第2章机器人机械系统设计3-工业机器人

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六足机器人步态示意图
连杆机构
机体
滑块
连杆
后足
偏心
前足
电机
存在
的问
中足
题
当机器人按照三角步态正常行走时，左、右电机偏心 轮的相位差保持1800。机械加工误差、步态失调、协 调控制。
双足步行机器人（Biped walking Robot)
头部2个 自由度
臂部5个 自由度
腿部6个 自由度
手部1个 自由度
其它行走机构
爬壁机器人
爬绳的机器人/Rope Climbing Robot
苏州大学研制的爬绳机器人
Sloth-robot
上手臂 舵机2
下手臂
上手爪 舵机1
下手爪 Βιβλιοθήκη Baidu机3
机电00级制作的爬绳的机器人
第2章作业
2-1 工业机器人机械系统总休设计主要包括哪几个方面？ 2-2 机器人的三种驱动方式各自的优缺点是什么？ 2-3 机身设计要注意什么？ 2-4 对工业机器人臂部设计有什么基本要求？ 2-5 机器人手腕的旋转自由度一般如何布置？ 2-6 工业机器人手部的特点是什么？ 2-7 真空吸附系统的设计内容包括哪几个方面？ 2-8 手爪的开合为什么常用气压驱动？
机器人步态规划---基于ZMP的轨迹规划
两种平衡策略: 1、通过改变脚的姿态,改变实际ZMP的位置； 2、通过改变惯性力的大小,改变期望ZMP的位置。
在行走过程中，精确地规划出ZMP的轨迹,使形成的ZMP轨迹 基本上落在支撑面的中间位置,而且轨迹平滑、无尖点,以获取 足够大的步行运动稳定裕度,保证摆动和支撑状态的平稳过渡, 防止过渡期时运动轨迹、速度和加速度的突变和不连续。
共计26个自由度 ASIMO机构模型
ZMP步行控制技术理论
步行是两足机器人的难点和关键。南斯拉夫学者 M.V.在1963年提出的ZMP理论较好地解决了动 态步行控制问题。世界上许多国家研究的双足机 器人都采用ZMP概念作为稳定行走的依据,获得 了很多成功的经验。
ZMP(Zero Moment Point)零力 矩点：是两足机器人所受重力、 惯性力及地面反力三者的合力矢 的延线与地面的交点。
2.6 行走机构设计（Locomotion Mechanism）
机器人
❖ 固定式 ❖ 移动式
➢车轮式 ➢履带式 ➢关节式等
行走机构是行走式机器人的重要执行部件，由行走驱动装置、 传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。它 一方面支承机器人的机身、臂部和手部，因而必须具有足够 的刚性和稳定性。另一方面还根据作业任务的要求，带动机 器人实现在更广阔的空间内运动。
例：AGV小车 （Automatic Guided Vehicle）
感应引导的移动机器人
2.6.1 车轮式行走机构
三轮
四轮
万向轮（Omnidirectional Wheels）
Omni-1
Omni-2
4 independent wheels, Each robot can drive in any direction, i.e. forward/backward, sideways, at an angle, and turn on the spot.
重力和惯性力合 力延长线落在地 面上的点,即为期 望ZMP。
作用在机器人脚底的实际地面反力(包括垂直反力和摩擦力)作用点如能与 期望ZMP重合,并落在支撑面上,则对于机器人无翻转力矩,从而使机器人处 于稳定行走状态。如不重合,则翻转。
为了保证平稳行走，机器人一只脚着地时，ZMP必定处在脚 掌的范围内，两只脚着地时，则位于脚掌形成的多边形内。
六足机器人/ Hexapod Robot
六足机器人行走步态/Movement Gait
三角步态行走原理 ：
“六足纲”昆虫（蟑螂、蚂蚁等）步行时，一般不是六足同时 直线前进，而是将三对足分成两组，以三角形支架结构交替前 行。身体左侧的前、后足及右侧的中足为一组，右侧的前、后足和左侧的中足为另一组，分 别组成两个三角形支架。当一组三角形支架中所有的足同时提起时，另 一组三角形支架的三只足原地不动，支撑身体，相互轮换周而 复始。这种行走方式使昆虫可以随时随地停息下来，因为重心 总是落在三角支架之内。这就是典型的三角步态行走法，其行 走轨迹并非是直线，而是呈“之”字形的曲线前进。
2.6.2 履带式行走机构
2.6.3 步行机构---关节式
类似于动物那样，利用脚部关节机构、用步行方式实现移动 的机械，称做步行机构。步行机器人采用步行机构，其特征 是能够在凸凹不平的地上行走、跨越沟壑和上下台阶，因而 具有广泛的适应性，但控制上有相当的难度。
足式步行机构有两足、三足、四足、六足、八足等形式。