完整版24机器人机身及行走机构

一、机身的自由度和运动
1．机身的自由度：
? 机身往往具有升降、回转及俯仰三个 自由度。
2．机身的运动：
? 由上面三个自由度可以组合成机身 五种运动形式。分别是：
? 回转运动； ? 升降运动；
? 回转—升降运动； ? 回转—俯仰运动； ? 回转—升降运动—俯仰运动。
3．各种坐标类型机身运动方案设计（ 1）：
链轮—液压缸机构图例： 每个液压缸
只有一个油 口。
问题： 要使立柱作大于360°的旋转，对活塞 的行程有什么要求？
1．回转与升降机身(2)：
? 直线运动液压缸 —摆动液压缸 机构：
? 构成：
? 主要由直线运动液压缸、摆动液压缸、花键导向轴、机身 本体等部分构成。
? 工作原理：
? 回转运动：
? 摆动液压缸进油→摆动缸动片7摆动→带动摆动缸套5摆动 ? 由于花键轴3只起导向作用而不回转，摆动缸定片与花键轴
三、机器人行走机构
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。
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
? 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。
图 2.63 三角轮系的机构图
图 2.64 (a) 全方位方式； (b) 转弯方式; (c) 旋转方式; (d) 制动方式
5．履带式行走机器人：
? 特点：
? 可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障 碍物，能爬梯度不太高的台阶。
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。
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：
3．各种坐标类型机身运动方案设计（ 3）：
? 关节坐标式机器人：
? 这种类型的机器人 主体结构的三个自 由度均为回转运动， 构成机器人的回转 运动、俯仰运动和 偏转运动。通常 仅 把回转运动归结为 机身。
3．各种坐标类型机身运动方案设计（ 4）：
? 直角坐标式机器人：
? 这种类型的机器人 主体结构具有三个 自由度且都是直线 运动。通常 把升降 运动或水平移动的 自由度归为机身部 分。
二、机身典型结构
1．回转与升降运动机身(1)：
? 链轮—液压缸机构：
? 构成：
? 主要由链轮机构、液压缸机构、机身本体部 分构成。且升降机构位于转动机构的上方。
? 工作原理：
? 回转运动：
? 通过液压缸活塞的移动→带动链条的移动→链轮 的转动→机身的转动
? 升降运动：
? 活塞的上下移动→带动机身的上下升降
? 电机6驱动轮2：由电机6驱动，小车的方向由专用电 机7驱动转向叉实现。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时轮1自由滚动。
? 缺陷：施加在角落的力容易产生使机器人翻倒，
对负载有一定的限制。
图2.59所示的三组轮是由美国 Unimation stanford 行走 机器人课题研究小组设计研制的。 它采用了三组轮子, 呈等边 三角形分布在机器人的下部。
? 升降运动：
? 升降缸体2、齿轮套筒6、回转台1整个一起升降运动
齿条活塞缸—升降缸机构图例：
2．回转与俯仰机身：
? 机器人手臂的俯仰运动， 一般采用活塞 缸与连杆机构实现 。手臂俯仰运动用的 活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手 臂用铰链连接好，缸体采用尾部耳环或 中部销轴等方法与立柱连接。
回转与俯仰机身图例：
3、机身升降运动的行程和回 转运动角度取决于什么？
4、画出零件2的结构图。
花键轴与花键孔：
1．回转与升降机身(3)：
? 齿条活塞缸 —升降缸机构：
? 构成：
? 主要由升降缸体、齿条缸、齿轮套筒、固定立柱和升降回 转台等部分构成。
? 工作原理：
? 回转运动：
? 齿条缸的齿条活塞杆直线运动 →齿轮套筒6回转运动→齿轮 套筒6 和升降缸体2及升降回转台1固联→升降回转台1 回转
机器人机身及行走机构
主讲 郝建豹
引言：
? 机器人机械结构由三大部分构成： 机身、手臂（含手腕） 、手部 。其 中机身又称立柱，是支承臂部的部 件。同时，大多数工业机器人必须 有一个便于安装的基础部件，这就 是机器人的基座， 基座往往与机身 做成一体 。有些机器人需要行走， 机身下面还会安装有行走机构。
? 最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬 楼梯。
图 2.57 利用陀螺仪的二轮车
三轮行走机器人图例：
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：
? 电机5驱动轮1：通过V1、V2的不同速度控制小车的 移动方向，同时，转向叉3自动地转向正确的方向。 此时轮2受到地面的摩擦而滚动。
之间通过平键和螺钉固定连接，保证定片的位置确定。
? 升降运动：
? 活塞1下腔进油→活塞推动机身沿花键轴上升 ? 活塞1上腔进油→活塞推动机身沿花键轴下降
直线运动液压缸—摆动液压缸机构图例：
油口
问题：
1、摆动液压缸的动片与缸的
什么部件相连？机械臂将与摆 动液压缸的什么部件相连？
油口
2、为什么采用长度较短的花 键套导向？
? 圆柱坐标式机器人：
? 这种类型的机器人 主体结构通常具有 三个自由度：一个 回转运动（腰转） 及两个直线移动 （升降运动及手臂 伸缩运动）。 腰转 运动及升降运动通 常由机身来实现 。
3．各种坐标类型机身运动方案设计（ 2）：
? 球面坐标式机器人：
? 这种类型的机器人主 体结构通常具有三个 自由度：绕垂直轴线 的回转运动（回转运 动）、绕水平轴线的 回转运动（俯仰运动） 及手臂的伸缩运动。 通常把回转及俯仰运 动归属于机身。
图 2.59 三组轮
四轮行走机器人：
图 2.60 四轮车的驱动机构和运动
图2.62所示为四轮防爆机器人, 该轮系由于采用了四组轮 子, 运动稳定性有很大提高。但是 ,要保证四组轮子同时和地 面接触, 必须使用特殊的轮系悬挂系统。它需要四个驱动电机 , 控制系统也比较复杂, 造价也较高。
排爆机器人