机器人的组成结构PPT.ppt
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1、第二章第二章 机器人的机器人的组成组成结构结构 2.1 机器人系统的组成如图21所示,机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统驱动系统 要使机器人运行起来,需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置,这就是驱动系统感受系统 它由内部传感器模块和外部传感器模块组成,获取内部和外部环境状态中有意义的信息智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的,然而,对于一些特殊的信息,传感器比人类的感受系统更有效机器人一环境交互系统机器人一环境
2、交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统机器人与外部设备集成为一个功能单元,如加工制造单元、焊接单元、装配单元等人一机交互系统 人一机交互系统是人与机器人进行联系和参与机器人控制的装置:指令给定装置和信息显示装置控制系统 控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号,支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能如果机器人不具备信息反馈特征,则为开环控制系统;具备信息反馈特征,则为闭环控制系统根据控制原理可分为程序控制系统,适应性控制系统和人工智能控制系统根据控制运动的形式可分为点位控制和连续轨迹控制 相关术语及性能指标相关术语及性能指标关节(关节(Join
3、t):即运动副,允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。:即运动副,允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。连杆连杆(Link):):机器人手臂上被相邻两关机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。节分开的部分。自自由由度度(Degree of freedom):或或者者称称坐坐标标轴轴数数,是是指指描描述述物物体体运运动动所所需需要要的的独独立立坐标数。手指的开、合,以及手指关节的自由度一般不包括在内。坐标数。手指的开、合,以及手指关节的自由度一般不包括在内。刚刚度度(Stiffness):机机身身或或臂臂部部在在外外力力作作用用下下抵抵抗抗变变形形的的能能力力。它它是是用用外外力力和和在
4、在外外力力作用方向上的变形量(位移)之比来度量作用方向上的变形量(位移)之比来度量。定定位位精精度度(Positioning accuracy):指指机机器器人人末末端端参参考考点点实实际际到到达达的的位位置置与与所所需需要要到到达达的的理理想想位位置置之之间间的差距。的差距。重重复复性性(Repeatability)或或重重复复精精度度:在在相相同同的的位位置置指指令令下下,机机器器人人连连续续重重复复若若干干次次其其位位置置的的分分散散情况。它是衡量一列误差值的密集程度,即重复度。情况。它是衡量一列误差值的密集程度,即重复度。oo工作空间(工作空间(Working space):机器人手腕
5、参考机器人手腕参考点或末端操作器安装点(不包括末端操作器)所点或末端操作器安装点(不包括末端操作器)所能到达的所有空间区域,一般不包括末端操作器能到达的所有空间区域,一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。本身所能到达的区域。2.2工业机器人的机械结构 工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手,由手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。2.2.12.2.1机械手的操作动作机械手的操作动作机械手的动作形态是由三种不同的单动作旋转、回转、伸缩组合而成的。旋转和回转是指运动机构产生相对运动。旋转是转动部件的轴线和转动轴同轴;回转是转动部件的轴线与转动轴不同轴。伸缩是指运动机构产生直线运动
6、。2.2.22.2.2机械手的坐标形式和自由度机械手的坐标形式和自由度(1)根据单元动作组合方式的不同,机械手的动作形态一般归纳为以下四种坐标类型:直角坐标型(图722);圆柱坐标型(图723);极坐标型(图724);多关节型(图725)。直角坐标型机械手可以在三个互相垂直的方向上作直线伸缩运动,这类机械手各个方向的运动是独立的,计算和控制比较方便,但占地面积大,限于特定的应用场合 圆柱坐标型机械手有一个围绕基座轴的旋转运动和两个在相互垂直方向上的直线伸缩运动。它适用于采用油压(或气压)驱动机构,在操作对象位于机器人四周的情况下,操作最为方便。极坐标型机械手的动作形态包括围绕基座轴的旋转,一个
7、回转和一个直线伸缩运动,其特点类似于圆柱型机械手。多关节型机械手最接近于人臂的构造。它主要由多个回转或旋转关节所组成,一般都采用电机驱动机构。运用不同的关节连接方式,可以完成各种复杂的操作。由于具有占地面积小,动作范围大,空间移动速度快而灵活等特点,多关节型机械手在各种智能机器人中被广为采用。SCARA机器人 关节式机器人2.2.32.2.3机器人机器人机构运动简图机构运动简图(1)(1)(1)(1)PUMA一262机器人机构 图21是PUMA系列一种较小的机器人PUMA一262机器人机构(操作机)的外形直观图。它有一个立柱,可以垂直回转,称作腰关节,也称1轴。有大臂、小臂,它们的回转轴称作肩
8、关节(2轴)和肘关节(3轴)。这3个轴和杆,构成了该机器人的位置机构(又称主关节轴组),即由他们的几何参数(杆长和偏距)和运动参数(关节轴的转角)决定手腕(参考点)的空间活动范围(工作空间)。手腕具有3个互相垂直的回转轴(4、5、6轴),它们是姿态机构(又称副关节轴组),即它们的转角确定着工具(图中未画)的空间姿态。PUMA262型机器人具有六个自由度,可以进行复杂空间曲面的弧焊作业 6个关节轴由6个独立的电机驱动,由图22可以看出,电机1通过两对齿轮传动带动立柱回转;电机2通过联轴器、一对圆锥齿轮和一对圆柱齿轮带动齿轮Z,齿轮Z绕与立柱固联的齿轮Z转动,于是形成了大臂相对于立柱的回转运动;电
9、机3通过两个联轴器和一对圆锥齿轮、两对圆柱齿轮(Z固联于小臂上)驱动小臂相对于大臂回转;电机4先通过一对圆柱齿轮、两个联轴器和另一对圆柱齿轮(Z固联于手腕的套筒上)驱动手腕相对于小臂回转;电机5通过联轴器、一对圆柱齿轮、一对圆锥齿轮(Z联于手腕的球壳上)驱动手腕相对于小臂(亦即相对于手腕的套筒)摆动();电机6通过联轴器、两对圆锥齿轮和一对圆柱齿轮驱动机器人的机械接口(法兰盘)相对于手腕的球壳回转()可以看出,6个电机通过一系列的联轴器和齿轮副,形成了6条传动链,得到了6个转动自由度,从而形成了一定的工作空间并使工具各式各样的运动姿势 这里所使用的联轴器,都是具有挠性的螺旋形联轴器(如图23)
10、;齿轮传动都具有消隙机构,从而保证了正反转时的回差在一定的精度范围内。由于先进的制造技术,虽然使用了一般的多级齿轮传动,但仍具有很高的运动和定位精度(2)机器人机器人机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图直角坐标式直角坐标式圆柱坐标式圆柱坐标式123456123456多关节型机械手2.2.42.2.4工业机器人手部工业机器人手部(手爪手爪)结构结构1.滑槽杠杆式手部滑槽杠杆式手部2.齿轮齿条式手部齿轮齿条式手部3.滑块杠杆式手部滑块杠杆式手部4.斜斜楔楔杠杠杆杆式式5.移动型连杆式手部移动型连杆式手部6.齿轮齿条式手部齿轮齿条式手部7.内涨斜块式手部内涨斜块式手部8.连杆杠杆式手部连
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