《机器人结构设计》PPT课件
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机器人的组成结构(PPT52页)
• 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 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
度，即重复度。
培训专用
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。
培训专用
工业机器人的机械结构
工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手 ，由 手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。
培训专用
• 正弦波电动机(交流无刷伺 服电动机)：顾名思义，它 是由正弦波电流驱动的。对 三相情况，电流相位差 120。，而且这三相电流是 随转子位置不同而不同的， 也就是说，转子的位置检测 需更精确，驱动电路也比梯 形波电动机的更复杂，但却 代表着无刷电动机最高水平， 因为它能保持恒定转矩输出
培训专用
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
培训专用
相关术语及性能指标
• 机器人一环境交互系统 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
度，即重复度。
培训专用
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。
培训专用
工业机器人的机械结构
工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手 ，由 手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。
培训专用
• 正弦波电动机(交流无刷伺 服电动机)：顾名思义，它 是由正弦波电流驱动的。对 三相情况，电流相位差 120。，而且这三相电流是 随转子位置不同而不同的， 也就是说，转子的位置检测 需更精确，驱动电路也比梯 形波电动机的更复杂，但却 代表着无刷电动机最高水平， 因为它能保持恒定转矩输出
培训专用
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
培训专用
相关术语及性能指标
《机器人结构设计》课件
螺丝连接
适用于各种材料的连接，拆卸 方便，但连接强度较低。
粘接
适用于塑料、玻璃等材料的连 接，操作简便，但耐久性较差
。
扣件连接
适用于各种材料的连接，连接 强度较高，拆卸方便。
驱动系统设计
01
02
03
电动机驱动
利用电动机产生的扭矩或 直线推力驱动机器人运动 。
液压驱动
利用液压油产生的压力驱 动机器人运动，具有较大 的推力。
详细描述
可变形机器人通过先进的材料、驱动系统和控制算法，实现 自主变形和适应环境变化的能力。这种机器人可以在复杂环 境中执行任务，如搜救、探测和军事行动等。
微型机器人
总结词
微型机器人是指尺寸微小的机器人， 具有高度的机动性和灵活性。
详细描述
微型机器人在微纳操作、医疗、环保 等领域具有广泛的应用前景。通过精 密制造和智能控制技术，微型机器人 可以实现复杂的运动和操作功能，如 细胞操作、药物输送等。
02
足式机器人由腿部、关节、电机、控制器和身体等部分组成，
可以通过调节电机的输出实现机器人的步态控制。
足式机器人在人机交互、影视特效、反恐等领域有广泛应用。
03
飞行机器人
飞行机器人是一种能够在空中飞行的 机器人，具有高度的机动性和灵活性 。
飞行机器人在航拍、侦查、搜救等领 域有广泛应用。
飞行机器人通常由机翼、电机、控制 器和机身等部分组成，通过调节电机 的输出实现机器人的升降、俯仰、偏 航等动作。
环境中能够正常运行。
工业机器人
工业机器人是一种用于工业生产 的机器人，如焊接机器人、装配
机器人等。
工业机器人的结构设计需要考虑 机器人的负载能力、精度、稳定
机器人课程PPT课件
•
医疗方面发挥作用。
43
微型飞行器：被认为是未来战场上的重要侦察和攻击武器，能以可接受的成本执行某一有价值的任务。这种飞行器必须能够传输实时图像或执行其它功能，有足够小的尺寸（小于20厘米）、足够的巡航范围（如不小于5公里）和飞行时间（不小于15分钟）。
微型战术无人机：可用于战争危险估计、目标搜索、通信中继，监测化学、核或 生物武器，侦察建筑物内部情况。可适 用于城市、丛林等多种战争环境。因为 其便于携带，操作简单，安全性好的优
62
•
应用领域的进一步扩大
机器人在制造业中的发展是成功的，正逐步涉足非制造业。随着人类改造大自然要求的提高，以及机器人适应特殊环境能力的增强，农业、林 业、军事、海洋勘探、太空探索、生物医学工程 等行业将是机器人崭露头角的新领域。深入日常生活在人们的日常生活中，各种服务机器人也将向我们走来，娱乐机器人将给我们的生活增添无限乐趣。清洁机器人将减轻我们繁重的家务。保健机器人可为老人和残疾人提供保健帮助，是人
10
即分为示教－存储－再现-操作四
•
示教－再现步进行。
示教：方式有两种：(1) 直接示教－手把手；(2) 间接示教－示教盒控制。存储：保存示教信息。再现：根据需要，读出存储的示教信息向机器人发出重复动作的命令。
7.12.13 控制
顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先后顺序的设定、检测等。位置信息：作业之间各点的坐标值，包括手爪在该点上的姿态，通常总称为位姿（ POSE）。时间信息：各顺序动作所需时间，即机器人完成各个动作的速度。
•
执4 行机构：机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项任务所必不可少的组成部分。
5 控制器：是机器人的核心，它负责对机器人的运动和各种动作控制及对环境的识别。现代工业机器人的控制器都是由计算机控制系统组成，控制方式主要有示教再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。
机器人手部结构详解PPT课件
机器人手部结构
主讲 周兰
1
引言：
工业机器人的手部也叫末端操作器， 它直接装在工业机器人的手腕上用于 夹持工件或让工具按照规定的程序完 成指定的工作。
2
一、手部的特点
3
1．手部与手腕相连处可拆卸：
手部与手腕处有可拆卸的机械接口： 根据夹持对象的不同，手部结构会有 差异，通常一个机器人配有多个手部 装置或工具，因此要求手部与手腕处 的接头具有通用性和互换性。
33
4．自适应吸盘：
结构特点：
该吸盘具有一个 球关节，使吸盘 能倾斜自如，适 应工件表面倾角 的变化。
34
5．异形吸盘：
结构特点：
可用来吸附鸡蛋、 锥颈瓶等物件。 扩大了真空吸盘 在机器人上的应 用。
35
6．喷气式吸盘：
工作原理：
压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应，当压缩 空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流 速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气 流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐 增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高 的气流速度而形成负压。
手部可能还有一些电、气、液的接口： 由于手部的驱动方式不同造成。对这 些部件的接口一定要求具有互换性。
4
2．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指； 可以有手爪，也可以是专用工具。
5
末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或 四个关节。技术关 键是手指之间的协 调控制。
6
末端操作器图例（2）：
工件必须有可靠的定位，保持工件和手爪之间的准 确的相对位置关系，以保持机器人后续作业的准确 性。 握住：确保工件在搬运过程中或零件装配过程中定 义了的位置和姿态的准确性。 释放：在指定位置结束手部和工件之间的约束关系。
主讲 周兰
1
引言：
工业机器人的手部也叫末端操作器， 它直接装在工业机器人的手腕上用于 夹持工件或让工具按照规定的程序完 成指定的工作。
2
一、手部的特点
3
1．手部与手腕相连处可拆卸：
手部与手腕处有可拆卸的机械接口： 根据夹持对象的不同，手部结构会有 差异，通常一个机器人配有多个手部 装置或工具，因此要求手部与手腕处 的接头具有通用性和互换性。
33
4．自适应吸盘：
结构特点：
该吸盘具有一个 球关节，使吸盘 能倾斜自如，适 应工件表面倾角 的变化。
34
5．异形吸盘：
结构特点：
可用来吸附鸡蛋、 锥颈瓶等物件。 扩大了真空吸盘 在机器人上的应 用。
35
6．喷气式吸盘：
工作原理：
压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应，当压缩 空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流 速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气 流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐 增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高 的气流速度而形成负压。
手部可能还有一些电、气、液的接口： 由于手部的驱动方式不同造成。对这 些部件的接口一定要求具有互换性。
4
2．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指； 可以有手爪，也可以是专用工具。
5
末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或 四个关节。技术关 键是手指之间的协 调控制。
6
末端操作器图例（2）：
工件必须有可靠的定位，保持工件和手爪之间的准 确的相对位置关系，以保持机器人后续作业的准确 性。 握住：确保工件在搬运过程中或零件装配过程中定 义了的位置和姿态的准确性。 释放：在指定位置结束手部和工件之间的约束关系。
2024年度-机器人教学课件(共26张PPT)pptx
介绍了机器人常用传感器类型、 工作原理及在机器人感知中的应 用。
机器人自主导航与定位
阐述了机器人自主导航的基本原 理、定位方法及SLAM技术。
机器人基本概念与分类
机器人操作系统与编程
介绍了机器人的定义、发展历程 、分类及应用领域。
介绍了ROS的基本概念、功能特 点、常用命令及编程实践。
32
学生自我评价报告分享
第三代机器人
智能型机器人，具备自主 学习和决策能力，能够适 应复杂环境和任务。
5
未来趋势展望
人机协作
随着人工智能技术的发展，未来 机器人将更加注重与人类的协作 ，共同完成任务。
应用领域拓展
随着技术进步和应用需求增加， 机器人将在更多领域得到应用， 如医疗、教育、娱乐等。
自主化
机器人将具备更高的自主性和智 能化水平，能够独立完成复杂任 务。
以促进课程的不断完善和提高。
33
下一步学习计划和资源推荐
深入学习机器人相关领域知识
鼓励学生继续深入学习机器人相关领域知识，如机器视觉、深度学习在机器人中的应用等 。
参加机器人竞赛和项目实践
推荐学生参加各类机器人竞赛和项目实践，锻炼自己的实践能力和团队协作能力。
利用在线资源进行自主学习
推荐学生利用MOOCs、在线实验室等资源进行自主学习和实践操作，提高自己的学习效 果和兴趣。
01
学习成果展示
通过课程学习，学生能够掌握机器人基本概念、运动学与控制、传感器
与感知、自主导航与定位等关键知识点，并具备一定的实践操作能力。
02
学习方法分享
学生可以采用多种学习方法，如课前预习、课后复习、小组讨论、实践
操作等，以提高学习效果和兴趣。
《RHex系列机器人》课件
应用前景
RHex机器人在未来将被广泛应用于更多领域， 如探险、救援和智能制造等。
结束语
本课件综合介绍了RHex系列机器人的概述、结构、控制系统、功能以及发展与应用前景。RHex机器人拥有巨 大的潜力，将在未来的科技发展中发挥重要作用。
应用领域
RHex机器人被广泛应用于军事、探险、救援和工业领域，如搜救任务、环境研究和危险物 品处理。
二、RHex机器人的结构
体型及组成
RHex机器人采用先进的设计结构，包括机身、多足 驱动系统和传感器组件。
运动机理
RHex机器人通过其独特的运动机理，实现了高效的 越障、爬坡和行走能力。
三、RHex机器人的控制系统
攀爬
RHex机器人具备出色的攀爬能力，能够克服各种垂直和倾斜的表面，实现高度 自由的运动。
3
通信
RHex机器人配备先进的通信系统，能够实现与其他机器人和操作者的无线通信 和协作。
五、RHex机器人的发展与应用前景
历史发展
RHex系列机器人经过多年的研发和改进，已经 取得了显著的技术突破和应用成果。
1 传感器
RHex机器人配备了先进的传感器系统，包括摄像头、激光雷达和惯性测量单元，用于环 境感知和定位。
2 控制方法
RHex机器人采用智能控制算法，结合传感器反馈，实现精确的运动控制和任务执行。
四、RHex机器人的功能
1
行走
RHex机器人通过其多足驱动系统，在各种地形上实现稳定的行走和机动性。
2
《RHex系列机器人》PPT 课件
RHex系列机器人是一种领先的机器人技术，具有出色的机动性和多样化的应 用领域。本课件将详细介绍RHex机器人的概述、结构、控制系统、功能以及 发展与应用前景。
工业机器人结构设计ppt课件
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
N
N
P
N=P/2 注：①两手指平移 ②增力比（N/P）小
齿轮齿条式手部结构
No.32
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
α
γB A β
P
C
EN
N
N=PLcos(α+β+γ)/(2lsinαcosβ)
2、开式连杆系中的每根连杆都 具有独立的驱动器，属于主动连 杆系，连杆的运动各自独立，不 同连杆的运动之间没有依从关系， 运动灵活。
No.5
2.1 机器人本体的基本结构
二、机器人本体基本结构特点：
3、连杆驱动扭矩的顺态过程在 时域中的变化非常复杂，且和执 行器反馈信号有关。连杆的驱动 属于伺服控制型，因而对机械传 动系统的刚度、间隙和运动精度 都有较高的要求。
应根据被抓取工件的要求确定吸盘的形 状。由于气吸式手部多吸附薄片状的工 件，故可用耐油橡胶压制不同尺寸的盘 状吸头。
No.41
2.2.2 吸附式手部的设计
三、气吸式手部的吸力计算
吸盘吸力的大小主要取决于真空度(或 负压的大小)与吸附面积的大小。
真空吸盘吸力F计算公式：
F nD2 ( H )
4K1K2K3 76
注：①AB＝DE，DB＝AE，L＝BC杆长，l＝AB杆长； ②两手指保持平行；③当α角较小时，可获得较大的力比。
平行连杆杠杆式手部结构
No.33
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
P
φ
α
c
bN
N
N=Pcsin(α+φ)/2bsinαsinφ
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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ppt课件
▪ 6自由度轻型臂构型
ppt课件
传动方案设计
ppt课件
集成化设计
▪ 驱动、传动、 传感、控制
ppt课件
集成化设计
▪ 电气及传感器
ppt课件
2.2 机器人的驱动与传动系统结构
2.2.1 驱动—传动系统的构成
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。
第二章 机器人的主要结构
机器人本体的结构形式
机 器 人本体
执行机构
传动装置
驱动装置
控制系统
感知系统
手 部 （腕臂腰 操部部部 作 器 ）
（ 固基
定
或座
移 动
）
电 驱 动 装 置
液 压 驱 动 装 置
气 压 驱 动 装 置
ppt课件
关
节
处伺
理服
器
控
制
器
内外 部部 传传 感感 器器
小臂（上臂）
腕部 手部
伺服电机驱动关节——伺服电机+联pp轴t课节件+传动装置+运动关节+反馈元件
13
2.2.2 驱动装置的类型和特点
1．电动驱动装置 电动驱动装置的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精
度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。 电动驱动装置又可分为直流 (DC)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电
微电机+减pp速t课器件
微小型减速器
23
2. 机器人常用传动机构
机器人几乎使用了目前出现的绝大多数传动机构。
ppt课件
24
ppt课件
25
其中腰关节最常用谐波传动、齿轮/蜗轮传动；臂关节最常
用谐波传动、RV摆线针轮行星传动和滚动螺旋传动。腕关节
最常用齿轮传动、谐波传动、同步带传动和纲绳传动。
ppt课件
示教盒
大臂 （下臂）
腰部 基座
ppt课件
控制柜
2
2.1 机器人本体设计的步骤
1、作业分析
作业分析包括任务分析和环境分析，不同的作业任务 和环境对机器人操作及的方案设计有着决定性的影响。
2、总体方案设计
（1）确定动力源
（2）确定构型和安装方式
（3）确定自由度
（4）确定动力容量和传动方式
（5）优化运动参数和结构参数
配套的数字控制系统。
ppt课件
22
2.2.3 机器人的常用传动机构
1. 机器人传动机构的基本要求
(1) 结构紧凑，即同比体积最小、重量最轻； (2) 传动刚度大，即承受力矩作用时变形要小，以提高整机的
固有领率，降低整机的低频振动； (3) 回差小，即由正转到反转时空行程要小，以得到较高的位
置控制精度； (4) 寿命长、价格低。
最常用的运动关节——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。
ppt课件
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)
28
1—腰部固定立柱壳体； 2 —腰部回转壳体； 3 —四点接触球轴承； 4 —伺服电机组件； 5—谐波减速器；
机驱动。 直流伺服电机电刷易磨损，且易形成火花。无刷直流电机也得到了
越来越广泛的应用。 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。
直流电机（有刷）
盘式无刷直流电机ppt课件 步进电机
交流伺服电机
2. 液压驱动装置
• 优点：功率大，可省去减速装置直接与 被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好 ，响应快，伺服驱动具有较高的精度。
ppt课件
4
例：六自由度轻型机械臂的设计
▪ 机械臂的设计指标：
ppt课件
构型设计原则
▪ 自由度为主，兼顾复杂程度、刚度及控制难度 ▪ 关节运动范围尽可能大 ▪ 关节无奇异 ▪ 工作空间无死区，至少6自由度 ▪ 构型合理，驱动、传动布置 ▪ 模块化
ppt课件
几何构型
▪ 考虑运动学逆解的存在性：1） 三个相邻关节轴线 交于一点，2）三个相邻关节轴线相互平行
气
气
动
动
气
马
摆
缸
达
动
马
达
气 泵
气 动 三
气 动 控
大
制
件
阀
ppt课件
20
4．其它驱动装置
作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金、人工 肌肉等。
压电微驱动并联机器人
形状记忆合金驱动机器人手
ppt课件
21
5．驱动装置的选择原则
➢ 驱动装置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 动装置。
只须点位控制且负荷较小者，或有防暴、清洁等特殊要 求者，可采用气动驱动装置。
负荷很大或机器人周围已有液压源的常温场合，可采用 液压驱动装置。
➢ 对于驱动装置来说，最重要的指标要求是起动力矩大，
调速范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好、与之
腰关节多采用高刚性的RV减速器传动，也可采用谐波传 动、摆线针轮或蜗杆传动。其转动副多采用薄壁轴承或四点 接触轴承，有的还设计有调隙机构。
对于液压驱动关节，多采用回转缸+齿轮传动机构。
ppt课件
27
43
21
5
1 —电机；2 — RV减速器，3 —支架，4 —交叉滚子轴承；5 —电缆
同轴式腰关p节pt课〔件电机上置)
（6）确定平衡方式和平衡量
（构设计
包括机器人驱动系统、传动系统的配置及其结构设计， 关节及杆件的结构设计，平衡机构的设计，走线及电器接口 设计等。
4、动特性分析
估算惯性参数，建立系统动力学模型进行仿真、分析，确 定其结构固有频率和响应特性。
5、施工设计
完成施工图设计，编制相关技术文件。
26
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，通常为转动和移动两 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， 它们决定了操作机的位置。后面关节决定了操作机的姿态， 称作腕部关节。
2.3.1 腰关节
腰关节为回转关节，既承受很大的轴向力、径向力，又承 受倾翻力矩，且应具有较高的运动精度和刚度。
• 缺点：需要增设液压源，易产生液体泄 漏，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。
液压控制阀
液压摆动马达
液压pp马t课达件
液压泵
15
ppt课件
ppt课件
ppt课件
应用：并联机器人（六自由度摇摆台）
ppt课件
3．气动驱动装置
气压驱动的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。 但与液压驱动装置相比，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。
▪ 6自由度轻型臂构型
ppt课件
传动方案设计
ppt课件
集成化设计
▪ 驱动、传动、 传感、控制
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集成化设计
▪ 电气及传感器
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2.2 机器人的驱动与传动系统结构
2.2.1 驱动—传动系统的构成
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。
第二章 机器人的主要结构
机器人本体的结构形式
机 器 人本体
执行机构
传动装置
驱动装置
控制系统
感知系统
手 部 （腕臂腰 操部部部 作 器 ）
（ 固基
定
或座
移 动
）
电 驱 动 装 置
液 压 驱 动 装 置
气 压 驱 动 装 置
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关
节
处伺
理服
器
控
制
器
内外 部部 传传 感感 器器
小臂（上臂）
腕部 手部
伺服电机驱动关节——伺服电机+联pp轴t课节件+传动装置+运动关节+反馈元件
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2.2.2 驱动装置的类型和特点
1．电动驱动装置 电动驱动装置的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精
度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。 电动驱动装置又可分为直流 (DC)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电
微电机+减pp速t课器件
微小型减速器
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2. 机器人常用传动机构
机器人几乎使用了目前出现的绝大多数传动机构。
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其中腰关节最常用谐波传动、齿轮/蜗轮传动；臂关节最常
用谐波传动、RV摆线针轮行星传动和滚动螺旋传动。腕关节
最常用齿轮传动、谐波传动、同步带传动和纲绳传动。
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示教盒
大臂 （下臂）
腰部 基座
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控制柜
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2.1 机器人本体设计的步骤
1、作业分析
作业分析包括任务分析和环境分析，不同的作业任务 和环境对机器人操作及的方案设计有着决定性的影响。
2、总体方案设计
（1）确定动力源
（2）确定构型和安装方式
（3）确定自由度
（4）确定动力容量和传动方式
（5）优化运动参数和结构参数
配套的数字控制系统。
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2.2.3 机器人的常用传动机构
1. 机器人传动机构的基本要求
(1) 结构紧凑，即同比体积最小、重量最轻； (2) 传动刚度大，即承受力矩作用时变形要小，以提高整机的
固有领率，降低整机的低频振动； (3) 回差小，即由正转到反转时空行程要小，以得到较高的位
置控制精度； (4) 寿命长、价格低。
最常用的运动关节——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。
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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)
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1—腰部固定立柱壳体； 2 —腰部回转壳体； 3 —四点接触球轴承； 4 —伺服电机组件； 5—谐波减速器；
机驱动。 直流伺服电机电刷易磨损，且易形成火花。无刷直流电机也得到了
越来越广泛的应用。 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。
直流电机（有刷）
盘式无刷直流电机ppt课件 步进电机
交流伺服电机
2. 液压驱动装置
• 优点：功率大，可省去减速装置直接与 被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好 ，响应快，伺服驱动具有较高的精度。
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例：六自由度轻型机械臂的设计
▪ 机械臂的设计指标：
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构型设计原则
▪ 自由度为主，兼顾复杂程度、刚度及控制难度 ▪ 关节运动范围尽可能大 ▪ 关节无奇异 ▪ 工作空间无死区，至少6自由度 ▪ 构型合理，驱动、传动布置 ▪ 模块化
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几何构型
▪ 考虑运动学逆解的存在性：1） 三个相邻关节轴线 交于一点，2）三个相邻关节轴线相互平行
气
气
动
动
气
马
摆
缸
达
动
马
达
气 泵
气 动 三
气 动 控
大
制
件
阀
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4．其它驱动装置
作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金、人工 肌肉等。
压电微驱动并联机器人
形状记忆合金驱动机器人手
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5．驱动装置的选择原则
➢ 驱动装置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 动装置。
只须点位控制且负荷较小者，或有防暴、清洁等特殊要 求者，可采用气动驱动装置。
负荷很大或机器人周围已有液压源的常温场合，可采用 液压驱动装置。
➢ 对于驱动装置来说，最重要的指标要求是起动力矩大，
调速范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好、与之
腰关节多采用高刚性的RV减速器传动，也可采用谐波传 动、摆线针轮或蜗杆传动。其转动副多采用薄壁轴承或四点 接触轴承，有的还设计有调隙机构。
对于液压驱动关节，多采用回转缸+齿轮传动机构。
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1 —电机；2 — RV减速器，3 —支架，4 —交叉滚子轴承；5 —电缆
同轴式腰关p节pt课〔件电机上置)
（6）确定平衡方式和平衡量
（构设计
包括机器人驱动系统、传动系统的配置及其结构设计， 关节及杆件的结构设计，平衡机构的设计，走线及电器接口 设计等。
4、动特性分析
估算惯性参数，建立系统动力学模型进行仿真、分析，确 定其结构固有频率和响应特性。
5、施工设计
完成施工图设计，编制相关技术文件。
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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，通常为转动和移动两 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， 它们决定了操作机的位置。后面关节决定了操作机的姿态， 称作腕部关节。
2.3.1 腰关节
腰关节为回转关节，既承受很大的轴向力、径向力，又承 受倾翻力矩，且应具有较高的运动精度和刚度。
• 缺点：需要增设液压源，易产生液体泄 漏，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。
液压控制阀
液压摆动马达
液压pp马t课达件
液压泵
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应用：并联机器人（六自由度摇摆台）
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3．气动驱动装置
气压驱动的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。 但与液压驱动装置相比，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。