《工业机器人》教学课件_第3章_工业机器人的腕部

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工业机器人腕部结构设计 ppt课件

工业机器人腕部结构设计  ppt课件
工业机器人腕部结构设计
-----驱动部分
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1
目录
一、工业机器人补充资料 二、工业机器人驱动机构 三、工业机器人传动机构
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2
一 、工业机器人补充资料
• 1、自由度
• 2、精度:工业机器人精度是指定位精度和 重复定位精度。定位精度是指机器人手部 实际到达位置与目标位置之间的差异。重 复定位精度是指机器人重复定位其手部于 同一目标位置的能力,可以用标准偏差这 个统计量来表示,它是衡量一列误差值的 密集度,如下图示
气缸的精确位置很难。因此气动装置通常仅用于插入操作 或1/2自由度关节上; • 结构简单,安全可靠,价格便宜;
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11
液压驱动与气压驱动之对比
液压驱动 • 适于搬运较重的物体 • 不适于高速移动 • 适于确定高精度位置
气压驱动 • 适于搬运较轻的物体 • 适于高速移动 • 不适于确定高精度位置
优点:调速方便(可无级调速),调速范围宽,低速性能好 (启动转矩大,启动电流小),运行平稳,转矩和转速容易控制。
缺点:换相器需经常维护,电刷极易磨损,必须经常更换, 噪音比交流电机大。
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15
交流电机驱动
AC servomotor
1. 工作原理
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16
同步电机:定子是永磁体,所谓同步是指转子速度与定子 磁场速度相同。
4.交流电机的控制方式
改变定子绕组上的电压或频率,即电压控制或频率控制方式。
伺服电机的精度由编码器的精度决定。
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步进电机驱动
步进电机驱动系统主要用于开环位置控制系统。优点:控 制较容易,维修也较方便,而且控制为全数字化。缺点:由于开 环控制,所以精度不高。

T-01-O-O-工业机器人手腕-教案

T-01-O-O-工业机器人手腕-教案

授课章节 工业机器人手腕 授课形式 讲授
授课时间
第 周 周 ( 月 日) 第 至 节 教学目标
知识目标:掌握工业机器人手腕运动形式 能力目标:能识别工业机器人手腕自由度 素质目标:提高自学能力 教学重点 手腕运动形式 教学难点
手腕运动形式
教 学 过 程
方法手段 时间分配
导入及任务
布置
一、
二、
谈谈机器人手腕的作用 5分钟 说明书 重

讲解及


分析
一、手腕的运动形式
• 手腕位置:在机器人末端操作器和臂部之间 • 作用:有助于手部呈现期望的姿态,扩大臂
部运动范围,增加机器人的自由度 • 手腕的运动形式: 1) 臂转
绕小臂轴线方向的旋转称臂转; 2) 手转
使末端执行器(手部)绕自身轴线方向的旋转称手转; 3) 腕摆 使末端执行器相对于手臂进行摆动。

• 当手腕具有俯仰、偏转和翻转运动能力时,可简称为 RPY 运动。

二、 手腕的自由度
1. 单自由度手腕——1) 翻转(roll )手腕、2) 折曲(bend )手腕
2. 二自由度手腕
3.三自由度手腕 三、柔顺手腕结构
被动柔顺装配
15分钟 视频、PPT 、图片
10分钟
10分钟
视频、PPT 、图片
练习或训练
学生完成测试题
5分钟
观察安川实训中心搬运机器人的手腕自由度数目作
业。

工业机器人ppt课件

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常见心律失常心电图诊断的误区诺如 病毒感 染的防 控知识 介绍责 任那些 事浅谈 用人单 位承担 的社会 保险法 律责任 和案例 分析现 代农业 示范工 程设施 红地球 葡萄栽 培培训 材料
(1) 执行机构。执行机构是一种具有和人手相似的动作功能, 可在空间抓放物体或执行其它操作的机械装置,包括如下部件:
3)更高的追求
机器人的智能化、机动性、高度的可靠和安全性、 以及与人类环境的完美的融入性和协调性是人类的更 高追求。因此,无论在科幻小说还是人们对机器人的 第一意识中,都把像人一样的机器人作为机器人研究 的最高境界,机器人研究者也一直把实现类人的行为 作为梦寐以求的目标。
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常见心律失常心电图诊断的误区诺如 病毒感 染的防 控知识 介绍责 任那些 事浅谈 用人单 位承担 的社会 保险法 律责任 和案例 分析现 代农业 示范工 程设施 红地球 葡萄栽 培培训 材料
一、人类的梦想和追求
1.1“机器人”术语的产生 1)古代的幻想和追求 • 人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人
类完成各种工作 • 古代的追求 (表1.1)
<>
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常见心律失常心电图诊断的误区诺如 病毒感 染的防 控知识 介绍责 任那些 事浅谈 用人单 位承担 的社会 保险法 律责任 和案例 分析现 代农业 示范工 程设施 红地球 葡萄栽 培培训 材料
二、概念和分类
2.1 概念
1)工业机器人的定义和特点 定义:工业机器人是一种在自动控制下,能够
重复编程完成某些操作或移动作业的多功能、多 自由度的机械装置,可以在无人参与下自动的执 行搬运 、装配、焊接和喷涂等多种操作和移动功 能的自动化装置
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工业机器人腕部结构分类、结构特点-25页精选文档

工业机器人腕部结构分类、结构特点-25页精选文档

• 液压缸按其作用方式的不同,分为单作用 式和双作用式两大类。单作用液压缸只利 用液压力推动向一个方向运动,而反向运 动则依靠重力、弹簧力等来实现;双作用 缸正反向的运动都依靠液压力推动来实现。 如果采用液压缸来驱动,则可以实现机械 手的多方位运动。
3.双回转油缸驱动手腕 :
• 结构特点: – 采用双回转油缸驱动,一个带动手 腕作俯仰运动,另一个油缸带动手 腕作回转运动。 – V-V视图表示的回转缸中动片带动 回转油缸的刚体,定片与固定中心 轴联结实现俯仰运动;L-L视图表示 回转缸中动片与回转中心轴联结, 定片与油缸缸体联结实现回转运动。
• b、驱动电动机 驱动电动机的作用是将电源的 电能转化为机械能,通过传动装直接驱动车轮
和工作装置。目前汽车上广泛采用直流串激电 动机,这种电机具有"软"的机械特性,串激电 动机负载的大小对电动机的转速影响较大,当 负载转矩较大时电动机的转速较低,当负载轻 时,转速又升高;还有一个优点就是启动时的 励磁电流大,所以与汽车的行驶特性非常相符。
为了使手部能处于空间任意方向,要求腕部能实 现对空间三个坐标轴X、Y、Z的转动,即具有翻转、 俯仰和偏转三个自由度,如下图所示。
通常也把手腕的翻转叫做Roll,用R表示:把手腕 的俯仰叫做Pitch,用P表示,把手腕的偏转叫做Yaw, 用Y表示。下图手腕就可实现RPY运动。
腕部结构特点
• 手腕部件设置于手部和臂部之间,它的作用主 要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手 部在空间的方位,以扩大机械手的动作范围, 并使机械手变的更灵巧,适应性更强。一般机 械手手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动 即可满足工作要求。目前,应用最为广泛的手 腕回转运动机构为回转液压(气)缸,它的结 构紧凑,灵巧但回转角度小(一般小于 270。),并且要求严格密封,否则就难保证稳 定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况 下,采用齿条传动或链对于高温作业和腐 蚀性介质中工作的机械手,其腕部在设计 时应充分估计环境对腕部的不良影响比如 热膨胀、压力油的粘度和燃点,有关材料 及电控元件的耐热性等。

机器人腕部结构上课

机器人腕部结构上课

回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构
1-定片;2-动片;3-后盖;4-夹紧缸体;5-活塞杆;6-回转缸体;7-前盖;8-指座
3.3 机器人腕部结构
1.1 工业机器人的基本概念
2023/6/29
问题: 手部转轴是与油缸的什么部件相联?
3.3 机器人腕部结构
2023/6/29
2 二自由度手腕
1.1 工业机器人的基本概念 ❖ 结构特点:
17
3.3 机器人腕部结构
2023/6/29
3.3.3
❖ R1R.R1型工手业腕机器人的基本概念
制造简单,润滑条件好,机械效率高,应用较为普遍。
RRR型手腕结构示意图
18
3.3 机器人腕部结构
❖ RRR型手腕
1.1 工业机器人的基本概念
2023/6/29
RRR型手腕结构示意图
RRR型手腕关节远程传动示意图
▪ 腕部关节结构紧凑,尺寸和质量小,但传动设计复杂,传 动刚度也降低了。
16
3.3 机器人腕部结构
3.3.3
2 远1.程1驱工动业机器人的基本概念
2023/6/29
偏转运动 俯仰运动 回转运动
问题:
1、各轴分别实现什么运动?
2、当手腕进行俯仰运动时,能否 同时进行回转运动?
3、三个运动能否同时进行?
齿轮传动回转和俯仰型腕部原理
27
3.3 机器人腕部结构
2023/6/29
2 二自由度手腕
俯仰 1.1 工业机器人的基本概念❖回转运动:
▪ 轴S旋转→锥齿轮副 Z1、Z2→锥齿轮副Z3 、Z4→手腕与锥齿轮 Z4为一体→手腕实现 绕C轴的旋转运动
回转
齿轮传动回转和俯仰型腕部原理

任务二机器人的手腕结构课件

任务二机器人的手腕结构课件
任务二机器人的手腕结 构课件
• 机器人手腕结构的应用与发展趋势 • 机器人手腕结构的优化与创新设计
CHAPTER 01
机器人手腕结构概述
手腕结构的重要性
提高机器人的灵活性
提升机器人的工作效率
手腕结构可以使机器人更准确地控制 末端执行器的姿态和位置,实现更加 精细和复杂的操作。
手腕结构可以扩大机器人的工作范围, 使其能够到达更远的空间位置,提高 工作效率。
详细描述
柔性手腕具有较好的柔性和顺应性,可以适应各种不同的工作需求。由于其结构简单,重量较轻,转动惯量较小, 响应速度快。但是,柔性手腕的刚度较低,承载能力有限,通常用于轻量级、对精度要求不高的机器人中。此外, 柔性手腕的设计需要考虑材料的力学性能和机构的稳定性。
多关节型手腕
总结词
多关节型手腕是一种复杂的手腕结构,由多个关节组 成,可以实现多自由度的运动。
详细描述
机械臂型手腕具有较高的刚度和承载能力,可以用于重负载、高精度的机器人中。由于 其结构复杂,机械臂型手腕的转动惯量较大,响应速度较慢。但是,通过优化设计,可 以减小转动惯量,提高响应速度。此外,机械臂型手腕还可以通过改变关节长度和连杆
结构来实现不同的运动轨迹和姿态。
柔性手腕
总结词
柔性手腕是一种特殊的手腕结构,通过柔性材料或机构实现弯曲和扭转。
机器人手腕结构的应用与发展趋势
工业机器人
工业机器人是手腕结构应用的主要领域之一,它们在生产线上的装配、焊接、搬运 等任务中发挥着重要作用。
工业机器人的手腕结构通常采用关节式或滑槽式设计,具有较高的自由度和灵活性, 能够完成各种复杂的动作。
随着工业自动化的发展,工业机器人将在智能制造、柔性制造等领域发挥更大的作用。

工业机器人课件第3章运动学3

工业机器人课件第3章运动学3

3.6.1 D-H参数法物体
Denavit和Hartenberg于1955年提出了一种为关节链中的每一个杆 件建立坐标系的矩阵方法,即D-H参数法。
1.连杆坐标系的建立
连杆坐标系规定如下(参见图): zi坐标轴沿i+1关节的轴线方向。 xi坐标轴沿zi和zi-1轴的公垂线,且指向离开zi-1轴的方向。 yi坐标轴的方向构成xiyizi右手直角坐标系。
各连杆坐标系建立后,n-1系与n系间变换关系可用坐标系的平移、旋转 来实现。从n-1系到n系的变换步骤如下:
(1) 令n-1系绕Zn-1轴旋转θn 角, 使Xn-1与Xn平行, 算子为 Rot(z,θn)。
(2) 沿Zn-1轴平移dn, 使Xn-1 与Xn重合, 算子为Trans(0,0,dn)。
(3) 沿Xn轴平移an, 使两个坐 标系原点重合, 算子为 Trans(an,0,0)
cosi


sini
0

0
-sinicosi cosicosi
sini
0
sinisini -cosisini
cosi
0
aicosi
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di 1

第2章 工业机器人运动学
实际中,多数机器人连杆参数取特殊值,如αn=0或dn=0,
可以使计算简单且控制方便。
工业机器人运动学
工业机器人连杆参数及其齐次变换矩阵
一. 连杆参数及连杆坐标系的建立 1、连杆参数 描述该连杆可以通过两个几何参数: 连杆长度an和扭角αn。
图 2-10 连杆的几何参数
第2章 工业机器人运动学
描述相邻杆件n与n-1的关系参数的两个参数: 连杆距离dn和连杆转角θn

机器人手部结构详解PPT课件

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。
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轮系驱动三自由度手腕图例(5):

附加回转运动:

轴B、轴S不转而T轴回转→齿轮Z23、Z21不转→当行星架 回转时→迫使齿轮Z11 绕齿轮Z23 的过程中自转→经过Z12 、 Z13、Z14、Z15实现附加回转运动

思考题:
1、当B轴、T轴分别回转时,手腕存在哪些运动,为什么? 2、齿轮24、22所在的轴能否做成一体,为什么? 3、齿轮17作的什么运动?俯仰运动轮系属于什么轮系,试分析其运动。
R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(见图 (c))。
二自由度手腕 (a) BR手腕; (b) BB手腕; (c) RR手腕
(3) 三自由度手腕
如图所示。三自由度手腕可以由B关节和R关节组成许多
种形式。图 (a)所示是通常见到的BBR手腕, 使手部具有俯仰、 偏转和翻转运动, 即RPY运动。图 (b)所示是一个B关节和两个R 关节组成的BRR手腕, 为了不使自由度退化, 使手部产生RPY运 动,第一个R关节必须进行如图所示的偏置。图 (c)所示是三个R 关节组成的RRR手腕,它也可以实现手部RPY运动。图 (d)所示是 BBB手腕, 很明显, 它已退化为二自由度手腕,只有PY运动,实际 上不采用这种手腕。 此外, B关节和R关节排列的次序不同,也
俯仰 轮系驱动三自由度手腕图例(1): 偏转
回转

回转运动:

轴S旋转→齿轮副Z10/Z23、Z23/Z11→锥齿轮副Z12、Z13→锥 齿轮副Z14、Z15→手腕与锥齿轮Z15为一体→手腕实现旋转 运动
轮系驱动三自由度手腕图例(2):

俯仰运动:

轴B旋转→齿轮副Z24/Z21,Z21/Z22→齿轮副Z20、Z16→齿轮 副Z16 、Z17→齿轮副Z17 、Z18→轴19旋转→手腕壳体与轴 19固联→实现手腕的俯仰运动
(2)远距离传动手腕
如图所示为一种远距离传动的RBR手腕。这种远距离
传动的好处是可以把尺寸、重量都较大的驱动源放在远离
手腕处, 有时放在手臂的后端作平衡重量用,这不仅减轻了 手腕的整体重量, 而且改善了机器人的整体结构的平衡性。
四、典型结构
1.摆动液压缸(又称回转液压缸):

结构:

由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。其中 叶片7固定在转子上,用花键将转子与驱动轴连接, 用螺栓2将隔板与缸体连接。 在密封的缸体内,隔板与活动叶片之间围成两个油腔, 相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作用在活动叶 片的端面上,对传动轴中心产生力矩使被驱动轴转动。 摆动缸转角在270°左右。
会产生不同的效果,同时产生了其它形式的三自由度手腕。为了
使手腕结构紧凑, 通常把两个B关节安装在一个十字接头上, 这 对于BBR手腕来说, 大大减小了手腕纵向尺寸。
三自由度手腕 (a) BBR手腕; (b) BRR手腕; (c) RRR手腕; (d) BBB手腕
2. 按驱动方式来分
手腕按驱动方式来分,可分为直接驱动手腕和远距离传动 手腕。 (1)直接驱动手腕 如图所示为一种液压直接驱动BBR手腕, 设计紧凑巧妙。 M1、 M2、M3是液压马达, 直接驱动手腕的偏转、 俯仰和翻转三个 自由度轴。

工作原理:

摆动液压缸结构图:
2.单自由度回转运动手腕 :

结构特点:

机器人手部的张合是由汽缸驱动的,而手腕 的回转运动则由回转液压缸实现。 将夹紧汽缸的外壳与摆动油缸的动片连接在 一起,当摆动液压缸中不同的油腔中进油时, 即可实现手腕不同方向的摆动。

工作原理:

单回转油缸驱动手腕图例:
俯仰
回转
轮系驱动二自由度手腕图例(2):

俯仰运动:
轴B旋转→锥齿轮副 Z5 、Z6→轴A旋转→ 手腕壳体7与轴A固联 →手腕实现绕A轴的 俯仰运动
轮系驱动二自由度手腕图例(3):

附加回转运动:
轴S不转而B轴回转→锥 齿轮Z3 不转→锥齿轮Z3 、 Z4相啮合→迫使Z4绕C轴 线有一个附加的自转, 即为附加回转运动。
双回转油缸驱动手腕图例:
3.轮系驱动的二自由度BR手腕:

结构特点:
由轮系驱动可实现手腕回转和俯仰运
动,其中手腕的回转运动由传动轴S传 递,手腕的俯仰运动由传动轴B传递。
轮系驱动二自由度手腕图例(1):

回转运动:
轴S旋转→锥齿轮 副 Z1 、 Z2 → 锥 齿 轮 副 Z3 、 Z4 → 手 腕 与 锥齿轮Z4 为一体→ 手腕实现绕C轴的 旋转运动
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。 图 (d)所示为移动关节。
单自由度手腕图例:
R手腕
B手腕
B手腕
T手腕
(2) 二自由度手腕
如图所示。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(见图 (a)),也可以由两个B关节组成BB手腕
(见图 (b))。但是, 不能由两个R关节组成RR手腕, 因为两个
轮系驱动三自由度手腕图例(3):

偏转运动:

油缸1中的活塞左右移动→带动链轮2旋转→锥齿轮副 Z3/Z4→带动花键轴5、6旋转→花键轴6与行星架9连在 一起→带动行星架及手腕作偏转运动
轮系驱动三自由度手腕图例(4):

附加俯仰运动:

轴B、轴S不转而T轴回转→齿轮Z23、Z21不转→当行星架 回转时→迫使齿轮Z22 绕齿轮Z21 的过程中自转→经过Z20 、 Z16、Z17、Z18实现附加俯仰运动
问题:
手部转轴是与油缸的什么部件相联?
3.双回转油缸驱动手腕 :

结构特点: 采用双回转油缸驱动,一个带动手 腕作俯仰运动,另一个油缸带动手 腕作回转运动。 V-V视图表示的回转缸中动片带动 回转油缸的刚体,定片与固定中心 轴联结实现俯仰运动;L-L视图表 示回转缸中动片与回转中心轴联结, 定片与油缸缸体联结实现回转运动。
第3章 工业机器人的腕部
一、概论 二、手腕的设计要求 三、手腕的分类
四、典型结构
一 概论
机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件, 它的作用是调节或改变工件的方位, 因而它具 有独立的自由度,以使机器人末端操作器适应复 杂的动作要求。 为了使手部能处于空间任意方向,要求腕 部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的旋转运动。 这便是腕部运动的三个自由度,分别称为手腕 的回转R、手腕的俯仰P和手腕的摆动Y。 并不是所有的手腕都必须具备三个自由度, 而是根据实际使用的工作性能要求来确定。
腕部坐标系
手腕的摆动
手腕的俯仰
手腕的回转
二、手腕的设计要求
1.结构紧凑、重量轻; 2.动作灵活、平稳,定位精度高; 3.强度、刚度高; 4.合理连接结构,传感器和驱动装置的合理 布局及安装等; 5.要适应工作环境的需度数目来分 按驱动方式来分

1. 按自由度数目来分

附加回转运动在实际使 用时应予以考虑。必要 时应加以利用或补偿。
轮系驱动二自由度手腕图例(4):

思考题:
图中所示的情况,当 S轴不输入,只有B轴 输入时,腕部存在哪 些运动,为什么?
4.轮系驱动的三自由度手腕:

结构特点:

该机构为由齿轮、链轮传动实现的偏转、俯 仰和回转三个自由度运动的手腕结构。
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)是一种回转关节, 它把手臂纵轴线 和手腕关节轴线构成共轴形式。 这种R关节旋转角度大, 可 达到360°以上。 图 (b)、 (c)是一种俯仰、摆动关节(简称
B关节), 关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。 这种B
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