机器人机械结构
机器人的机械结构设计与控制
机器人的机械结构设计与控制近年来，随着计算机技术的迅猛发展，机器人技术也得到了快速发展。
机器人在工业、服务等领域已经广泛应用。
机器人的机械结构设计及控制是机器人技术中至关重要的一环。
一、机器人的机械结构设计机器人的机械结构设计是机器人技术中的重要环节。
机器人机械结构设计分为传动系统、运动系统、载荷系统和外壳。
1. 传动系统：传动系统是机器人最主要的系统之一。
传动系统的选择直接影响机械臂的运动能力和稳定性。
传动系统的种类有很多，如传统的连杆式、拉杆式，以及新型的线性电机、气动驱动等。
传统的连杆式结构相对来说比较简单，易于制造和维护。
而线性电机和气动系统的优点是结构紧凑，能够实现高速运动，但也有一定的使用限制。
2. 运动系统：机器人的运动系统主要有关节轴和直轴两种构造形式。
关节轴机器人是将扭转类型的电机安装在机械臂的关节处，通过传动系统来实现机械臂的运动。
关节轴机器人具备高精度的重复性和灵活性，可以完成复杂的任务。
直轴机器人相对于关节轴机器人来说，结构更加紧凑，更适合于一些空间较小的场合。
3. 载荷系统：载荷系统是机器人主要的功能之一。
机器人的载荷系统一般通过机械臂来实现。
机器人的载荷能力是机器人的设计参数之一，可以根据用户的需求和结构的限制来进行设计。
高强度和轻量化是机器人的常见设计要求。
4. 外壳：机器人的外壳主要是用来保护机器人的内部设备和提供美观性。
对于一些特殊的场合，还需要增加机器人的防护能力。
外壳的结构要求轻量化、美观、寿命长。
二、机器人的控制机器人的控制是机器人技术中的重要一环。
机器人控制分为硬件控制和软件控制两个部分。
1. 硬件控制：机器人的硬件控制包括机器人的主控板、电机、传感器等。
主控板是核心控制单元，它通过与其他硬件设备的连接，实现机器人的控制。
电机是机器人的动力来源，不同种类的电机适用于不同的机器人。
传感器是机器人信息采集的必要设备，主要用于确定机器人的位置、动作和环境。
2. 软件控制：机器人的软件控制主要包括机器人动作控制程序和视觉识别程序两个部分。
机器人的机械结构
机器人本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。
共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。
机器人采用电机驱动，电机分为步进电机或直流伺服电机。
直流伺服电机能构成闭环控制、精度高、额定转速高、但价格较高，而步进电机驱动具有成本低、控制系统简单。
各部件组成和功能描述如下：
（1）底座部件：底座部件包括底座、回转部件、传动部件和驱动电机等。
（2）腰部回转部件：腰部回转部件包括腰部支架、回转轴、支架、谐波减速器、制动器和步进电机等。
（3）大臂：大臂和传动部件
（4）小臂：小臂、减速齿轮箱、传动部件、传动轴等，在小臂前端固定驱动手腕三个运动的步进电机。
（5）手腕部件：手腕壳体、传动齿轮和传动轴、机械接口等。
（6）末端执行器：根据抓取物体的形状、材质等选择合理的结构。
（7）。
工业机器人本体的基本组成
工业机器人本体的基本组成
工业机器人本体的基本组成通常包括以下几个部分：
1. 机械结构：这是机器人的主体框架，包括底座、腰部、臂部、腕部和末端执行器等组成部分。
机械结构的设计需要考虑到机器人的负载能力、运动范围、精度要求等因素。
2. 驱动系统：驱动系统是为机器人提供动力的关键组件，它可以根据需要调节机器人的运动速度和方向。
常见的驱动方式有电动、液压、气压和伺服电机等。
3. 传感系统：传感系统用于感知机器人周围环境的变化，例如位置、速度、力/扭矩、温度等参数。
常用的传感器包括编码器、激光雷达、摄像头、红外线传感器等。
4. 控制系统：控制系统是机器人的“大脑”，负责接收传感器反馈的数据并进行处理，然后发出指令来控制机器人的动作。
控制系统通常由嵌入式处理器、操作系统、编程语言和人机界面等组成。
5. 执行机构：执行机构是机器人完成特定任务的关键组件，例如抓手、喷涂枪、焊接头等。
执行机构通常与末端执行器相连，可以根据需要进行调节和更换。
6. 配套软件和设备：除了机器人本体外，还需要相应的配套软件和设备来支持机器人的运行和维护。
例如机器人操作系统、编程软件、调试工具、维护手册等。
综上所述，工业机器人本体的基本组成包括机械结构、驱动系统、传感系统、控制系统、执行机构和配套软件和设备等多个部分，它们相互协作，共同实现机器人的功能和任务。
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。
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
机器人的机械结构
机器人的机械结构一、机械臂：机械臂是机器人最重要的部分，它模拟人类的手臂动作，用于实现各种任务。
一般机械臂由几段连杆组成，每个连杆之间通过关节连接。
机械臂的结构决定了机械臂的运动范围和灵活性，常见的机械臂结构有直线运动结构、旋转关节结构、虫轮驱动结构等。
二、关节：关节是机械臂的重要组成部分，它连接两个连杆，使机械臂能够进行转动或弯曲。
常见的关节有旋转关节、滚动关节、剪刀关节等，它们通过电机驱动和传动装置来实现运动，可以实现机械臂的多个自由度运动。
三、传动装置：机器人的运动需要通过传动装置实现，常见的传动装置有齿轮传动、皮带传动、蜗轮传动等。
传动装置可以将电机的转动传递给机械臂，并根据需求进行速度调节和力矩放大，实现机器人的运动控制。
四、传感器与执行器：机器人的机械结构与传感器和执行器紧密相关。
传感器可以感知环境和物体的信息，如光电传感器、触摸传感器、距离传感器等，通过传感器，机器人可以实现对环境的感知和交互。
执行器是机器人运动的驱动器，如电机、气缸等。
它们与机械结构相互配合，使机器人能够具有自主执行任务的能力。
五、框架与支撑结构：机器人的框架和支撑结构起到支撑和保护机器人的作用，使其能够稳定地进行运动。
框架通常是由刚性材料制成，如金属或复合材料，以确保机器人的稳定性和刚性。
支撑结构支持机器人的各个部件，同时还能降低振动和噪音等对机器人性能的不良影响。
六、人机接口和控制系统：机器人的机械结构是人机接口和控制系统的基础，通过人机接口和控制系统，人们可以与机器人进行交互和控制。
人机接口包括各种控制按钮、触摸屏、语音识别等，通过人机接口，人们可以向机器人发出指令和进行交互。
控制系统是机器人的大脑，可以控制机械臂的运动、传感器的数据采集和分析等，实现机器人的智能化运作。
总之，机器人的机械结构是机器人的骨架，是实现机器人运动和任务的基础。
机械结构的设计与制造决定了机器人的功能和性能，可以根据不同的任务需求进行灵活的设计和优化。
机器人机械结构设计的说明书
机器人机械结构设计的说明书一、引言机器人是指由人工智能和机械工程相结合而形成的一种自动化机械设备。
机器人机械结构设计对机器人性能的稳定性和可靠性起着重要作用。
本说明书将详细介绍机器人机械结构设计的要点和流程。
二、设计目标机器人机械结构设计的目标是确保机器人能够完成指定的任务并具备良好的运动性能。
在设计过程中，需考虑以下方面的要求：1. 机械强度：机器人的机械结构需要具备足够的刚度和强度，以应对各种工作环境和负载条件。
2. 运动灵活性：机械结构应具备良好的自由度和灵活性，以实现多样化的运动和动作。
3. 可靠性：机械结构需要经受长时间的使用和重复运动，故应设计稳定可靠，避免出现故障和损坏。
4. 结构简洁：机械结构设计应尽可能简洁，减少材料成本和零部件数量，并提高制造和维修的便利性。
三、设计流程1. 机器人任务分析在进行机器人机械结构设计之前，首先需进行机器人任务分析，明确机器人的工作环境、工作负荷和运动要求等。
根据具体任务，确定机器人的结构类型，如平行机械臂、串联机械臂等。
2. 结构设计参数确定根据机器人任务和结构类型，确定机械结构的设计参数，包括机械臂长度、关节角度范围、机械连接方式等。
同时考虑机器人的负载要求和精度要求，确保机械结构可以满足工作需求。
3. 结构分析与优化利用计算机辅助设计软件进行机械结构分析和优化，验证结构在给定负载下的强度和刚度。
根据分析结果，对结构进行调整和优化，以满足机器人工作的要求，并确保机械结构的可靠性和稳定性。
4. 零部件设计依据结构参数和分析结果，设计机械结构的各个零部件，包括齿轮、链条、联轴器等。
考虑材料选择、制造工艺以及装配方式，确保零部件的质量和可靠性。
5. 制造与装配根据设计的零部件图纸，进行零部件的制造。
通过合理的装配顺序和工艺，将各个零部件装配成完整的机械结构，注意装配过程中的对位和校准，以确保机械结构的准确性和稳定性。
6. 测试与验证对已装配好的机械结构进行动态测试，验证机器人的运动性能、精度和稳定性。
机器人的机械结构
机器人的机械结构和运动控制技术
机器人的机械结构和运动控制技术一、机器人的机械结构机器人的机械结构是指机器人的外形轮廓和内部构造。
目前市场上的机器人机械结构有很多种，主要有以下几种：1. 平面机器人平面机器人是一种二维机器人，适合于狭窄且平面的环境进行工作，机器人可以在水平平面上移动，同时进行工作。
2. 关节式机器人关节式机器人是一种多关节的机器人，通过控制关节实现机器人的运动。
根据关节的数量和类型不同，可以将机器人分为四轴、六轴、七轴等不同类型。
3. 墙面机器人墙面机器人是一种特殊的机器人，不需要占用地面的空间，安装在墙面的机器人可以在墙面上进行各种操作。
4. 协作机器人协作机器人是一种专门用来和人类协作的机器人，其外形和构造与人类相似。
协作机器人一般会装备传感器来识别周围环境。
二、机器人的运动控制技术机器人的运动控制技术是机器人的核心技术之一，机器人的运动控制技术是指如何通过运动控制系统实现机器人的精准控制。
1. 传感器技术传感器技术是机器人控制的基础，机器人需要通过传感器获取周围环境的信息。
目前市场上常用的传感器有视觉传感器、力传感器、位置传感器等。
2. 运动规划技术运动规划技术是指机器人需要进行动作规划，将输入的指令转换为机器人可以执行的动作。
可以采用典型的动作规划方式，例如虚拟的方式、机器学习的方式、最优化方法的方式等。
3. 控制算法技术控制算法技术是机器人运动控制的核心技术，其控制能力和实现方式直接影响机器人的运动能力和效率。
控制算法技术包括PID控制、模型预测控制、自适应控制等算法。
4. 系统集成技术系统集成技术是指如何将机器人的机械结构和运动控制技术结合起来，形成一个完整的机器人系统。
系统集成技术需要考虑到机器人的性能、功率、耐久性等多个方面，使机器人的运动效率和控制效果尽可能地达到最佳，这也是机器人行业中的重要技术之一。
总之，机器人的机械结构和运动控制技术对机器人的运动效率和稳定性有着至关重要的作用，未来随着科技的不断发展，这些技术也将得到进一步的提升和完善。
机器人的机械结构
机身和臂部结构
2.3.4 曲伸式 (1)平面屈伸 (2)SCARA机器人 (3)空间屈伸
三 手腕结构
手腕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。
要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度， 这三个回转方向为：
1）臂转 绕小臂轴线方向的旋转。 2）手转 使手部绕自身的轴线方向旋转。 3）腕摆 使手部相对于臂进行摆动。
手臂结构
吸附式手部靠吸附力取料。根据吸附力的不同有以下两种：
（1）气吸式 气吸式手部是工业机器人常用一种吸持工件的装置。它 由吸盘（一个或几个）、吸盘架及进排气系统组成，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（如板材、纸条、 玻璃等物体）或不可有剩磁的材料的吸附。
（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 来吸附工件的，其应用较广。磁吸式手部与气吸式手部相同，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，对工件表面粗糙度及通孔、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。
五 行走机构
行走机构是行走机器人的重要执行部件，它由驱动装置、 传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。 它一方面支撑机器人的机身、臂部和手臂，另一方面还根 据工作任务的要求，带动机器人实现在更广阔的空间内运 动。
一般而言，行走机器人的行走机构主要有车轮式行走机构、 履带式行走机构和足式行走机构，此外，还有步进式行走 机构、蠕动式行走机构、混合式行走结构和蛇式行走机构 等，以适合于各种特别的场合。
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。
工业机器人技术-工业机器人机械结构ppt课件
☞ 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
机器人的机械结构
机器人的机械结构概述机器人的机械结构是指由各种零部件组成的，用于支撑机器人身体、传递运动和力量的框架和连接装置。
机械结构是机器人的基础，直接影响机器人的稳定性、灵活性和执行力。
本文将介绍机器人的机械结构的种类、设计原则和常用零部件。
机械结构种类机器人的机械结构可以分为刚性结构和柔性结构两种类型。
刚性结构刚性结构是指由刚性材料组成的，具有较高强度和刚度的结构。
刚性结构适用于需要精确运动和力量传递的场景。
常见的刚性结构包括铝合金框架、钢材支撑等。
刚性结构在机器人工业和军事领域广泛应用。
柔性结构柔性结构是指由弹性材料或具有一定弯曲能力的部件组成的结构。
柔性结构充分利用材料的柔韧性，可以实现机器人的柔软运动和机械灵活性。
常见的柔性结构包括聚合物弹性体、液体材料、软体机械构件等。
柔性结构适用于需要具有触觉、变形和适应性的场景。
设计原则机器人的机械结构设计需要考虑以下几个原则：1.强度和刚度：机械结构需要具有足够的强度和刚度，以承受机器人的运动、载荷和外界干扰。
在材料选择和结构设计上，需要考虑机械结构的受力分布和应力集中情况，以确保结构的稳定性和耐久性。
2.灵活性：机械结构需要具有一定的灵活性，以适应不同工作场景和任务需求。
灵活性可以通过使用柔性结构或可调节的连接件来实现。
同时，机械结构还应该考虑易于改装和扩展的设计，以便于后期功能的升级和增加。
3.重量和尺寸：机械结构应该尽可能轻量化和紧凑化，以减少机器人的整体重量和尺寸。
轻量化可以提高机器人的运动灵活性和功耗效率，同时降低机器人的成本和能源消耗。
4.可维护性和易装配：机械结构应该易于维护和维修，以减少机器人的停机时间和维护成本。
同时，机械结构应该采用模块化设计和标准化连接方式，以方便零部件的更换和装配。
常用零部件机器人的机械结构由各种零部件组成，下面介绍几种常见的机器人零部件：关节关节是机器人运动的基本单元，通过关节的转动实现机器人的运动灵活性。
常见的关节类型包括旋转关节、平移关节、万向关节等。
3.1机器人的机械结构
柔顺装配技术
机器人进行精密作业，被装配零件大小不 一致，工件的定位夹具或机器人定位精度不满 足要求，装配困难，需要柔顺装配技术 主动柔顺装配：利用传感器测量反馈，边校正 边装配，价格贵，速度慢 被动柔顺装配：有机械柔顺环节，价格低，结 构简单，速度快，但轴孔间隙不能太小
3.3机器人臂部设计
3、专用的末端操作器与换接器
如：在通用机器人上安装焊枪成为焊接机器人；
在通用机器人上安装拧螺母机成为装配机器人；
不用的手部对手腕的要求不一样，需要换接器
换接器包括插座和插头，分别装在手腕和手部上
4、仿人机器人手
能进行复杂作业，如装配、维修、操作设备等 ♣柔性手：可对不同外形物体抓取，物体受力均匀
3.重量要轻 为提高机器人的运动速度，要尽量减小臂 部运动部分的重量，以减小整个手臂对回转轴 的转动惯量。 4.运动要平稳、定位精度要高 由于臂部运动速度越高，惯性力引起的定 位前的冲击也就越大，运动既不平稳，定位精 度也不高。因此，除了臂部设计上要力求结构 紧凑、重量轻外，同时要采用一定形式的缓冲 措施。
2.回转与俯仰机身 机器人手臂的俯仰运动，一般采用活塞油(气)缸 与连杆机构来实现的。手臂俯仰运动用的活塞缸位于 手臂的下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用 尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接，图所示。此 外还有采用无杆活塞缸驱动齿条齿轮或四连杆机构实 现手臂的俯仰运动。
机器人机身和臂部的配臵形式（4种）
一、手部的典型结构
1. 夹钳类
2. 吸附类
3. 专用操作器 4. 仿人机器人手部
1、夹钳类
① 夹钳式：常用结构
包括手指、传动机构、驱动装臵、支架
手指：两指、多指； 指端形状：V形、平面、尖指、特形指
智能机器人的组成结构
智能机器人的组成结构智能机器人是一种具备人工智能技术的机器人，它能够进行自主学习、理解和处理信息，具备类似人类智能的能力。
智能机器人的组成结构包括硬件和软件两个方面。
一、硬件组成结构智能机器人的硬件组成结构主要包括机械结构、传感器和执行器。
1. 机械结构智能机器人的机械结构是指机器人的身体部分，它决定了机器人的外形和动作能力。
机械结构通常包括机器人的框架、关节、驱动器和连接器等。
例如，人形机器人的机械结构会模仿人体的骨骼结构，具有头部、躯干、四肢等部分，并能够进行各种动作，如行走、举起物体等。
2. 传感器智能机器人的传感器用于感知周围的环境和获取相关的信息。
常见的传感器包括摄像头、声音传感器、触摸传感器、激光雷达等。
通过这些传感器，机器人能够获取视觉、听觉、触觉等感知能力，从而能够感知到周围的物体、声音和触摸等信息。
3. 执行器智能机器人的执行器用于执行各种动作和任务。
执行器通常包括电机、液压驱动器、气动驱动器等。
通过这些执行器，机器人能够实现运动、抓取物体、进行语音交互等各种动作。
二、软件组成结构智能机器人的软件组成结构主要包括感知系统、决策系统和执行系统。
1. 感知系统感知系统是指机器人通过传感器获取到的信息进行处理和分析的部分。
感知系统能够对图像、声音、触摸等感知数据进行处理，提取出有用的信息，并为后续的决策系统提供数据支持。
2. 决策系统决策系统是指机器人根据感知系统提供的信息进行决策和规划的部分。
决策系统可以通过人工智能算法进行学习和优化，根据不同的情况做出相应的决策，并制定相应的行动计划。
3. 执行系统执行系统是指机器人根据决策系统制定的行动计划进行实际执行的部分。
执行系统通过控制执行器的运动，使机器人能够实现各种动作和任务。
三、智能机器人的工作流程智能机器人的工作流程可以简单分为感知、决策和执行三个阶段。
1. 感知阶段在感知阶段，智能机器人通过传感器获取到周围环境的信息，如图像、声音、触摸等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章机器人机械结构本章主要内容：1.机器人末端执行器2.机器人手腕3.机器人手臂4.机器人基座5.机器人传动重点和难点：机器人的机械结构构成和分类。
课后作业：查阅工业机器人机械结构的常见零部件，论述其特点，图文并茂以小论文形式上交。
机器人机械结构的功能是实现机器人的运动机能，完成规定的各种操作，包含手臂、手腕、手爪和行走机构等部分。
机器人的“身躯”一般是粗大的基座，或称机架。
机器人的“手”则是多节杠杆机械——机械手，用于搬运物品、装卸材料、组装零件等，或握住不同的工具，完成不同的工作，如让机械手握住焊枪，可进行焊接；握住喷枪，可进行喷漆。
使用机械手处理高温、有毒产品的时候，它比人手更能适应工作。
1.机器人末端执行器用在工业上的机器人的手一般称之为末端操作器，它是机器人直接用于抓取和握紧专用工具进行操作的部件。
它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。
机械手能根据电脑发出的命令执行相应的动作，不仅是一个执行命令的机构，它还应该具有识别的功能，也就是“感觉”。
末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几类：(1)夹钳式取料手；(2)吸附式取料手；(3)专用操作器及转换器；(4)仿生多指灵巧手。
（1）夹钳式取料手夹钳式取料手由手指(手爪)和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成，如图所示。
它通过手指的开、合实现对物体的夹持。
1）手指手指是直接与工件接触的部件。
手部松开和夹紧工件，就是通过手指的张开与闭合来实现的。
机器人的手部一般有两个手指，也有三个、四个或五个手指，其结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。
2）传动机构传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。
该机构根据手指开合的动作特点分为回转型和平移型。
回转型又分为单支点回转和多支点回转。
根据手爪夹紧是摆动还是平动，又可分为摆动回转型和平动回转型。
斜楔杠杆式手部。
（2）吸附式取料手吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为气吸附和磁吸附两种。
吸附式取料手适应于大平面、易碎(玻璃、磁盘)、微小的物体，因此使用面较广。
1）气吸附式取料手气吸附式取料手与夹钳式取料手指相比，具有结构简单、重量轻、吸附力分布均匀等优点。
对于薄片状物体的搬运更具有其优越性(如板材、纸张、玻璃等物体)，广泛应用于非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附。
但要求物体表面较平整光滑，无孔、无凹槽。
2）挤压排气吸附式取料手挤压排气吸附式取料手如图所示。
其工作原理为：取料时吸盘压紧物体，橡胶吸盘变形，挤出腔内多余的空气，取料手上升，靠橡胶吸盘的恢复力形成负压，将物体吸住。
释放时，压下拉杆3，使吸盘腔与大气相连通而失去负压。
该取料手结构简单，但吸附力小，吸附状态不易长期保持。
3）磁吸附式取料手磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料，因此只能对铁磁物体起作用，但是对某些不允许有剩磁的零件禁止使用，所以磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。
（3）专用操作器及转换器1）专用末端操作器机器人是一种通用性很强的自动化设备，可根据作业要求完成各种动作，再配上各种专用的末端操作器后，就能完成各种动作。
如在通用机器人上安装焊枪就成为一台焊接机器人，安装拧螺母机则成为一台装配机器人。
2）换接器或自动手爪更换装置使用一台通用机器人，要在作业时能自动更换不同的末端操作器，就需要配置具有快速装卸功能的换接器。
换接器由两部分组成：换接器插座和换接器插头分别装在机器腕部和末端操作器上，能够实现机器人对末端操作器的快速自动更换。
（4）仿生多指灵巧手1）柔性手为了能对不同外形的物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀，因此研制出了柔性手。
2）多指灵巧手机器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手。
如图所示，多指灵巧手有多个手指，每个手指有3个回转关节，每一个关节的自由度都是独立控制的。
因此，几乎人手指能完成的各种复杂动作它都能模仿，如拧螺钉、弹钢琴、作礼仪手势等动作。
在手部配置触觉、力觉、视觉、温度传感器，将会使多指灵巧手达到更完美的程度。
多指灵巧手的应用前景十分广泛，可在各种极限环境下完成人无法实现的操作，如核工业领域、宇宙空间作业，在高温、高压、高真空环境下作业等。
2.机器人手腕（1）概述机器人手腕是在机器人手臂和手爪之间用于支撑和调整手爪的部件。
机器人手腕主要用来确定被抓物体的姿态，一般采用三自由度多关节机构由旋转关节和摆动关节组成。
机器人的腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。
工业机器人一般具有六个自由度才能使手部(末端操作器)达到目标位置和处于期望的姿态，手腕上的自由度主要是实现所期望的姿态。
（2）手腕的分类1）按自由度分手腕按自由度数目来分，可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。
①单自由度手腕，如图所示，图( a )是一种翻转( Roll )关节，它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴线形式，这种R关节旋转角度大，可达到360°以上。
图(b)、(c)是一种折曲( Bend )关节，关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。
这种B 关节因为受到结构上的干涉，旋转角度小，大大限制了方向角。
②二自由度手腕。
二自由度手腕可以由一个R关节和一个B关节组成BR 手腕( a )；也可以由两个B 关节组成BB 手腕( b )。
但是，不能由两个R 关节组成RR手腕，因为两个R关节共轴线，所以退化了一个自由度，实际只构成了单自由度手腕( c)。
③三自由度手腕2）按驱动方式分①油（气）缸驱动的腕部结构，直接用回转油（气）缸驱动实现腕部的回转运动，具有结构紧凑、灵巧等优点。
图3.26所示的腕部结构，采用回转油缸实现腕部的旋转运动。
②机械传动的腕部结构，如图所示为具有三个自由度的机械传动腕部结构的传动图，是一个具有三根输入轴的差动轮系。
腕部旋转使得附加的腕部机构紧凑，质量轻。
从运动分析的角度看，这是一种比较理想的三自由度腕，这种腕部可使手的运动灵活，适应性广。
目前，它已成功地用于点焊、喷漆等通用机器人上。
3.机器人手臂手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现。
因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承受末端执行器、手腕和手臂自身的重量。
手臂的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小(即臂力)和定位精度都直接影响机器人的工作性能，所以臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定。
手臂特性如下：(1)刚度要求高，为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。
工字形截面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，所以常用钢管作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支承板。
(2)导向性要好，为防止手臂在直线运动中，沿运动轴线发生相对转动，或设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。
(3)重量要轻，为提高机器人的运动速度，要尽量减小臂部运动部分的重量，以减小整个手臂对回转轴的转动惯量。
(4)运动要平稳、定位精度要高，由于臂部运动速度越高，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动既不平稳，定位精度也不高。
因此，除了臂部设计上要力求结构紧凑、重量轻外，同时要采用一定形式的缓冲措施。
（1）手臂直线运动机构机器人手臂的伸缩、升降及横向(或纵向)移动均属于直线运动，而实现手臂往复直线运动的机构形式较多，常用的有活塞油（气）缸、活塞缸和齿轮齿条机构、丝杠螺母机构及活塞缸和连杆机构等。
直线往复运动可采用液压或气压驱动的活塞油（气）缸。
由于活塞油（气）缸的体积小、重量轻，因而在机器人手臂结构中应用比较多。
双导向杆手臂的伸缩结构如图3. 29所示。
手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端。
当双作用油缸1的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆2（即手臂）做往复直线移动；导向杆3在导向套4内移动，以防手臂伸缩式的转动（并兼作手腕回转缸6及手部7的夹紧油缸用的输油管道）。
由于手臂的伸缩油缸安装在2根导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单、传动平稳、外形整齐美观、结构紧凑。
（2）手臂回转运动机构实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片式回转缸、齿轮传动机构、链轮传动机构、连杆机构。
下面以齿轮传动机构中活塞缸和齿轮齿条机构为例说明手臂的回转。
（3）手臂俯仰运动机构机器人的手臂俯仰运动，一般采用活塞油缸与连杆机构来实现。
手臂的俯仰运动用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方式与立柱联接。
（4）手臂复合运动机构手臂的复合运动多数用于动作程序固定不变的专用机器人，它不仅使机器人的传动结构简单，而且可简化驱动系统和控制系统，并使机器人传动准确、工作可靠，因而在生产中应用的比较多。
除手臂实现复合运动外，手腕和手臂的运动亦能组成复合运动。
手臂(或手腕)和手臂的复合运动，可以由动力部件(如活塞缸、回转缸、齿条活塞缸等)与常用机构(如凹槽机构、连杆机构、齿轮机构等)按照手臂的运动轨迹(即路线)或手臂和手腕的动作要求进行组合。
（5）新型的蛇形机械手臂目前普通工业机器人都能够达到0.1mm的重复精度，无论是直线运动，还是绕轴转动，甚至是要进行复杂的曲面移动，现在一般的工业机器人都能够很好的完成。
一方面得益于机械加工精度的日益提高，另一方面依靠了现代化的控制技术保证了机器人定位的精确。
蛇型手臂一般具有高度柔性，可深入装配结构当中进行均匀涂层，从而增加生产率，适用于在飞机翼盒的组装探视工作及引擎组装中进行深度检测等。
4.机器人基座机器人机座是机器人的基础部分，起支承作用，可分为固定式和移动式两种。
一般工业机器人中的立柱式、机座式和屈伸式机器人大多是固定式的；但随着海洋科学、原子能工业及宇宙空间事业的发展，可以预见具有智能的、可移动机器人是今后机器人的发展方向。
（1）固定式机器人固定式机器人的机座既可直接联接在地面基础上，也可固定在机身上。
美国PUMA-262型的垂直多关节型机器人如图3.36所示，其基座主要包括立柱回转(第一关节)的二级齿轮减速传动，减速箱体即为基座。
（2）行走式机器人行走机构是行走式机器人的重要执行部件，它由行走的驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器电缆及管路等组成。
它一方面支承机器人的机身臂和手部，因而必须具有足够的刚度和稳定性；另一方面还根据作业任务的要求，带动1）固定轨迹式行走机构固定轨迹式行走机器人的机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，这是工厂中常见的一种配置形式。
机器人实现在更广阔的空间内运动。
2）无固定轨迹式行走机构①车轮式行走机构在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相当优越的。
车轮式移动机器人如图所示。
②履带式移动机构。
轮式行走机构在野外或海底工作，遇到松软地面时可能陷车，故宜采用履带式行走机构。