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▪ 6自由度轻型臂构型
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传动方案设计
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集成化设计
▪ 驱动、传动、 传感、控制
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集成化设计
▪ 电气及传感器
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2.2 机器人的驱动与传动系统结构
2.2.1 驱动—传动系统的构成
驱动器（通过联轴器）带动传动装置(一般为减速器) ，再通过关节轴带动杆件运动。
第二章 机器人的主要结构
机器人本体的结构形式
机 器 人本体
执行机构
传动装置
驱动装置
控制系统
感知系统
手 部 （腕臂腰 操部部部 作 器 ）
（ 固基
定
或座
移 动
）
电 驱 动 装 置
液 压 驱 动 装 置
气 压 驱 动 装 置
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关
节
处伺
理服
器
控
制
器
内外 部部 传传 感感 器器
小臂（上臂）
腕部 手部
伺服电机驱动关节——伺服电机+联pp轴t课节件+传动装置+运动关节+反馈元件
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2.2.2 驱动装置的类型和特点
1．电动驱动装置 电动驱动装置的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精
度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。 电动驱动装置又可分为直流 (DC)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电
微电机+减pp速t课器件
微小型减速器
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2. 机器人常用传动机构
机器人几乎使用了目前出现的绝大多数传动机构。
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其中腰关节最常用谐波传动、齿轮/蜗轮传动；臂关节最常
用谐波传动、RV摆线针轮行星传动和滚动螺旋传动。腕关节
最常用齿轮传动、谐波传动、同步带传动和纲绳传动。
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示教盒
大臂 （下臂）
腰部 基座
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控制柜
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2.1 机器人本体设计的步骤
1、作业分析
作业分析包括任务分析和环境分析，不同的作业任务 和环境对机器人操作及的方案设计有着决定性的影响。
2、总体方案设计
（1）确定动力源
（2）确定构型和安装方式
（3）确定自由度
（4）确定动力容量和传动方式
（5）优化运动参数和结构参数
配套的数字控制系统。
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2.2.3 机器人的常用传动机构
1. 机器人传动机构的基本要求
(1) 结构紧凑，即同比体积最小、重量最轻； (2) 传动刚度大，即承受力矩作用时变形要小，以提高整机的
固有领率，降低整机的低频振动； (3) 回差小，即由正转到反转时空行程要小，以得到较高的位
置控制精度； (4) 寿命长、价格低。
最常用的运动关节——转动关节和移(直)动关节。 为了进行位置和速度控制，驱动系统中还包括位置和 速度检测元件。
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1—码盘； 2 —测速机； 3 —电机； 4 —联轴器； 5 —传动装置； 6 —转动关节； 7 —杆
8 —电机； 9 —联轴器； 10 —螺旋副； 11 —移动关节； 12 —电位器(或光栅尺)
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1—腰部固定立柱壳体； 2 —腰部回转壳体； 3 —四点接触球轴承； 4 —伺服电机组件； 5—谐波减速器；
机驱动。 直流伺服电机电刷易磨损，且易形成火花。无刷直流电机也得到了
越来越广泛的应用。 步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度
小功率机器人系统。
直流电机（有刷）
盘式无刷直流电机ppt课件 步进电机
交流伺服电机
2. 液压驱动装置
• 优点：功率大，可省去减速装置直接与 被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好 ，响应快，伺服驱动具有较高的精度。
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例：六自由度轻型机械臂的设计
▪ 机械臂的设计指标：
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构型设计原则
▪ 自由度为主，兼顾复杂程度、刚度及控制难度 ▪ 关节运动范围尽可能大 ▪ 关节无奇异 ▪ 工作空间无死区，至少6自由度 ▪ 构型合理，驱动、传动布置 ▪ 模块化
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几何构型
▪ 考虑运动学逆解的存在性：1） 三个相邻关节轴线 交于一点，2）三个相邻关节轴线相互平行
气
气
动
动
气
马
摆
缸
达
动
马
达
气 泵
气 动 三
气 动 控
大
制
件
阀
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4．其它驱动装置
作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金、人工 肌肉等。
压电微驱动并联机器人
形状记忆合金驱动机器人手
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5．驱动装置的选择原则
➢ 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。
一般说来，目前负荷为100 kg以下的,可优先考虑电动驱 动装置。
只须点位控制且负荷较小者，或有防暴、清洁等特殊要 求者，可采用气动驱动装置。
负荷很大或机器人周围已有液压源的常温场合，可采用 液压驱动装置。
➢ 对于驱动装置来说，最重要的指标要求是起动力矩大，
调速范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好、与之
腰关节多采用高刚性的RV减速器传动，也可采用谐波传 动、摆线针轮或蜗杆传动。其转动副多采用薄壁轴承或四点 接触轴承，有的还设计有调隙机构。
对于液压驱动关节，多采用回转缸+齿轮传动机构。
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5
1 —电机；2 — RV减速器，3 —支架，4 —交叉滚子轴承；5 —电缆
同轴式腰关p节pt课〔件电机上置)
（6）确定平衡方式和平衡量
（构设计
包括机器人驱动系统、传动系统的配置及其结构设计， 关节及杆件的结构设计，平衡机构的设计，走线及电器接口 设计等。
4、动特性分析
估算惯性参数，建立系统动力学模型进行仿真、分析，确 定其结构固有频率和响应特性。
5、施工设计
完成施工图设计，编制相关技术文件。
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2.3 工业机器人关节的构造及其传动配置
关节是操作机各杆件间的结合部分，通常为转动和移动两 种类型。
工业机器人前三关节通常称作腰关节、肩关节和肘关节， 它们决定了操作机的位置。后面关节决定了操作机的姿态， 称作腕部关节。
2.3.1 腰关节
腰关节为回转关节，既承受很大的轴向力、径向力，又承 受倾翻力矩，且应具有较高的运动精度和刚度。
• 缺点：需要增设液压源，易产生液体泄 漏，不适合高、低温场合，故液压驱动 目前多用于特大功率的机器人系统。
液压控制阀
液压摆动马达
液压pp马t课达件
液压泵
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应用：并联机器人（六自由度摇摆台）
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3．气动驱动装置
气压驱动的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。 但与液压驱动装置相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度 不易控制，所以多用于精度不高的点位控制机器人。