第二章機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類第二節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)第三節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)第四節(jié)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2023/6/8第一節(jié)機(jī)器人的組成和分類機(jī)器人是一個(gè)機(jī)電一體化的設(shè)備。從控制觀點(diǎn)來看，機(jī)器人系統(tǒng)可以分成四大部分：機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)、感知反饋系統(tǒng)。一、機(jī)器人的組成機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)

基座（固定或移動(dòng)）手部腕部臂部肩部電驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置處理器關(guān)節(jié)伺服控制器內(nèi)部傳感器外部傳感器2023/6/82023/6/8一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：手部、腕部、臂部、肩部和基座等。相當(dāng)于人的肢體。二、驅(qū)動(dòng)裝置包括：驅(qū)動(dòng)源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。三、感知反饋系統(tǒng)包括：內(nèi)部信息傳感器，檢測位置、速度等信息；外部信息傳感器，檢測機(jī)器人所處的環(huán)境信息。相當(dāng)于人的感官和神經(jīng)。四、控制系統(tǒng)包括：處理器及關(guān)節(jié)伺服控制器等，進(jìn)行任務(wù)及信息處理，并給出控制信號(hào)。相當(dāng)于人的大腦和小腦。內(nèi)部傳感器（位形檢測）控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作對(duì)象外部傳感器（環(huán)境檢測）

1處理器關(guān)節(jié)控制器2023/6/8液壓式

具有大的抓舉能力，結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作平穩(wěn)，耐沖擊；但要求液壓元件有較高的制造精度，密封性能。氣動(dòng)式

氣源方便，動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)較低；但難以進(jìn)行速度控制，抓緊能力較低。電動(dòng)式

電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大，可以采用多種靈活的控制方案。機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式二、機(jī)器人的分類1.按機(jī)器人的控制方式分類（1）非伺服機(jī)器人（2）伺服控制機(jī)器人

非伺服機(jī)器人按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)行工作，使用限位開關(guān)、制動(dòng)器、插銷板和定序器來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。通過傳感器取得的反饋信號(hào)與來自給定裝置的綜合信號(hào)比較后，得到誤差信號(hào)，經(jīng)放大后用以激發(fā)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)而帶動(dòng)手部執(zhí)行裝置以一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，到達(dá)規(guī)定的位置或速度等，這是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。2023/6/82023/6/8最常見的構(gòu)型是用其坐標(biāo)特性來描述的。

一、工業(yè)機(jī)器人

（操作臂/工業(yè)機(jī)械手/機(jī)械臂/操作手）

1、直角坐標(biāo)型(3P)結(jié)構(gòu)、控制算法簡單，定位精度高；但工作空間較小，占地面積大，慣性大，靈活性差。

機(jī)器人的構(gòu)型2023/6/82、圓柱坐標(biāo)型(R2P)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運(yùn)動(dòng)直觀，其運(yùn)動(dòng)耦合性較弱，控制也較簡單，運(yùn)動(dòng)靈活性稍好。但自身占據(jù)空間也較大，但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，定位精度相對(duì)較低。圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人模型Verstran機(jī)器人Verstran機(jī)器人機(jī)器人的構(gòu)型2023/6/83、極坐標(biāo)型（也稱球面坐標(biāo)型）(2RP)有較大的作業(yè)空間，結(jié)構(gòu)緊湊較復(fù)雜，定位精度較低。極坐標(biāo)型機(jī)器人模型Unimate機(jī)器人機(jī)器人的構(gòu)型2023/6/84、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型(3R)對(duì)作業(yè)的適應(yīng)性好，工作空間大，工作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，通用性強(qiáng)，但坐標(biāo)計(jì)算和控制較復(fù)雜，難以達(dá)到高精度。關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人關(guān)節(jié)型焊接機(jī)器人關(guān)節(jié)型機(jī)器人模型機(jī)器人的構(gòu)型2023/6/85、平面關(guān)節(jié)型(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm

，簡稱SCARA)僅平面運(yùn)動(dòng)有耦合性，控制較通用關(guān)節(jié)型簡單。運(yùn)動(dòng)靈活性更好，速度快，定位精度高，鉛垂平面剛性好，適于裝配作業(yè)。SCARA型裝配機(jī)器人機(jī)器人的構(gòu)型2023/6/8仿生型自由度一般較多，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，但控制更復(fù)雜，成本更高，剛性較差。類人型機(jī)器人仿狗機(jī)器人蛇形機(jī)器人

二、特種機(jī)器人

機(jī)器人的構(gòu)型2023/6/8六輪漫游機(jī)器人仿魚機(jī)器人仿鳥機(jī)器人六足漫游機(jī)器人2.按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類（1）直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)型（3）極坐標(biāo)型（4）多關(guān)節(jié)型2023/6/8四種坐標(biāo)型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖（1）直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)型（3）極坐標(biāo)型（4）關(guān)節(jié)型2023/6/8第二節(jié)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)1．自由度

自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。2．工作空間

機(jī)器人的工作空間是指機(jī)器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達(dá)到的所有空間區(qū)域，不包括手部本身所能達(dá)到的區(qū)域。3．工作速度

機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。2023/6/84．工作載荷機(jī)器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最大負(fù)載量（包括手部）。用質(zhì)量、力矩、慣性矩來表示。5．控制方式機(jī)器人用于控制軸的方式，是伺服還是非伺服，伺服控制方式是實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡還是點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。6．驅(qū)動(dòng)方式指關(guān)節(jié)執(zhí)行器的動(dòng)力源。7．精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率用來定義機(jī)器人手部的定位能力。2023/6/8

一臺(tái)持重30kg，供搬運(yùn)、檢測、裝配用的圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，這臺(tái)機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)如下：自由度：共有三個(gè)基本關(guān)節(jié)1，2，3和兩個(gè)選用關(guān)節(jié)4，5；工作范圍：見左圖所示；關(guān)節(jié)移動(dòng)范圍及速度：重復(fù)定位誤差：±0.05mm控制方式：五軸同時(shí)可控，點(diǎn)位控制；持重（最大伸長、最高速度下）：30kg驅(qū)動(dòng)方式：三個(gè)基本關(guān)節(jié)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用增量式角位移檢測裝置；2023/6/8第三節(jié)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)一、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成1、手部結(jié)構(gòu)2、手腕結(jié)構(gòu)3、臂部結(jié)構(gòu)4、機(jī)身結(jié)構(gòu)2023/6/8二、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)1.手臂和本體的運(yùn)動(dòng)（1）垂直移動(dòng)指機(jī)器人手臂的上下運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)通常采用液壓缸機(jī)構(gòu)或其他垂直升降機(jī)構(gòu)來完成，也可以通過調(diào)整整個(gè)機(jī)器人機(jī)身在垂直方向上的安裝位置來實(shí)現(xiàn)。（2）徑向移動(dòng)是手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人手臂的伸縮使其手臂的工作長度發(fā)生變化。在圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)中，手臂的最大工作長度決定其末端所能達(dá)到的圓柱表面直徑。（3）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)指機(jī)器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)決定了機(jī)器人能手臂所能到達(dá)的角位置。2023/6/82.手腕的運(yùn)動(dòng)

(1)手腕旋轉(zhuǎn)手腕繞小臂軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。有些機(jī)器人限制其手腕轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于360度。另一些機(jī)器人則僅僅受到控制電纜纏繞圈數(shù)的限制，手腕可以轉(zhuǎn)幾圈。

(2)手腕彎曲指手腕的上下擺動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)也稱為俯仰。

(3)手腕側(cè)擺指機(jī)器人手腕的水平擺動(dòng)。手腕的旋轉(zhuǎn)和俯仰兩種運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來可以構(gòu)成側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，通常機(jī)器人的側(cè)擺運(yùn)動(dòng)由一個(gè)單獨(dú)的關(guān)節(jié)提供。2023/6/8三、機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)

常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有：（1）升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)；（2）俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)；（3）直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)；（4）類人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)。

機(jī)身是直接連接、支承和傳動(dòng)手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。2023/6/82.臂部結(jié)構(gòu)手臂部件（簡稱臂部）是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支承腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置的不同，可分為：（1）伸縮型臂部結(jié)構(gòu)；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮型臂部結(jié)構(gòu)；（3）屈伸型臂部結(jié)構(gòu)以及;

（4）其他專用的機(jī)械傳動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)。2023/6/83.機(jī)身和臂部的配置型式機(jī)身和臂部的配置形式基本上反映了機(jī)器人的總體布局。（1）橫梁式

單臂懸掛式雙臂懸掛式2023/6/8（2）立柱式

單臂式雙臂式2023/6/8（3）機(jī)座式

單臂回轉(zhuǎn)式雙臂回轉(zhuǎn)式多臂回轉(zhuǎn)式2023/6/8（4）屈伸式

平面屈伸型空間屈伸型2023/6/8四、手腕結(jié)構(gòu)

手腕是連接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。多數(shù)將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分安排在小臂上。

要確定手部的作業(yè)方向，一般需要三個(gè)自由度，這三個(gè)回轉(zhuǎn)方向?yàn)椋?/p>

(1)臂轉(zhuǎn)：繞小臂軸線方向的旋轉(zhuǎn)。

(2)手轉(zhuǎn)：使手部繞自身的軸線方向旋轉(zhuǎn)。

(3)腕擺：使手部相對(duì)于臂進(jìn)行擺動(dòng)。

手腕結(jié)構(gòu)多為上述三個(gè)回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式，2023/6/8常用的手腕組合的方式臂轉(zhuǎn)、腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)臂轉(zhuǎn)、雙腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)2023/6/8五、手部機(jī)構(gòu)

機(jī)器人的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從功能和形態(tài)上看，它可分為工業(yè)機(jī)器人的手部和仿人機(jī)器人的手部。

工業(yè)機(jī)器人常用的手部按其握持原理可以分為:(1)夾持類(2)吸附類2023/6/81.夾持類夾鉗式?手指1?傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2?驅(qū)動(dòng)裝置3?支架42023/6/81）手指①指端的形狀

V型指平面指

尖指特形指2023/6/8②指面型式根據(jù)工件形狀、大小及其被夾持部位材質(zhì)軟硬、表面性質(zhì)等的不同，手指的指面有光滑指面、齒型指面和柔性指面三種形式。

對(duì)于夾鉗式手部，其手指材料可選用一般碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。為使手指經(jīng)久耐用，指面可鑲嵌硬質(zhì)合金；高溫作業(yè)的手指，可選用耐熱鋼；在腐蝕性氣體環(huán)境下工作的手指，可鍍鉻或進(jìn)行搪瓷處理，也可選用耐腐蝕的玻璃鋼或聚四氟乙烯。③手指的材料2023/6/82）手部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)①回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)斜楔杠桿式滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型2023/6/8

雙支點(diǎn)連桿杠桿式齒條齒輪杠桿式①回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2023/6/8②平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

四連桿機(jī)構(gòu)平移型手部直線平移型手部結(jié)構(gòu)2023/6/8（2）鉤托式手部

鉤托式手部是不靠夾緊力來夾持工件，而是利用手指對(duì)工件鉤、托、捧等動(dòng)作來托持工件。無驅(qū)動(dòng)裝置有驅(qū)動(dòng)裝置2023/6/8（3）彈簧式手部彈簧式手部靠彈簧力的作用將工件夾緊，手部不需要專用的驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡單，只適于夾持輕小工件。彈簧式手部2023/6/82.吸附類吸附式手部靠吸附式取料。根據(jù)吸附力的不同有氣吸附和磁吸附二種。吸附式手部適應(yīng)于大平面、易碎、微小的物體，因此使用面也較大。（1）氣吸式氣吸式手部是工業(yè)機(jī)器人常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，氣吸式手部是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的。按形成壓力差的方法，可分為真空氣吸、氣流負(fù)壓氣吸、擠壓排氣負(fù)壓氣吸三種。2023/6/8真空氣吸吸附手部氣流負(fù)壓吸附手部擠壓排氣式手部氣吸式手部2023/6/8

氣吸式手部具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于非金屬材料或不可有剩磁的材料的吸附。氣吸式手部的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)工件表面沒有損傷，且對(duì)被吸持工件預(yù)定的位置精度要求不高；但要求工件上與吸盤接觸部位光滑平整、清潔，被吸工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。2023/6/8（2）磁吸式磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附材料工件的，應(yīng)用較廣。磁吸式手部不會(huì)破壞被吸件表面質(zhì)量。磁吸式手部比氣吸式手部優(yōu)越的方面是：有較大的單位面積吸力，對(duì)工件表面光潔度及通孔、溝槽等無特殊要求。磁吸式手部的不足之處是：被吸工件存在剩磁，吸附頭上常吸附磁性屑（如鐵屑等），影響正常工作。因此對(duì)那些不允許有剩磁的零件要禁止使用。對(duì)鋼、鐵等材料制品，溫度超過723℃就會(huì)失去磁性，故在高溫下無法使用磁吸式手部。磁吸式手部按磁力來源可分為永久磁鐵手部和電磁鐵手部。電磁鐵手部由于供電不同又可分為交流電磁鐵和直流電磁鐵手部。2023/6/83.仿人機(jī)器人的手部目前，大部分工業(yè)機(jī)器人的手部只有2個(gè)手指，而且手指上一般沒有關(guān)節(jié)。因此取料不能適應(yīng)物體外形的變化，不能使物體表面承受比較均勻的夾持力，因此無法滿足對(duì)復(fù)雜形狀、不同材質(zhì)的物體實(shí)施夾持和操作。為了提高機(jī)器人手部和手腕的操作能力、靈活性和快速反應(yīng)能力，使機(jī)器人能像人手一樣進(jìn)行各種復(fù)雜的作業(yè)，如裝配作業(yè)、維修作業(yè)設(shè)備操作等，就必須有一個(gè)運(yùn)動(dòng)靈活、動(dòng)作多樣的靈巧手，即仿人手。2023/6/8

仿人手多關(guān)節(jié)柔性手三指靈巧手四指靈巧手2023/6/8六、行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)是由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置檢測元件、傳感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機(jī)器人的機(jī)身、臂部和手部，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在更廣闊的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。一般而言,行走機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要有:(1)車輪式行走機(jī)構(gòu)

(2)履帶式行走機(jī)構(gòu)

(3)和足式行走機(jī)構(gòu)此外，還有步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式行走機(jī)構(gòu)、混合式行走機(jī)構(gòu)和蛇行式行走機(jī)構(gòu)等，以適合于各種特別的場合。2023/6/81.車輪式行走機(jī)構(gòu)輪式行走機(jī)器人是機(jī)器人中應(yīng)用最多的一種機(jī)器人,在相對(duì)平坦的地面上，用車輪移動(dòng)方式行走是相當(dāng)優(yōu)越的。（1）車輪的形式車輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。

充氣球輪半球形輪傳統(tǒng)車輪無緣輪(用于沙丘地形)（用于火星表面移動(dòng)）（用于平坦的堅(jiān)硬路面）(用來爬越階梯及水田中)2023/6/8（2）車輪的配置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前輪驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向后輪差動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向

后輪分散驅(qū)動(dòng)四輪同步轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3輪車輪的配置4輪車輪的配置2023/6/8（3）越障輪式機(jī)構(gòu)普通車輪行走機(jī)構(gòu)對(duì)崎嶇不平地面適應(yīng)性很差，為了提高輪式車輛的地面適應(yīng)能力，研究了越障輪式機(jī)構(gòu)。

三小輪式上下臺(tái)階的車輪機(jī)構(gòu)

多節(jié)車輪式結(jié)構(gòu)2023/6/82.履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)適合于未加工的天然路面行走，它是輪式行走機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車輪連續(xù)鋪路的作用。履帶機(jī)構(gòu)與輪式機(jī)構(gòu)相比，有如下特點(diǎn)：

（1）支承面積大，接地比壓小。適合于松軟或泥濘場地進(jìn)行作業(yè)，下陷度小，滾動(dòng)阻力小。（2）越野機(jī)動(dòng)性好，爬坡、越溝等性能均優(yōu)于輪式行走機(jī)構(gòu)（3）履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力；（4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減振功能差，零件易損壞。2023/6/8（1）履帶行走機(jī)構(gòu)的組成履帶、驅(qū)動(dòng)鏈輪支重輪托帶輪張緊輪2023/6/8形狀一：驅(qū)動(dòng)輪及導(dǎo)向輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)定性，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪只微量高于地面。形狀二：不作支承輪的驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪裝得高于地面，鏈條引入引出時(shí)角度達(dá)50度，其好處是適合于穿越障礙，另外因?yàn)闇p少了泥土夾入引起的磨損和失效，可以提高驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的壽命。形狀一形狀二（2）履帶行走機(jī)構(gòu)的形狀2023/6/8（3）獨(dú)特的履帶行走機(jī)構(gòu)1）形狀可變履帶行走機(jī)構(gòu)

形狀可變履帶行走機(jī)構(gòu)2023/6/82）位置可變履帶行走機(jī)構(gòu)

變位履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)2023/6/83.足式行走機(jī)構(gòu)足式行走對(duì)崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力，足式運(yùn)動(dòng)方式的立足點(diǎn)是離散的點(diǎn)，可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)，而輪式和履帶行走工具必須面臨最壞的地形上的幾乎所有點(diǎn)；足式運(yùn)動(dòng)方式還具有主動(dòng)隔振能力，盡管地面高低不平,機(jī)身的運(yùn)動(dòng)仍然可以相當(dāng)平穩(wěn)；足式行走在不平地面和松軟地面上的運(yùn)動(dòng)速度較高，能耗較少。2023/6/8（1）足的數(shù)目

單足跳躍機(jī)器人雙足機(jī)器人三足機(jī)器人四足機(jī)器人六足機(jī)器人2023/6/8不同足數(shù)對(duì)行走能力的評(píng)價(jià)

足數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)12345678保持穩(wěn)定姿態(tài)的能力無無好最好最好最好最好最好靜態(tài)穩(wěn)定行走的能力無無無好最好最好最好最好高速靜穩(wěn)定行走能力無無無有好最好最好最好動(dòng)態(tài)穩(wěn)定行走的能力有有最好最好最好好好好用自由度數(shù)衡量的機(jī)械結(jié)構(gòu)之簡單性最好最好好好好有有有2023/6/8（2）足的配置正向?qū)ΨQ分布前后向?qū)ΨQ分布足的主平面的安排2023/6/8哺乳動(dòng)物形爬行動(dòng)物昆蟲形足的幾何構(gòu)型2023/6/8內(nèi)側(cè)相對(duì)彎曲

外側(cè)相對(duì)彎曲同側(cè)彎曲

足的相對(duì)方位2023/6/8第四節(jié)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一、驅(qū)動(dòng)方式機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式有：（1）液壓式（2）氣動(dòng)式（3）電動(dòng)式。

2023/6/81.液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）液壓容易達(dá)到較高的單位面積壓力（常用油壓為25～63kg/cm2),體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；

2）液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；

3）液壓傳動(dòng)中，力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；

4）液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機(jī)械效率，使用壽命長。2023/6/8

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足之處是：

1）油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險(xiǎn)；

2）液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價(jià)較高；

3）需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則會(huì)引起故障。

液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。2023/6/82.氣壓驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：

1）壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速（1m/s）；

2）利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備；

3）空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)；

4）氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。2023/6/8

它的不足之處是：

1）壓縮空氣常用壓力為4～6kg/cm2，若要獲得較大的出力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大；

2）空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難；

3）壓縮空氣的除水問題是一個(gè)很重要的問題，處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生繡，導(dǎo)致機(jī)器人失靈。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)多用于開關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人中。2023/6/83.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機(jī)器人。伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩相對(duì)小，控制性能好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機(jī)器人。交、直流伺服電動(dòng)機(jī)一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。功率在1KW以下的機(jī)器人多采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)使用簡單，且隨著材料性能的提高，電機(jī)性能也逐漸提高。所以總的看來，目前機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)逐漸為電動(dòng)式所代替。2023/6/8驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式特點(diǎn)輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積使用范圍制造成本液壓驅(qū)動(dòng)壓力高，可獲得大的輸出力。油液不可壓縮，壓力、流量均容易控制，可無極調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制維修方便，液體對(duì)溫度變化敏感，油液泄漏易著火。在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅(qū)動(dòng)方式小。中、小型及重型機(jī)器人。液壓元件成本較高，油路比較復(fù)雜。氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓壓力低，輸出力較小，如需要輸出力大時(shí)，其結(jié)構(gòu)尺寸過大。可高速，沖擊較嚴(yán)重，精確定位困難。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與CPU連接。維修簡單，能在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄漏無影響。體積較大中、小型機(jī)器人。結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成本低。電機(jī)驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)輸出力較大控制性能較差，慣性大，不易精確定位維修使用方便。需要減速裝置，體積較大。速度低，持重大的機(jī)器人。成本低。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)輸出力較小或較大容易與CPU連接，控制性能好，響應(yīng)快，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜。維修使用較復(fù)雜。體積效小程序復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的機(jī)器人。成本較高。2023/6/8二、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方式和直線驅(qū)動(dòng)方式。1.直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人采用的直線驅(qū)動(dòng)包括直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的X、Y、Z向驅(qū)動(dòng)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向驅(qū)動(dòng)和垂直升降驅(qū)動(dòng)，以及球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向伸縮驅(qū)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)可以直接由氣缸或液壓缸和活塞產(chǎn)生，也可以采用齒輪齒