• 例题:德国KUKA机器人手腕传动系统
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三.柔顺手腕结构
机器人精密装配作业
• §2—7 机器人手臂
• 手臂自由度：一般为3 • 作用： • 承受工件重量，将抓 取的工件送到指定位 置。
六自由度工业机器人
• 类型：按手臂结构：单臂、双臂、悬挂式 • 按手臂运动形式：直线运动（伸缩、升降、纵 横）、回转运动、仰俯摆动
公共约束 m＝1（X）
F (6 m)n (5 m) P5 (4 m) P4 (3 m) P3 (2 m) P2 P 1
5n 4P5 3P4 2P3 1P2
5 3 4 3 2 1 1
F 6n (5P 5 4P 4 3P 3 2P 2 P 1) 6n (5P5 ) 6 3 (5 4) 2
主要类型
（1）直角坐标型（PPP型) （2）圆柱坐标型（PPR型） （3）球坐标型（RRP型） （4）关节型 (RRR型）
• 坐标形式 • 直角坐标
• 圆柱坐标
• 球坐标
• 关节坐标
4.操作机的工作范围。
工作空间
手腕参考点空间活动最大范围－注意死区
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§2—4机器人自由度
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气流负压吸附-流体力学原理，切断空 气卸料—成本低
• 挤压排气吸附
2.磁吸附
• 电磁吸盘
• 电磁吸盘
• 电磁吸盘
• 电磁吸盘
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三.专用末端操作器及换接器
• 换接器或自动手爪更换装置
• 多工位换接装置
四.仿生多指灵巧手
多关节柔性手腕—牵引钢丝 驱动—电机、液压、气动
• 柔性手—柔性材料，双管，一侧充气（液体），另 一侧抽气或液
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• 例题：n=3,P5=2,P4=1,P3=1
F 6n (5P 5 4P 4 3P 3 2P 2 P 1)
6n (5P5 4P4 3P3 )
6 3 (5 2 4 1 3 1) 1
• （2）公共约束 m
F 6n (5P5 )
• §2—2空间机构的组成
• • • • • • • • • 一、构件 平面自由构件：X Y 绕 Z 轴回转 三个自由度 空间自由构件：X Y Z 绕 X Y Z 轴回转 六个自由度 二、运动副 1、平面运动副： 低副：移动副 回转副 高副：齿轮副、 凸轮副
• 2、空间运动副 • 转动副：约束 5 • Ⅴ级副：
• B) 平面指—夹持方形零件，细小棒料
• C) 尖指、薄指、长指—夹持小零件、柔性零 件、工作场地狭小
• D) 特型指—不规则工件
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2)指面形状 – 光滑指面—夹持精密、已加工好面 – 齿形指面—夹持粗糙毛坯 – 柔性指面—指面上镶嵌橡胶、泡沫、石棉。 隔热、保护
• •
几种典型手爪 弹性力手爪—抓取压入，卸料（执行机构）－ 机器人赖以完成各种作业 的主体部分。通常为开式空间连杆机构。
驱动电机 控制装置
执行机构
机器人本体部分 5自由度焊接机器人
工业机器人的应用实例：
焊接作业 装配作业 清洗作业 搬运作业
传动机构
齿轮传动
同步带传动
2.机器人操作机 操作机 工业机器人的机械结构部分称为操作机。 它由机座、腰部、大臂、小臂、腕部及手部组成。 3．操作机主要类型
一.位姿所需自由度 空间位置自由度需求：3 夹持器姿态自由度需求：3 用途已知：自由度可以小于6 例如：球放入给定位置 3个自由度即可 关节：机器人中运动副通常都称为关节。
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二.局部自由度
局部自由度－－不算机器人自由度 例如： 机器人钻孔钻头旋转 机器人夹手开闭 机器人底座运动
•变位机可降低机器人自由度
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§2—5 机器人末端执行器－手部
末端执行器：抓取、握紧、吸附、夹持等 专用工具 被夹对象：喷枪、焊枪、扳手等 模仿人器官：手
•手部组成:手指、驱动机 构 、传动机构、支承元 件。
末端执行器的设计
• 一.夹钳式取料手
•手指：可以两个、三个、多个手指
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1、指端形状 A)V 型指 —夹持圆柱型（滚柱V 型—可快速加持旋 转零件
自由度 4
• 空间点接触高副：约束 1 • Ⅰ级副：
自由度 5
• 三、机构自由度 • 1、闭式链机构 • 平面机构：
F 3n 2P l P h
• 空间机构： • (1)计算通式 • P－该级运动副个数
F 6n (5P5 4 P4 3P3 2 P2 P 1) 6n iPi
自由度 1
• 移动副：约束 5 • Ⅴ级副：
自由度 1
• 螺旋副：约束 5
自由度 1
Ⅴ级副：
• 圆柱副：约束 4 • Ⅳ级副
自由度 2
• 球销副：约束 4 • Ⅳ级副
自由度 2
• 平面高副 ：约束 4 • Ⅳ级副：
自由度 2
• 球面副：约束 3 • Ⅲ级副：
自由度 3
• 曲面副：约束 2 • Ⅱ级副：
• 多指灵巧手--每个关节独立控制
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§2—6 机器人手腕
手腕自由度 手腕：连接末端执行器与手臂 作用：调整改变工件方位 自由度：1或2或3。通常3个
操作机手腕机构的设计
• 3自由度：臂转、腕转、手转
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手腕典型结构－两自由度弧焊机器人
行星轮系
z3 1 H i 3 H z1
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手臂升降与回转运动
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手臂仰俯运动机构
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手臂复合运动机构
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§2—8机器人机座
固定机座
• 移动机座
– – – – 固定轨迹行走机构 车轮行走机构 履带行走机构 步行行走机构
四轮行走，双轮驱动
四轮行走，差速驱动
盘吸
磁吸
• 例题一:美国Unimation公司PUMA-262机器人 传动系统
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三.冗余自由度
定义：机构自身具有的自由度多于确定夹 持物体在空间位置和姿态所需的自由度称 为冗余度。 例如：我们人体，手臂，手的自由度 6自由度机器人得到广泛应用。 回避障碍物－大于自由度6的机器人
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F 6n (5P5 4 P4 3P3 2 P2 P 1) 6 8 (5 7 4 1) 9
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位置自由度:3 姿态自由度:3 电机:6 联轴器:螺旋挠性
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例题二:日本日立A4010机器人传动系统 位置自由度:3 姿态自由度:1 电机:4
虚约束－ 变成实际 约束
解除约束
F 6n (5P5 4P4 3P3 2P2 P 1) 6n (5P5 4P4 3P3 )
6 3 (5 2 4 1 3 1) 1
F 6n 5P5
6 3 (5 4) 2
6 3 (5 4) 2
F (6 m)n (5 m) P5 (4 m) P4 (3 m) P3 (2 m) P2 P 1
3n 2P5 P4
F 3n 2P l P h
公共约束 m＝3
F (6 3)n (5 3) P5 (4 3) P4 (3 3) P3 3n 2 P5 P4 1
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弹性力手爪
•
弹性力手爪
• 摆动式手爪—抓取圆柱物体
• 摆动式手爪
固 定 支 点
• 齿轮齿条手爪
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• 自重式手爪
• 弹簧外卡式手爪
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平动式手爪—夹持两个平行平面物体
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二.吸附式取料手
1.气吸附—板材、纸张、玻璃
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•
①真空吸附—真空泵，成本高。
• 球铰真空吸附
• 微小零件吸附
H 13
i1H
n1 z3 1 nH z1
3
渐开线少齿差行星传动
1 H z2 i 2 H z1
H 12
i1H
n1 z2 1 nH z1
iHV
渐开线一齿差行星传动
Z1 iH 1 Z 2 Z1
iHV iH1 Z1
iHV
Z1 iH 1 Z 2 Z1
机器人技术 Robot Technology
• 第二章
机器人结构分析
Structure Analysis of Industrial Robot
• §2—1 概述
• • • • • • • • 复习： 机械←机构、机器←构件←零件 构件：运动单元体 零件：加工制造单元体 机构：平面、空间 平面机构自由度： F=3n-2Pl-Ph 机器人属空间机构。
滑块用圆柱副
C点用球面副
F 6n (5P 5 4P 4 3P 3)
6 3 (5 2 4 1 3 1) 1
正切机构
F 6n (5P5 1P 1)
6 2 (5 2 11) 1
• 2、开式运动链 • 运动副自由度
fi 6 i
公共约束 m＝3
F (6 3)n (5 3) P5 (4 3) P4 (3 3) P3 3n 2 P5 P4 1
公共约束 m＝4
F (6 m)n (5 m) P5 (4 m) P4 (3 m) P3 (2 m) P2 P 1 2n P5
Pi
F f i Pi
1 5
i
运动副 级数
该级运动副数 机构自由度
F 6n (5P 5 4P 4 3P 3 2P 2 P 1)