机器人的组成结构[1]课件.ppt
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- 机器人 组成 结构 课件
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1、2022-8-13机器人的组成结构1机器人的组成结构机器人的组成结构机器人的组成结构1一、机器人系统的组成 如图所示,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机器人的组成结构1 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
2、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、装配单元等机器人的组成结构1 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
3、位控制和连续轨迹控制 机器人的组成结构1操作机器人本体的结构形操作机器人本体的结构形式式机机 器器 人本人本体体执行机构执行机构驱动装驱动装置置控制系统控制系统感知系统感知系统手部(操作器)手部(操作器)腕部腕部臂部臂部腰部腰部电驱动装置电驱动装置液压驱动装置液压驱动装置气压驱动装置气压驱动装置处理器处理器关节伺服控制器关节伺服控制器内部传感器内部传感器外部传感器外部传感器 基基 座座(固定或移动固定或移动)传动装传动装置置机器人的组成结构16手部手部腕部腕部小臂(上臂)小臂(上臂)大臂大臂(下臂)(下臂)腰部腰部 基基 座座控制柜控制柜示教盒示教盒机器人的组成结构1关节(关节(Joint):
4、即运动副,允许机器人手臂各零件之间发生相):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。对运动的机构。连杆连杆(Link):):机器人手臂上机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。被相邻两关节分开的部分。机器人的组成结构1自由度(自由度(Degree of freedom):或者称坐标轴数,是指描述物:或者称坐标轴数,是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合,以及手指关节的自体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合,以及手指关节的自由度一般不包括在内。由度一般不包括在内。刚度(刚度(Stiffness):):机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。
5、它是用外力和在外力作用方向上的变形量(位移)之比来度量它是用外力和在外力作用方向上的变形量(位移)之比来度量。机器人的组成结构1定位精度(定位精度(Positioning accuracy):指):指机器人末端参考点实际到达的位置与所机器人末端参考点实际到达的位置与所需要到达的理想位置之间的差距。需要到达的理想位置之间的差距。重复性(重复性(Repeatability)或重复精度:)或重复精度:在相同的位置指令下,机器人连续重在相同的位置指令下,机器人连续重复若干次其位置的分散情况。它是衡复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度,即重复度。量一列误差值的密集程度,即重复度。oo机
6、器人的组成结构1工作空间(工作空间(Working space):机器机器人手腕参考点或末端操作器安装点人手腕参考点或末端操作器安装点(不包括末端操作器)所能到达的所(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。机器人的组成结构1二、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。2.12.1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
7、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。机器人的组成结构1机器人的组成结构12.22.2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 机器人的组成结构1 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。
8、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,一个回转和一个直线伸缩运动,其特点类似于圆柱型机械手。机器人的组成结构1 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。机器人的组成结构1机器人的组成结构1SCARA机器人 关节式机器人机器人的组成结构12.3.2.3.机身、臂部和手部机构机身、臂部和手部机构机身是直接联
9、接、支承和传动手臂及行走机构的部件。它是由臂部运动(升降、平移、回转和俯仰)机构及有关的导向装置、支撑件等组成。由于机器人的运动型式、使用条件、负载能力各不相同,所采用的驱动装置、传动机构、导向装置也不同,致使机身结构有很大差异。一般情况下,实现臂部的升降、回转或或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上。臂部的运动愈多,机身的结构和受力愈复杂。机身既可以是固定式的,也可以是行走式的,即在它的下部装有能行走的机构,可沿地面或架空轨道运行。机身结构机身结构机器人的组成结构1常用的机身结构:)升降回转型机身结构)俯仰型机身结构)直移型机身结构)类人机器人机身结构机器人的组成结构1臂部结构臂部结构
10、手臂部件(简称臂部)是机器人的主要执行部件,它的作用是支撑腕部和手部,并带动它们在空间运动。机器人的臂部主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件,如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。此外,还有与腕部或手臂的运动和联接支撑等有关的构件、配管配线等。机器人的组成结构1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:)伸缩型臂部结构)转动伸缩型臂部结构)驱伸型臂部结构)其他专用的机械传动臂部结构机器人的组成结构1机身和臂部的配置形式机身和臂部的配置形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。由于机器人的运动要求、工作对象、作业环境和场地等因
11、素的不同,出现了各种不同的配置形式。目前常用的有如下几种形式:()横梁式()立柱式()机座式()驱伸式机器人的组成结构1横梁式横梁式:机身设计成横梁式,用于悬挂手臂部件,这类机器人的运动形式大多为移动式。它具有占地面积小,能有效利用空间,直观等优点。横梁可设计成固定的或行走的,一般横梁安装在厂房原有建筑的柱梁或有关设备上,也可从地面架设。机器人的组成结构1立柱式:立柱式:立柱式机器人多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式,是一种常见的配置形式。一般臂部都可在水平面内回转,具有占地面积小而工作范围大的特点。立柱可固定安装在空地上,也可以固定在床身上。立主式结构简单,服务于某种主机,承担上、下料或
12、转运等工作。机器人的组成结构1机座式机座式:机身设计成机座式,这种机器人可以是独立的、自成系统的完整装置,可以随意安放和搬动。也可以具有行走机构,如沿地面上的专用轨道移动,以扩大其活动范围。各种运动形式均可设计成机座式。机器人的组成结构1屈伸式屈伸式:屈伸式机器人的臂部由大小臂组成,大小臂间有相对运动,称为屈伸臂。屈伸臂与机身间的配置形式关系到机器人的运动轨迹,可以实现平面运动,也可以作空间运动。(图见下页图见下页)机器人的组成结构1机器人的组成结构14、手腕结构、手腕结构手腕手腕是联接手臂和手部的结构部件,它的主要作用是确定手部的作业方向。因此它具有独立的自由度,以满足机器人手部完成复杂的姿
13、态。要确定手部的作业方向,一般需要三个自由度,这三个回转方向为:)臂转绕小臂轴线方向的旋转。)手转使手部绕自身的轴线方向旋转。)腕摆使手部相对于臂进行摆动。机器人的组成结构1手腕结构多为上述三个回转方式的组合,组合的方式可以有多种形式如下图所示:机器人的组成结构1腕部结构的设计要满足传动灵活、结构紧凑轻巧、避免干涉。机器人多数将腕部结构的驱动部分安排在小臂上。首先设法使几个电动机的运动传递到同轴旋转的心轴和多层套筒上去。运动传入腕部后再分别实现各个动作。机器人的组成结构1柔顺手腕柔顺手腕在用机器人进行精密装配作业中,当被装配零件的不一致、工件的定位夹具、机器人的定位精度不能满足装配要求时,会导
14、致装配困难。这就提出了柔顺性要求。柔顺装配技术有两种:一种是从检测、控制的角度,采取各种不同的搜索方法,实现边校正边装配。一种是从机械结构的角度在手腕部配置一个柔顺环节,以满足柔顺装配的要求。机器人的组成结构1机器人的组成结构15、手部机构、手部机构 机器人的手部是是最重要的执行机构。机器人的手部是是最重要的执行机构。机器人手部是机器人为了进行作业,在手腕上配置的操机器人手部是机器人为了进行作业,在手腕上配置的操作机构。因此有时也称为末端操作器。作机构。因此有时也称为末端操作器。由于机器人作业内容的差异(如搬运、装配、焊接、喷由于机器人作业内容的差异(如搬运、装配、焊接、喷涂等)和作业对象的不
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