载荷，自身运动又
较多，故受力复杂。
机器制简单；
采用哪种自由度形式由机刚器性人最大的（总龙体门设式计）来； 定
容易达到高精度；
直角坐标型
机器人的机械机构（一）
操作范围小； 占地面积大； 运动速度低；
第一节 机器人的主要技术参数
工作空间
机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安置 点所能达到的所有空间区域，不包括手部本身所能 达到的区域。
工作空间的形状取决于机器人的构型，工作空 间的大小取决于组成机器人各部件的自身尺寸和运 动尺寸。
第一节 机器人的主要技术参 数
工作速度
工作速度是指机器人在工作载荷条件下，匀速运 动过程，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所 移动的距离或转动的角度。
（4.）屈伸式
屈伸式机器人的臂部可以有大小臂组成，大小臂间有相对 运动，成为屈伸臂。
五、机身和臂部设计应注意的问题
＃刚度
根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸 ※采用封闭型空心截面的结构作为臂杆 ※适当减小壁厚，加大轮廓尺寸
提高支承刚度和接触刚度 ※支座的结构形状、底板的连接形式 ※提高配合面间的接触刚度，即保证配合表面的加工
第三讲 机器人的机械结构
机器人的主要技术参数 机身和臂部机构 驱动机构
机器人的机械机构（一）
第一节 机器人的主要技术参数
自由度
操作机的自由度多，机构运动的灵活性大，通用 性强，但机构的结构也更复杂，刚性变差。机构的自 由度多于为完成生产任务所必需的自由度时，多余的 自由度称为冗余自由度。设置冗余自由度使操作机具 有一定的避障能力，在进行运动逆解时，使各关节的 运动具有优选的条件。工业机器人一般多为4~6个自 由度。
机座要有一定的尺寸以保证操作机的稳定，并满足驱 动装置及电缆的安装。
腰关节是负载最大的运动轴，对末端执行器运动精度 影响最大，故设计精度要求高。
精度和表面粗糙度
合理布置作用力的位置和方向
机器人的机械机构（一）
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃精度(手部位置精度)
※刚度 ※各运动部件的制造和装配精度 ※手部或腕部在臂上的定位和连接方式 ※臂部和机身运动的导向装置和定位方式
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃平稳性
※臂部和机身的运动部件应力求紧凑、质量 轻，以减少惯性力。 铝合金或非金属材料 ※必须注意运动部件各部分的质量对转轴或 支承的分布情况，即重心的布置。
工作载荷
机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受 的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩 来表示。
第一节 机器人的主要技术参 数
控制方式
机器人用于控制轴的方式，使伺服还是非伺服， 伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。
驱动方式
指的是关节执行器的动力源形式：电气驱动、液 压驱动、气压驱动、其它驱动形式。
二、机身的典型结构
平面多关节型
机器人的机械机构（一）
垂直方向上刚度高； 水平面内动作灵活； 适于孔轴装配工作；
二、机身的典型结构
动作灵活； 工作空间大；
易密封； 工作条件要求低； 适合用电机驱动；
垂直多关节型
机器人的机械机构（一）
计算量大； 输出动力不大；
机身的典型结构
回转与升降机身 回转与俯仰机身
机器人的机械机构（一）
四、机身与臂部的配置形式
（1.）横梁式
机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，这类机器人大都为 移动式。
（2.）立柱式
立柱式机器人多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动形式， 是一种常见的配置形式。
（3.）机座式
机身设计成机座式，这种机器人可以使独立的、自成系统， 的完整装置，可以随意安放和搬动。
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃其他
※传动系统应力求简短，以提高传动精度和效率。
※各驱动装置、传动件、管线系统及各个运动 的测、控元件等布置要合理紧凑，操作维护要 方便。 ※对于在特殊条件下工作的机器人，设计时要 有针对性地采取措施： 防热辐射、防腐、防 尘、防爆
腰部机构的设计注意事项
机械手的腰部包括机座和腰关节，机座承受机器人全 部重量，要有足够的强度和刚度，一般用铸铁或铸钢 制造，
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
臂部
起连接、支承和传 支承腕部和手部，并带动它们
第一节 机器人的主要技术参 数
精度、重复精度和分辨率
精度、重复精度、和分辨率用来定义机器人手部 的定位能力。
精度
是一个位置量相对于其参照系的绝对度量。
任务 机 床重上下复精冲度床上下料 点焊 模锻 喷漆 装配 测量
弧焊
料
指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次
重复 ±（运0.0动5~轨1) 迹±1之间的误±差1 度±量0。.1~ ±3 ±(0.01 ±(0.01 ±(0.2~
动的作用
在空间运动
既可以是固定式的， 在工作中直接承受腕、手和工
也可以是行走式的
件的静、动载荷，自身运动又
较多，故受力复杂。
机器制简单；
采用哪种自由度形式由机刚器性人最大的（总龙体门设式计）来； 定
容易达到高精度；
直角坐标型
机器人的机械机构（一）
操作范围小； 占地面积大； 运动速度低；
第一节 机器人的主要技术参数
工作空间
机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安置 点所能达到的所有空间区域，不包括手部本身所能 达到的区域。
工作空间的形状取决于机器人的构型，工作空 间的大小取决于组成机器人各部件的自身尺寸和运 动尺寸。
第一节 机器人的主要技术参 数
工作速度
工作速度是指机器人在工作载荷条件下，匀速运 动过程，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所 移动的距离或转动的角度。
（4.）屈伸式
屈伸式机器人的臂部可以有大小臂组成，大小臂间有相对 运动，成为屈伸臂。
五、机身和臂部设计应注意的问题
＃刚度
根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸 ※采用封闭型空心截面的结构作为臂杆 ※适当减小壁厚，加大轮廓尺寸
提高支承刚度和接触刚度 ※支座的结构形状、底板的连接形式 ※提高配合面间的接触刚度，即保证配合表面的加工
第三讲 机器人的机械结构
机器人的主要技术参数 机身和臂部机构 驱动机构
机器人的机械机构（一）
第一节 机器人的主要技术参数
自由度
操作机的自由度多，机构运动的灵活性大，通用 性强，但机构的结构也更复杂，刚性变差。机构的自 由度多于为完成生产任务所必需的自由度时，多余的 自由度称为冗余自由度。设置冗余自由度使操作机具 有一定的避障能力，在进行运动逆解时，使各关节的 运动具有优选的条件。工业机器人一般多为4~6个自 由度。
机座要有一定的尺寸以保证操作机的稳定，并满足驱 动装置及电缆的安装。
腰关节是负载最大的运动轴，对末端执行器运动精度 影响最大，故设计精度要求高。
精度和表面粗糙度
合理布置作用力的位置和方向
机器人的机械机构（一）
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃精度(手部位置精度)
※刚度 ※各运动部件的制造和装配精度 ※手部或腕部在臂上的定位和连接方式 ※臂部和机身运动的导向装置和定位方式
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃平稳性
※臂部和机身的运动部件应力求紧凑、质量 轻，以减少惯性力。 铝合金或非金属材料 ※必须注意运动部件各部分的质量对转轴或 支承的分布情况，即重心的布置。
工作载荷
机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受 的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩 来表示。
第一节 机器人的主要技术参 数
控制方式
机器人用于控制轴的方式，使伺服还是非伺服， 伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。
驱动方式
指的是关节执行器的动力源形式：电气驱动、液 压驱动、气压驱动、其它驱动形式。
二、机身的典型结构
平面多关节型
机器人的机械机构（一）
垂直方向上刚度高； 水平面内动作灵活； 适于孔轴装配工作；
二、机身的典型结构
动作灵活； 工作空间大；
易密封； 工作条件要求低； 适合用电机驱动；
垂直多关节型
机器人的机械机构（一）
计算量大； 输出动力不大；
机身的典型结构
回转与升降机身 回转与俯仰机身
机器人的机械机构（一）
四、机身与臂部的配置形式
（1.）横梁式
机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，这类机器人大都为 移动式。
（2.）立柱式
立柱式机器人多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动形式， 是一种常见的配置形式。
（3.）机座式
机身设计成机座式，这种机器人可以使独立的、自成系统， 的完整装置，可以随意安放和搬动。
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃其他
※传动系统应力求简短，以提高传动精度和效率。
※各驱动装置、传动件、管线系统及各个运动 的测、控元件等布置要合理紧凑，操作维护要 方便。 ※对于在特殊条件下工作的机器人，设计时要 有针对性地采取措施： 防热辐射、防腐、防 尘、防爆
腰部机构的设计注意事项
机械手的腰部包括机座和腰关节，机座承受机器人全 部重量，要有足够的强度和刚度，一般用铸铁或铸钢 制造，