机器人技术及其应用

3.机身和臂部的配置型式
机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体 布局。
（1）横梁式
单臂悬挂式
双臂悬挂式
（2）立柱式
单臂式
双臂式
（3）机座式
单臂回转式
双臂回转式
多臂回转式
（4）屈伸式
平面屈伸型
空间屈伸型
四、手腕结构
手腕是连接手臂和手部的结构部件，它的主要作用 是确定手部的作业方向。多数将腕部结构的驱动部分安 排在小臂上。 要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，这 三个回转方向为： (1) 臂转：绕小臂轴线方向的旋转。 (2)手转：使手部绕自身的轴线方向旋转。 (3)腕摆：使手部相对于臂进行摆动。 手腕结构多为上述三个回转方式的组合，组合的方 式可以有多种形式，
2.按机器人结构坐标系特点方式分类
（1）直角坐标型 （2）圆柱坐标型（3） 极坐标型 （4） 多关节型
四种坐标型机器人的机构简图
（1）直角坐标型 （2）圆柱坐标型 （3）极坐标型 （4）关节型
第二节 机器人的主要技术参数
1．自由度 自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2．工作空间 机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中， 机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的 距离或转动的角度。 3．工作速度 机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安装点 所能达到的所有空间区域，不包括手部本身所能达 到的区域。
常用的手腕组合的方式
臂转、腕摆、手转结构
臂转、双腕摆、手转结构
五、手部机构 机器人的手部是最重要的执行机构，从功能和形 态上看，它可分为工业机器人的手部和仿人机器人的 手部。 工业机器人常用的手部按其握持原理可以分为:
(1)夹持类
(2)吸附类
1.夹持类 (1)夹钳式 • 手指1 • 传动机构2
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• 驱动装置3
• 支架4
1）手指 ①指端的形状
V型指
平面指
尖指
特形指
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。
一台持重30kg，供搬运、检测、装配用的圆柱坐 标型工业机器人，这台机器人的主要技术指标如下：
自由度：共有三个基本关节1， 2，3和两个选用关节4，5； 工作范围：见左图所示； 关节移动范围及速度：
A1 A2 A3 A4 A5 3000 2.10rad / s 500mm 600mm / s 500mm 1200mm / s 3600 1900 2.10rad / s 1.05rad / s
2.手腕的运动 (1)手腕旋转
手腕绕小臂轴线的转动。有些机器人限制其 手腕转动角度小于360度。另一些机器人则仅仅受 到控制电缆缠绕圈数的限制，手腕可以转几圈。 (2)手腕弯曲
指手腕的上下摆动，这种运动也称为俯仰。 (3)手腕侧摆 指机器人手腕的水平摆动。手腕的旋转和俯 仰两种运动结合起来可以构成侧摆运动，通常机 器人的侧摆运动由一个单独的关节提供。
三、机身和臂部机构 机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部 件。
常用的机身结构有：
（1）升降回转型机身结构； （2）俯仰型机身结构； （3）直移型机身结构； （4）类人机器人机身结构。
2.臂部结构 手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件， 它的作用是支承腕部和手部，并带动它们在空间运动。 根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装 置的不同，可分为： （1）伸缩型臂部结构； （2）转动伸缩型臂部结构； （3）屈伸型臂部结构以及; （4）其他专用的机械传动臂部结构。
（1）垂直移动
指机器人手臂的上下运动。这种运动通常采用液压 缸机构或其他垂直升降机构来完成，也可以通过调整整 个机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。 （2）径向移动 是手臂的伸缩运动。机器人手臂的伸缩使其手臂的 工作长度发生变化。在圆柱坐标式结构中，手臂的最大 工作长度决定其末端所能达到的圆柱表面直径。 （3）回转运动 指机器人绕铅垂轴的转动。这种运动决定了机器人 能手臂所能到达的角位置。
4．工作载荷 机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受 的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩 来表示。 5．控制方式
机器人用于控制轴的方式，是伺服还是非伺服， 伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。
6．驱动方式 指关节执行器的动力源。 7．精度、重复精度和分辨率
精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的 定位能力。
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 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，经过 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。
第一节 机器人的组成和分类
一、机器人的组成 大多数的机器人有四个共同的主要部件： （1）机械部分 机械部分是由关节连在一起的许多机械连杆的集 合体而形成的开环运动学链系。 （2）驱动源 使各种机械部件产生运动的装置为驱动部件，驱 动源可以是气动的、液压的或电动的，
（3）一个或多个传感器 传感器是将有关机械部件的内部信息和外部信息 传递给机器人的控制器。 （4）控制器 控制器通过获取的信息确定机械部件各部分的正 确运行轨迹、速度、位置和外部环境，使机械部件的 各部分按预定程序在规定的时间开始和结束动作。
重复定位误差：±0.05mm 控制方式：五轴同时可控，点位控制； 持重（最大伸长、最高速度下）：30kg 驱动方式：三个基本关节由交流伺服电机驱动，并采 用增量式角位移检测装置；
第三节 机器人的机械结构与运动
一、机器人机械结构的组成 1、手部结构
2、手腕结构
3、臂部结构 4、机身结构
二、机器人机构的运动 1.手臂和本体的运动