机器人技术 Robotics Technology 第二章:机器人的结构 授课人:张毅
CHONGQING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS 机器人技术 Robotics Technology 第二章：机器人的结构 授课人：张毅
机器人操作臂 机器人的机构是指机器人的主机结构,通常它 是由手臂、手腕、手爪和行走机构组成的。接下 来主要介绍机器人的手臂、手腕、手爪机构。 ●操作臂的坐标形式与外形结构 ●手腕的传动与结构 ●手爪的型式和机构 ●移动机械臂 ●其他类型机器人 2△彥撑
2 机器人操作臂 机器人的机构是指机器人的主机结构， 通常它 是由手臂、手腕、手爪和行走机构组成的。接下 来主要介绍机器人的手臂、手腕、手爪机构。 操作臂的坐标形式与外形结构 手腕的传动与结构 手爪的型式和机构 移动机械臂 其他类型机器人
机器人的外形结构可以有多种形式,通常 是由关节把连杆串连起来的开链机构。最常用 的机器人关节有两种形式:旋转关节和移动关 节。 机器人手臂的3个关节连接3个连杆,形成 定位机构,可分成以下几种最简单的类型。 直角坐标式 >关节式 > SCARA机器人 球坐标式 >圆拄坐标式 3庄大
3 机器人的外形结构可以有多种形式，通常 是由关节把连杆串连起来的开链机构。最常用 的机器人关节有两种形式：旋转关节和移动关 节 。 机器人手臂的 3个关节连接 3个连杆，形成 定位机构，可分成以下几种最简单的类型 。 直角坐标式 关节式 SCARA机器人 球坐标式 圆拄坐标式
直角坐标式 直角坐标式的手臂构形最简单,如图所示 关节1~3是移动关节,关节轴线相互垂直,相当 于笛卡儿坐标的X、Y和Z方向。 这种构形的主要特点是 1)结构刚度高,多做成大型龙门式 的机器人。 2)三个关节的运动是相互独立的, 没有耦合,不影响手爪的姿态,运动简 单,不产生奇异状态。 3)使用这种机器人时,它的进料装 置和夹具等必须装在机器人中间,因此 对这些装置有一定限制。 4)占地面积大,动作范围小。 5)它的控制方案和数控机床类似。 6操作灵活性较差。 4△彥
4 一、直角坐标式 直角坐标式的手臂构形最简单，如图所示， 关节1～3是移动关节，关节轴线相互垂直，相当 于笛卡儿坐标的X、Y和Z方向。 这种构形的主要特点是： 1)结构刚度高，多做成大型龙门式 的机器人。 2)三个关节的运动是相互独立的， 没有耦合，不影响手爪的姿态，运动简 单，不产生奇异状态。 3)使用这种机器人时，它的进料装 置和夹具等必须装在机器人中间，因此 对这些装置有一定限制。 4)占地面积大，动作范围小。 5)它的控制方案和数控机床类似。 6)操作灵活性较差
二、关节式 它由两个肩关节一个脉关节和两个或三个腕关节组成。其中,一个肩关 节绕铅直轴旋砖,另一个肩关节在垂直平面内实现俯仰,这两个肩关节轴 正交。肘关节轴平行于实现仰俯运动的肩关节轴。这种构形的主要特点是 1)动作灵活。 2)在作业空间内手臂的干涉最小,工作空间大。 3)关节上的相对运动部位容易密封防尘。 4)结构紧凑,占地面积小。 5进行控制时,计算量比较大,确定末端件的位姿不直现。 a》直接驱动 平行连杆式 c】关节悔置式
5 二、关节式 它由两个肩关节一个肘关节和两个或三个腕关节组成。其中，一个肩关 节绕铅直轴旋砖，另一个肩关节在垂直平面内实现俯仰，这两个肩关节轴 正交。肘关节轴平行于实现仰俯运动的肩关节轴。这种构形的主要特点是 ： 1)动作灵活。 2)在作业空间内手臂的干涉最小，工作空间大。 3)关节上的相对运动部位容易密封防尘。 4)结构紧凑，占地面积小。 5)进行控制时，计算量比较大，确定末端件的位姿不直现
三、 SCARA机器人 SCARA机器人,它有三个轴线平行的旋转关节。可以 在一个平面内运动并定向。第四个关节是移动关节,完成末 端件在垂直平面内的运动。它以旋转关节的角位移Φ1、Φ2 和移动关节的位移工作为坐标系的坐标P=f(Φ1,Φ2,z)。 这种机器人主要特点是: 结构轻便,响应快,运动速度可达10m/s,比一般机器 人大约快10倍。它最适用于在垂直方向完成零件的装配任务 ) SCARA式机器人 b)5连杆式机器人
6 三、SCARA机器人 SCARA机器人，它有三个轴线平行的旋转关节。可以 在一个平面内运动并定向。第四个关节是移动关节，完成末 端件在垂直平面内的运动。它以旋转关节的角位移Φ1、Φ2 和移动关节的位移工作为坐标系的坐标P=f(Φ1,Φ2,z)。 这种机器人主要特点是： 结构轻便，响应快，运动速度可达10m/s，比一般机器 人大约快10倍。它最适用于在垂直方向完成零件的装配任务
四、球坐标式 b 它与关节式机器人很 相似,只是用移动关节 代替了肘关节,移动关 节可以伸缩。这种机器 人的运动所形成的最大 的轨迹表面是半径为Rm 的半球面。规定以θ Φ和r作为坐标系,点的 坐标,P=f(θ,Φ,r)。 这种机器人主要特 点是:它占地面积小, 工作空间较大,但移动 关节不易防护 7庄大
7 四、球坐标式 它与关节式机器人很 相似，只是用移动关节 代替了肘关节，移动关 节可以伸缩。这种机器 人的运动所形成的最大 的轨迹表面是半径为 R m 的半球面。规定以θ、 Φ和 r作为坐标系，点的 坐标，P=f( θ,Φ,r) 。 这种机器人主要特 点是：它占地面积小， 工作空间较大，但移动 关节不易防护
五、圆拄坐标式 50 这种结构形式是以θ 、Z和r作为坐标系,空间 点的位置P=f(6,Z,r)。 其中,r是手臂的径向长度 ,θ是手臂绕垂直轴的角 位移,z是在垂直方向上手 臂的位置。如果r不变,手 臂的运动将形成一个圆柱 表面。它在空间定位比较 直观。手臂收回后,其后 端可能碰到工作范围内的 其它物体。不宜防护
8 五、圆拄坐标式 这种结构形式是以θ 、 Z 和 r作为坐标系，空间 一点的位置P=f( θ,Z,r) 。 其中， r是手臂的径向长度 ，θ是手臂绕垂直轴的角 位移， z是在垂直 方向上手 臂的位置。如果 r不变，手 臂的运动将形成一个圆柱 表面。它在空间定位比较 直观。手臂收回后，其后 端可能碰到工作范围内的 其它物体。不宜防护
自由度手腕 机器人的手腕前后分别与手臂和手爪相连接。用于改变 手爪在空间的方位,有时,腕部力传感器也装在这里,因此 结构比较复杂,手腕的结构直接影响机器人的灵巧性。最普 通的手腕是由两或三个互相垂直的关节轴组成的,手腕的第 个关节就是机器人的第四个关节。 甲2∥∥∠ 777 b)传动图 示意图 9庄大
9 自由度手腕 机器人的手腕前后分别与手臂和手爪相连接。用于改变 手爪在空间的方位，有时，腕部力传感器也装在这里，因此 结构比较复杂，手腕的结构直接影响机器人的灵巧性。最普 通的手腕是由两或三个互相垂直的关节轴组成的，手腕的第 一个关节就是机器人的第四个关节
回转型 当手爪夹紧和松开物体时,手指作回转运动。当被 夹持物体的大小变化时,要调整手爪的位置才能保 持物体的位置不变。 7 开一一闭D 开 10△產增撑
10 回转型 当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。当被 夹持物体的大小变化时，要调整手爪的位置才能保 持物体的位置不变