机器人的机械结构介绍(PPT课件)
合集下载
相关主题
- 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)。
感知系统收集机器人内部状态和外部环境 信息
控制系统从计算机接收指令，控制驱动器 的动作，并与传感器反馈信息协Fra Baidu bibliotek机器人 运动
工业机器人-环境交互系统实现工业机器人 与外部环境的设备互相连接和协调的系统
人机交互系统是使操作人员参与计算机控 制并与机器人进行联系的装置、指令给定 装置和信息显示装置
开式、半闭式、闭式运动链
Stewart机构是典型的并联机 器人．末端执行器的位置和姿 态可由6个直线油缸的行程长度 所决定，油缸的一端与基座通 过二自由度的万向连轴节(铰链) 相连，另一端(连杆)由三自由度 的球—套关节(球面副)与末端执 行器相连．这种机器人手臀的 三个自由度与手腕的三个自由 度集成在一起，具有闭环机构 的共同特点：刚度高，但连杆 的运动范围十分有限。
2 机器人的分类
按照从低级→高级的发展程度可分为三类
•可编程机器人 •感知机器人 •智能机器人
按照结构形态、负载能力分
•超大型机器人：负载能力 1000 kg 以上 •大型机器人：100-1000 kg之间 •中型机器人：10-100 kg之间 •小型机器人：0.1-10 kg之间 •超小型机器人：0.1 kg 以下
机器人自由度一般为4～6个，7个以上是 冗余自由度。
2、工作空间： 机器人运动时手臂或手部 安装点的空间活动的最大范围。不包括手本 身到达的区域。
3、工作载荷：在规定的性能范围内，机 械接口处能承受的最大负载量。
4、工作速度：机器人在工作载荷下，匀 速运动过程中，机械接口中心或工具中心的 最大速度。
CP控制机器人（连续轨迹伺服控制机器人） 除了对起点和终点的要求以外，还对运动轨迹的中间 各点有要求的控制方式，如弧焊机器人就是典型的 CP控制机器人。 PTP控制机器人（点位控制机器人） 只对手部末端的起点和终点位置有要求，而对起点和 终点的中间过程无要求的控制方式，如点焊机器人就 是典型的PTP控制机器人．
直角坐标 P
P
圆柱坐标 R
P
球坐标
R
R
SCARA
R
R
关节坐标 R
R
关节3 转动关节数
P
0
P
1
P
2
P
2
R
3
刚体在三维空间中有6个自由度，机器 人要完成任意动作，需要6个自由度，工 业机器人的运动由手臂和手腕运动组合 而成，通常手臂有3个关节，用来改变手 腕参考点的位置，手腕有3个关节，改变 手爪的姿态
3、机器人本体设计原则
（1）按用户要求优化工作空间相关参数
（2）优选材料、结构、工艺、提高速度及精度
•材料选择：运动部分质量轻、强度高、弹性模量 （刚度）大、价格经济，常用结构钢、铝合金、陶 瓷、复合材料、纤维增强合金 （3）应用机电一体化思想提高功能价格比
机器人本体是机器人的重要组成部分， 是所有的计算、分析、控制和编程的基 础，最终要通过本体的运动和动作完成 特定的任务。
机器人的本体各部分的结构、材料的 选择直接影响整体性能。
典型的工业机器人仅仅实现了人类胳膊 和手的某些功能，也称为机器人操作机或机 械手。
2、机器人机构的运动
机器人机构可以视为一种连杆机构，它的 基本结构是将机构学中的杆件（link）和运 动副（Pair）相互链接而构成的运动链。
5、控制方式：机器人用于轴的控制方式，
伺服/非伺服,PTP/CP
6、驱动方式：关节执行器的动力源形式
7、精度、重复精度、分辨率：用来定义机 器人手部的定位能力。
▪ 分辨率 指机器人每根轴能够实现的最小移动距离 或最小转动角度。
▪ 精度 指机器人到达指定点的精确程度。它与机器 人驱动器的分辨率及反馈装置有关。
▪ 重复精度 指机器人重复到达同样位置的精确程度 。它不仅与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有 关，还与传动机构的精度及机器人的动态性能有 关。
2.3 机器人的机械结构与运动
1、机器人机械结构的组成 机器人本体通常有以下各部组成 （1）机身：基础部分起支撑作用 （2）臂部：连接机身和手腕 （3）手腕：连接手和手臂 （4）手部：手爪或末端执行器
2.2 机器人的主要技术参数
设计机器人，首先确定机器人的技术参 数，再确定机械结构、坐标形式和传动装置.
1、自由度：物体对于坐标系进行独立运 动的数目。
自由度的多少由机器人的机械结构决定， 一般以沿轴线和绕轴线转动的独立运动数表 示（末端执行器的动作不包括）。
自由度数越多，越接近人手的动作机能， 通用性好，动作灵活，但结构复杂，整体性 要求高，两者互相矛盾。
按机器人控制器的信息输入方式来分
程序机器人 操纵机器人 示教再现机器人 智能机器人
按代替人的器官方式来分
遥控操作机器人 视觉机器人 移动机器人
按坐标形式分
3 机器人机构运动简图
定义：用机构与运动图形符号表示机器人 机械臂、手腕和手指等运动机能的图形。 目的：分析和记录机器人各种运动及运动 组合 （1）常见图形符号
按照应用领域
工业机器人、农业机器人、军事机器人、 医用机器人、空间机器人、水下机器人
按照驱动方式
•液压驱动：机构紧凑、力大、运行平稳，密封 要求高 •气压驱动：结构简单造价低，负荷能力小 •电动驱动：结构简单紧凑，控制灵活 •新型：记忆合金、人工肌肉、压电
按控制方式分类(4种)
伺服控制机器人：用伺服手段，包括位置、力等 伺服方法进行控制的机人 非伺服控制机器人：采用伺服以外的手段，如顺 序控制、定位开关控制等进行控制的机器人，机器 人无法确定自身位置
第二章 机器人的机械结构
2.1 机器人的组成和分类
1 机器人的组成
机器人的机械结构、控制方式、驱动方式 或传感器千差万别，但多数机器人由4个主 要部件：机械部分，传感器，控制器，液压、 气压、电力驱动源
机械系统是具有传动执行装置的机械，由 臂、关节和末端执行装置组成
驱动系统为个部分提供动力，有4种
移动1 移动2
回转机构 旋转1 旋转2
（2）5种典型机器人的机构简图 直角坐标机器人：3个直线运动
圆柱坐标机器人： 1个回转运动，2个直线运动
球坐标（极坐标）机器人： 2个转动， 1个直线运动
关节坐标机器人：3个转动自由度
SCARA机器人：2个旋转运动， 1个直线运动
机器人 关节1 关节2
控制系统从计算机接收指令，控制驱动器 的动作，并与传感器反馈信息协Fra Baidu bibliotek机器人 运动
工业机器人-环境交互系统实现工业机器人 与外部环境的设备互相连接和协调的系统
人机交互系统是使操作人员参与计算机控 制并与机器人进行联系的装置、指令给定 装置和信息显示装置
开式、半闭式、闭式运动链
Stewart机构是典型的并联机 器人．末端执行器的位置和姿 态可由6个直线油缸的行程长度 所决定，油缸的一端与基座通 过二自由度的万向连轴节(铰链) 相连，另一端(连杆)由三自由度 的球—套关节(球面副)与末端执 行器相连．这种机器人手臀的 三个自由度与手腕的三个自由 度集成在一起，具有闭环机构 的共同特点：刚度高，但连杆 的运动范围十分有限。
2 机器人的分类
按照从低级→高级的发展程度可分为三类
•可编程机器人 •感知机器人 •智能机器人
按照结构形态、负载能力分
•超大型机器人：负载能力 1000 kg 以上 •大型机器人：100-1000 kg之间 •中型机器人：10-100 kg之间 •小型机器人：0.1-10 kg之间 •超小型机器人：0.1 kg 以下
机器人自由度一般为4～6个，7个以上是 冗余自由度。
2、工作空间： 机器人运动时手臂或手部 安装点的空间活动的最大范围。不包括手本 身到达的区域。
3、工作载荷：在规定的性能范围内，机 械接口处能承受的最大负载量。
4、工作速度：机器人在工作载荷下，匀 速运动过程中，机械接口中心或工具中心的 最大速度。
CP控制机器人（连续轨迹伺服控制机器人） 除了对起点和终点的要求以外，还对运动轨迹的中间 各点有要求的控制方式，如弧焊机器人就是典型的 CP控制机器人。 PTP控制机器人（点位控制机器人） 只对手部末端的起点和终点位置有要求，而对起点和 终点的中间过程无要求的控制方式，如点焊机器人就 是典型的PTP控制机器人．
直角坐标 P
P
圆柱坐标 R
P
球坐标
R
R
SCARA
R
R
关节坐标 R
R
关节3 转动关节数
P
0
P
1
P
2
P
2
R
3
刚体在三维空间中有6个自由度，机器 人要完成任意动作，需要6个自由度，工 业机器人的运动由手臂和手腕运动组合 而成，通常手臂有3个关节，用来改变手 腕参考点的位置，手腕有3个关节，改变 手爪的姿态
3、机器人本体设计原则
（1）按用户要求优化工作空间相关参数
（2）优选材料、结构、工艺、提高速度及精度
•材料选择：运动部分质量轻、强度高、弹性模量 （刚度）大、价格经济，常用结构钢、铝合金、陶 瓷、复合材料、纤维增强合金 （3）应用机电一体化思想提高功能价格比
机器人本体是机器人的重要组成部分， 是所有的计算、分析、控制和编程的基 础，最终要通过本体的运动和动作完成 特定的任务。
机器人的本体各部分的结构、材料的 选择直接影响整体性能。
典型的工业机器人仅仅实现了人类胳膊 和手的某些功能，也称为机器人操作机或机 械手。
2、机器人机构的运动
机器人机构可以视为一种连杆机构，它的 基本结构是将机构学中的杆件（link）和运 动副（Pair）相互链接而构成的运动链。
5、控制方式：机器人用于轴的控制方式，
伺服/非伺服,PTP/CP
6、驱动方式：关节执行器的动力源形式
7、精度、重复精度、分辨率：用来定义机 器人手部的定位能力。
▪ 分辨率 指机器人每根轴能够实现的最小移动距离 或最小转动角度。
▪ 精度 指机器人到达指定点的精确程度。它与机器 人驱动器的分辨率及反馈装置有关。
▪ 重复精度 指机器人重复到达同样位置的精确程度 。它不仅与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有 关，还与传动机构的精度及机器人的动态性能有 关。
2.3 机器人的机械结构与运动
1、机器人机械结构的组成 机器人本体通常有以下各部组成 （1）机身：基础部分起支撑作用 （2）臂部：连接机身和手腕 （3）手腕：连接手和手臂 （4）手部：手爪或末端执行器
2.2 机器人的主要技术参数
设计机器人，首先确定机器人的技术参 数，再确定机械结构、坐标形式和传动装置.
1、自由度：物体对于坐标系进行独立运 动的数目。
自由度的多少由机器人的机械结构决定， 一般以沿轴线和绕轴线转动的独立运动数表 示（末端执行器的动作不包括）。
自由度数越多，越接近人手的动作机能， 通用性好，动作灵活，但结构复杂，整体性 要求高，两者互相矛盾。
按机器人控制器的信息输入方式来分
程序机器人 操纵机器人 示教再现机器人 智能机器人
按代替人的器官方式来分
遥控操作机器人 视觉机器人 移动机器人
按坐标形式分
3 机器人机构运动简图
定义：用机构与运动图形符号表示机器人 机械臂、手腕和手指等运动机能的图形。 目的：分析和记录机器人各种运动及运动 组合 （1）常见图形符号
按照应用领域
工业机器人、农业机器人、军事机器人、 医用机器人、空间机器人、水下机器人
按照驱动方式
•液压驱动：机构紧凑、力大、运行平稳，密封 要求高 •气压驱动：结构简单造价低，负荷能力小 •电动驱动：结构简单紧凑，控制灵活 •新型：记忆合金、人工肌肉、压电
按控制方式分类(4种)
伺服控制机器人：用伺服手段，包括位置、力等 伺服方法进行控制的机人 非伺服控制机器人：采用伺服以外的手段，如顺 序控制、定位开关控制等进行控制的机器人，机器 人无法确定自身位置
第二章 机器人的机械结构
2.1 机器人的组成和分类
1 机器人的组成
机器人的机械结构、控制方式、驱动方式 或传感器千差万别，但多数机器人由4个主 要部件：机械部分，传感器，控制器，液压、 气压、电力驱动源
机械系统是具有传动执行装置的机械，由 臂、关节和末端执行装置组成
驱动系统为个部分提供动力，有4种
移动1 移动2
回转机构 旋转1 旋转2
（2）5种典型机器人的机构简图 直角坐标机器人：3个直线运动
圆柱坐标机器人： 1个回转运动，2个直线运动
球坐标（极坐标）机器人： 2个转动， 1个直线运动
关节坐标机器人：3个转动自由度
SCARA机器人：2个旋转运动， 1个直线运动
机器人 关节1 关节2