《机器人机构学课件》PPT课件

① 运动部件力求结构紧凑、重量轻；
② 减少重心布置不当而造成的偏心附加力矩；
4）其他：对特殊要求的要有相应措施，如防爆、防尘、
防水、防真空、防辐射、防腐蚀等。
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3、机身和臂的配置形式及结构
机身是支承手、臂且带其运动的部件，由于机器 人的运动形式、使用条件 、负荷能力各不相同，所采 用的驱动装置，传动机构、导向装置亦不同，使机器 人机身有很大差异，结构十分复杂。
① 运动自由度的定义 ② 以自由度分类的机器人 ③ 自由度的分布
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机器人自由度的定义
定义：用来确定手部相对于机身位置的每个独立
变化的参数，称为机器人的自由度。
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以自由度分类的机器人
任一自由的空间物体，须有六个自由度描述 其在空间的位置和姿态，三个正交移动轴，决 定物体的位置；三个绕坐标轴 的转动，决定物 体的姿态变化。
称六个自由度机器人为满自由度机器人， 少于六个自由度机器人为欠自由度机器人， 多于六个自由度机 器人为冗余自由度机器人。
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第一节10
自由度的分布
一般机器人的机身和手臂构成前三个关节， 具有三个自由度，可确定手部在空间的位置，
所构成的机构称位置机构；
手腕和手部构成后三个关节，具有三个自 由度，可确定手部在空间的姿态，所构成的机
构称之为姿态机构。
位置机构确定机器人的 空间工作范围，
其运动称为 主运动 。
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图2-3 PUMA操作机的各个自由度 1—机座 2—腰部 3—臂部 4—腕部 5—手部
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2）机器人的运动范围
指机器人手腕在空间运动图形及其大小， 运动范围取决于臂部的自由度。
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3）机器人的各种运动形式
（1）直移型：直线运动 L 伸缩运动 E
（2）回转型：扭角运动 T 摆角运动 R
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第一节14
3、 机器人工作空间
1）定义：
手腕部坐标系原点PW能在空间活 动的最大活动范围。又称可达空间 ，或总 工作空间，记W(PW) 。
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直角坐标机器人的工作空间示意图
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圆柱坐标机器人的工作空间示意图
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球坐标机器人的工作空间示意图
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PUMA机器人工作空间示意图
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2）灵活工作空间
灵活工作空间：末端执行器可以任意姿态达到 的工作空间，记作WP(P)。
Ⅰ类灵活工作空间以全方位到达， Ⅱ类灵活工作空间只能以有限个方位到达。
次灵活工作空间：总工作空间去掉灵活工作空 间的部分，WS(P)。
机的结构形式，参数和关节变量的变化范围， 称工作空间的综合 。
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5）确定工作空间的方法
（1）解析法 用数学模型计算工作空间的边界 （2）图解法 国标规定了工作空间的几何作图法
① 结构限制分析 ② 画出工作空间的主剖面（xoz剖面） ③ 画出工作空间的俯视剖面（xoy剖面）
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3）奇异形位
W(P)总工作空间的边界点所对应的 机器人的位置和姿态，及机器人工作空 间内部使机械产生干涉的位置和姿态。
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4）两个基本问题
1）正问题：给出某一结构形式和结构参数的操
作机以及关节变量的变化范围，求工作空间， 称工作空间分析。
2）逆问题：给出某一限定的工作空间，求操作
分类: 1)横梁式
2)立柱式 3)屈伸式 4)类人型;
垂直平面屈伸 水平平面屈伸（SCARA） 空间屈伸
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基座与立整柱理p结pt 构图
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PUMA-262型机器人
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4、臂部结构
臂部主要包括臂杆，以及自身屈伸、伸缩、 自转等运动有关的传动、驱动、导向定位、支录、 位置检测元件等，主要结构有：
圆柱坐标型
人图 1
四 种 坐 标 机 器
关节型
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第一节3
1、机器人机构的分类
1）直角坐标型机器人
沿着三个互相垂直的 轴线移动来改变手部的 空间位置。其前三关节Leabharlann Baidu为移动关节（PPP）运 动形式如图：
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2）圆柱坐标型机器人
该类操作机是通过两个 移动和一个转动（RPP）来 实现手部的空间位置的变 化，运动形式如图所示：
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3）球坐标型机器人
该类操作机用两个转动 和一个移动（RRP）来 改变手部的空间位置， 运动形式如图所示：
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4）关节型机器人
这类操作机是模拟 人的上臂而构成的。它 的前三个关节都是转动 关节（RRR），运动形 式如图所示：
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2、机器人机构的运动
1）机器人的运动自由度
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2、机身和臂部机构设计的特点
1）刚度 ：为了得到较高的精度，机器人机身和手臂的
机械结构刚度比强度更重要。刚度可分为结构刚度、 支承刚度、伺服刚度等。
①根据受力情况，合理选择截面形状与尺寸； ②提高支承刚度和接触刚度； ③合理布置作用力的位置和方向；
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2）精度 ：机器人的精度可分为绝对精度和重复
⑴ 伸缩型 ⑵ 伸缩与旋转型 ⑶ 屈伸型 ⑷ 弹性手臂 ⑸ 柔性手臂
第二节 机身和臂部机构
1、机身和臂部的作用 2、机身和臂部机构设计的特点 3、机身结构 4、臂部结构
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1、机身和臂部的作用
1）机身定义：机身是连接、支承手臂及行走机构的部件 作用：臂部的驱动装置或传动装置安装在机身上。 类型：机身有固定式和行走式两种。
2）手臂定义：手臂部件是连接机身和手腕的部件。 作用：支承腕部和手部，带动手及腕在空间运动。 特点：结构类型多、受力复杂。
第二章 机器人机构学
第一节 概述 第二节 机身和臂部机构 第三节 手腕部机构 第四节 行走部机构 第五节 机器人关节的驱动、传动机构 第六节 机器人的各种性能指标 第七节 并联机器人
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第一节 概述
1 机器人机构的分类 2 机器人机构的运动 3 机器人工作空间
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直角坐标型 球坐标型
定位精度。机器人终端执行器（手部）的精度与 臂和机身的位置精度密切相关。影响机器人精度 的因素有：
① 刚度
② 制造和装配精度
③ 手腕部在手臂上的连接和定位方式
④ 运动部件的导向精度
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3）平稳性 ：机身和臂部的运动多、质量较大、当负
荷大且高速运行时，由于运动状态变化，将产生冲击 和振动。应采取有效的缓冲装置以吸收冲击能量。