机械臂结构
第七讲机器人的机械臂结构
机械臂结构
一、臂部设计的基本要求
1．承载能力足
手臂是支承手腕的部件，设计时不仅 要考虑抓取物体的重量或携带工具的 重量，还要考虑运动时的动载荷及转 动惯性。
俯仰
肩转
腰转
腰转姿态
五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
3．关节型机械臂的结构（2）
各运动的实现：
腕部的旋转：
电机M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
腕部俯仰：
电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4
肘关节摆动：
电机M3→两级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘关节摆动 n3
局部图：
电机M3→两级同步带传动B3、 B3′→减速器R3→肘关节摆动n3
关节型机器人肩关节 局部图例：
电机M2→同步带传 动B2→减速器R2→肩 关节摆动n2
四、机械臂的控制
1、伺服系统的分类
液压伺服系统
机械臂各关节的运动通常由液压伺服阀 控制液压缸实现。
电动伺服系统
机械臂各关节的运动通常由步进电机或 直流电机驱动。
2．圆柱坐标型
臂部由一个转 动副和两个移 动副组成。相 对来说，所占 空间较小，工 作范围较大， 应用较广泛。
3．关节型
由动力型旋转关节 和前、下两臂组成。 关节型机器人以臂 部各相邻部件的相 对角位移为运动坐 标。动作灵活，所 占空间小，工作范 围大，能在狭窄空 间内饶过各种障碍 物。
1—手部 2—夹紧缸；3—油缸；4—导向柱；5—运行架；6—行走车轮； 7—轨道；8—支座
机器人机械臂的结构设计和优化
机器人机械臂的结构设计和优化机器人机械臂是现代工业领域的重要组成部分，其作业效率和质量直接关系到生产线的稳定性和产品的品质。
机器人机械臂的结构设计和优化，对提高生产效率、降低成本和保障工人生命安全具有重要意义。
本文将结合实际案例，从机器人机械臂的结构、控制、传感器等方面，探讨机械臂结构设计和优化的技术原则和实践方法。
一、机械臂结构设计的原则和方法机器人机械臂的结构设计，需要考虑机械臂的操作范围、受力情况、负载能力、稳定性、精度等因素。
其中，机械臂的负载能力和稳定性是构成机械臂的力学结构和材料选择的关键因素。
因此，机械臂结构设计的基本原则是：合理设计力学结构，充分发挥材料的性能，从而确保机械臂的稳定性和负载能力。
机械臂的结构设计需要从以下几个方面考虑：1、力学结构设计力学结构设计的目的是为了充分利用材料的性能，并且保证机械臂在负载条件下不会失效或出现安全隐患。
力学结构设计需要考虑机械臂的材料和工作条件，并根据受力情况设计力学结构。
例如，对于需要承受大负载的机械臂，可以采用拱形结构或三角形结构，保证机械臂在负载条件下的稳定性和负载能力。
2、材料选择机械臂的材料选择需要根据机械臂的负载条件、工作环境、运动速度、精度等因素考虑。
一般来说，强度高、刚度大、疲劳寿命长、热膨胀系数小的材料比较适合机械臂的结构设计。
目前，机械臂的常用材料包括铝合金、镁合金、钛合金、碳纤维等。
3、齿轮传动设计机械臂的齿轮传动设计是机械臂的重要部分，其作用是传递机械臂的动力和转矩。
齿轮传动设计需要根据机械臂的负载条件、工作环境、运动速度、精度等因素考虑。
齿轮传动的失效和噪音是机械臂长期使用中需要特别注意的问题，需要通过优化设计和选材来解决。
二、机械臂控制和传感器技术机械臂控制技术是机械臂工作的关键。
传统的机械臂控制方式主要是开环控制，即通过预设的运动轨迹实现机械臂的动作。
现代机械臂一般采用闭环控制方式，即通过传感器检测机械臂的位置、速度和力矩等参数，实现机械臂的精确控制。
4自由度机械臂结构设计
4自由度机械臂结构设计引言机械臂是一种用于完成特定任务的机器人装置，具有广泛的应用领域，例如工业自动化、医疗手术和军事等。
本文将讨论4自由度机械臂的结构设计，以及在不同任务中的应用。
机械臂的自由度机械臂的自由度是指机械臂能够自由运动的独立关节数量。
4自由度机械臂由4个独立的旋转关节组成，使得机械臂可以在3D空间中进行平移和旋转运动。
结构设计关节结构4自由度机械臂的关节结构应具有一定的刚度和承载力，以便支撑机械臂的运动和负载。
通常采用液压或电动驱动的转动关节来实现机械臂的自由度。
每个关节应具有一定的转动范围和精度，以满足不同任务的需求。
运动范围4自由度机械臂的运动范围应能够满足各种任务的需求。
通过合理设计关节的转动范围，可以确保机械臂能够在三维空间中覆盖特定区域。
此外，机械臂的运动范围还应考虑到其在工作空间内的尺寸限制，以及与其他设备或障碍物的碰撞风险。
站立稳定性机械臂的站立稳定性是指机械臂在执行任务时，能够保持平衡和稳定的能力。
站立稳定性取决于机械臂的结构设计和重心位置。
为了确保机械臂的稳定性，可以采用合适的重心位置和支撑结构。
此外，考虑到机械臂运动时的惯性力，还需要设计相应的减振和平衡装置。
控制系统机械臂的控制系统对于实现精准的运动控制和任务执行至关重要。
控制系统包括传感器、执行器和控制算法等。
传感器用于感知机械臂末端的位置和姿态信息，执行器通过控制关节转动实现机械臂的运动，控制算法根据传感器的反馈信息进行计算和控制。
设计高效可靠的控制系统可以提高机械臂的运动精度和工作效率。
应用领域4自由度机械臂由于其灵活性和可定制性，在多个领域具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：工业自动化4自由度机械臂在工业生产线上可以完成各种简单重复的操作任务，例如搬运、装配和焊接等。
机械臂的高速度和精度可以提高生产效率和产品质量。
医疗手术4自由度机械臂在医疗手术中可以用于进行精确的手术操作，例如微创手术和精准定位。
机械臂 结构设计
机械臂 结构设计
1. 关节式机械臂：关节式机械臂由多个关节组成，每个关节都可以旋转或移动，从而实现机械臂的多自由度运动。
这种设计可以使机械臂更加灵活，但也会增加控制的复杂度。
2. 笛卡尔式机械臂：笛卡尔式机械臂由三个相互垂直的直线轴组成，可以在直角坐标系中进行精确的定位和移动。
这种设计简单易懂，控制也相对容易，但灵活性较差。
3. 球形机械臂：球形机械臂的关节位于球体上，可以实现全方位的旋转和移动。
这种设计非常灵活，但控制难度较大。
4. 冗余机械臂：冗余机械臂具有多余的自由度，可以提高机械臂的灵活性和容错能力。
但这种设计也会增加控制的复杂度。
在设计机械臂的结构时，需要考虑到机械臂的工作环境、负载能力、精度要求等因素，并选择合适的材料和制造工艺。
同时，还需要进行力学分析和运动学分析，以确保机械臂的稳定性和可靠性。
机器手臂的组成
机器手臂的组成机器手臂是由多个组成部分构成的机械装置，常用于工业生产、医疗辅助和科学研究等领域。
机器手臂的组成主要包括机械结构、电动机、传感器和控制系统等。
一、机械结构机械结构是机器手臂的骨架，用于支撑和连接其他部件。
它由臂架、关节和末端执行器等组成。
臂架通常采用铝合金或碳纤维材料制成，具有轻量化和高强度的特点。
关节采用电机驱动，通过连接杆件使机械手臂具有灵活的运动能力。
末端执行器是机器手臂的工作部分，常用的有夹爪、吸盘、焊枪等，用于抓取、移动或加工物体。
二、电动机电动机是机器手臂的动力源，通过提供旋转力矩驱动机械结构运动。
常见的电动机有直流电机、步进电机和伺服电机等。
直流电机具有转速可调、扭矩大的特点，适用于需要精确控制的场景。
步进电机能够按固定角度旋转，适用于需要定位和精确控制的任务。
伺服电机能够根据控制信号调整转速和位置，适用于需要高速和高精度的应用。
三、传感器传感器是机器手臂的感知器官，用于获取环境信息和手臂状态。
常见的传感器有力传感器、位置传感器和视觉传感器等。
力传感器用于测量机器手臂施加的力和扭矩，实时监测手臂的负载情况。
位置传感器用于测量机械手臂关节的角度和位置，实现精确的运动控制。
视觉传感器可以获取物体的图像信息，用于目标检测、位姿估计和视觉引导等任务。
四、控制系统控制系统是机器手臂的大脑，用于实现手臂的自主运动和任务执行。
它由硬件控制器和软件控制算法组成。
硬件控制器负责接收传感器数据、计算控制指令并驱动电动机运动。
软件控制算法包括路径规划、轨迹控制和碰撞检测等，用于实现手臂的运动规划和控制策略。
机器手臂的组成部分相互配合，共同完成各种任务。
在工业生产中，机器手臂可以代替人工完成重复性和繁重的工作，提高生产效率和质量。
在医疗领域，机器手臂可以辅助手术，实现精确的操作和快速的恢复。
在科学研究中，机器手臂可以进行实验操作和数据采集，帮助科学家开展研究。
随着人工智能和机器学习的发展，机器手臂的智能化和自主化水平不断提高，可以适应更复杂和多样化的任务需求。
工业机械臂的结构和工作原理
工业机械臂的结构和工作原理《工业机械臂的结构和工作原理》引言：随着工业自动化的快速发展，机械臂在许多领域得到了广泛应用，成为现代制造业中的关键技术。
本文将介绍工业机械臂的结构和工作原理。
一、机械臂的结构：工业机械臂由基座、旋转臂、前臂、末端执行器和控制系统组成。
1. 基座：基座是机械臂的底部，承载整个机械臂的重量，并提供稳定的支撑。
在基座上安装了旋转臂。
2. 旋转臂：旋转臂是机械臂的第一节，具有水平旋转的能力。
它由电机驱动，通过齿轮系统实现旋转。
3. 前臂：前臂是机械臂的第二节，连接旋转臂和末端执行器。
它通常由两个或三个可伸缩关节构成，使得机械臂能够在多个方向上进行运动。
4. 末端执行器：末端执行器是机械臂的最后一节，用于进行具体的操作任务。
根据不同的应用需求，末端执行器可以是夹具、焊枪、喷枪等。
5. 控制系统：控制系统是机械臂的大脑，负责控制机械臂的运动和操作。
它通常由计算机和控制器组成，通过编程实现机械臂的自动化控制。
二、机械臂的工作原理：机械臂的工作原理是通过控制各个关节的运动，使机械臂完成各种任务。
具体工作流程如下：1. 传感器输入：机械臂通过传感器获取外部环境和对象的信息，例如位置、形态、力量等。
2. 运动规划：根据任务和输入的信息，控制系统对机械臂进行运动规划，确定机械臂需要移动到的目标位置和路径。
3. 运动控制：根据运动规划，控制系统通过输出信号控制机械臂的关节运动。
通过控制关节的运动角度和速度，使机械臂在规定的路径上运动到目标位置。
4. 执行任务：当机械臂移动到目标位置后，末端执行器根据任务的要求进行操作，例如抓取、搬运、装配等。
5. 反馈控制：机械臂在执行任务过程中，可以通过传感器获取执行器和工作环境的状态信息，从而进行实时调整和反馈控制。
这样可以提高机械臂的精度和稳定性。
结论：工业机械臂的结构和工作原理既复杂又精密。
通过基座、旋转臂、前臂、末端执行器和控制系统的协同工作，工业机械臂能够完成各种复杂的任务。
工业机械臂的结构和组成
工业机械臂的结构和组成工业机械臂是一种可以执行各种任务的自动化机器人，它由多个部件组成。
本文将详细介绍工业机械臂的结构和组成。
一、机械臂的基本结构1. 机械臂底座：机械臂底座是整个机械臂的支撑部分，通常由钢铁或铝合金制成。
它可以旋转以便于控制机械臂的运动方向。
2. 旋转关节：旋转关节连接着机械臂底座和第一个手臂段，并且可以使第一个手臂段在水平方向上转动。
旋转关节通常由电动马达驱动。
3. 手臂：手臂是整个机械臂的主体部分，它由多个手臂段连接而成。
每个手臂段都可以在垂直方向上运动，并且通常由电动马达驱动。
4. 关节：每个手臂段之间都有一个关节连接，这些关节使得整个机械臂能够在三维空间内进行复杂运动。
5. 手爪：手爪是用来抓取物品或者执行其他任务的部分。
通常情况下，手爪会根据不同的任务而有所不同，例如有些机械臂会使用磁性手爪来抓取金属物品。
6. 传感器：为了更好地控制机械臂的运动，通常会在机械臂上安装各种传感器。
例如，视觉传感器可以用来检测物品的位置和大小，而力传感器可以用来测量机械臂的力度。
二、机械臂的控制系统除了上述结构之外，机械臂还需要一个控制系统来实现自动化操作。
这个控制系统通常由以下几个部分组成：1. 控制器：控制器是整个系统的大脑部分。
它接收传感器和用户输入信号，并且根据这些信号来决定机械臂应该如何移动。
2. 电源：电源为整个系统提供电力，并且保证每个部件都能够正常工作。
3. 通讯模块：通讯模块可以将控制信号发送到机械臂上，并且可以接收反馈信号以便于调整机械臂的运动轨迹。
4. 软件程序：软件程序是整个系统的核心部分。
它负责将用户输入转换成对应的控制信号，并且根据传感器反馈来实时调整机械臂的运动。
三、机械臂的应用领域由于机械臂具有高度的自动化和灵活性，因此在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 制造业：机械臂可以在制造业中执行各种任务，例如装配、焊接、喷涂等。
2. 医疗保健：机械臂可以用来协助医生进行手术或者给病人进行治疗。
机械臂结构设计原理ppt
3．关节型机械臂的结构（1）
存在的运动型式：
机身的旋转运动； 肩关节和肘关节的摆动； 腕关节的俯仰和旋转运动；
各运动的协调： 称为5轴关节型机器人。
五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
俯仰 偏转 肘转
肩转
腰转
腰转姿态
五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
3．关节型机械臂的结构（2）
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺 寸h有关，如：10号工字钢 即指其高度尺寸为100mm。 2、其它参数如截面积、单 位长度的理论质量、截面静 力矩等可查相应的设计手册。 3、工字钢的长度按长度系 列购买。如：5~19m。
槽钢（GB707-88）
1、槽钢的型号与高度尺寸 h有关，如：10号槽钢即指 其高度尺为100mm。
各运动的实现：
腕部的旋转：
电机M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5 电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4 电机M3→两级同步带传动 B3 、B3′→ 减速器 R3→肘关节摆动 n3 电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
腕部俯仰：
肘关节摆动：
4．极坐标型：
臂部由两个转动 副和一个移动副 组成。产生沿手 臂轴X的直线移 动，绕基座轴Y 的转动和绕关节 轴Z的摆动。其 手臂可作绕Z轴 的俯仰运动，能 抓取地面上的物 体。
三、典型机械臂结构
1．手臂直线运动机构
常见方式：
行程小时：采用油缸或汽缸直接驱动； 当行程较大时：可采用 油缸 或汽缸驱动 齿条传动的倍增机构或采用步进电机或 伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换 为直线运动。 油缸驱动的手臂伸缩运动结构 电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
机械臂结构设计原理ppt
机械臂结构设计的基本原理
机械臂结构设计的基本原理包括运动学原理、力学原理和控制原理，通过优化设计来实现机械臂的高效运动。
机械臂结构设计的要素和考虑因素
载荷要素
根据应用需求确定机械臂的最大负载，确保结 构设计满足承载要求。
结构刚度
设计合适的结构来提高机械臂的刚度，提高运 动精度和控制性能。
工作空间
材料科学
采用新材料和工艺，提高机械 臂的轻量化和强度，改善整体 性能。
机械臂末端执行器设计和选择 的重要性
机械臂末端执行器是机械臂的关键组件，不同的执行器设计和选择会直接影 响机械臂的运动灵活性和工作效率。
机械臂结构设计的案例分析
工业自动化
通过合理的结构设计实现工业生 产线的自动化作业，提高生产效 率和品质。
考虑机械臂的活动范围和工作空间限制，确保 能够完成所需的各种任务。
安全因素
考虑机械臂运动过程中的安全性，确保不会对 人员和周围环境造成伤害。
机械臂结构设计的常见方法和技术
仿生设计
根据生物学原理，借鉴生物形 态和结构设计机械臂，提高机 械臂的柔顺性和适应性。
优化算法
使用优化算法来优化机械臂结 构设计，提高机械臂的性能和 效能。
医疗手术
精确的机械臂结构设计可用于辅 助医生进行精细的手术操作，提 高手术安全性和精准度。
物流业，自动完成物品的搬运和仓 储操作，提高效率和减少人力成 本。
机械臂结构设计的发展趋势和 前景
未来的机械臂结构设计将不断优化，包括更高的精度、更灵活的结构、更高 的负载能力和更智能的控制系统，为各行业带来更广泛的应用。
机械臂结构设计原理ppt
本演示文稿将介绍机械臂的定义、应用、基本原理、要素、常见方法、技术 和末端执行器的重要性。之后，通过案例分析展示机械臂结构设计的具体步 骤。最后，我们将探讨机械臂结构设计的发展趋势和前景。
六轴机械臂结构组成
六轴机械臂结构组成
机器人技术的快速发展为生产制造企业的自动化生产带来了新的
发展机遇。
而六轴机械臂作为先进的机器人装备，曾经只是在科幻电
影中出现的高科技，如今已经成为现实中的重要组成部分。
那么，什
么是六轴机械臂？它的结构又是如何组成的呢？
第一，机械臂的“躯干部分”
六轴机械臂的结构组成首先需要一条“躯干”，它是由一个列管
式结构系统和一个横梁组成的。
列管式结构承载着整个机械臂的重量，横梁则负责传输电力和信号，同时也是各轴串联的横轴。
第二，机械臂的“轴部分”
机械臂的轴部分包括了六个“关节”，也就是我们所谓的“轴”。
这些关节分别为“肩关节”、“肘关节”、“手腕关节”和“每个手
指关节”。
第三，各个“关节”的驱动和传动
六轴机械臂的各关节需要有效、稳定地驱动才能够实现高效的工作。
因此，不同的关节采用不同的驱动方式和传动方式。
例如，肩关
节一般采用直线电机或旋转电机驱动，而手指关节则多采用模拟伺服
电机等传动方式。
第四，机械臂的“初始安装”
在最后一个步骤中，需要将机械臂的各个零部件按照特定的方式
进行安装和组装。
整个过程需要精密测量、精细调整，并且每个部件
都需要严格合适，尤其是由多次测试和校正以保证可靠的工作性能。
以上就是六轴机械臂结构的基本组成。
整个结构通过多轴的柔性
传动，大大提高了机械臂的机动性和精准度。
它的出现和发展，为各
个行业带来了离奇而神奇的创新。
相信在不久的未来，它还将展现出
更强大的能力和应用价值。
工业机械臂的结构和组成
工业机械臂的结构和组成工业机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机器人，它由多个部件组成，包括机械臂本体、关节、执行器、传感器等。
下面我们来详细了解一下工业机械臂的结构和组成。
1. 机械臂本体机械臂本体是工业机械臂的主体部分，它通常由多个关节组成，每个关节都能够进行旋转或者伸缩。
机械臂本体的材料通常是铝合金或者碳纤维等轻质材料，这样可以减轻机械臂的重量，提高机械臂的灵活性和速度。
2. 关节关节是机械臂的重要组成部分，它们连接机械臂的各个部分，使机械臂能够进行各种运动。
关节通常由电机、减速器、编码器等组成，电机提供动力，减速器减少电机的转速，编码器用于测量关节的角度和位置。
3. 执行器执行器是机械臂的末端部分，它通常由夹爪、吸盘、喷嘴等组成，用于抓取、吸取或者喷涂物体。
执行器的选择取决于机械臂的应用场景，不同的执行器可以实现不同的功能。
4. 传感器传感器是机械臂的重要组成部分，它们用于感知机械臂周围的环境和物体。
常用的传感器包括视觉传感器、力传感器、位置传感器等。
视觉传感器可以用于识别物体的位置和形状，力传感器可以测量机械臂的力和压力，位置传感器可以测量机械臂的位置和角度。
5. 控制系统控制系统是机械臂的大脑，它负责控制机械臂的运动和执行任务。
控制系统通常由计算机、控制器、驱动器等组成，计算机用于处理机械臂的运动和任务，控制器用于控制机械臂的运动和执行任务，驱动器用于驱动机械臂的电机和执行器。
工业机械臂是一种复杂的机器人系统，它由多个部件组成，包括机械臂本体、关节、执行器、传感器和控制系统等。
这些部件协同工作，使机械臂能够模拟人类手臂的运动，完成各种任务。
机械手臂结构
机械手臂结构随着科技的不断进步和机械技术的不断完善，机械手臂已经成为工业领域中不可或缺的一种机器人。
而机械手臂的重要组成部分，就是机械手臂结构。
一、机械手臂结构的组成一般来说，机械手臂结构由七个部分构成，分别是基座、肩部、肘部、腕部、手部、末端执行器和控制系统。
基座是机械手臂的底部，它的作用是支撑整个机械手臂，并提供机械手臂运动的基础。
而肩部则能够使机械手臂在水平平面内进行运动，肘部则是机械手臂的弯曲部分，能够使机械手臂进行上下运动。
而腕部具有两个旋转自由度，可以让机械手臂自由旋转。
手部是机械手臂的末端，它可以根据需要插入各种不同类型的工具，实现不同的任务。
末端执行器是手部的一个重要组成部分，它可以根据需要进行抓取、剪切等各种动作。
控制系统则是整个机械手臂的大脑，它可以接收操作者的指令，并将指令转化为机械手臂能够理解的信号，从而控制机械手臂进行各种操作。
二、机械手臂结构的运动原理机械手臂结构的运动原理主要涉及到旋转运动和平移运动。
旋转运动可以分为两种类型，一种是关节点运动，这种运动方式是通过调整关节点的角度来实现的，例如机械手臂的肩部、肘部和腕部。
另一种是连杆运动，这种运动方式是通过调整连杆的长度来实现的，例如机械手臂的手部。
平移运动则是指将机械手臂沿各个方向进行移动，这种运动方式可以通过调整机械手臂的关节来实现。
例如，机械手臂的肩部可以使机械手臂沿X轴的正方向和负方向进行移动，肘部可以使机械手臂沿Y轴的正方向和负方向进行移动，而腕部则可以使机械手臂沿Z轴的正方向和负方向进行移动。
三、机械手臂结构的应用领域机械手臂结构的应用领域非常广泛，从工业领域到医疗领域，从科学研究到军事应用，都可以看到机械手臂的身影。
在工业领域，机械手臂结构广泛应用于装配生产线和物料搬运系统中。
机械手臂能够完成重复性高、难度大、作业时间长的工作任务，提高生产效率和产品质量。
在医疗领域，机械手臂结构的应用主要集中于外科手术。
第七讲机器人的机械臂结构
5．合理设计与腕部和机身的连接部位
臂部的安装形式和位置不仅关系到机 器人的强度、刚度和承载能力，而且 还直接影响到机器人的外观。
二、机械臂的运动形式
1．直角坐标型
臂部由三个相互 正交的移动副组 成。带动腕部分 别 沿 X、Y、Z 三 个坐标轴的方向 作直线移动。结 构简单，运动位 置精度高。但所 占空间较大，工 作范围相对较小。
作业：
1、设计三种机器人小臂相对于大臂的直线运动方案，动力源为电机 驱动，用示意图表达。 2、画出型号为20a的工字钢的截面形状，并标注出有关几何参数。 3、解释液压伺服系统和电动伺服系统的组成及工作原理。
双曲柄机构
平面四杆机构
双摇杆机构
平面四杆机构演变图例：来自曲柄滑块机构平面四杆机构的的演变不仅要满足运动方面的要求，而且要满足受力 和结构上的要求。
双臂机器人手臂结构图例：
运动特点：
手臂关节的回转运 动是通过液压缸-连 杆机构实现。控制 活塞的行程就控制 了手臂摆角的大小。
1—铰接活塞缸 2—连杆 3—手臂 4—支承架
臂部由两个转动 副和一个移动副 组成。产生沿手 臂轴X的直线移 动，绕基座轴Y 的转动和绕关节 轴Z的摆动。其 手臂可作绕Z轴 的俯仰运动，能 抓取地面上的物 体。
三、典型机械臂结构
1．手臂直线运动机构
常见方式：
行程小时：采用油缸或气缸直接驱动； 当行程较大时：可采用 油缸 或气缸驱动 齿条传动的倍增机构或采用步进电机或 伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换 为直线运动。 油缸驱动的手臂伸缩运动结构 电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺 寸h有关，如：10号工字钢 即指其高度尺寸为100mm。 2、其它参数如截面积、单 位长度的理论质量、截面静 力矩等可查相应的设计手册。 3、工字钢的长度按长度系 列购买。如：5~19m。
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四、机械臂的控制
1、伺服系统的分类：
液压伺服系统：
机械臂各关节的运动通常由液压伺服阀 控制液压缸实现。
电动伺服系统：
机械臂各关节的运动通常由步进电机或 直流电机驱动。
伺服直线液压缸图例：
电动伺服控制系统图例：
作业：
1、设计三种机器人小臂相对于大臂的直线运 动的运动方案，动力源为电机驱动，用示意图 表达。 2、画出型号为20a的工字钢的截面形状，并标 注出有关几何参数。
3．关节型机械臂的结构（2M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
腕部俯仰：
电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4
肘关节摆动：
电机M3→两级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘关节摆动 n3
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
二、机械臂的运动形式
1．直角坐标型：
臂部由三个相互 正交的移动副组 成。带动腕部分 别 沿 X、Y、Z 三 个坐标轴的方向 作直线移动。结 构简单，运动位 置精度高。但所 占空间较大，工 作范围相对较小。
2．圆柱坐标型：
臂部由一个转 动副和两个移 动副组成。相 对来说，所占 空间较小，工 作范围较大， 应用较广泛。
3．关节型：
由动力型旋转关节 和前、下两臂组成。 关节型机器人以臂 部各相邻部件的相 对角位移为运动坐 标。动作灵活，所 占空间小，工作范 围大，能在狭窄空 间内饶过各种障碍 物。
4．极坐标型：
臂部由两个转动 副和一个移动副 组成。产生沿手 臂轴X的直线移 动，绕基座轴Y 的转动和绕关节 轴Z的摆动。其 手臂可作绕Z轴 的俯仰运动，能 抓取地面上的物 体。
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺 寸h有关，如：10号工字钢 即指其高度尺寸为100mm。
2、其它参数如截面积、单 位长度的理论质量、截面静 力矩等可查相应的设计手册。
3、工字钢的长度按长度系 列购买。如：5~19m。
槽钢（GB707-88）
1、槽钢的型号与高度尺寸 h有关，如：10号槽钢即指 其高度尺为100mm。 2、其它参数如截面积、单 位长度的理论质量、截面 静力矩等可查相应的设计 手册。
三、典型机械臂结构
1．手臂直线运动机构
常见方式：
行程小时：采用油缸或汽缸直接驱动；
当行程较大时：可采用油缸或汽缸驱动
齿条传动的倍增机构或采用步进电机或 伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换 为直线运动。
典型结构：
油缸驱动的手臂伸缩运动结构 电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
油缸—齿条机构图例：
3、导向性能好，定位精度高：
为防止手臂在直线运动中，沿运动轴 线发生相对转动，应设置导向装置。 同时要采用一定形式的缓冲措施。
4．重量轻、转动惯量小：
为提高机器人的运动速度，要尽量减 少臂部运动部分的重量，以减少整个 手臂对回转轴的转动惯量。
5．合理设计与腕部和机身的连接部位：
臂部的安装形式和位置不仅关系到机 器人的强度、刚度和承载能力，而且 还直接影响到机器人的外观。
油缸驱动的手臂伸缩运动结构图例：
特点： 工作行程长，抓重大， 适合于抓举工件形状不 规则、有偏转力矩的场 合。
电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：
2．手臂的回转运动机构
常见方式：
常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连 杆传动机构等。
曲柄滑块机构：
假设滑块是主动件，当滑块沿一定的导轨移动时， 可以推动曲柄做摆动或圆周运动。
机械臂结构
主讲 周兰
一、臂部设计的基本要求
1．承载能力足：
手臂是支承手腕的部件，设计时不仅 要考虑抓取物体的重量或携带工具的 重量，还要考虑运动时的动载荷及转 动惯性。
2．刚度高：
为了防止臂部在运动过程中产生过大 的变形，手臂的截面形状要合理选择。
工字型截面的弯曲刚度一般比圆截面
大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都 比实心轴大得多。
齿轮驱动回转机构图例：
3．关节型机械臂的结构（1）
存在的运动型式：
机身的旋转运动； 肩关节和肘关节的摆动； 腕关节的俯仰和旋转运动；
各运动的协调： 称为5轴关节型机器人。
五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
偏转 肘转
俯仰
肩转
腰转
腰转姿态
五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
关节型机器人传动 系统图：
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
腕部俯仰局部图例：
电机M4→减速器R4→链轮副 C4→俯仰运动n4
肘关节局部图例：
电机M3→两级同步带传动B3、 B3′→减速器R3→肘关节摆动n3
肩关节局部图例：
电机M2→同步带传 动B2→减速器R2→肩 关节摆动n2
典型机构：
液压缸—连杆回转机构： 齿轮驱动回转机构：
平面四杆机构图例：
双曲柄机构
平面四杆机构
双摇杆机构
平面四杆机构演变图例：
曲柄滑块机构
双臂机器人手臂结构图例：
运动特点：
1—铰接活塞缸
手臂关节的回转运 动是通过液压缸-连 杆机构实现。控制
2—连杆 3—手臂 4—支承架
活塞的行程就控制
了手臂摆角的大小。