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机器人 本体 结构
2.机器人本体结构 ENTER 2.1 概述概述 2.2 机身及臂部结构机身及臂部结构 2.3 腕部及手部腕部及手部结构结构 2.4 传动及行走机构传动及行走机构 本章主要本章主要内容内容 2.1 概述概述 2.1.1 机器人本体的基本结构形式机器人本体的基本结构形式 2.1.2 机器人本体材料的选择机器人本体材料的选择 章目录章目录 2.1.1 机器人本体的基本结构形式机器人本体的基本结构形式 节目录节目录 章目录章目录 2.1.2 机器人本体材料的选择机器人本体材料的选择 材料选择材料选择 基本基本要求要求 强度高强度高 阻尼阻尼大大 弹性模量大弹性模量大 重量重量轻轻 经济性好经济性好 节目录节目录 章目录章目录 节目录节目录 章目录章目录 本节完本节完 2.2.1 机身结构的基本形式和特点机身结构的基本形式和特点 2.2.2 臂部结构的基本形式和特点臂部结构的基本形式和特点 2.2 机身及臂部结构机身及臂部结构 2.2.3 机器人的平稳性和臂杆平衡方法机器人的平稳性和臂杆平衡方法 章目录章目录 1.机身机身的典型结构的典型结构 (1)回转与升降机身回转与升降机身 单单杆活塞杆活塞气缸气缸 驱动链传动机构驱动链传动机构 双双杆活塞杆活塞气缸气缸 驱动链传动驱动链传动机构机构 节目录节目录 章目录章目录 2.2.1 机身结构的基本形式和特点机身结构的基本形式和特点 (2)回转回转与俯仰机身与俯仰机身 节目录节目录 章目录章目录 2.机身机身驱动力驱动力(力矩力矩)计算计算 (2)回转回转运动驱动力矩的计算运动驱动力矩的计算(1)垂直垂直升降运动驱动力的计算升降运动驱动力的计算 节目录节目录 章目录章目录 qmgPFFWqmgMMMg0MJt节目录节目录 章目录章目录(3)升降升降立柱下降不卡立柱下降不卡死死(不自锁不自锁)的条件计算的条件计算 偏重力臂的大小偏重力臂的大小 iiiG LLG偏重力矩偏重力矩 WL根据升降根据升降立柱平衡立柱平衡条件条件有有 N1F hWL升降立柱依靠自重下降而不引起卡死的条件升降立柱依靠自重下降而不引起卡死的条件 m1m2N122LWFFFfWfh2hfL即:即:3.机身机身设计要注意的问题设计要注意的问题(1)刚度和强度大,稳定性要好刚度和强度大,稳定性要好(2)运动灵活,导套不宜过短,避免卡死运动灵活,导套不宜过短,避免卡死(3)驱动方式适宜驱动方式适宜(4)结构布置合理结构布置合理 节目录节目录 章目录章目录 1.臂臂部的典型机构部的典型机构 (1)臂臂部伸缩机构部伸缩机构 1手部手部 2夹夹紧紧缸缸 3油缸油缸 4 导向柱导向柱 5运行架运行架 6行走车轮行走车轮 7轨道轨道 8支座支座 四导向柱式臂伸缩机构四导向柱式臂伸缩机构 节目录节目录 章目录章目录 2.2.2 臂部结构的基本形式和特点臂部结构的基本形式和特点 (2)手臂手臂俯仰运动机构俯仰运动机构 1 手部手部 2 夹夹紧紧缸缸 3 升降缸升降缸 4 小臂小臂 5,7 摆动缸摆动缸 6 大臂大臂 8 立柱立柱 摆动缸驱动连杆俯仰臂机构摆动缸驱动连杆俯仰臂机构 节目录节目录 章目录章目录(3)手臂手臂回转与升降机构回转与升降机构 手臂手臂回转与升降机构常采用回转缸与升降缸单独驱动回转与升降机构常采用回转缸与升降缸单独驱动,适用于升适用于升降行程短而回转角度小于降行程短而回转角度小于360 的情况的情况,也有采用升降缸与也有采用升降缸与气马达气马达-锥齿轮锥齿轮传动的结构传动的结构。2.机器人机器人手臂材料的选择手臂材料的选择 优先优先选择强度大而密度小的材料做手臂。其中,非金属选择强度大而密度小的材料做手臂。其中,非金属材料有材料有尼龙、聚乙烯尼龙、聚乙烯(PEH)和和碳素纤维等;金属材料以碳素纤维等;金属材料以轻合金轻合金(特别是铝合金特别是铝合金)为主为主。节目录节目录 章目录章目录 3.臂部设计要注意的问题臂部设计要注意的问题 承载能承载能 力力强强 刚度高刚度高 导向性导向性能好能好 重量轻、重量轻、转动惯转动惯量小量小 合理设合理设计与腕计与腕和机身和机身的连接的连接部位部位 节目录节目录 章目录章目录 2.2.3 机器人的平稳性和臂杆平衡方法机器人的平稳性和臂杆平衡方法 1.质量平衡质量平衡方法方法 节目录节目录 章目录章目录 333m O GSVm2223332m O Gm O GO Vm0M 2.弹簧弹簧力平衡方法力平衡方法 节目录节目录 章目录章目录 01sinMFr22sin(90)cossinrrll0()Fk ll01 20()cosk ll rrMl本节完本节完 2.3.1 腕部结构的基本形式和特点腕部结构的基本形式和特点 2.3.2 手部结构的基本形式和特点手部结构的基本形式和特点 2.3 腕部及手部结构腕部及手部结构 章目录章目录 2.3.1 腕部结构的基本形式和特点腕部结构的基本形式和特点 手腕关节的滚转和弯转手腕关节的滚转和弯转 节目录节目录 章目录章目录 1.腕部自由度腕部自由度 节目录节目录 章目录章目录 手腕的坐标系和自由度手腕的坐标系和自由度 6种种3自由度手腕的结合方式自由度手腕的结合方式示意示意图图 节目录节目录 章目录章目录 2.RRR手腕手腕 3R手腕关节远程传动示意手腕关节远程传动示意 3R手腕结构示意手腕结构示意 节目录节目录 章目录章目录 3.腕腕部的典型结构部的典型结构 (1)单单自由度回转运动手腕自由度回转运动手腕 1回转回转缸;缸;2 定定片;片;3 腕腕回转轴;回转轴;4 动动片;片;5 手手部部 节目录节目录 章目录章目录 回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构(2)二二自由度手腕自由度手腕 1)双双回转油缸驱动的腕部回转油缸驱动的腕部 l手部手部 2中心轴中心轴 3固定固定中心中心轴轴 4定片定片 5摆动摆动回转回转缸缸 6动片动片 7回转轴回转轴 8回转回转缸缸 节目录节目录 章目录章目录 具有回转与摆动的二自由度腕部结构具有回转与摆动的二自由度腕部结构 2)齿轮传动齿轮传动二自由度腕部二自由度腕部 齿轮传动回转和俯仰型腕部原理齿轮传动回转和俯仰型腕部原理 1,2,3,4,5,6锥齿轮锥齿轮 7壳体壳体 8手腕手腕 9手爪手爪 节目录节目录 章目录章目录(3)三三自由度手腕自由度手腕 1)液压液压直接驱动三自由度手腕直接驱动三自由度手腕 节目录节目录 章目录章目录 2)齿轮齿轮链轮传动三自由度腕部链轮传动三自由度腕部 1油油缸;缸;2链轮链轮;3,4锥齿轮锥齿轮;5,6花键轴花键轴T;7传动轴传动轴S;8腕腕架架;9行星架行星架;10,11,22,24圆柱齿轮圆柱齿轮;12,13,14,15,16,17,18,20锥齿轮;锥齿轮;19摆动轴;摆动轴;21,23双联圆柱齿轮;双联圆柱齿轮;25传动轴传动轴B 节目录节目录 章目录章目录 4.设计设计腕腕部部时应时应注意注意的的问题问题 结构紧凑、重量轻结构紧凑、重量轻 动作灵活、平稳,定位精度高动作灵活、平稳,定位精度高 强度、刚度高强度、刚度高 设计合理的与臂和手部的连接部位设计合理的与臂和手部的连接部位 节目录节目录 章目录章目录 2.3.2 手部结构的基本形式和特点手部结构的基本形式和特点 1.机器机器人手部的人手部的特点特点 (1)手部与手腕相连处可拆卸手部与手腕相连处可拆卸(2)手部是机器人末端操作器手部是机器人末端操作器(3)手部的通用性比较差手部的通用性比较差(4)手部是一个独立的部件手部是一个独立的部件 节目录节目录 章目录章目录 2.手手部的分类部的分类 (1)按用途按用途 平面钳爪平面钳爪夹持夹持圆柱零件圆柱零件 专用工具专用工具:喷枪喷枪,焊焊具具 节目录节目录 章目录章目录 (2)按按夹持原理夹持原理 节目录节目录 章目录章目录(3)按按手指或吸盘数目手指或吸盘数目 吸盘式手爪按吸盘数目吸盘式手爪按吸盘数目 单吸盘式手爪单吸盘式手爪 多吸盘式手爪多吸盘式手爪 按手指关节按手指关节 单关节手指手爪单关节手指手爪 多关节手指手爪多关节手指手爪 按手指数目按手指数目 二指手爪二指手爪 多指手爪多指手爪 三指手爪三指手爪 节目录节目录 章目录章目录 柔性手指手爪柔性手指手爪 (4)按智能按智能化化 普通式普通式(无传感器)(无传感器)智能式智能式(有传感器)(有传感器)节目录节目录 章目录章目录 3.手手爪设计和选用的要求爪设计和选用的要求 手爪设计和选用的要求手爪设计和选用的要求 被抓握的对象被抓握的对象 几何参数几何参数 工件尺寸工件尺寸 可能给予抓握表面的数目可能给予抓握表面的数目 可能给予抓握表面的位置和方向可能给予抓握表面的位置和方向 夹持表面之间的距离夹持表面之间的距离 夹持表面的几何形状夹持表面的几何形状 机械特性机械特性 质量质量 材料材料 固有稳定性固有稳定性 表面质量和品质表面质量和品质 表面状态表面状态 工件温度工件温度 物料馈送器或储存装置物料馈送器或储存装置 机器人作业顺序机器人作业顺序 手爪和机器人匹配手爪和机器人匹配 环境条件环境条件 4.手手爪的典型结构爪的典型结构 (1)机械式机械式手爪手爪 V形爪钳形爪钳 节目录节目录 章目录章目录 气动气动手手爪爪 1扇形扇形齿轮齿轮 2齿条齿条 3活塞活塞 4气缸气缸 5爪钳爪钳 四种手爪传动机构四种手爪传动机构(2)磁力磁力吸盘吸盘 l磁盘磁盘 2防尘盖防尘盖 3线圈线圈 4外外壳体壳体 节目录节目录 章目录章目录(3)真空真空式吸盘式吸盘 真空吸盘控制系统真空吸盘控制系统 1电电动动机机 2真空泵真空泵 3、4电磁阀电磁阀 5吸盘吸盘 6通通大气大气 气流负压吸盘气流负压吸盘 挤气负压吸盘挤气负压吸盘 1吸盘架吸盘架 2压盖压盖 3密封垫密封垫 4吸盘吸盘 5工件工件 节目录节目录 章目录章目录 挤气负压挤气负压吸盘工作吸盘工作原理原理 节目录节目录 章目录章目录 自适应性自适应性吸盘吸盘 异异形吸盘形吸盘 节目录节目录 章目录章目录(4)真空)真空吸盘的新设计吸盘的新设计 本节完本节完 2.4.1 传动机构的基本形式和特点传动机构的基本形式和特点 2.4.2 行走机构的基本形式和特点行走机构的基本形式和特点 2.4 传动传动及行走机构及行走机构 章目录章目录 2.4.1 传动传动机构的基本形式和特点机构的基本形式和特点 1.关节关节 分为分为转动关节和移动转动关节和移动关节关节。节目录节目录 章目录章目录 转动关节转动关节 2.机器人机器人传动机构传动机构(1)齿轮传动齿轮传动 行星齿轮行星齿轮传动传动 节目录节目录 章目录章目录 谐波谐波齿轮齿轮传动传动 采用液压采用液压静压谐波静压谐波发生器的谐波传动发生器的谐波传动 1凸轮凸轮 2柔柔轮轮 3小孔小孔(2)丝杠传动)丝杠传动 滚动丝杠的基本组成滚动丝杠的基本组成 1丝杠丝杠;2螺母;螺母;3滚珠滚珠;4导向导向槽槽 节目录节目录 章目录章目录 丝杠螺母传动的手臂升降机构丝杠螺母传动的手臂升降机构 1电动机;电动机;2蜗杆;蜗杆;3臂架;臂架;4丝杠;丝杠;5蜗轮;蜗轮;6箱体;箱体;7花键套花键套 (3)带传动带传动与链传动与链传动 齿形带形状齿形带形状 钢带传动钢带传动(4)绳绳传动与钢带传动传动与钢带传动 节目录节目录 章目录章目录 (5)杆杆、连杆与凸轮传动连杆与凸轮传动 节目录节目录 章目录章目录 凸轮机构凸轮机构 连杆机构连杆机构 采用钢带传动的采用钢带传动的ADEPT机器人机器人 节目录节目录 章目录章目录(6)流体)流体传动传动 油缸和齿轮齿条手臂机构油缸和齿轮齿条手臂机构 气缸和齿轮齿条增倍手臂机构气缸和齿轮齿条增倍手臂机构 1运动齿条;运动齿条;2齿轮;齿轮;3活塞杆活塞杆 3.传动传动件的定位和消件的定位和消隙隙(1)传动件的定位传动件的定位 电气开关定位电气开关定位 机械挡块定位机械挡块定位 伺服定位系统伺服定位系统 利用插销定位的结构利用插销定位的结构 1行程节流阀行程节流阀 2定位圆盘定位

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