机器人机械结构
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）。
工业机器人的基本结构
工业机器人的基本结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器人系统，它具有复杂的结构和多样的功能。
下面将介绍工业机器人的基本结构。
工业机器人主要由机械结构、传感器、控制系统和执行器四个主要部分组成。
一、机械结构工业机器人的机械结构是机器人的骨架，它决定了机器人的外形和运动能力。
机械结构包括机器人的机身、关节、连杆、末端执行器等部分。
1. 机身：机身是机器人的主体部分，承载着各个关节和执行器。
一般采用铝合金、钢材或碳纤维等材料制作，具有较强的刚性和轻量化特性。
2. 关节：关节是连接机身和连杆的部分，用于实现机器人的运动。
根据运动方式的不同，关节可以分为旋转关节和直线关节。
旋转关节可以使机器人在水平方向上旋转，而直线关节可以使机器人在垂直方向上进行上下运动。
3. 连杆：连杆是连接关节和末端执行器的部分，它们通过关节的旋转和直线运动，使机器人能够完成各种复杂的任务。
连杆一般采用铝合金或钢材制作，具有一定的刚性和强度。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的“手”，用于实现机器人的具体操作。
常见的末端执行器包括夹爪、焊枪、刀具等，不同的末端执行器适用于不同的工作任务。
二、传感器传感器是工业机器人的感知器官，用于获取周围环境的信息，帮助机器人做出相应的动作。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、位置传感器等。
1. 视觉传感器：视觉传感器可以通过拍摄和分析图像，实现对物体的识别、定位和测量。
它可以帮助机器人在不同的工作环境中准确定位和操作物体。
2. 力传感器：力传感器可以测量机器人施加在物体上的力和力矩，帮助机器人控制力的大小和方向，实现精确的操作和装配。
3. 位置传感器：位置传感器可以测量机器人各个关节的位置和姿态，提供给控制系统进行运动控制。
常见的位置传感器有编码器、陀螺仪等。
三、控制系统控制系统是工业机器人的大脑，负责对机器人进行运动控制和任务规划。
它由硬件和软件两部分组成。
1. 硬件：硬件部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。
第二章 机器人的机械结构
第二章机器人的机械结构机器人的机械结构是工业机器人的重要组成部分，它的结构在某方面与传统机械有相同之处，又不同于专用设备，它有自己的特点，具有较强的灵活性。
§2-1 手部结构简介工业机器人手部的特点：①手部与手腕相连处可拆卸。
手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、液接头，当工业机器人作业对象不同时，可以方便的拆卸和更换手部。
②手部是工业机器人末端操作器。
可以像人手那样具有手指，也可以是不具备手指的手。
可以是类人的手抓，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。
③手部的通用性比较差。
工业机器人手部通常是专用的装置，比如：一种手爪往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近似的工作；一种工具又能执行一种作业任务等。
④手部是一个独立的部件。
手部是工业机器人的关键部件之一，是用来抓取物件或握持工具的机构。
由于被握持工件的形状、尺寸、轻重、材质和表面状况不同，手部结构也是多种多样的，大部分都是根据特定件的要求而专门设计的。
各种手部的结构不仅形式不完全相同，而且工作原理也不一样，常用的手部，按握持原理，分为夹持和吸附式两大类。
夹持式：又称手指式，按夹持工件的部分不同，又可分为内撑式和外夹式两种。
吸附式：通常就是指吸盘式，多为气吸和磁吸两种。
外夹式平移式夹持式（手指式）原理形式分为内撑式回转式挤气式空气负压吸盘喷气式吸盘式真空式磁力吸盘一手指式手部手指式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成。
驱动装置：它是为传动机构提供动力，有液压、气动、电动三种形式。
传动机构：往往通过滑槽、斜楔、齿轮齿条、连杆等推动杠杆机构实现夹紧和松开动作。
手指：它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，可以抓取轴、盘、套类零件，一般情况下，多采用两个手指，少数为三指或多指。
结构形式取决于被夹持工作的形状和特征。
1 对手指式手部的基本要求：①手指握力（夹紧力）大小适宜。
为使手指能夹紧工件，并保证在运动过程中不脱落，要求手指在夹紧工作时应有足够的加紧力。
第二章_机器人的机械结构分析
关节型搬运机器人
关节型焊接机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活 性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装 配作业。
SCARA型装配机器人
有较大的作业空间，结构紧凑较复杂，定位精度较低。
极坐标型机器人模型
2018/11/2
Unimate
机器人
第二章
机ห้องสมุดไป่ตู้人的机械结构
机器人的构型
4、关节坐标型 (3R) 对作业的适应性好，工作空间大，工作灵活，结构紧凑， 通用性强，但坐标计算和控制较复杂，难以达到高精度。
2018/11/2
关节型机器人模型
2、圆柱坐标型 (R2P)
结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较 简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动 惯量较大，定位精度相对较低。
圆柱坐标型机器人模型
2018/11/2
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第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)
• 电动式
电源方便，响应快，驱动力较大，可以采用多种灵活的控制方案。
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
二、机器人的分类
1.按机器人的控制方式分类 （1）非伺服机器人 非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器 人的运动。 （2）伺服控制机器人 通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信 号比较后，得到误差信号，经放大后用以激发机器人 的驱动装置，进而带动手部执行装置以一定规律运动， 到达规定的位置或速度等，这是一个反馈控制系统。
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。
机器人的组成结构及原理
机器人的组成结构及原理1.引言机器人是一种可以执行各种任务的自动化设备，由多个组成部分组成。
本文将探讨机器人的组成结构以及其原理。
2.机器人的组成结构2.1机械结构机械结构是机器人的物理结构，它决定了机器人的外形、尺寸和运动方式。
机械结构一般由连杆、齿轮、轴承、电机等组件构成。
连杆用于连接各个部件，齿轮用于传动力，轴承用于减小摩擦，电机用于提供动力。
2.2电子结构电子结构包括机器人的传感器和执行器。
传感器用于获取周围环境的信息，如光线、声音、温度等。
常见的传感器包括摄像头、声音传感器、温度传感器等。
执行器用于使机器人实际执行任务，如电机、液压驱动系统等。
2.3控制系统控制系统是机器人的大脑，负责控制机器人的运动和执行任务。
控制系统通常由微处理器、逻辑电路、软件等组成。
微处理器是机器人的核心处理器，负责处理输入信息并输出指令控制机器人的运动。
逻辑电路用于执行各种判断和决策，如自主导航、避障等。
软件则是机器人控制系统的程序，包括运动控制、任务规划等。
3.机器人的工作原理机器人的工作原理涉及到机械、电子和控制系统的相互协调和配合。
下面将对机器人的工作原理进行简要介绍。
3.1机械原理机器人的机械结构决定了其运动方式和工作范围。
通过控制机械结构中的电机和传动机构，机器人可以实现不同的运动方式，如直线运动、旋转运动等。
机械结构也决定了机器人的可控自由度，即机器人可以同时控制的独立运动轴数目。
3.2传感器原理机器人通过传感器获取周围环境的信息，并将其转化为数字信号，通过输入到控制系统中进行分析和处理。
传感器原理涉及到各种物理传感器的工作原理，如摄像头通过感光元件拍摄图像，声音传感器通过麦克风转化声音信号等。
3.3控制系统原理控制系统原理包括机器人的算法和软件。
控制系统通过输入传感器的信息，并进行决策和规划后，输出指令控制机器人的运动和执行任务。
控制系统原理涉及到机器人运动学和动力学的理论，以及各种控制算法的实现。
简述机器人的结构组成
简述机器人的结构组成机器人的结构组成机器人是一种人工智能系统，由许多不同的部件和组件组成。
这些部件和组件的结合和协作使得机器人能够执行各种任务。
本文将简要概述机器人的结构组成部分。
1. 机械结构机器人的机械结构是机器人体系结构的基础。
它包括支撑和保护机器人内部电子部件的外壳，以及机器人移动的骨架。
机械结构可以是硬件或软件实现的。
硬件结构通常采用金属或塑料材料构建，而软件结构则是由计算机代码定义的虚拟模型。
2. 传感器机器人的传感器是其感知和理解外部环境的关键。
传感器可以在机器人的身体上安装，用于感知和测量物理现象，例如光、声音、温度和压力等。
常见的传感器包括摄像头、激光雷达、红外线传感器和接触传感器。
这些传感器将感知到的信息转化为数字信号，并传送给机器人的计算单元进行处理和分析。
3. 计算单元机器人的计算单元负责处理和分析传感器获得的信息，并决策机器人的后续动作。
计算单元通常包括中央处理器（CPU）、内存和其他专用硬件，用于存储和执行机器人操作所需的算法和程序。
这些计算单元可以是嵌入式在机器人内部，也可以是外部连接的计算设备。
4. 执行器机器人的执行器是机器人完成任务的关键部分。
执行器接收来自计算单元的指令，并将其转化为机械运动。
常见的执行器包括电动机、液压和气压驱动装置。
电动机通常用于控制机器人的运动，例如步行、抓取和旋转等。
5. 电源机器人的电源为机器人提供所需的能量。
电源可以是电池、外部电源或太阳能电池等。
电源的选取取决于机器人的大小、功能和使用环境。
在设计机器人时，需要充分考虑电源的容量和续航时间，以确保机器人能够持续运行。
综上所述，机器人的结构组成包括机械结构、传感器、计算单元、执行器和电源等多个部分。
这些部分相互配合，使得机器人能够感知环境、理解信息，并根据计算单元的指令执行各种任务。
随着技术的不断发展，机器人的结构和功能也在不断创新和改进，为人类带来更多便利和可能性。
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。
第七讲机器人的机械臂结构课件
三、典型机械臂结构
1．手臂直线运动机构
常见方式：
行程小时：采用油缸或气缸直接驱动；
当行程较大时：可采用油缸或气缸驱动
齿条传动的倍增机构或采用步进电机或 伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换 为直线运动。
典型结构：
油缸驱动的手臂伸缩运动结构 电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
油缸—齿条机构图例：
油缸驱动的手臂伸缩运动结构图例：
四根导向柱 的臂部伸缩 机构：
手臂的 垂直伸缩运 动由油缸3 驱动。
特点：
工作行程长， 抓重大，适 合于抓举工 件形状不规 则、有偏转 力矩的场合。
1—手部 2—夹紧缸；3—油缸；4—导向柱；5—运行架；6—行走车轮； 7—轨道；8—支座
电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：
关节型机器人传动 系统图：
关节型机器人腕部旋转 局部图：
电机M5→减速器R5→链轮 副 C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
关节型机器人腕部俯仰 局部图：
电机M4→减速器R4→链轮副 C4→俯仰运动n4
关节型机器人肘关节
局部图：
电机M3→两级同步带传动B3、 B3′→减速器R3→肘关节摆动n3
关节型机器人肩关节 局部图例：
电机M2→同步带传 动B2→减速器R2→肩 关节摆动n2
四、机械臂的控制
1、伺服系统的分类
液压伺服系统
机械臂各关节的运动通常由液压伺服阀 控制液压缸实现。
电动伺服系统
机械臂各关节的运动通常由步进电机或 直流电机驱动。
伺服直线液压缸图例：
电动伺服控制系统图例：
作业：
1、设计三种机器人小臂相对于大臂的直线运动方案，动力源为电机 驱动，用示意图表达。 2、画出型号为20a的工字钢的截面形状，并标注出有关几何参数。 3、解释液压伺服系统和电动伺服系统的组成及工作原理。
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
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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
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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
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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
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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
机器人的组成结构及原理
机器人的组成结构及原理机器人是一种能够自主工作的机械设备，是由电子、机械和控制系统组成的复杂系统。
它们使用不同的形式和尺寸的机器人臂来执行各种任务。
下面将阐述机器人主要的组成结构及其原理。
1. 机械结构机械结构是机器人主体的结构，是连接和支撑机器人各部分的基础。
它包括机器人臂、关节、运动系统等。
机器人臂是机器人最重要的部分，它可以根据需求伸缩、旋转和弯曲。
关节是连接机器人臂和其他部分的主要部件，它们可以围绕任意三个轴自由旋转。
运动系统则负责控制机器人的运动。
2. 传感器机器人需要大量的传感器来感知周围环境，从而做出正确的决策。
这些传感器可以包括相机、声音传感器、压力传感器等。
相机可以用来捕获图像，声音传感器可以检测声音，压力传感器可以检测机器人与其他物体之间的压力。
3. 控制系统机器人的控制系统是机器人的大脑。
它包括计算机、编码器、运动控制器和传感器等。
计算机负责计算和传递指令，编码器用于测量怎样从一种状态到达另一种状态，运动控制器控制运动系统的操作，传感器用于提供精确的位置和姿态信息。
4. 电气系统电气系统包括电池、电动机和电机控制器。
电池是机器人的能源来源，它们需要充电才能正常运行。
电动机是机器人的动力系统，它们与机器人的运动部分相连，驱动机器人移动和工作。
电机控制器则负责控制电动机的速度和方向。
5. 软件系统软件系统是机器人的“思考”系统，可以根据程序执行任务。
它包括机器人的程序和算法，这些程序可以由人工智能和机器学习算法支持。
这些算法允许机器人学习并调整其行为，以根据输入数据做出更好的决策。
以上是机器人的主要组成结构及其功能原理。
了解这些原理可以帮助我们更好地理解机器人是如何工作的，以及如何使用它们来完成各种任务。
在未来，机器人将进一步改变我们的生活和工作方式，因为它们能够在许多领域自动化，从而提高效率和生产力。
机器人机械结构
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。
b5E2RGbCAP1.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”。
p1EanqFDPw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DXDiTa9E3d手指是直接与工件接触的部件。
手部松开和夹紧工件，与闭合来实现的。
机器人的手部一般有两个手指，也有三个、其结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。
RTCrpUDGiT就是通过手指的张开四个或五个手指，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。
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
第一章智能机器人组成及机构
而是根据实际使用的工作性能要求来确定。
15
手腕自由度图例：
腕部坐标系
手腕的偏转（R）
手腕的俯仰（B）
手腕的回转（R）
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RBR手腕
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1.4 机器人行走机构
安装在固定基座上的机器人有其使用的局限性，不能够移动，对于一些大件的、 尺寸超过一定范围的，就需要多次或者多台机器人进行作业，增加了使用成本；对于 一些工作周期比较长的，则降低了效率，造成资源浪费。
柔轮
波发生器 刚轮
谐波减速器原理图
23
24
1.6 机器人运动轴与坐标系
1）机器人运动轴的名称ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装轴， 基 座轴 和工装轴 统称 外部轴 .
机器人轴
机器人操作机（本体）的轴，属 于机器人本身。
基座轴
机器人整体移动的轴，如行走轴 （滑移平台或导轨）。
增加机器人外部轴，扩展机器人作业半径，降低生产使用成本；管理多个工位， 提高效率。机器人第七轴应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
主要应用于焊接、铸造、机械加工、智能仓储、汽车、航天等行业领域。
18
1. 5 机器人传动机构
目前机器人广泛采用的机械传动单元是减速器，应用在关节型机器人
减速器主要两类： RV 减速器 和 谐波减速器 。 一般将 RV 减速器放 置在基座、腰部、大臂等重负载的位置 ( 用于 20kg 以上的机器人关节 ) ；
5. 精度 精度、重复精度、和分辨率
3
1.机器人机械机构组成
1.1 机器人结构分类
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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”则是多节杠杆机械一一机械手，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。
b5E2RGbCAP1.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” 。
plEanqFDPw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。
DXDiTa9E3d1)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。
RTCrpUDGiT2）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。
5PCzVD7HxA滑槽式杠杆回转型手部双支点连杆式手部齿条齿轮杠杆式手部直线平移粮手部四连杆机构平移型手部结构（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jLBHrnAlLg1）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。
XHAQX74J0X2）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。
LDAYtRyKfE3）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（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。
dvzfvkwMH2）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使用有一定的局限性。
Zzz6ZB2Ltk1)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、高真空换 rqyn14ZNXI(4)仿生多指灵巧手环境下作业等。
EmxvxOtOco2■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。
SixE2yXPq5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。
6ewMyirQFL（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。
kavU42VRUs② 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③三自由度手腕由度手腕(C)。
y6v3ALoS89(III2）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。
M2ub6vSTnP②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。
OYujCfmUCw3■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。
eUts8ZQVRd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。
sQsAEJkW5T(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。
GMslasNXkA(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。
TlrRGchYzg(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。
7EqZcWLZNX（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。
lzq7IGfO2E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。
zvpgeqJIhk（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。
NrpoJac3v1(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。
1nowfTG4KI较接活塞缸实现手臂俯仰的结构示意图「手臂：2夹紧缸；3-升降缸『4-小劈；5, 7-较接活塞缸；6-大臂; 8 ■立柱（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。
fjnFLDa5Zo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(a)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（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。
HbmVN777sL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。
V7l4jRB8Hs4■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。