机器人控制技术与实践 课件 2 机器人的机械结构系统.pptx

1机器人控制技术与实践 2第二章 机器人的机械结构系统2.1 机械结构系统的主要参数2.2 机械臂2.3 行走机构2.4 机械结构设计实例2.5 3D打印 3第二章 机器人的机械结构系统 机器人机械结构系统是机器人的支承基础和执行机构，具备完善、合理的结构是保证机器人是能够精准、高效工作的基础。机械结构的缺陷会限制功能的发挥，即使程序再完美也无法达到期望的效果，因此机器人的机械结构设计直接决定机器人工作性能的好坏。 42.1 机械结构系统的主要参数 一、自由度 机器人的自由度是指确定机器人关节在空间的位置和姿态时所需要的独立运动坐标轴的数目，通常机器人的自由度数等于关节数目。 52.1 机械结构系统的主要参数 二、工作范围 工作范围是指机器人执行器（如手臂末端或手腕中心）所能到达的所有空间区域的集合，也称为工作区域。 工作范围的形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。（a）侧视图 （b）俯视图 62.1 机械结构系统的主要参数 三、工作速度 工作速度是指机器人在工作载荷下，机械接口中心在单位时间内匀速移动的距离或转动的角度。 工作速度受机器人所承载的重量和位置精度有密切的关系，且影响着机器人的工作效率。 72.1 机械结构系统的主要参数 四、工作载荷 工作载荷是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大负载，一般用质量、力矩、惯性矩表示。 机器人的载荷与负载的质量，以及移动速度和加速度大小与方向有着密切关系。 工作载荷还受机器人末端操作器的质量和惯性力影响，为了保证安全，一般将高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。 82.1 机械结构系统的主要参数 五、驱动方式 驱动装置是机器人的动力之源，目前机器人常用的三种驱动器分别为液压式、气动式和电气式。 其选择原则主要有：（1）驱动装置的选择应以作业要求、生产环境为先决条件，以价格高低、技术水平为评价标准（2）驱动装置要求关键指标：力矩大、调速范围宽、惯量小和尺寸小 92.1 机械结构系统的主要参数 六、精度 精度代表的是机器人在空间内，将其执行装置定位到程序设定位置的能力。 通常机器人精度主要是指定位精度，具体是指机器人执行末端实际能到达的位置与目标位置之间的差异。 102.1 机械结构系统的主要参数 七、重复性 重复性是指从同样的位置开始，采用相同的程序、载荷和安装设置，机器人的执行机构能够到达目标位置的有效球形空间半径。 重复性代表了机器人的执行机构在相同的命令下，多次返回至同一位置的能力，可度量多次轨迹之间的误差。它是衡量一系列误差值的密集度，即重复度。 112.1 机械结构系统的主要参数 八、分辨率 分辨率是指能够由机器人执行器实现的最小增量值，比如移动距离或转动角度。 机器人通过传感器控制运动和精确定位时，分辨率是重要的参数之一。目前多数机器人执行机构的分辨率是依据执行机构编码器的分辨率，或伺服电机和传动装置的步长来计算获得。 122.2 机械臂 常见的各类机器人机械结构主要分为三部分：机身、手臂（包括手腕）和手部。 132.2 机械臂 一、机械臂的结构 机器人手臂是连接机身和手腕的部分，用于改变手部的空间位置，并将各种载荷传递到机座。 常见关节型机器人的机械臂主要由腰部、臂部和手腕组成。 142.2 机械臂 二、关节 关节，也称为运动副，在运动学上是指两个物体之间的连接，它限制了两个物体间的相对运动，所以相互连接的两个物体便构成了一个关节。（a）垂直平移 （b）平行平移 （c）平面旋转 （d）空间旋转 152.2 机械臂 1、平移关节 平移关节，又称为平移副、棱柱关节或滑动关节，是两杆件间的组件能使其中一件相对于另一件作直线运动的关节。 平移关节有两种基本类型：单级型和伸缩型。单级型关节由一个可以沿另一个固定表面移动的表面组成。伸缩型关节本质上是由单级型关节组合而成。 162.2 机械臂 2、旋转关节 旋转关节，又称为回转副、回转关节和转动关节，是连接两杆件的组件能使其中一件相对于另一件绕固定轴转动的关节，两个构件之间只做相对转动的运动副。 旋转关节的