第2章_工业机器人的总体设计

作业1、机身和臂部的作用各是什么？在设计时应注意哪些问题？2、手腕上的自由度主要起什么作用？若要求手部能处于空间任意方向，则手腕应具有什么样的自由度？第二章工业机器人的总体设计2.1机器人总体设计2.2机器人传动机构2.3机身和臂部机构2.4机器人的腕部结构2.5机器人的手部结构2.6机器人的行走能力2.1机器人总体设计工业机器人主体结构设计的主要问题是选择由连杆和运动副(关节）组成的坐标形式。2.1.1坐标形式的选择最广泛使用的机器人的坐标形式有：直角坐标式、圆柱坐标式、球面坐标式、关节坐标式（包括平面关节式）。在确定主体结构时，应该明确其应用场合和功能要求，综合考虑各种坐标形式的优缺点，选择合适的主体结构。2.1.2机器人本体 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的选择选择机器人本体材料应从机器人的性能要求出发，满足机器人的设计和制作要求。1、材料选择的基本要求1)强度高。机器人臂是直接受力的构件，高强度材料不仅能满足机器人臂的强度条件，而且可望减少臂杆的截面尺寸，减轻重量。2)弹性模量大。构件刚度(或变形量)与材料的弹性模量E有关。弹性模量越大，变形量越小，刚度越大。不同材料弹性模量的差异比较大，而同一种材料的改性对弹性模量却没有太多改变。比如，普通结构钢的强度极限为420MPa，高合金结构钢的强度极限为2000～2300MPa，但是二者的弹性模量E却没有多大变化，均为2.1×105MPa。因此，还应寻找其他提高构件刚度的途径。3)重量轻。机器人手臂构件中产生的变形很大程度上是由惯性力引起的，与构件的质量有关。也就是说，为了提高构件刚度选用弹性模量E大而密度ρ也大的材料是不合理的。因此，提出了选用高弹性模量、低密度材料的要求。4)阻尼大。选择机器人的材料时不仅要求刚度大，重量轻，而且希望材料的阻尼尽可能大。机器人臂经过运动后，要求能平稳地停下来。可是在终止运动的瞬时构件会产生惯性力和惯性力矩，构件自身又具有弹性，因而会产生残余振动。从提高定位精度和传动平稳性来考虑，希望能采用大阻尼材料或采取增加构件阻尼的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 来吸收能量。5)材料经济性。材料价格是机器人成本价格的重要组成部分。有些新材料如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等用来作为机器人臂的材料是很理想的，但价格昂贵。2、机器人常用材料简介1）碳素结构钢和合金结构钢这类材料强度好，特别是合金结构钢，其强度增大了4～5倍，弹性模量E大，抗变形能力强，是应用最广泛的材料。2）铝、铝合金及其他轻合金材料这类材料的共同特点是重量轻，弹性模量E并不大，但是材料密度小，故E/ρ之比仍可与钢材相比。有些稀贵铝合金的品质得到了更明显的改善，例如添加3.2％(重量百分比)锂的铝合金，弹性模量增加了14％，E/ρ比增加了16％。3）纤维增强合金这类合金如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等，其E/ρ比分别达到11.4×107和8.9×107。这种纤维增强金属材料具有非常高的E/ρ比，但价格昂贵。4）陶瓷陶瓷材料具有良好的品质，但是脆性大，不易加工，日本已经试制了在小型高精度机器人上使用的陶瓷机器人臂样品。5）纤维增强复合材料这类材料具有极好的E/ρ比，而且还具有十分突出的大阻尼的优点。传统金属材料不可能具有这么大的阻尼，所以在高速机器人上应用复合材料的实例越来越多。6）粘弹性大阻尼材料增大机器人连杆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效方法。目前有许多方法用来增加结构件材料的阻尼，其中最适合机器人采用的一种方法是用粘弹性大阻尼材料对原构件进行约束层阻尼处理。2.2机器人传动机构传动机构是连接动力源和运动连杆的关键部分，根据关节形式，常用的传动机构形式有直线传动和旋转传动机构。2.2.1直线传动机构直线传动方式可用于直角坐标机器人的X、Y、Z向驱动，圆柱坐标结构的径向驱动和垂直升降驱动，以及球坐标结构的径向伸缩驱动。直线运动可以通过齿轮齿条、丝杠螺母等传动元件将旋转运动转换成直线运动，也可以有直线驱动电机驱动，也可以直接由气缸或液压缸的活塞产生。1、齿轮齿条装置通常齿条是固定的。齿轮的旋转运动转换成托板的直线运动。优点：结构简单。缺点：回差较大2、普通丝杠由一个旋转的精密丝杠驱动一个螺母沿丝杠轴移动。优点：传动平稳（面接触），无噪声，能自锁（螺纹升角小），减速比较大，驱动力矩小。缺点：摩擦力较大，效率低，低速易爬行，精度低，回差大。自锁的经验条件：导程小于螺杆直径的1/33、滚珠丝杠在丝杠和螺母的螺旋槽内嵌入滚珠，并通过螺母中的导向槽使滚珠能连续循环。优点：摩擦力小，传动效率高，无爬行，精度高缺点：制造成本高，结构复杂。1－丝杠2－螺母3－滚珠4－导向槽自锁问题：理论上滚珠丝杠副也可以自锁,但是实际应用上没有使用这个自锁的,原因主要是:1-可靠性很差;2-加工成本很高(因为直径与导程比非常大).一般都是再加一套蜗轮蜗杆之类的自锁装置.4、液压传动通过高精度的缸体和活塞来完成，通过缸体和活塞杆的相对运动实现直线运动。早期的机器人都是采用伺服阀控制的液压缸产生直线运动，液压缸功率大，结构紧凑，价格便宜。Unimate和Versatran机器人都采用了直线液压缸作为直线运动的驱动源。4、气压传动2.2.2旋转传动机构采用旋转传动机构的目的是将电机的驱动源输出的较高转速转换成较低转速，并获得较大的力矩。机器人中应用较多的旋转传动机构有齿轮链、同步皮带和谐波齿轮。1、齿轮链由两个或两个以上的齿轮组成的传动机构。优点：结构紧凑，传动平稳缺点：齿间存在间隙，影响定位误差其中，ωi是输入齿轮角速度，ωo是输出齿轮角速度；Ti、To为输入输出力矩；Ni、No为输入输出齿轮齿数采用与齿轮链相关的两个重要关系式：（1）转速关系：（2）力矩关系：2、同步皮带同步带是具有许多型齿的皮带，它与同样具有型齿的同步皮带轮相啮合。工作时相当于柔软的齿轮。优点：无滑动，柔性好，价格便宜，重复定位精度高。缺点：具有一定的弹性变形。3、谐波齿轮谐波齿轮由刚性齿轮、谐波发生器和柔性齿轮三个主要零件组成，如图所示。一般刚性齿轮固定，谐波发生器驱动柔性齿轮旋转。谐波发生器具有椭圆型轮廓，当其装入柔轮后，长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，短轴两端的齿与刚轮完全脱开；当谐波发生器连续转动时，柔轮的变形部位也随之转动，使柔轮的齿依次进入啮合，然后再依次退出啮合，从而使柔性齿轮沿刚性齿轮内齿转动。由于柔性齿轮比刚性齿轮少两个或多个齿，则柔性齿轮沿刚性齿轮每转一圈就反方向转过两个或多个齿的相应转角。从而实现较大的减速比。1—刚轮；2—刚轮内齿圈；3—输入轴；4—谐波发生器；5—输出轴；6—柔轮；7—柔轮齿圈减速比计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ：若刚性齿轮（齿数Z1)固定，谐波发生器为输入，柔性齿轮(齿数Z2)为输出，则速比为负号表示方向与输入相反。若柔性齿轮（齿数Z2)固定，谐波发生器为输入，刚性齿轮(齿数Z1)为输出，则速比为正号表示方向与输入相同。特点：1）传动比大而且范围宽。可达50～500。2）同时啮合的齿数多（总齿数的30％～40％），承载能力高。3）零件少，体积小，重量轻。4）运动精度高，效率高。谐波传动装置在机器人技术比较先进的国家已得到了广泛的应用。仅就日本来说，机器人驱动装置的60％都采用了谐波传动。美国送到月球上的机器人，其各个关节部位都采用谐波传动装置，其中一只上臂就用了30个谐波传动机构。前苏联送入月球的移动式机器人“登月者”，其成对安装的8个轮子均是用密闭谐波传动机构单独驱动的。德国大众汽车公司研制的ROHREN、GEROTR30型机器人和法国雷诺公司研制的VERTICAL80型机器人等都采用了谐波传动机构。2.2.3直线传动与旋转传动的选用80年代之前倾向与选用直线传动，如液压、气动等。原因：计算简单（缺计算机），功率大（无大功率晶体管）。80年代后，各有利弊，根据具体情况合理选择。2.2.4制动器许多机器人的机械臂都需要在各关节处安装制动器。制动器的作用：1）在机器人停止工作时，保持机械臂的位置不变；2）在电源发生故障时，保障设备安全；工作方式：1）失效抱闸；2）即要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。安装位置：尽可能放在传动的输入端，力矩小，定位精度高（相对滑动）。2.3机身和臂部机构2.3.1机身和臂部的作用机身的作用：机身是直接连接、支撑和传动手臂及行走机构的部件。实现臂部各种运动的驱动装置和传动件一般都安装在机身上。臂部的运动愈多，机身的受力越复杂。机身可以是固定式的，也可以是行走式的。手臂的作用：是机器人的主要执行部件，并负责支撑腕部和手部，带动它们在空间运动。还安装一些传动和驱动机构。由于手臂在工作中直接承受腕、手和工件的静、动载荷，自身运动又较多，故受力复杂。2.3.2机身和臂部设计应注意的问题机身和臂部的工作性能的优劣对机器人的负荷能力和运动精度影响很大，设计时应注意以下问题：1、刚度刚度是指机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。用外力和在外力方向上的变形量（位移）之比来度量的，变形越小，刚度越大。在有些情况下，刚度比强度更重要，为了提高刚度，应注意：1）根据受力情况，合理选择截面形状或轮廓尺寸。机身和臂部既受弯矩，又受扭矩，应选用抗弯和抗扭刚度较大的截面形状。一般采用具有封闭空心截面的构件。不仅有利于提高结构刚度，而且空心内部还可以布置安装驱动装置、传动机构和管线等，使整体结构紧凑，外形美观。2）提高支承刚度和接触刚度。支撑刚度主要取决于支座的结构形状。接触刚度主要取决于配合表面的加工精度和粗糙度。3）合理布置作用力的位置和方向。尽量使各作用力引起的变形互相抵消，如下图Unimate2000机器人。Unimate2000机器人2、精度机器人的精度最终集中在手部的位置精度上，影响精度的因素：各部件的刚度、部件的制造和装配精度、定位和连接方式，尤其是导向装置的精度和刚度对机器人的位置精度影响很大。3、平稳性机身和臂部质量大，负荷重，速度高，易引起冲击和振动，必要时应有缓冲装置吸收能量。从减少能量的产生方面应注意：1）运动部件应紧凑、质量轻，转动惯量小，以减少惯性力。2）必须注意各运动部件重心的分布。Unimate2000机器人4、其它1）传动系统应尽量简短，以提高传动精度和效率。2）各部件布置要合理，操作维护要方便。3）特殊情况特殊考虑，在高温环境中应考虑热辐射的影响；腐蚀性环境中应考虑防腐蚀问题；危险环境应考虑防爆问题。2.3.3手臂的常用结构1、手臂直线运动机构手臂的伸缩、横向移动都属于直线运动。实现直线运动的常用机构有：活塞油缸、气缸、齿轮齿条、丝杠螺母及连杆机构等。其中，活塞油缸和气缸在机器人中应用最多。右图中，1－电动机；2－蜗杆；3－臂架；4－丝杠；5－蜗轮；6－箱体；7－花键套由电机1带动蜗杆2使蜗轮5回转，蜗轮内孔有内螺纹，和丝杠4组成丝杠螺母运动副，带动丝杠4作升降运动。1－运动齿条；2－齿轮；3－活塞杆；4－固定齿条；5－气缸气缸5中通以压缩空气使活塞杆3左移时，与活塞杆3相连的齿轮2在固定齿条4上滚动，同时带动运动齿条1左移。手臂和运动齿条1固连在一起，从而实现手臂的直线运动。2、手臂回转运动机构实现机器人手臂回转运动的常用机构：齿轮传动、同步带、活塞缸和连杆机构等。右图所示为采用活塞缸和齿轮齿条机构实现手臂的回转运动。活塞缸两腔分别通以压力油推动齿条活塞作往复移动，与齿条啮合的齿轮即作往复回转。由于齿轮和手臂固联，从而实现手臂的回转运动。下图为采用活塞缸和连杆机构的一种双臂机器人结构图。1－铰接活塞油缸；2－连杆（即活塞杆）；3－手臂（即曲柄）；4－支撑架；56－定位螺钉手臂的上下摆动由铰接活塞油缸和连杆机构实现。当活塞缸1的两腔通压力油时，通过连杆2带动曲柄3（即手臂）绕轴心作90°的上下摆动。3、手臂俯仰运动机构通常采用摆臂油(气)缸驱动、铰链连杆机构传动实现手臂的俯仰。1—手部；2—夹紧缸；3—升降缸；4—小臂；5、7—摆动油缸；6—大臂；8—立柱2.3.4臂部运动驱动力的计算计算臂部运动驱动力时，要把臂部所受的全部负荷考虑进去，机器人工作时，手臂所受负荷主要有惯性力、摩擦力和重力等。1、臂部水平伸缩运动驱动力计算水平运动时，首先克服摩擦阻力，包括油气缸与活塞之间的摩擦阻力及导向缸与支承滑套之间的摩擦阻力等，还要克服启动时的惯性力。其驱动力Fq可按下式计算：Fq＝Fm＋Fg式中：Fm为各支承处的摩擦阻力；Fg为启动过程中的惯性力，其大小可按下式计算：Fg＝MaM为手臂伸缩运动部件的总质量；a为启动过程中的平均加速度，其大小可按下式计算：a＝△V/△t△V为速度增量，△t为加速时间，一般为0.1～0.5秒。2、臂部垂直升降运动驱动力计算其驱动力Fq可按下式计算：Fq＝Fm＋Fg±W式中：W为运动部件的总重力，向上运动取“+”，向下运动取“-”。3、臂部回转运动驱动力矩的计算臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。驱动力矩Mq为：Mq＝Mm＋Mg式中：Mm为各支承处的总摩擦阻力矩；Mg为启动过程中的惯性力矩，其大小可按下式计算：Mg＝Jω/△tJ为手臂部件对其回转轴线的总转动惯量，可查手册计算；ω为工作角速度；△t为加速时间。2.4机器人的腕部结构2.4.1基本概念手腕的作用：工业机器人的腕部是联接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。机器人一般需要六个自由度才能使手部达到目标位置和处于所期望的姿态，手腕上的自由度主要是实现手部所期望的姿态。为使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转（偏航）三个自由度。通常按航海习惯，把手腕的偏转叫作Yaw，用Y表示；把手腕的俯仰叫作Pitch，用P表示；将手腕的翻转叫作Roll，用R表示。设计时，实际所需自由度数目应根据机器人的工作性能来确定。手腕的大小和重量是手腕设计时需要考虑的关键问题。2.4.2手腕的分类1、按自由度数目来分类可分为单自由度手腕、二自由度手腕、三自由度手腕。1）单自由度手腕单自由度手腕仅仅实现偏转、俯仰和翻转三个自由度中的一种，其中翻转的角度较大，可达360°。而俯仰和偏转一般受结构限制，角度较小。这和人的手腕类似，手的左右偏转角只有55°和15°，手的上下俯仰角度只有85°。2）二自由度手腕二自由度手腕通常由偏转、俯仰和翻转三个自由度中任意两个构成。3）三自由度手腕通常由偏转、俯仰和翻转三个自由度构成。在此基础上也有许多变化。航天飞机中使用的RMS机械臂2、按驱动方式分类可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕。1）直接驱动手腕直接驱动手腕的驱动源一般放在手腕上。这种直接驱动手腕的关键是能否设计和加工出尺寸小、重量轻而驱动扭矩大、驱动性能好的驱动电机或液压马达。上图是Moog公司的一种液压直接驱动三自由度手腕，设计紧凑巧妙。M1、M2、M3均为液压马达。2）远距离传动手腕有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装置又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕的重量，采用远距离的驱动方式，驱动源一般放在手臂或机身上，下图是一种具有俯仰和翻转两个自由度的手腕，传动简单，结构紧凑。手腕的俯仰运动由回转油缸4通过一对齿轮、链轮、链条和手腕上的链轮实现。翻转运动由回转油缸3直接带动夹紧油缸5一起翻转。1－链轮；2－轴；3、4－回转油缸；5－夹紧油缸；6－手指2.4手腕设计举例下图为采用轮系传动机构实现手腕翻转和俯仰的二自由度手腕。1、2、3、4、5、6－锥齿轮；7－腕部壳体。翻转运动：轴S旋转→锥齿轮副Z1、Z2→锥齿轮副Z3、Z4→手腕与锥齿轮Z4为一体→手腕实现绕C轴的旋转运动俯仰运动：轴B旋转→锥齿轮副Z5、Z6→轴A旋转→手腕壳体7与轴A固联→手腕实现绕A轴的俯仰运动此种传动机构结构紧凑、轻巧、传动扭矩大，能提高机械手的工作性能。在示教型的机械手中，采用此类机构的较多。作业1、机身和臂部的作用各是什么？在设计时应注意哪些问题？2、手腕上的自由度主要起什么作用？若要求手部能处于空间任意方向，则手腕应具有什么样的自由度？作业1、手部的作用和特点？2、夹钳式手部在设计时有哪些注意事项？3、真空式吸盘根据工作原理可分为几类？分别简述其工作原理？2.5机器人的手部结构2.5.1基本概念手部的作用：工业机器人的手部也叫末端操作器（End-effector）是用来握持工件或工具的部件。1、机器人手部的特点1）手部是一个独立的部件工业机器人通常分为三个大的部件：机身、手臂（含手腕）、手部。手部对整个机器人完成任务的好坏起着关键的作用，它直接关系着夹持工件时的定位精度、夹持力的大小等2）手部是工业机器人的末端操作器。不一定与人的手部结构相同。可以具有手指，也可以不具有手指；可以有手爪，也可以是专用工具。每个手指有三个或四个关节。技术关键是手指之间的协调控制。3）手部与手腕相连处可拆卸手部与手腕处有可拆卸的机械接口：根据夹持对象的不同，手部结构会有差异，通常一个机器人配有多个手部装置或工具，因此要求手部与手腕处的接头具有通用性和互换性。手部可能还有一些电、气、液的接口：由于手部的驱动方式不同造成。对这些部件的接口一定要求具有互换性。4）手部的通用性比较差工业机器人的手部通常是专用装置：一种手爪往往只能抓住一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近的工件；一种工具只能执行一种作业任务。2、手部的分类1）按握持原理，手部分为以下两类：夹持类：包括内撑式，外夹式，平移外夹式，勾托式和弹簧式。吸附类：包括气吸式、磁吸式。2）按手部的用途：手爪：具有一定的通用性。主要功能是：抓住工件、握持工件、释放工件。抓住：在给定的目标位置和期望姿态上抓住工件，工件必须有可靠的定位，保持工件和手爪之间的准确的相对位置关系，以保持机器人后续作业的准确性。握持：确保工件在搬运过程中或零件装配过程中定义了的位置和姿态的准确性。释放：在指定位置结束手部和工件之间的约束关系。工具：进行作业的专用工具。3）按智能化：普通式手爪。这类手爪不具备传感器。智能化手爪。这类手爪具备一种或多种传感器，如力传感器、触觉传感器及滑觉传感器等，手爪与传感器集成成为智能化手爪。2.5.2夹钳式手部（一）手部的组成和设计时注意事项1、夹钳式手部的组成：1）手指：直接与工件接触的构件。一般只有两个手指，少数有三个或多个手指，其结构形式取决于被夹持工件的形状和特性。2）传动机构：向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。3）驱动装置：向传动机构提供动力的装置。4）支承和连接元件1-手指2-传动机构3-驱动装置4-支撑连接元件5-被操作工件2、夹钳式手部设计注意事项1）手指应具有一定的开闭范围，以保证一定的通用性。此范围指从手指张开的极限位置到闭合夹紧时每个手指位置的变动量。回转型手部的开闭范围可用手指的开闭角（手指从张开到闭合绕支点转过的角度）△γ来表示。平移型手部的开闭范围可用手指从张开到闭合的直线移动距离△s来表示。2）手指应具有适当的夹紧力，特别是对易碎和已精加工过的工件。夹紧力一般取：N=(2-3)GG是被抓取物体的重量。3）要保证工件在手指内的定位精度。根据工件的形状和位置要求及装配精度的要求来选择适当的手指形状和手部结构。4）结构紧凑、重量轻、效率高。手部处于腕和臂部的最前端，运动状态多变，其重量和结构将直接影响腕部和臂部的结构。尽量选用高强度轻质的材料，如铝合金等。5）具有一定的通用性和可换性。为提高通用化程度，以适应夹持不同尺寸和形状的工件需要。通常采用可调整的方法，如更换手指，也可以为手部专门设计过渡接头，以迅速准确地更换工具。（二）手指1、指端的形状：指端是手指上直接与工件接触的部分，它的结构形状取决于工件的形状。通常有以下几种类型：1）V形指：适用于夹持圆柱形工件。特点：夹紧平稳可靠，夹持误差小。图a只能夹持相对静止的工件，但定位精度高。图b能快速夹持旋转中的圆柱体，但定位精度较差。图c为可浮动的V形指，有自定位能力，与工件接触好，但精度较差，且浮动件不稳定。2）平面指：适用于夹持方形工件（具有两个平行表面）、板形或细小棒料。特点：加工简单，成本最低。3）尖指或薄、长指：一般用于夹持小型或柔性工件；薄指用于狭窄工作场地。长指可用于夹持炽热的工件。4）特形指：用于夹持形状不规则的工件，专用手指。2、指面形式：主要取决于工件的材质和表面特性。1）光滑指面：指面平整光滑，用于夹持已加工表面，避免光滑表面受损。2）齿形指面：指面刻有齿纹，可增加摩擦力，用于夹持表面粗糙的毛坯和半成品。3）柔性指面：指面镶嵌橡胶、泡沫、石棉等材料，增加摩擦力，保护工件表面，隔热。用于夹持已加工表面、炽热件、薄壁件和易碎件。3、手指的材料对于夹持式手部，一般用碳素钢和合金结构钢。可镶嵌硬质合金。高温作业：耐热钢；腐蚀性环境：镀铬或搪瓷处理、玻璃钢等耐腐蚀的材料。（三）手部的传动机构1、夹钳式手部传动机构的设计内容主要考虑的是机构的传力比、传动比、动作范围、传动效率和传动精度等几个方面。1）传力比：机构的传力比是指传动机构的输出力与输入力之比。对于夹钳式手部，主要指手指的夹紧力与驱动装置给予传动机构的驱动力的比值。传力比的大小反映了机构是增力的还是减力的。2）传动比（行程比）：指手指夹紧端的行程与驱动杆行程的比值。传动比的大小反映了机构是增速的还是减速的。3）动作范围：指手部传动机构能使夹钳式手指达到的最大开闭范围。即手指的最大开闭角△γmax和△smax。4）传动效率：主要指传动机构中摩擦损耗所占传动力的百分比，一般用实际传力比对理想传力比（不计摩擦损耗）的比值来表示。即5）传动精度：同传动链的长短、各传动件间的配合间隙及制造和装配精度有关。特别的，增速机构使误差放大。2、回转型手部的常用传动机构回转型手部应用较多，其手指就是一对杠杆，一般再同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、蜗轮蜗杆或螺杆等机构组成复合式杠杆传动机构，用以改变传力比、传动比和运动方向等。1）斜楔杠杆式1－壳体；2－斜楔驱动杆；3－滚子；4－圆柱销；5－拉簧；6－铰销；7－手指；8－工件。2）滑槽杠杆式1－驱动杆；2－圆柱销;3－铰销；4－手指；5－V形指；6－工件3）连杆杠杆式1－壳体；2－驱动杆；3、5－圆柱销；4－连杆；7－铰销；6－手指；8－V形指；9－工件4）齿条齿轮杠杆式1－壳体；2－驱动杆；3－中间齿轮；4－扇齿轮；5－手指；6－V形指；7－工件3、平移型手部常用传动机构平移型夹钳式手部是通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作的，常用于夹持具有平行平面的工件。其结构复杂，不如回转型手部应用广泛。1）平面平行移动机构1、支撑架2、齿条3、扇形齿轮4、手指5、平面指作者：潘存云教授ABCD本质：双曲柄平行四边形机构AB=CD特征：两连架杆等长且平行，BC连杆作平移运动BC=ADB’C’共同点：均采用双曲柄平行四边形连杆机构齿轮齿条蜗轮蜗杆连杆斜滑槽2）直线往复移动机构实现直线往复移动的机构很多，如：齿轮齿条、丝杠螺母等。2.5.3吸附类手部1、磁力吸盘：磁力吸盘是在手部装上磁铁，通过磁场的吸力把工件吸住。分为电磁吸盘和永磁吸盘两种。右图为电磁吸盘的结构示意图。注意事项：1）只能吸住铁磁材料制成的工件，吸不住有色金属和非金属材料的工件。2）被吸取工件有剩磁，不能用于钟表及仪表零件。3）不能在高温条件下应用（钢铁等磁性物质在温度为723℃以上时，磁性会消失）。1－磁盘；2－防尘盖；3－线圈；4－外壳2、真空式吸盘：真空式吸盘主要用于搬运体积大、重量轻的工件，如冰箱汽车等的壳体、板材、玻璃等。要求工件表面平整光滑、干燥清洁。根据真空产生的原理可分为：1）真空吸盘如右图所示。利用真空泵抽出吸附头的空气而形成真空。自适应吸盘结构特点：该吸盘具有一个球关节，使吸盘能倾斜自如，适应工件表面倾角的变化。异形吸盘通常吸盘只能吸附一般的平整工件，而该异形吸盘可用来吸附鸡蛋、锥颈瓶等物件，扩大了真空吸盘在工业机器人上的应用。2）喷吸式吸盘利用伯努利效应产生负压。伯努利效应：流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。日常体会：火车站台上的黄线当压缩空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高的气流速度而形成负压。特点：借助压缩空气，无需专用真空泵，应用广泛。3）挤气负压式吸盘吸盘压向工件表面时，将吸盘内的空气挤出；松开时，压力去除，吸盘恢复弹性变形使吸盘内腔形成负压，将工件牢牢吸住，机械手即可进行工件搬运；到达目标位置后，用碰撞力FP或电磁力使压盖2动作，破坏吸盘腔内的负压，释放工件。1－吸盘架；2－压盖；3－密封垫；4－吸盘；5－工件。特点：无需真空泵系统，也不需压缩空气气源，经济方便；但可靠性稍差。2.6机器人的行走能力一般工业机器人是固定式的，但有些场合要求机器人具有行走能力。如大型仓库、野外作业。机器人的行走机构一方面支承机器人的机身、臂部和手部，另一方面根据任务要求，带动机器人在更广阔的空间内运动。2.6.1行走机构的构成由驱动装置、传动机构、位置检测元件（传感器）、电缆及管路等组成。2.6.2行走机构的分类1、按运行轨迹分：分为固定轨迹式和无固定轨迹式两种。固定轨迹式主要用于工业机器人。2、按行走机构的特点分：对于无固定轨迹机器人，可分为轮式、履带式和步行式等。前两者与地面连续接触，后者与地面为间断接触。由驱动装置、传动机构、位置检测元件（传感器）、电缆及管路等组成。2.6.3行走机构的分类对行走机器人的一般要求基本要求：从一台机器旁移动到另一台机器旁边，或者在被加工物体周围移动。像一个真正的工人一样。则必须：1）能够面对一个物体重新定位，能绕过轨道上的障碍物。2）移动过程中保持稳定的能力。3）要有一定的灵活性。需要特殊的轮系和悬挂系统。2.6.4典型的机器人行走机构1、由三组轮子组成的轮系由美国Unimation-stanford行走机器人课题研究小组设计研制的。采用三组轮子，每组轮子采用若干滚轮，呈等边三角形分布在机器人的下部。优点：灵活性好，可以驱动三组轮子中的任意一个，可以在任何方向上移动。缺点：稳定性不够，易倾倒。2、由四组轮子组成的轮系优点：稳定性好。缺点：需要特殊的悬挂系统才能保证保证四组轮子同时和地面接触。3、履带式行走机器人优点：适宜在泥泞道路或沙漠中行走。缺点：灵活性不够应用：军用机器人4、两足步行式机器人典型特征是不仅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越沟壑，上下台阶，具有广泛的适应性。主要设计难点是机器人跨步时自动转移重心而保持平衡的问题。优点：适应性强，能在各种场地上行走。缺点：结构复杂。主要构成：1—框架2—大腿3—小腿4—脚5—肩6—肘7—手8—液压缸3、四足、六足及多足步行式机器人这类步行式机器人是模仿动物行走的机器人。四足步行式机器人除了关节式外，还有缩放式腿步行机构。作业1、手部的作用和特点？2、夹钳式手部在设计时有哪些注意事项？3、真空式吸盘根据工作原理可分为几类？分别简述其工作原理？