2.2机器人驱动机构
搬运机器人毕业设计
前言当代科学技术发展的特点之一就是机械技术，电子技术和信息技术的结合，机器人就是这种结合的产物之一。
现代机器人都是由机械发展而来。
与传统的机器的区别在于，机器人有计算机控制系统，因而有一定的智能，人类可以编制动作程序，使它们完成各种不同的动作。
随着计算机技术和智能技术的发展，极大地促进了机器人研究水平的提高。
现在机器人已成为一个庞大的家族，科学家们为了满足不同用途和不同环境下作业的需要，把机器人设计成不同的结构和外形，以便让他们在特殊条件下出色地完成任务。
机器人成了人类最忠实可靠的朋友，在生产建设和科研工作中发挥着越来越大的作用。
搬运机器人不但能够代替人的某些功能，有时还能超过人的体力能力。
可以24小时甚至更长时间连续重复运转，还可以承受各种恶劣环境。
因此，搬运机器人是人体局部功能的延长和发展。
21世纪是敏捷制造的时代，搬运机器人在敏捷制造系统中应用广泛。
1 绪论1.1 工业机器人的历史、现状及应用机器人首先是从美国开始研制的，1958年美国联合控制公司研制出第一台机器人。
它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。
日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。
自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。
目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机器人正在加紧研制，它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。
第三代机器人则能独立地完成工作过程中的任务，它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中的重要一环。
机器人技术及其应用第2章 机器人的机构与分类
机器人的组成和分类
表２⁃ ２ 运动功能图形符号
机器人的组成和分类
表２⁃ ２ 运动功能图形符号
机器人的组成和分类
四种坐标型机器人的机构简图如图２⁃８ 所示。
机器人的组成和分类
图２⁃６ 是典型的六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ 并联机构。从结构上看， 它由６ 根支杆将上下两平台连接而成， ６ 根支杆都可以独立的自由伸缩， 分别用球铰和 虎克铰与上下平台连接， 这样上下平台就可以进行６ 个独立运动。
图２⁃ ６六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ并联机构
机器人的组成和分类
与传统串联机构相比， 并联机构的零部件数目较串联机构大幅减少， 主要由 滚珠丝杠、伸缩杆件、滑块构件、虎克铰、球铰、伺服电动机等通用组件组成， 这些通用组件由专门厂家生产， 因而其制造和库存备件成本比相同功能的传统机 构低很多， 容易组装和模块化。
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。由关节⁃连杆所构成的机械 结构一般有三个主要部件: 臂、腕和手， 它们可根据要求在相应的方向运动， 这 些运动就是机器人在“做工”。
第二章
机器人的机构分类 与设计
目录 Contents
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
机器人的组成和分类 机器人的主要技术参数 机器人设计和选用准则 机器人的机械结构 机器人的驱动机构 小结
机器人的组成 和分类
机器人的组成和分类
机器人的驱动与控制
3）控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转 速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。
所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机 和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直 接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、 高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精 度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动 机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广 泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。 工业机器人驱动系统中所采用的电动机，大致可细分为以下几种：
4）调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。 5）体积小、质量小、轴向尺寸短。 6）能经受起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减 速运行，并能在短时间内承受过载。 目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机 在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下 的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。
3）应用计算机的机器人具有故障诊断功能，可在屏幕上指示有 故障的部分和提示排除它的方法。还可显示误操作及工作区内有无障 碍物等工况，提高了机器人的可靠性和安全性。
4）可实现机器人的群控， 使多台机器人在同一时间进行相同作 业，也可使多台机器人在同一时间各自独立进行不同的作业。
5)在现代化的计算机集成制造系统(CIMS) 中，机器人是 不少的设备，但只有计算机控制的工业机器人才便于与CIMS 联网，使其充分发挥柔性 自动化设备的特性。
工业机器人技术与应用第2章 工业机器人的机械结构
2.4 工业机器人手部结构
2.5 工业机器人驱动与传动
2.1 工业机器人机身结构
工业机器人机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部件。它是由 臂部运动（升降、平移、回转和俯仰）机构及有关的导向装置、支撑件等 组成。 1．回转与升降型机身结构 回转与升降型机身结构主要由实现臂部的回转和升降运动的机构组成。
KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 3．臂部回转与升降机构
手臂回转与升降机构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动马达-锥齿轮传动的结构。
2.3 工业机器人腕部结构
腕部是联接手臂和手部的结构部件，它的主要作用是确定手部的作业方向。 因此它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂的姿态调整。
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （1）单自由度回转运动手腕
回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构 1-回转油缸 2-定片 3-腕回转轴 4-动片 5-手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （2）双自由度回转运动手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （3）三自由度回转运动手腕
4．类人机器人型机身结构 类人机器人的机身上除装 有驱动臂部的运动装置外 ，还应装有驱动腿部运动 的装置和腰部关节。
2.1 工业机器人机身结构
2.1 工业机器人机身结构
没有手臂的双足机器人Cassie
2.2 工业机器人臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的作用是支撑腕部和 手部，并带动它们在空间运动，工业机器人腕部的空间位置及其工作空间 都与臂部的运动和臂部的参数有关。 一、机器人臂部的组成 机器人的手臂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、支撑联接和位置检测元件等。 根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同可分为：伸缩 型臂部结构，转动伸缩型臂部结构，屈伸型臂部结构，其他专用的机械传 动臂部结构。
机器人的组成结构
(3)直流电动机驱动
• 直流电动机与步进 电动机是工业机器 人中应用最广泛的 两种电动机，但两 者的动作方式有本 质上的区别。直流 电动机是连续旋转， 运动连续且平滑， 且本身没有位置控 制能力
• 要实现精确的位置控制，必须加入某种形式的位置反 馈，构成闭环伺服系统；有时，机器人的运动还有速 度要求，所以还要加入速度反馈。一般直流电动机和 位置反馈、速度反馈形成一个整体，即通常所说的直 流伺服电机。由于采用闭环伺服控制，所以能实现平 滑的控制和产生大的力矩 • 当今大部分机器人都采用直流伺服电机驱动机器人的 各个关节,但它们也有一些缺点，如转速不能太高 • 近年来，新发展起来的无刷直（交）流伺服电动机克 服了上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因 此无刷电动机逐渐取代了直流伺服电动机
• 目前中小型机器人一般采用普通的直流伺服电机、 交流伺服电机或步进电机作为机器人的执行电 机．由于电机速度较高，所以需配以大速比减速装 置，进行间接传动．但是，间接驱动带来了机械传 动中不可避免的误差，引起冲击振动，影响机器人 系统的可靠性，并且增加关节重量和尺寸
(2)关节直接驱动方式
直接驱动机器人也叫作DD机器人(Direct drive robot)， 简称DDR．DD机器人一般指驱动电机通过机械接口 直接与关节连接． • DD机器人的特点是驱动电机和关节之间没有速度和 转矩的转换
1. 车轮型
两轮型
Байду номын сангаас轮型
四轮型
2. 履带式
救 援 机 器 人
3. 步行式
4.其它移动方式
军 用 昆 虫 机 器 人
爬缆索机器人
水下6000米无缆自治机器人
蛇形机器人
2.4机器人的驱动系统
机器人控制原理
第二章机器人系统简介2.1 机器人的运动机构（执行机构）机器人的运动机构是机器人实现对象操作及移动自身功能的载体，可以大体分为操作手（包括臂和手）和移动机构两类。
对机器人的操作手而言，它应该象人的手臂那样，能把（抓持装工具的）手依次伸到预定的操作位置，并保持相应的姿态，完成给定的操作；或者能够以一定速度，沿预定空间曲线移动并保持手的姿态，并在运动过程中完成预定的操作。
移动机构应能将机器人移动到任意位置，并保持预定方位姿势。
为此，它应能实现前进、后退、各方向的转弯等基本移动功能。
在结构上它可以象人、兽、昆虫，具有二足、四足或六足的步行机构，也可以象车或坦克那样采用轮或履带结构2.1.1 机器人的臂结构机器人的臂通常采用关节——连杆链形结构，它由连杆和连杆间的关节组成。
关节，又称运动副，是两个构件组成相对运动的联接。
在关节的约束下，两连杆间只能有简单的相对运动。
机器人中常用的关节主要有两类：(1) 滑动关节(Prismatic joint): 与关节相连的两连杆只能沿滑动轴做直线位移运动，移动的距离是滑动关节的主要变量，滑动轴一般和杆的轴线重合或平行。
(2)转动关节(Revolute joint): 与关节相连的两连杆只能绕关节轴做相对旋转运动，其转动角度是关节的主要变量，转动轴的方向通常与轴线重合或垂直。
杆件和关节的构成方法大致可分为两种：(1) 杆件和手臂串联连接，开链机械手(2) 杆件和手臂串联连接，闭链机械手。
以操作对象为理想刚体为例，物体的位置和姿态各需要3 个独立变量来描述。
我们将确定物体在坐标系中位姿的独立坐标数目称为自由度（DOF（degree of freedom））。
而机器人的自由度是由有关节数和每个关节所具有的自由度数决定的（每个关节可以有一个或多个自由度，通常为1 个）。
机器人的自由度是独立的单独运动的数目，是表示机器人运动灵活性的尺度。
（由驱动器能产生主动动作的自由度称为主动自由度，不能产生驱动力的自由度称为被动自由度。
工业机器人手臂设计
目录目录 (2)摘要 (1)第一章绪论 (2)1.1引言 (2)1.2 工业机器人的含义及技术概述 (3)1.3 工业机器人的组成 (4)1.4 工业机器人的发展及国内外发展趋势 (5)第二章工业机器人的设计 (10)2.1 机械手的设计方法 (10)2.1.1 机械手的选择与分析 (10)2.1.2 直角坐标机器人的设计方法 (11)2.2 机械手的结构设计 (15)2.2.1 机器人的总体设计 (15)2.2.2 机械手的臂部设计 (16)2.3 SC900三轴伺服驱动机器人机构的特点 (17)第三章工业机器人的运动系统分析 (19)3.1 工业机器人的运动系统分析 (19)3.1.1机器人的运动概述 (19)3.2 工业机器人运动控制 (20)3.1.2 机器人的驱动方式 (20)第四章SC900三轴伺服驱动机器人典型零件的设计 (22)4.1 伺服电机的选择 (22)4.2 减速机的选择 (24)4.3 齿轮齿条的选择 (24)4.4导轨的选择 (25)图4-3.3 ABBA直线电机BRH20A型号的导轨 (28)第五章结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)摘要我国的工业机器人研制虽然起步晚，但是有着广大的市场潜力，有着众多的人才和资源基础。
在十一五规划纲要等国家政策的鼓励支持下，在市场经济和国际竞争愈演愈烈的未来，我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人，并且将工业机器人推广应用到制造与非制造等广大的行业中，提高我国劳动力成本，提高我国企业的生产效率和国际竞争力，从整体上提高我国社会生产的安全高效，为实现伟大祖国的复兴贡献力量。
在当今大规模制造业中，机器人正在慢慢取代人们去完成一些高强度、高危险的工作。
机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。
工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成。
本文简要介绍了工业机器人的概念,设计和发展历程，机械手的结构设计和直角坐标机器人的设计方法，以及工业机器人的机械系统设计，除此之外本文还对机械手进行了总体设计方案，确定了工业机器人手臂的坐标形式和自由度，以及机械手的技术参数。
机械制造及其自动化专业毕业论文--玻璃清洁机器人驱动及擦洗机构设计
摘要高楼玻璃幕墙清洗机器人是特种机器人的一个分支。
它是基于壁面移动机器人技术，并针对具体的作业对象，具有明确功能的实用机器人，其工作在垂直危险的玻璃壁面，能够克服重力的作用，携带清洗设备，是面向现代高层建筑玻璃外墙表面保洁、清洗服务的极限作业机器人。
论文首先对机器人总体方案进行介绍，在此基础上，对机器人总体结构进行了设计分析。
其次重点介绍了机器人的驱动机构，讨论了机器人的作业路径及运动控制规划。
最后，简单介绍了机器人的擦洗机构关键词:玻璃，幕墙清洗机器人，驱动机构，擦洗机构，密封机构ABSTRACTGlass-wall cleaning robot is one of robot for limited operation,which can walk on Vertical glass-wall with washing devices.It is a robot with specific applied functions,Based on wall-climbing robot techniques.for specific objects.And it works on vertical Glass-wall,where is dangerous for human beings.It is a robot could conquer the gravity effect and carry cleaning equipments,facing to glass-wall surface beautifying service of modern high-rise buildings.Firstly, the whole frame of the glass wall cleaning robot is introduced, based on this, the designing and analyzing Of the structure of the robot are described in details.Then,introducing the drive mechanism of the robot,Discussed the operation of the robot path planning and motion control. Finally, a brief introduction of the robot body scrubKey words:Glass, wall cleaning robot, driving mechanism Scrub mechanism,sealing mechanism摘要 (1)ABSTRACT (1)1 前言 (3)2 玻璃清洁机器人总体方案规划 (4)2.1 机器人设计思想 (4)2.2机器人总体结构方案 (5)3 驱动机构和擦洗机构 (6)3.1 驱动机构分析 (6)3.1.1 驱动方式 (6)3.1.2运动结构和运动规划 (7)3.1.3运动过程控制原理分析 (8)3.1.4外形尺寸选择 (9)3.1.5驱动力分析 (9)3.1.6小结 (10)3.2擦洗机构分析 (11)4 其它元件选择 (11)4.1密封机构 (11)4.2换向阀和溢流阀的选择 (12)5 总结 (12)参考文献 (13)致谢 (13)在现代都市中，高层建筑越来越多，各种各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。
工业机器人系统组成
2.3 机器人本体
2.3.1. 谐波减速器
3.谐波减速器特点 ➢ 缺点： （1）柔轮周期性地发生变形，因而产生交变应力，使之易于产生疲劳破坏。
（2）转动惯量和起动力矩大，不宜用于小功率的跟踪传动。
（3）不能用于传动速比小于35的场合。
（4）采用滚子波发生器(自由变形波)的谐波传动，其瞬时传动比不是常数。
用于弧焊
3. Spot Tool
用于点焊
4. Dispense Tool
用于涂胶
5. Paint Tool
用于油漆
6. Laser Tool
用于激光焊接和切割
2.2 应用工具软件
2.2.1. 设定系统
应用工具软件具有机器人系统操作所需的，为进行各类设定的接口。通过应用 工具，可以对机械手、遥控装置等外部设备进行操作。有关与机械手等外围设备之 间的I/O、坐标系、通信、自动运转的设定，需要事先进行设定。
图 2-1 机器人系统
图 2-2 机器人组成
2.1 机器人单元组成
1. 应用工具软件 应用工具软件是内嵌于机器人控制装置的各类机器人作业专用的软件包。 通过
使用示教器选择所需的菜单和指令，即可 进行不同种类的作业。应用工具中安装有 用来控制机器人、机械手、遥控装置等外围设备的指令。 此外，还可对附加轴、控 制装置和其他外围设备的输入/输出(I/O)进行控制。其他外围设备，是指单元控制 装置和传感器 等
3个自由度搬运机械手的设计
轴承坯料搬运机械手的设计摘要机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。
采用机械手是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。
它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。
机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。
工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用机械手是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。
本课题的主要内容是采用机械设计原理，进行三自由度搬运机械手的设计，熟悉三自由度机械手的运用场合和相关的设计步骤。
机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度，提高生产效率。
结合三自由度设计的各方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题．解决问题.研究问题。
并且在设计中融入自己的想法和构思，提高自己的创新能力。
尽力使机械手使用方便，结构简单。
！！所有下载了本文的注意：本论文附有CAD图纸和完整版word版说明书，凡下载了本文的读者请加QQ 83753222，或留下你的联系方式（QQ邮箱）最后，希望此文能够帮到你！关键词：机械手，输送工件，搬运，三自由度ABSTRACTManipulator is a mechanical technology and electronic technology with the combination of high technology products. Using manipulator is to improve product quality and productivity, and realize the automatic production process, improve working conditions, and reduce labor intensity of a kind of effective method. It is an imitation of the upper part of the human body function, according to the predetermined requirement or parts transportation holding tools for operation of the automation technology and equipment. Robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working conditions, and improve labor productivity and production automation level. Industrial production often appears in the handling of the heavy and long-term, frequent, drab operation, USES the manipulator is effective; In addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, pollution environment conditions operation, more shows its superiority, with broad prospects.This topic is the main content of the mechanical design principle of the design of the three dof carrying manipulator, familiar with three degrees of freedom of the manipulator using occasions and related design steps. Robots can replace a lot of repeatability of physical labor, so as to reduce the labor intensity, improve production efficiency. Combined with three degrees of freedom all aspects of design knowledge, in the design process learn how to find out the problem to solve problems. And in the design idea and into their idea, improve their innovation ability. Try to make robots easy to use simple structure.Key Words: Manipulator, conveying work piece, handling, three degrees of freedom目录第1章绪论 (4)1.1机械手的历史 (4)1.2机械手的组成 (5)1.3机械手的分类 (6)第2章搬运机械手机构总体方案设计 (8)2.1搬运机械手设计要求 (8)2.2基本设计思路 (1)2.3搬运机械手结构设计 (11)2.4 机械手材料的选择 (11)2.5机械臂的运动方式 (11)2.6搬运机械手驱动与控制系统分析 (12)第3章搬运机械手机械结构设计与计算 (13)3.1搬运机械手手爪设计 (13)3.2 搬运机械手手臂设计 (13)3.3 手部设计计算................................................. - 23 -3.4腕部设计计算 (20)3.5液压驱动系统设计 (21)3.6机身结构的设计 (23)第4章机械手控制系统的设计 (27)4.1 PLC简介 (27)4.2 PLC工作原理 (27)4.3 PLC机型的选择 (27)4.4 PLC控制面板的拟定 (29)4.5 机械手工艺过程和控制方案的确定 (30)4.5 PLC程序编写 (33)总结与展望 (40)参考文献 (41)致谢 (42)1 绪论随着人类科技的进步，社会经济的发展，机器人学成为近几十年来迅速发展的一门综合学科。
机器人技术基础教学课件第2章
Ti ——输入力矩（N·m）；
To ——输出力矩（N·m）；
i ——输入齿轮角位移；
o ——输出齿轮角位移；
机器人技术基础
第二节 机器人的驱动机构
1．齿轮机构
Ti ,i
啮合齿轮转过的总的圆周距离相等，可以 得到齿轮半径与角位移之间的关系：
Rii Roo
TO ,O
Ri ——输入轴上的齿轮半径（m）； R0 ——输出轴上的齿轮半径（m）。
第一节 工业机器人的结构
（3）连杆杠杆式回转型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fpc
2b tan a
连杆杠杆式回转型夹持器 1—杆；2—-连杆；3—-摆动钳爪；4—-调整垫片
机器人技术基础
第一节 工业机器人的结构
（4）齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fp R
Fp c
2b sin
楔块杠杆式回转型夹持器 1—-杠杆；2—弹簧；3—滚子；4—楔块；5—气缸
机器人技术基础
第一节 工业机器人的结构
（2）滑槽杠杆式回转型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fp a 2b cos2
a
滑槽杠杆式回转型夹持器 1—支架；2—杆；3—圆柱销；4—-杠杆；
机器人技术基础
1．液压驱动
液压隧道凿岩机器人 机器人技术基础
液压混凝土破碎切割机器人
第二节 机器人的驱动机构
2．气压驱动
优点：
缺点：
（1）容易达到高速（1m/s）；
（1）压缩空气压力低；
（2）对环境无污染，使用安全；
（2）实现精确位置控制难度大；
轮式移动机器人的结构设计
目录1 前言 (2)2 机构的驱动方案设计 (5)2.1 机器人运动方式的选择 (5)2.2 轮式机器人驱动方案设计 (9)2.2.1轮式机器人驱动轮组成 (10)2.2.2轮式机器人转向轮组成 (11)2.2.3电机选择 (12)2.2.4减速机构的设计 (17)2.2.5变速箱体、前车体及电池箱 (18)2.2.6后减震及前减震机构 (19)2.2.7车轮和轮毂 (20)3 传动机构、执行机构的设计及受力分析 (23)3.1 传动机构的设计 (23)3.2 执行机构的设计 (24)3.3 机器人受力分析及如何保证加速度最优 (24)4 轮式移动机器人的运动学分析 (26)4.1 轮式式机器人的运动学建模 (26)4.2 阿克曼约束的机器人运动模型 (29)5 轮式移动机器人的运动控制系统设计 (32)5.1 控制系统硬件设计 (32)5.2 控制系统软件设计 (34)5.2.2上位机控制系统软件设计 (34)5.2.3下位机控制系统软件设计 (34)6 结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)1 前言移动机器人的研究始于上世纪60年代末期，随着计算机技术、传感器技术以及信息处理技术的发展，移动机器人已被广泛应用于工业、农业、医疗、保安巡逻等行业。
机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。
另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。
国外对于移动机器人的研究起步较早，日本是开发机器人较早的国家，并成为世界上机器人占有量最多的国家，其次是美国和德国。
机器人的机械结构与设计
两自由度手腕的另两种结构。图1属汇交型，将谐波减速器 置于臂部，驱动器通过齿形带带动谐波，或经锥齿轮再带 动谐波使末杆获得沿x、y轴两自由度运动。图2为偏置型， 则是将驱动电机和谐波减速器连成一体，放于偏置的腕壳 中直接带动腕完成角转动。
1 —扁平谐波； 2 —杯式谐波； 3 —齿形带轮； 4 —锥齿轮；5 —腕壳 图1 谐波前置汇交手腕
1一齿轮；2一返回装置；
3一键； 4一滚珠；
5一丝杠；6一螺母； 7—支座
19
滚动螺旋特点： (1)摩擦小、效率高。一般情况下，传动的效率在90％以上。 (2)动、静摩擦系数相差极小，传动平稳，灵敏度高。 (3)磨损小、寿命长。 (4)可以通过预紧消除轴向间隙，提高轴向刚度。
滚动螺旋传动不能自锁，必须 有防止逆转的制动或自锁机构才 能安全地用于有自重下降的场合。 最怕落入灰尘、铁屑、砂粒。通 常，螺母两端必须密封，丝杠的 外露部分必须用“风箱”套或钢 带卷套加以密封。
2.2.1 驱动—传动系统的构成
在机器人机械系统中，驱动器通过联轴器带动传动装 置(一般为减速器)，再通过关节轴带动杆件运动。
机器人一般有两种运动关节——转动关节和移(直)动 关节。 为了进行位置和速度控制，驱动系统中还包括位置和 速度检测元件。检测元件类型很多，但都要求有合适的精 度、连接方式以及有利于控制的输出方式。对于伺服电机 驱动，检测元件常与电机直接相联；对于液压驱动，则常 通过联轴器或销轴与被驱动的杆件相联。
20
另外，对于齿轮传动、蜗轮传动和齿轮齿条传动，须特别 注意消除间隙问和钢丝绳传动， 必须考虑张紧问题，否则也会产生很大的回差。
21
2.3 工业机器人关节的构造及其传动配置
关节是操作机各杆件间的结合部分，有转动和移动两种类 型。工业机器人前三关节通常称作腰关节、肩关节和肘关节， 它们构成了操作机的位置机构。后面关节构成了操作机的姿 态机构，称作腕部。下面分别讨论这些关节的构造和传动配 置。
工业机器人
工业机器人机械系统设计
2.2 驱动机构
常用的旋转驱动机构包括： 同步皮带
用于传递平行轴间的运动或 将回转运动转换成直线运动。同 步皮带的传动比计算公式为：
i n2 z1 n1 z2
工业机器人机械系统设计
输出： 1、内柱销（套） 2、输出轴
摆线针轮减速器
减速原理
- 当输入轴带着偏心套转动一周 时，由于摆线轮上齿廓曲线的特 点及其受针齿轮上针齿限制之故， 摆线轮的运动成为即有公转又有 自转的平面运动，在输入轴正转 一周时，偏心套亦转动一周，摆 线轮于相反方向上转过一个齿差 从而得到减速，将摆线轮的低速 自转运动通过销轴，传递给输出 轴，从而获得较低的输出转速。
手臂回转运动结构
图为利用齿轮齿条液压缸实现 手臂回转运动的机构。压力油分 别进入液压缸两腔，推动齿条活 塞做往复移动，与齿条啮合的齿 轮即做往复回转运动。齿轮与手 臂固连，从而实现手臂的回转运 动。
工业机器人机械系统设计
手臂回转运动结构 图为采用活塞杆和连杆机构的一种双臂机器人手臂的结构。当液压
缸1的两腔通压力油时，连杆2带动曲柄3绕轴心O作90°的上、下摆动。
- 滚珠在工作过程中顺螺旋槽(滚道)滚 动，故必须设置滚珠的返回通道，才能 循环使用。为了消除回差(空回)，螺母 分成两段，以垫片、双螺母或齿差调整 两段螺母的相对轴向位置，从而消除间 隙和施加预紧力，使回差为零。
工业机器人机械系统设计
滚珠丝杠工作特点
工业机器人机械系统设计
液压(气压)缸 将液压泵(或空气压缩
结构简单，体积、质量小； 传动比范围大； 运动精度高，承载能力大；
09-10第二章工业机器人的驱动系统(2.5 工业机器人的驱动系统)
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2.5.2 驱动方式 MESSI
后冷却器：安装在空气压缩机出口处的管道上，它的作用是使压缩 空气降温。因为一般工作压力为8kgf/cm2的空气压缩机排气温度高达 140~170℃，压缩空气中所含的水和油（气缸润滑油混入压缩空气）均 为气态。经后冷却器降温至40~50℃后，水汽和油汽凝聚成水滴和油滴， 再经油水分离器析出。
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2.5.2 驱动方式
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3）压缩空气的工作压力较低，因此对气动元件的材质和 制造精度要求可以降低。一般说来，往复运动推力在2t （19620N）以下时，用气动经济性较好。
4）与液压传动相比，它的动作和反应较快，这是气动的 突出优点之一。
5）空气介质清洁，亦不会变质，管路不易堵塞。 6）可安全地应用在易燃、易爆和粉尘大的场合，便于实 现过载自动保护。
机械手一般小于30kg。
2）滞后现象小，反应较灵敏，传动平稳。与空气相比，油液的压缩
性极小，故传动的滞后现象小，传动平稳。气动传动碎易得到较大速度
（1m/s以上），但空气黏性比较低，传动冲击较大，不利于精确定位。
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2.5.2 驱动方式
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3）输出力和运动速度控制较容易。输出力和运动速度在一定 的液压缸结构尺寸下，主要取决于传动液的压力和流量，通过调节 相应的压力和流量控制阀，能比较方便地控制输出功率。
能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进电动机输
出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中
小型机器人。交、直流伺服电动机异步用于闭环控制系统，而步进电动
机主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。
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电动驱动系统
机器人驱动与控制及应用实例
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维器人
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电动机
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气压
交流
内容摘要
机器人驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行 动作。本书结合大量工程应用实例，系统介绍基于步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、液压、气压 等装置的驱动与控制技术及其最新应用成果。本书取材新颖，涉及机器人广泛的应用领域、多种机器人类型和多 方面的专业技术。叙述上以应用实例为主讲解，条理分明，深入浅出，通俗易读。本书主要供机电控制、机器人 研究开发及应用专业人员学习和参考，也可作为高等院校相关专业师生的教学参考书。
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精彩摘录
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目录分析
1.1机器人的概念 1.2机器人的组成
1.3机器人的技术参 数
1.4机器人的分类
1.5机器人技术 及应用主要进 展
1.6机器人技术 发展趋势
2.1步进电动机 及其在机器人 的应用
2.2机器人步进 电动机驱动与 控制实例
3.1直流伺服电 动机及其在机 器人的应用
3.2机器人直流 伺服电动机驱 动与控制应用 实例
4.1交流伺服电 动机及其在机 器人的应用
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机器人的驱动机构
驱动装置是为机器人的运动提供动力源
1. 驱动方式
①液压式
②气动式
③电动式
2. 驱动机构 直线驱动机构
旋转驱动机构
一、驱动方式
1、液压驱动
液压驱动（优点） 驱动用压力为0.5～14MPa，产生的驱动力大 结构简单，体积小，刚度好 由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，工作 平稳，可实现任意位置的停止 液压传动中，力、速度和方向容易调整和控制 液压驱动平稳，可以实现频繁的变速与换向 采用油液做介质，能防锈和自润滑，机械效率高，使用 寿命长
其它驱动器
作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金、
在机器人机械系统中，驱动器通过联轴器带动传动装 置(一般为减速器)，再通过关节轴带动杆件运动。
机器人一般有两种运动关节——转动关节和移(直)动 关节。 为了进行位置和速度控制，驱动系统中还包括位置和 速度检测元件。检测元件类型很多，但都要求有合适的精 度、连接方式以及有利于控制的输出方式。对于伺服电机 驱动，检测元件常与电机直接相联；对于液压驱动，则常 通过联轴器或销轴与被驱动的杆件相联。
☻普通电机驱动
在一些定位精度要求不高的机器人中，直流 电机能够实现无级调速，但直流电源价格较 高。另外，由于普通电机转子的转动惯量较 大，反应灵敏性不如同功率的液压马达及交、 直流伺服电机快。
☻直流伺服电机驱动：
直流伺服电机可分有刷及无刷两种。其优点是
动态特性好，它的体积小、出力大、效率高、
气压驱动
气压驱动在工业机器人中用得较多。使用的压力通
常在0.4～0.6MPa，最高达1Mpa，气压驱动的主要优 点是：
快速性好。这是因为压缩空气的粘性小。
气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气 废气可直接排入大气，不会造成污染，所以比液压驱动 干净。 通过调节气量可实现无级变速。
速度可以任意选择，可以在很宽的速度范围内
Байду номын сангаас
保持高的效率。有刷伺服电机的缺点是因电剧
的机械接触点的联接产生电火花，在易燃介质
下容易引起事故，并且电刷的摩擦、磨损带来
了维护和寿命的问题。
直流电机常用于机器人中，详细第五章
直流伺服电机有很多优点，但它的随着技术的 进步，近年来交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电 机而成为机器人的主要驱动器。 步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率 不大，多用于低精度小功率机器人系统。
液压驱动（缺点） 油液的年度会随温度变化，高温易引起燃烧爆炸等危险 液体的泄漏难克服，要求液压元件性能高，故液压驱动 价格贵 要求供油系统，而且电液伺服系统对液压油的清洁度有 较高要求，水、气泡等杂质避免 不适合高、低温场合，故液压驱动目前多用于特大功率 的机器人系统。
2、气压驱动
1—码盘； 2 —测速机； 3 —电机； 4 —联轴器； 5 —传动装置； 6 —转动关节； 7 —杆
8 —电机； 9 —联轴器； 10 —螺旋副； 11 —移动关节； 12 —电位器 (或光栅尺)
驱动器的选择应以作业要求、生产环境为先决条件， 以价格高低、技术水平为评价标准。一般说来，目前负 荷为100 kg以下的,可优先考虑电动驱动器；只须点位 控制且功率较小者，可采用气动驱动器；负荷较大或机 器人周围已有液压源的场合，可采用液压驱动器。 对于驱动器来说，最重要的是要求起动力矩大，调 速范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好的、与 之配套的数字控制系统。
但与液压驱动器相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不 易控制，所以多用于精度不高的点位控制机器人。
3、电动机驱动 电动机驱动是利用各种电动机产生的力矩和力 直接或经过机械传动机构去驱动执行机构，以获得 机器人的各种运动。 可分为普通交、直流电机驱动、交、直流伺服 电机驱动、步进电机驱动等 电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效 率高，速度和位置精度都很高。 但多与减速装置相联，直接驱动比较困难。 电刷易磨损，且易形成火花，且成本较高
气压驱动
由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有缓冲作用 结构简单，易于保养，成本低。 由于工作压力低，所以功率质量比小，装置体积大 基于气体的可压缩性，气压驱动很难保证较高的定位精 度 使用后的压缩空气向大气排放时，会产生噪声 压缩空气含冷凝水，使得气压系统易锈蚀。在低温下由 于冷凝水结冰，有可能启动困难
二、驱动机构
旋转驱动的旋转轴强度高、摩擦小、可靠性好在结构中尽 量使用，但在行走关节中使用旋转驱动实现关节伸缩缺点：
&高速运动时，关节伸缩的加速度可能产生振动。
&为了增加着地点的灵活性，必须要加直线驱动。 1、直线驱动机构 由气缸或液压缸和活塞产生，也可以用齿轮齿条、丝 杠、螺母等传动方式把旋转运动转换为直线运动。 2、旋转驱动机构 电动机——传动装置
制动器 安装：机械臂的各个关节处
作用：在机器人停止工作时，手臂的位置不变，
电源故障式不会碰到其它物体。
如：丝杠、谐波齿轮等元件质量高，摩擦力小， 驱动停止，在重力作用下部件滑落，损伤元件