機(jī)器人的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)

機(jī)械臂結(jié)構(gòu) 一、臂部設(shè)計的基本要求 1承載能力足 n手臂是支承手腕的部件，設(shè)計時不僅要考慮抓取物體的重量或攜帶工具的重量，還要考慮運(yùn)動時的動載荷及轉(zhuǎn)動慣性。 2剛度高n為了防止臂部在運(yùn)動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。截面的彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實心軸大得多。 工字鋼（GB706-88）：1、工字鋼的型號與高度尺寸h有關(guān)，如：10號工字鋼即指其高度尺寸為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計手冊。3、工字鋼的長度按長度系列購買。如：519m。 槽鋼（GB707-88）1、槽鋼的型號與高度尺寸h有關(guān)，如：10號槽鋼即指其高度尺為100mm。2、其它參數(shù)如截面積、單位長度的理論質(zhì)量、截面靜力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計手冊。3、鋼結(jié)構(gòu) 3、導(dǎo)向性能好，定位精度高n為防止手臂在直線運(yùn)動中，沿運(yùn)動軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向裝置。同時要采用一定形式的緩沖措施。 4重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小n為提高機(jī)器人的運(yùn)動速度，要盡量減少臂部運(yùn)動部分的重量，以減少整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。 5合理設(shè)計與腕部和機(jī)身的連接部位n臂部的安裝形式和位置不僅關(guān)系到機(jī)器人的強(qiáng)度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機(jī)器人的外觀。 二、機(jī)械臂的運(yùn)動形式 1直角坐標(biāo)型n臂部由三個相互正交的移動副組成。帶動腕部分別沿X、Y、Z三個坐標(biāo)軸的方向作直線移動。結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動位置精度高。但所占空間較大，工作范圍相對較小。 2圓柱坐標(biāo)型n臂部由一個轉(zhuǎn)動副和兩個移動副組成。相對來說，所占空間較小，工作范圍較大，應(yīng)用較廣泛。 3關(guān)節(jié)型n由動力型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和前、下兩臂組成。關(guān)節(jié)型機(jī)器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運(yùn)動坐標(biāo)。動作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內(nèi)饒過各種障礙物。 4極坐標(biāo)型n臂部由兩個轉(zhuǎn)動副和一個移動副組成。產(chǎn)生沿手臂軸X的直線移動，繞基座軸Y的轉(zhuǎn)動和繞關(guān)節(jié)軸Z的擺動。其手臂可作繞Z軸的俯仰運(yùn)動，能抓取地面上的物體。 三、典型機(jī)械臂結(jié)構(gòu) 1手臂直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)n常見方式： n行程小時：采用油缸或氣缸直接驅(qū)動；n當(dāng)行程較大時：可采用或氣缸驅(qū)動齒條傳動的倍增機(jī)構(gòu)或采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動，并通過絲桿螺母來轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動。n典型結(jié)構(gòu)： n油缸驅(qū)動的手臂結(jié)構(gòu)n電機(jī)驅(qū)動的絲桿螺母結(jié)構(gòu) 油缸齒條機(jī)構(gòu)圖例： 油缸驅(qū)動的手臂伸縮運(yùn)動結(jié)構(gòu)圖例：四根導(dǎo)向柱的臂部伸縮機(jī)構(gòu)： 手臂的垂直伸縮運(yùn)動由油缸3驅(qū)動。特點(diǎn)：工作行程長，抓重大，適合于抓舉工 件形狀不規(guī)則、有偏轉(zhuǎn)力矩的場合。1手部 2夾緊缸；3油缸；4導(dǎo)向柱；5運(yùn)行架；6行走車輪；7軌道；8支座 電機(jī)驅(qū)動絲桿螺母直線運(yùn)動結(jié)構(gòu)圖例： 2手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu) n常見方式： n常見的有齒輪傳動機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動機(jī)構(gòu)，活塞及連桿傳動機(jī)構(gòu)等。 n曲柄滑塊：n假設(shè)滑塊是主動件，當(dāng)滑塊沿一定的導(dǎo)軌移動時，可以推動曲柄做擺動或圓周運(yùn)動。 n典型機(jī)構(gòu)： n液壓缸連桿回轉(zhuǎn)：n齒輪驅(qū)動回轉(zhuǎn)： 平面四桿機(jī)構(gòu)圖例： 平面四桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 平面四桿機(jī)構(gòu)演變圖例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 平面四桿機(jī)構(gòu)的的演變不僅要滿足運(yùn)動方面的要求，而且要滿足受力和結(jié)構(gòu)上的要求。 雙臂機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)圖例：1鉸接活塞缸2連桿 3手臂4支承架運(yùn)動特點(diǎn)：手臂關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過液壓缸-連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。控制活塞的行程就控制了手臂擺角的大小。 齒輪驅(qū)動回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖例： 3關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（1）n存在的運(yùn)動型式： n機(jī)身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；n肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的擺動；n腕關(guān)節(jié)的俯仰和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；n各運(yùn)動的協(xié)調(diào)： 稱為5軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人。 五軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂運(yùn)動圖例（1）：腰轉(zhuǎn)肩轉(zhuǎn)肘轉(zhuǎn)俯仰偏轉(zhuǎn) 腰轉(zhuǎn)姿態(tài) 五軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂運(yùn)動圖例（2）：肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)與手腕的協(xié)調(diào) 3關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（2）n各運(yùn)動的實現(xiàn)： n腕部的旋轉(zhuǎn)：n電機(jī)M5減速器R5鏈輪副C5錐齒輪副G5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動n5n腕部俯仰：n電機(jī)M4減速器R4鏈輪副C4俯仰運(yùn)動n4n肘關(guān)節(jié)擺動： n電機(jī)M3兩級同步帶傳動B3、B3減速器R3肘關(guān)節(jié)擺動n3n肩關(guān)節(jié)的擺動：n電機(jī)M2同步帶傳動B2減速器R2肩關(guān)節(jié)擺動n2 關(guān)節(jié)型機(jī)器人傳動 系統(tǒng)圖： 關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部旋轉(zhuǎn)局部圖：n電機(jī)M5減速器R5鏈輪 副C5錐齒輪副G5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動n5 關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部俯仰局部圖：n電機(jī)M4減速器R4鏈輪副C4俯仰運(yùn)動n4 關(guān)節(jié)型機(jī)器人肘關(guān)節(jié)局部圖：n電機(jī)M3兩級同步帶傳動B3、B3減速器R3肘關(guān)節(jié)擺動n3 關(guān)節(jié)型機(jī)器人肩關(guān)節(jié)局部圖例： n電機(jī)M2同步帶傳動B2減速器R2肩關(guān)節(jié)擺動n2 四、機(jī)械臂的控制 1、伺服系統(tǒng)的分類n液壓伺服系統(tǒng)n機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動通常由液壓伺服閥控制液壓缸實現(xiàn)。n電動伺服系統(tǒng)n機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動通常由步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)驅(qū)動。 伺服直線液壓缸圖例： 電動伺服控制系統(tǒng)圖例： 作業(yè)：1、設(shè)計三種機(jī)器人小臂相對于大臂的直線運(yùn)動方案，動力源為電機(jī)驅(qū)動，用示意圖表達(dá)。2、畫出型號為20a的工字鋼的截面形狀，并標(biāo)注出有關(guān)幾何參數(shù)。3、解釋液壓伺服系統(tǒng)和電動伺服系統(tǒng)的組成及工作原理。