第2章工业机器人的机械结构.ppt
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1、第2章 工业机器人的机械结构教学目标工业机器人技术与应用1.熟悉工业机器人的常见技术指标2.掌握工业机器人的机械结构及各部分的功能3.正确分析工业机器人的传动机构及传动路线目录页 PAGE OF CONTENT2.1工业机器人机身结构2.2工业机器人臂部结构2.3工业机器人腕部结构2.4工业机器人手部结构2.5工业机器人驱动与传动工业机器人机身结构2.1工工业业机机器器人人机机身身是是直直接接连连接接、支支承承和和传传动动手手臂臂及及行行走走机机构构的的部部件件。它它是是由由臂臂部部运运动动(升升降降、平平移移、回回转转和和俯俯仰仰)机机构构及及有有关关的的导导向向装装置置、支支撑撑件件等等组
2、成。组成。1回转与升降型机身结构回转与升降型机身结构回转与升降型机身结构主要由实现臂部的回转与升降型机身结构主要由实现臂部的回转回转和和升降升降运动的机构组成。运动的机构组成。工业机器人机身结构2.12回转与俯仰型机身机构回转与俯仰型机身机构回回转转与与俯俯仰仰型型机机器器人人的的机机身身主主要要由由实实现现手手臂臂左左右右回回转转和和上上下下俯俯仰仰运运动动的的部部件组成,它用手臂的俯仰运动部件代替手臂的升降运动部件。件组成,它用手臂的俯仰运动部件代替手臂的升降运动部件。手臂俯仰驱动缸安置示意图工业机器人机身结构2.13直移型机身结构直移型机身结构直直移移型型机机器器人人多多为为悬悬挂挂式式
3、的的,其其机机身身实实际际上上就就是是悬悬挂挂手手臂臂的的横横梁梁。为为使使手手臂能沿横梁平移,除了要有驱动和传动机构外,臂能沿横梁平移,除了要有驱动和传动机构外,导轨导轨是一个重要的构件。是一个重要的构件。4类人机器人型机身结构类人机器人型机身结构类类人人机机器器人人的的机机身身上上除除装装有有驱驱动动臂臂部部的的运运动动装装置置外外,还还应应装装有有驱驱动动腿腿部部运运动动的的装置和腰部关节。装置和腰部关节。工业机器人机身结构2.1工业机器人机身结构2.1没有手臂的双足机器人Cassie工业机器人臂部结构2.2手手臂臂部部件件(简简称称臂臂部部)是是机机器器人人的的主主要要执执行行部部件件
4、,它它的的作作用用是是支支撑撑腕腕部部和和手手部部,并并带带动动它它们们在在空空间间运运动动,工工业业机机器器人人腕腕部部的的空空间间位位置置及及其其工工作作空空间间都与臂部的运动和臂部的参数有关都与臂部的运动和臂部的参数有关。一、机器人臂部的组成一、机器人臂部的组成机机器器人人的的手手臂臂主主要要包包括括臂臂杆杆以以及及与与其其伸伸缩缩、屈屈伸伸或或自自转转等等运运动动有有关关的的构构件件,如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。根根据据臂臂部部的的运运动动和和布布局局、驱驱动动方方式式、传传动动和和导导向向
5、装装置置的的不不同同可可分分为为:伸伸缩缩型型臂臂部部结结构构,转转动动伸伸缩缩型型臂臂部部结结构构,屈屈伸伸型型臂臂部部结结构构,其其他他专专用用的的机机械械传传动臂部结构动臂部结构。工业机器人臂部结构2.2二、机器人二、机器人机身和臂部的配置机身和臂部的配置机身和臂部的配置机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体布局。形式基本上反映了机器人的总体布局。1横梁式配置横梁式配置机机身身设设计计成成横横梁梁式式,用用于于悬悬挂挂手手臂臂部部件件通通常常分分为为单单臂臂悬悬挂挂式式和和双双臂臂悬悬挂挂式式两两种种。具具有有占占地地面面积积小小、能能有有效效利利用用空空间间、动动作作简简单直观等
6、单直观等优点。优点。a)单臂悬挂式 b)双臂悬挂式工业机器人臂部结构2.2二、机器人二、机器人机身和臂部的配置机身和臂部的配置2立柱式配置立柱式配置立立柱柱式式机机器器人人多多采采用用回回转转型型、俯俯仰仰型型或或屈屈伸伸型型的的运运动动型型式式,是是一一种种常常见见的的配配置形式。通常分为置形式。通常分为单臂式和双臂式单臂式和双臂式两种。两种。具具有有占占地地面面积积小小而而工工作范围大的特点。作范围大的特点。a)单臂式 b)双臂式工业机器人臂部结构2.2二、机器人二、机器人机身和臂部的配置机身和臂部的配置3机座式配置机座式配置机机身身设设计计成成机机座座式式,这这种种机机器器人人可可以以是
7、是独独立立的的、自自成成系系统统的的完完整整装装置置,可可以以随意安放和搬动。随意安放和搬动。a)单臂回转式 b)双臂回转式 c)多臂回转式工业机器人臂部结构2.2二、机器人二、机器人机身和臂部的配置机身和臂部的配置4屈伸式配置屈伸式配置屈伸式机器人的臂部由大小臂组成,大小臂间有相对运动,称为屈伸臂。屈伸式机器人的臂部由大小臂组成,大小臂间有相对运动,称为屈伸臂。a)平面屈伸式 b)立体屈伸式工业机器人臂部结构2.2三、机器人臂部机构三、机器人臂部机构机器人的手臂由机器人的手臂由大臂、小臂大臂、小臂(或多臂)构成。(或多臂)构成。1手臂直线运动机构手臂直线运动机构1手部 2夹紧缸 3油缸 4导
8、向柱 5运行架 6行走车轮 7导轨 8支座机机器器人人手手臂臂的的伸伸缩缩、升升降降及及横横向向(或或纵纵向向)移移动动均均属属于于直直线线运运动动,而而实实现现手手臂臂往往复复直直线线活活塞塞和和连连杆杆机机构构等等运运动动的的机机构形式构形式较多。较多。工业机器人臂部结构2.2三、机器人臂部机构三、机器人臂部机构2臂部俯仰机构臂部俯仰机构1手部 2夹紧缸 3升降缸 4小臂 5、7摆动气缸 6大臂 8立柱机机器器人人手手臂臂的的俯俯仰仰运运动动一一般般采采用用活活塞塞(气气)缸缸与与连连杆杆机机构构联联用用来来实现。实现。铰接活塞缸实现手臂俯仰运动结构示意图 工业机器人臂部结构2.2三、机器
9、人臂部机构三、机器人臂部机构3臂部回转与升降机构臂部回转与升降机构手手臂臂回回转转与与升升降降机机构构常常采采用用回回转转缸缸与与升升降降缸缸单单独独驱驱动动,适适用用于于升升降降行行程程短短而而回回转角度小于转角度小于360的情况,也有采用升降缸与气动马达的情况,也有采用升降缸与气动马达-锥齿轮传动的结构。锥齿轮传动的结构。工业机器人腕部结构2.3腕腕部部是是联联接接手手臂臂和和手手部部的的结结构构部部件件,它它的的主主要要作作用用是是确确定定手手部部的的作作业业方方向向。因因此它具有独立的自由度,以满足机器人手部完成复杂的此它具有独立的自由度,以满足机器人手部完成复杂的姿态调整姿态调整。要
10、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:臂转臂转:指腕部绕:指腕部绕小臂轴线方向的旋转,也称作腕部旋转小臂轴线方向的旋转,也称作腕部旋转;腕腕摆摆:指指手手部部绕绕垂垂直直小小臂臂轴轴线线方方向向进进行行旋旋转转,腕腕摆摆分分为为俯俯仰仰和和偏偏转转,其中同时具有俯仰和偏转运动的称作其中同时具有俯仰和偏转运动的称作双腕摆双腕摆;手转手转:指:指手部绕自身的轴线方向手部绕自身的轴线方向旋转。旋转。工业机器人腕部结构2.3腕腕部部的的结结构构多多为为上上述述三三个个回回转转方方式式的的组组合合,组组合合的的方方式式可可以以
11、有有多多种种形形式式,常常用用的腕部组合方式有的腕部组合方式有臂转臂转腕摆腕摆手转结构手转结构,臂转臂转双腕摆双腕摆手转结构手转结构等。等。腕部关节配置图a)臂转、腕摆、手转结构 b)臂转、双腕摆、手转结构工业机器人腕部结构2.3一、机器人一、机器人手腕的典型结构手腕的典型结构a)臂转R手腕 b)俯仰B手腕 c)偏转B手腕 d)T手腕1手腕的分类手腕的分类(1)单自由度手腕)单自由度手腕R关关节节:组组成成转转动动副副关关节节的的两两个个构构件件自自身身几几何何回回转转中中心心和和转转动动副副回回转转轴轴线线重重合合,多数情况下,手腕的关节轴线与手臂的纵轴线多数情况下,手腕的关节轴线与手臂的纵
12、轴线共线。共线。B关关节节:组组成成转转动动副副关关节节的的两两个个构构件件自自身身几几何何回回转转中中心心和和转转动动副副回回转转轴轴线线垂垂直直,多数情况下,关节轴线与手臂及手的轴线相互多数情况下,关节轴线与手臂及手的轴线相互垂直。垂直。工业机器人腕部结构2.3一、机器人一、机器人手腕的典型结构手腕的典型结构二自由度手腕a)BR手腕 b)BB手腕 c)RR手腕1手腕的分类手腕的分类(2)二自由度手腕)二自由度手腕工业机器人腕部结构2.3一、机器人一、机器人手腕的典型结构手腕的典型结构1手腕的分类手腕的分类(3)3自由度手腕自由度手腕工业机器人腕部结构2.3一、机器人一、机器人手腕的典型结构
13、手腕的典型结构2手腕的典型结构手腕的典型结构(1)单自由度回转运动手腕)单自由度回转运动手腕回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构1-回转油缸 2-定片 3-腕回转轴 4-动片 5-手腕工业机器人腕部结构2.3一、机器人一、机器人手腕的典型结构手腕的典型结构2手腕的典型结构手腕的典型结构(2)双自由度回转运动手腕)双自由度回转运动手腕工业机器人腕部结构2.3一、机器人一、机器人手腕的典型结构手腕的典型结构2手腕的典型结构手腕的典型结构(3)三自由度回转运动手腕)三自由度回转运动手腕 KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图工业机器人腕部结构2.3二、二、柔顺手腕结构柔顺手腕结构柔柔顺顺手手
14、腕腕是是顺顺应应现现代代机机器器人人装装配配作作业业产产生生的的一一项项技技术术,它它主主要要被被应应用用于于机机器器人人轴轴孔孔装装配配作作业业中中。柔柔顺顺手手腕腕可可主主动动或或被被动动的的调调整整装装配配体体之之间间的的相相对对位位姿姿,补补偿偿装配误差,以顺利完成装配作业。装配误差,以顺利完成装配作业。移动摆动柔顺手腕 柔顺手腕动作过程工业机器人手部结构2.4一、工业机器人一、工业机器人手部的特点手部的特点手手部部是是装装在在机机器器人人手手腕腕末末端端法法兰兰上上直直接接抓抓握握工工件件或或执执行行作作业业的的部部件件。机机器器人人的的手部也叫末端执行器,它分为两类:手部也叫末端执
15、行器,它分为两类:手部和专用操作器手部和专用操作器。1手部与手腕相连处可拆卸手部与手腕相连处可拆卸根根据据夹夹持持对对象象的的不不同同,手手部部结结构构会会有有差差异异,通通常常一一个个机机器器人人配配有有多多个个手手部部装装置置或工具,因此要求手部与手腕处的接头具有或工具,因此要求手部与手腕处的接头具有通用性和互换性通用性和互换性。2手部是机器人末端操作器手部是机器人末端操作器可可以以是是类类人人的的手手爪爪,也也可可以以是是进进行行专专业业作作业业的的工工具具,比比如如装装在在机机器器人人手手腕腕上上的的喷枪、焊枪等。喷枪、焊枪等。工业机器人手部结构2.4一、工业机器人一、工业机器人手部的
16、特点手部的特点3手部的通用性比较差手部的通用性比较差机机器器人人手手部部通通常常是是专专用用的的装装置置,比比如如:一一种种手手爪爪往往往往只只能能抓抓握握一一种种或或几几种种在在形状、尺寸、重量等方面相近似的工件;一种工具只能执行一种作业任务。形状、尺寸、重量等方面相近似的工件;一种工具只能执行一种作业任务。4手部是一个独立的部件手部是一个独立的部件假假如如把把手手腕腕归归属属于于手手臂臂,那那么么机机器器人人机机械械系系统统的的三三大大件件就就是是机机身身、手手臂臂和和手手部部。手手部部对对于于整整个个工工业业机机器器人人来来说说是是完完成成作作业业好好坏坏、作作业业柔柔性性好好坏坏的的关
17、关键键部部件之一。件之一。工业机器人手部结构2.4二、工业机器人手部的分类二、工业机器人手部的分类1按用途分类按用途分类(1)手爪)手爪手爪具有一定的通用性,它的主要功能是:抓住工件手爪具有一定的通用性,它的主要功能是:抓住工件握持工件握持工件释放释放工件。工件。(2)专用操作器)专用操作器专专用用操操作作器器也也称称作作工工具具,是是进进行行某某种种作作业业的的专专用用工工具具,如如机机器器人人涂涂装装用用喷喷枪枪、机机器器人焊接用焊枪人焊接用焊枪等。等。工业机器人手部结构2.4二、工业机器人手部的分类二、工业机器人手部的分类2按夹持方式分类按夹持方式分类手部按照夹持方式划分,可以分为手部按
18、照夹持方式划分,可以分为外夹式、内撑式和内外夹持式外夹式、内撑式和内外夹持式三类。三类。3按工作原理分类按工作原理分类(1)夹持类手)夹持类手部,通常部,通常又叫机械手爪,分靠又叫机械手爪,分靠摩擦力夹持和吊钩承重摩擦力夹持和吊钩承重两种。两种。(2)吸附类手部:吸附类手部有)吸附类手部:吸附类手部有磁力类吸盘和磁力类吸盘和真空(气吸)类真空(气吸)类吸盘吸盘两种。两种。磁磁力力类类吸吸盘盘主主要要是是磁磁力力吸吸盘盘,有有电电磁磁吸吸盘盘和和永永磁磁吸吸盘盘两两种种。真真空空类类吸吸盘盘主主要要是是真真空空式式吸吸盘盘,根根据据形形成成真真空空的的原原理理可可分分为为真真空空吸吸盘盘、流流负
19、负压压吸吸盘盘和挤气负压吸盘和挤气负压吸盘三种。三种。工业机器人手部结构2.4工业机器人手部结构2.4二、工业机器人手部的分类二、工业机器人手部的分类4按手指或吸盘数目分类按手指或吸盘数目分类按手指数目可分为二指手爪及多指手爪。按手指数目可分为二指手爪及多指手爪。三指手 多关节柔性手指手爪工业机器人手部结构2.4二、工业机器人手部的分类二、工业机器人手部的分类5.按智能化分类按智能化分类按手部的智能化划分,可以分为普通式手爪和智能化手爪两类。按手部的智能化划分,可以分为普通式手爪和智能化手爪两类。普普通通式式手手爪爪不不具具备备传传感感器器。智智能能化化手手爪爪具具备备一一种种或或多多种种传传
20、感感器器,如如力力传传感感器器、触觉传感器及滑觉传感器等,手爪与传感器集成成为智能化手爪。触觉传感器及滑觉传感器等,手爪与传感器集成成为智能化手爪。工业机器人手部结构2.4三、工业机器人三、工业机器人的夹持式手部的夹持式手部1夹钳式手部夹钳式手部由由手手指指(手手爪爪)和和驱驱动动机机构构、传传动动机机构构及及连连接接与与支支承承元元件件组组成成,能能通通过过手手爪爪的的开开闭闭动动作作实实现现对对物物体体的的夹持。夹持。夹钳式手部的组成1-手指 2-传动机构 3-驱动装置 4-支架 5-工件工业机器人手部结构2.4三、工业机器人三、工业机器人的夹持式手部的夹持式手部1夹钳式手部夹钳式手部(1
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