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第二章 机器人的机械结构
气吸式手部
真空气吸吸附手部
气流负压吸附手部
挤压排气式手
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第二章 机器人的机械结构
气吸式手部具有结构简单、重量轻、使用方便可 靠等优点。广泛用于非金属材料或不可有剩磁的材料 的吸附。 气吸式手部的另一个特点是对工件表面没有损伤， 且对被吸持工件预定的位置精度要求不高；但要求工 件上与吸盘接触部位光滑平整、清洁，被吸工件材质 致密，没有透气空隙。
(1)夹持类
(2)吸附类
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第二章 机器人的机械结构
1.夹持类 (1)夹钳式 • 手指1 • 传动机构2
• 驱动装置3
• 支架4
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1）手指 ①指端的形状
第二章 机器人的机械结构
V型指
平面指
尖指
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特形指
第二章 机器人的机械结构
②指面型式 根据工件形状、大小及其被夹持部位材质软硬、表 面性质等的不同，手指的指面有光滑指面、齿型指面 和柔性指面三种形式。 ③手指的材料 对于夹钳式手部，其手指材料可选用一般碳素钢和 合金结构钢。为使手指经久耐用，指面可镶嵌硬质合金； 高温作业的手指，可选用耐热钢；在腐蚀性气体环境下 工作的手指，可镀铬或进行搪瓷处理，也可选用耐腐蚀 的玻璃钢或聚四氟乙烯。
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第二章 机器人的机械结构
（2）磁吸式
磁吸式手部是利用永久磁铁或电磁铁通电后产生 的磁力来吸附材料工件的，应用较广。磁吸式手部不 会破坏被吸件表面质量。磁吸式手部比气吸式手部优 越的方面是：有较大的单位面积吸力，对工件表面光 洁度及通孔、沟槽等无特殊要求。磁吸式手部的不足 之处是：被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑 （如铁屑等），影响正常工作。因此对那些不允许有 剩磁的零件要禁止使用。对钢、铁等材料制品，温度 超过723℃就会失去磁性，故在高温下无法使用磁吸式 手部。磁吸式手部按磁力来源可分为永久磁铁手部和 电磁铁手部。电磁铁手部由于供电不同又可分为交流 电磁铁和直流电磁铁手部。
SCARA型装配机器人
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第二章 机器人的机械结构
机器人的构型
二、特种机器人 仿生型 自由度一般较多，具有更强的适应性和灵活性，但控制更 复杂，成本更高，刚性较差。
类人型机器人
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蛇形机器人
仿狗机器人
第二章 机器人的机械结构
六足漫游机器人
六轮漫游机器人
仿鱼机器人
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第二章 机器人的机械结构
（2）钩托式手部 钩托式手部是不靠夹紧力来夹持工件，而是利用 手指对工件钩、托、捧等动作来托持工件。
无驱动装置
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有驱动装置
第二章 机器人的机械结构
（3）弹簧式手部
弹簧式手部靠弹簧力的作用将工件夹紧，手部不 需要专用的驱动装置，结构简单，只适于夹持轻小工件。
仿鸟机器人
第二章 机器人的机械结构
2.按机器人结构坐标系特点方式分类
（1）直角坐标型 （2）圆柱坐标型（3） 极坐标型 （4） 多关节型
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第二章 机器人的机械结构
四种坐标型机器人的机构简图
（1）直角坐标型 （2）圆柱坐标型 （3）极坐标型 （4）关节型
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第二章 机器人的机械结构
弹簧式手部
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第二章 机器人的机械结构
2.吸附类 吸附式手部靠吸附式取料。根据吸附力的不同 有气吸附和磁吸附二种。吸附式手部适应于大平面、 易碎、微小的物体，因此使用面也较大。 （1）气吸式 气吸式手部是工业机器人常用的一种吸持工件的 装置。它由吸盘、吸盘架及进排气系统组成，气吸式 手部是利用吸盘内的压力与大气压之间的压力差而工 作的。按形成压力差的方法，可分为真空气吸、气流 负压气吸、挤压排气负压气吸三种。
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第二章 机器人的机械结构
4．工作载荷 机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受 的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩 来表示。 5．控制方式
机器人用于控制轴的方式，是伺服还是非伺服， 伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。
6．驱动方式 指关节执行器的动力源。 7．精度、重复精度和分辨率
第二章 机器人的机械结构
第二章 机器人本体的机械结构
第一节 机器人的组成和分类 第二节 机器人的主要技术参数 第三节 机器人的机械结构与运动 第四节 机器人的驱动机构
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第二章 机器人的机械结构
第一节 机器人的组成和分类
一、机器人的组成 机器人是一个机电一体化的设备。从控制观点来看， 机器人系统可以分成四大部分：机器人执行机构、驱 动装置、控制系统、感知反馈系统。
500mm 1200mm / s
2.10rad / s 重复定位误差：±0.05mm A5 1900 1.05rad / s 控制方式：五轴同时可控，点位控制； 持重（最大伸长、最高速度下）：30kg 驱动方式：三个基本关节由交流伺服电机驱动，并采 用增量式角位移检测装置；
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第二章 机器人的机械结构
三、机身和臂部机构 机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部 件。
常用的机身结构有：
（1）升降回转型机身结构； （2）俯仰型机身结构； （3）直移型机身结构； （4）类人机器人机身结构。
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第二章 机器人的机械结构
2.臂部结构 手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件， 它的作用是支承腕部和手部，并带动它们在空间运动。 根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装 置的不同，可分为： （1）伸缩型臂部结构； （2）转动伸缩型臂部结构； （3）屈伸型臂部结构以及; （4）其他专用的机械传动臂部结构。
手腕绕小臂轴线的转动。有些机器人限制其 手腕转动角度小于360度。另一些机器人则仅仅受 到控制电缆缠绕圈数的限制，手腕可以转几圈。 (2)手腕弯曲
指手腕的上下摆动，这种运动也称为俯仰。 (3)手腕侧摆 指机器人手腕的水平摆动。手腕的旋转和俯 仰两种运动结合起来可以构成侧摆运动，通常机 器人的侧摆运动由一个单独的关节提供。
是手臂的伸缩运动。机器人手臂的伸缩使其手臂的工作长 度发生变化。在圆柱坐标式结构中，手臂的最大工作长度决定 其末端所能达到的圆柱表面直径。 （3）回转运动 指机器人绕铅垂轴的转动。这种运动决定了机器人能手臂 所能到达的角位置。
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第二章 机器人的机械结构
2.手腕的运动 (1)手腕旋转
关节型搬运机器人
关节型焊接机器人
第二章 机器人的机械结构
机器人的构型
5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活 性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装 配作业。
一、机器人机械结构的组成 1、手部结构
第二章 机器人的机械结构
2、手腕结构
3、臂部结构 4、机身结构
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第二章 机器人的机械结构
二、机器人机构的运动
1.手臂和本体的运动 （1）垂直移动 指机器人手臂的上下运动。这种运动通常采用液压缸机构 或其他垂直升降机构来完成，也可以通过调整整个机器人机身 在垂直方向上的安装位置来实现。 （2）径向移动
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3.机身和臂部的配置型式
机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体 布局。
（1）横梁式
单臂悬挂式
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双臂悬挂式
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（2）立柱式
单臂式
双臂式
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（3）机座式
单臂回转式
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2、圆柱坐标型 (R2P)
结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较 简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动 惯量较大，定位精度相对较低。
圆柱坐标型机器人模型
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Verstran 机器人
Verstran 机器人
第二章 机器人的机械结构
机器人的构型
3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)
1 处理器
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关节控制器
工作对象
外部传感器（环境检测）
第二章 机器人的机械结构
机器人的执行机构的驱动方式
• 液压式
具有大的抓举能力，结构紧凑，动作平稳，耐冲击；但要求液压 元件有较高的制造精度，密封性能。
• 气动式
气源方便，动作迅速，结构简单，造价较低；但难以进行速度控 制，抓紧能力较低。
二、驱动装置 包括：驱动源、传动机构等。相当于人的肌肉、筋络。
三、感知反馈系统
包括：内部信息传感器，检测位置、速度等信息；外部信息传感器，检测 机器人所处的环境信息。相当于人的感官和神经。 四、控制系统 包括：处理器及关节伺服控制器等，进行任务及信息处理，并给出控制信 号。相当于人的大脑和小脑。
内部传感器（位形检测） 控制系统 驱动 装置 执行 机构
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第二章 机器人的机械结构
常用的手腕组合的方式
臂转、腕摆、手转结构
臂转、双腕摆、手转结构
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第二章 机器人的机械结构
五、手部机构 机器人的手部是最重要的执行机构，从功能和形 态上看，它可分为工业机器人的手部和仿人机器人的 手部。 工业机器人常用的手部按其握持原理可以分为:
机器人 执行机构 手 腕 臂 肩 部 部 部 部
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驱动装置
（ 固 定 或 移 动 ）