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1、機械臂結(jié)構(gòu),一、臂部設(shè)計的基本要求,1．承載能力足,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，還要考慮運動時的動載荷及轉(zhuǎn)動慣性。,2．剛度高,為了防止臂部在運動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。工字型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：5~19m。,槽鋼（GB707-88）,1、槽鋼的型號與高度尺
2、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,為防止手臂在直線運動中，沿運動軸線發(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,為提高機器人的運動速度，要盡量減少臂部運動部分的重量，以減少整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。,5．合理設(shè)計與腕部和機身的連接部位,臂部的安裝形式和位置不僅關(guān)系到機器人的強度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機器人的外觀。,二、機械臂的運動形式,1．直角坐標型,臂部由三個相互正交的移動副組成。帶動腕部分別沿X、Y、
3、Z三個坐標軸的方向作直線移動。結(jié)構(gòu)簡單，運動位置精度高。但所占空間較大，工作范圍相對較小。,2．圓柱坐標型,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,由動力型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和前、下兩臂組成。關(guān)節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標。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．極坐標型,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軸的俯仰運動，能抓取地面上的物體。,三、典型機械臂結(jié)構(gòu),1．手臂直線運動機構(gòu),常見方式：行程小時：采用油缸或氣缸直接驅(qū)
4、動；當行程較大時：可采用油缸或氣缸驅(qū)動齒條傳動的倍增機構(gòu)或采用步進電機或伺服電機驅(qū)動，并通過絲桿螺母來轉(zhuǎn)換為直線運動。典型結(jié)構(gòu)：油缸驅(qū)動的手臂伸縮運動結(jié)構(gòu)電機驅(qū)動的絲桿螺母直線運動結(jié)構(gòu),,油缸—齒條機構(gòu)圖例：,,油缸驅(qū)動的手臂伸縮運動結(jié)構(gòu)圖例：,四根導(dǎo)向柱的臂部伸縮機構(gòu)：手臂的垂直伸縮運動由油缸3驅(qū)動。特點：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—運行架；6—行走車輪；7—軌道；8—支座,電機驅(qū)動絲桿螺母直線運動結(jié)構(gòu)圖例：,,2．手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu),常見方式：常見的有齒輪傳動機構(gòu)，鏈輪傳動機構(gòu)，活塞及連桿傳動機構(gòu)等。曲柄
5、滑塊機構(gòu)：假設(shè)滑塊是主動件，當滑塊沿一定的導(dǎo)軌移動時，可以推動曲柄做擺動或圓周運動。典型機構(gòu)：液壓缸—連桿回轉(zhuǎn)機構(gòu)：齒輪驅(qū)動回轉(zhuǎn)機構(gòu)：,,平面四桿機構(gòu)圖例：,平面四桿機構(gòu),雙曲柄機構(gòu),雙搖桿機構(gòu),,平面四桿機構(gòu)演變圖例：,曲柄滑塊機構(gòu),,平面四桿機構(gòu)的的演變不僅要滿足運動方面的要求，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,,,,,,,,,,,,,,運動特點：手臂關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運動是通過液壓缸-連桿機構(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)機構(gòu)圖例：,,3．關(guān)節(jié)型機械臂的結(jié)構(gòu)（1）,存在的運動型式：機身的旋轉(zhuǎn)運動；肩關(guān)
6、節(jié)和肘關(guān)節(jié)的擺動；腕關(guān)節(jié)的俯仰和旋轉(zhuǎn)運動；各運動的協(xié)調(diào)：稱為5軸關(guān)節(jié)型機器人。,五軸關(guān)節(jié)型機器人手臂運動圖例（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)型機器人手臂運動圖例（2）：,肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)與手腕的協(xié)調(diào),3．關(guān)節(jié)型機械臂的結(jié)構(gòu)（2）,各運動的實現(xiàn)：腕部的旋轉(zhuǎn)：電機M5→減速器R5→鏈輪副C5→錐齒輪副G5→旋轉(zhuǎn)運動n5腕部俯仰：電機M4→減速器R4→鏈輪副C4→俯仰運動n4肘關(guān)節(jié)擺動：電機M3→兩級同步帶傳動B3、B3′→減速器R3→肘關(guān)節(jié)擺動n3肩關(guān)節(jié)的擺動：電機M2→同步帶傳動B2→減速器R2→肩關(guān)節(jié)擺動n2,關(guān)節(jié)型機器人傳動系統(tǒng)圖：,關(guān)節(jié)型機器人腕部旋轉(zhuǎn)
7、局部圖：,電機M5→減速器R5→鏈輪副C5→錐齒輪副G5→旋轉(zhuǎn)運動n5,,,關(guān)節(jié)型機器人腕部俯仰局部圖：,,,電機M4→減速器R4→鏈輪副C4→俯仰運動n4,關(guān)節(jié)型機器人肘關(guān)節(jié)局部圖：,,,電機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)型機器人肩關(guān)節(jié)局部圖例：,,,電機M2→同步帶傳動B2→減速器R2→肩關(guān)節(jié)擺動n2,四、機械臂的控制,1、伺服系統(tǒng)的分類,液壓伺服系統(tǒng)機械臂各關(guān)節(jié)的運動通常由液壓伺服閥控制液壓缸實現(xiàn)。電動伺服系統(tǒng)機械臂各關(guān)節(jié)的運動通常由步進電機或直流電機驅(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)計三種機器人小臂相對于大臂的直線運動方案，動力源為電機驅(qū)動，用示意圖表達。2、畫出型號為20a的工字鋼的截面形狀，并標注出有關(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。,
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