機器人組成

機器人是一個高度自動化的機電一體化設備。從控制觀點來看，機器人系統可以分成四大部分：機器人執行機構、驅動裝置、控制系統、感知反饋系統。處理器關節控制器驅動裝置執行機構工作對象控制系統感知反饋系統內部傳感器（位形檢測）外部傳感器（環境檢測） 機器人組成處理器關節控制器驅動執行工作對象控制系統感知反饋1機器人分類

氣壓驅動按驅動形式液壓驅動電驅動直流伺服驅動交流伺服驅動

按用途劃分 （應用領域）（1）工業機器人

（步進電機）弧焊機器人點焊機器人搬運機器人裝配機器人噴涂機器人拋光機器人機器人分類按驅動形式液壓驅動直流伺服驅動 按用途劃分 （步2機器人分類

（2）特種機器人 空間機器人 水下機器人軍用機器人教學機器人服務機器人醫用機器人排險救災機器人固定式移動式輪式履帶式足式蛇行機器人分類軍用機器人固定式輪式3機器人的常見構型機器人的常見構型4機器人常見構型1、直角坐標型(3P)2、圓柱坐標型(R2P)3、極坐標型（也稱球面坐標型）(2RP)4、關節坐標型(3R)5、平面關節型(SCARA)機器人常見構型1、直角坐標型(3P)3、極坐標型（也稱球面5直角坐標機器人l結構特點-在直角坐標空間內解耦，空間軌跡易于求解；-易于實現高定位精度；-當具有相同的工作空間時，本體所占空間體積較大這也是大多數數控設備采用這種結構形式的原因直角坐標機器人l結構特點-在直角坐標空間內解耦，空間6圓柱坐標機器人l結構特點-在圓柱坐標空間內解耦；-能夠伸入型腔式空間；-相同工作空間，本體所占空間體積比直角坐標式要小；-直線驅動部分密封、防塵較難圓柱坐標機器人l結構特點-在圓柱坐標空間內解耦；-7極坐標機器人l結構特點-所占空間體積小，機構緊湊；-往往需要將極坐標轉化成我們 習慣的直角坐標，軌跡求解較 難；-直線驅動同樣存在密封、防塵問題極坐標機器人l結構特點-所占空間體積小，機構緊湊；-8垂直多關節機器人l結構特點-機構緊湊，動作靈活，工作空間大；-能繞過基座周圍的一些障礙物；-適合電機驅動，關節密封、防塵比較容易相鄰關節軸線垂直或水平垂直多關節機器人l結構特點-機構緊湊，動作靈活，工作9水平多關節機器人（SCARA）l結構特點-作業空間與占地面積比很大，使用起來方便；-沿升降方向剛性好，尤其適合平面裝配作業SCARA-SelectiveComplianceAssemblyRobotArm1978年由日本山梨大學牧野洋教授首先提出水平多關節機器人（SCARA）l結構特點-作業空10并聯機器人

模擬器加工設備微動機構并聯機器人加工設備微動機構11機器人基本概念與關鍵參數機器人基本概念與關鍵參數121.2.3.4.5.基本概念重復定位精度：往復運動的物體,每次停止的位置與第一次調定的位置之間角度或長度的差值。差值越小,精度越高。描述方式：±0.08mm精度：觀測結果、計算值或估計值與真值（或被認為是真值）之間的接近程度。描述方式：±0.08mm分辨率：設備輸出最小位移或角度的能力。自由度：完全確定一個物體在空間位置所需要的獨立坐標數目，叫做這個物體的自由度。柔性（適應性）：“柔性”是相對于“剛性”而言的,傳統的“剛性”自動化生產線主要實現單一品種的大批量生產。其優點是生產率很高,由于設備是固定的,所以設備利用率也很高,單件產品的成本低。但價格相當昂貴,且只能加工一個或幾個相類似的零件,難以應付多品種中小批量的生產。隨著批量生產時代正逐漸被適應市場動態變化的生產所替換,一個制造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發周期內,生產出較低成本、較高質量的不同品種產品的能力。柔性已占有相當重要的位置。1.2.3.4.5.基本概念重復定位精度：往復運動的物體,每136.7.8.9.基本概念柔性制造系統（FMS）：柔性制造系統是由數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統組成的自動化制造系統,它包括多個柔性制造單元,能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整,適用于多品種、中小批量生產。”簡單地說,ＦＭＳ是由若干數控設備、物料運貯裝置和計算機控制系統組成的并能根據制造任務和生產品種變化而迅速進行調整的自動化制造系統。剛度：剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。零件的剛度（或稱剛性）常用單位變形所需的力或力矩來表示，剛度的大小取決于零件的幾何形狀和材料種類（即材料的彈性模量）。強度：強度是指零件承受載荷后抵抗發生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力。也就是說，強度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標。強度是機械零部件首先應滿足的基本要求。

示教再現：具有記憶再現功能的機器人。操作者預先進行逐步示教，機器人記憶有關作業程序、位置及其他信息，然后按照再現指令，逐條取出解讀，在一定精度范圍內重復被示教的程序，完成工作任務。6.7.8.9.基本概念柔性制造系統（FMS）：柔性制造系統14§§§§§§§§§關鍵參數

自由度數衡量機器人適應性和靈活性的重要指標，一般等于機器人的關節 數。機器人所需要的自由度數決定與其作業任務。 負載能力機器人在滿足其它性能要求的前提下，能夠承載的負荷重量。

運動范圍機器人在其工作區域內可以達到的最大距離。它是機器人關節長度和其 構型的函數。

精度指機器人到達指定點的精確程度。與機器人驅動器的分辨率及反饋裝 置有關。 重復定位精度指機器人重復到達同樣位置的精確程度。它不僅與機器人驅 動器的分辨率及反饋裝置有關，還與傳動機構的精度及機器人的動態性能 有關。 控制模式引導或點到點示教模式；連續軌跡示教模式；軟件編程模式；自 主模式。 運動速度單關節速度；合成速度 電源與電源容量 動態特性—穩定、柔順§材料§§§§§§§§§關鍵參數§材料15機器人運動學機器人運動學16機器人運動學?在一般機器人應用問題中，人們感興趣的是：末端執行器相對于固定參考坐標系的空間幾何描述，也就是機器人的運動學問題?機器人的運動學即是研究機器人手臂末端執行器位置和姿態與關節變量空間之間的關系n也就是要把機器人的空間位移解析地表示為時間的函數，特別是研究機器人關節變量空間和機器人末端執行器位置和姿態之間的關系機器人運動學?在一般機器人應用問題中，人們感興趣的是：末17研究的對象?機器人從機構形式上主要分為兩種，一種是關節式串聯機器人， 另外一種是并聯機器人，如圖：PUMA560FanucmanipulatorHexapod研究的對象PUMA560FanucmanipulatorH18運動學研究的問題Whereismyhand?運動學正問題DirectKinematicsHERE!HowdoIputmyhandhere?運動學逆問題

InverseKinematics:Choosetheseangles!運動學研究的問題Whereismyhand?運動學正問19研究的問題:n運動學正問題---已知桿件幾何參數和關節角矢量，求操作機末端執行器相對 于固定參考作標的位置和姿態（齊次變換問題）。n運動學逆問題---已知操作機桿件的幾何參數，給定操作機末端執行器相對于 參考坐標系的期望位置和姿態（位姿），操作機能否使其末端執行器達到這 個預期的位姿？如能達到，那么操作機有幾種不同形態可以滿足同樣的條 件？

桿件參數關節角 關節角運動學正問題 桿件參數 運動學正問題末端執行器研究的問題:關節角運動學正問題末20解的存在性n目標點應位于工作空間內n可能存在多解，如何選擇最合適的解？存在雙解!解的存在性n目標點應位于工作空間內n可能存在多解，如何選21什么是并聯機器人n并聯機器人機構可以嚴格定義為：上，下平臺用2個或2個以上分支相連，機構具有2個或2個以上的自由度，且以并聯方式驅動的機構稱為并聯機器人機構。n從廣義機構學的角度出發，只要是多自由度的，驅動器分配在不同環境上的多環路機構都可稱之為并聯機構，如步行機器人，多指手爪等。什么是并聯機器人n并聯機器人機構可以嚴格定義為：上，下平臺22并聯機器人運動學參考教材：燕山大學黃真《并聯機器人機構學理論及其控制》并聯機器人運動學參考教材：燕山大學黃真《并聯機器人機構學23并聯機器人的應用n用作模擬器：運動、飛行、地震、艦船、汽車、火車…n操作器：空間對按機構、潛艇救援、土方挖掘、煤礦開采等，醫療外科…n微動機構和微型機構：顯微外科、細胞操作、誤差補償器.n加工設備：虛擬軸機床，很容易獲得6軸聯動，前兩年研究的較多，近年來，大家發現虛擬機床很難獲得高的加工精度，如天津大學的黃田教授等人進行了多年的研究，發現很難超過20μ.n娛樂：《真實的謊言》中的拍攝施瓦辛格駕駛鷂式飛機，就是在一個stewart平臺上進行的.并聯機器人的應用n用作模擬器：運動、飛行、地震、艦船、汽車24并聯機器人運動學n在串聯機器人中，正解容易且有唯一解，逆解比較繁雜，計算時間長，且有時出現多解n并聯機器人正好相反，逆解容易，且有唯一解，正解不容易求解，且多解，并聯機器人正解一直是并聯機器人研究的一個難題。并聯機器人運動學n在串聯機器人中，正解容易且有唯一解，逆解25機器人工作空間與軌跡規劃機器人工作空間與軌跡規劃26工作空間工作空間是從幾何方面討論操作機的工作性能。B．Roth在1975年提出了操作機工作空間的概念。n如何獲得工作空間:利用正運動學模型,改變關節變量值?操作機的可達工作空間（Reachableworkspace）：機器人操作機正常運行時，末端在空間活動的最大范圍；或者說末端可達點占有的體積空間。這一空間又稱可達空間或總工作空間，記作W(P)。?靈活工作空間(Dexterousworkspace)：在總工作空間內，末端以給定姿態達到的點所構成的體積空間。記作Wp(P)。?次工作空間：總工作空間中去掉靈活工作空間所余下的部分。記作Ws(P)。工作空間工作空間是從幾何方面討論操作機的工作性能。B．Rot27工作空間工作空間的兩個基本問題：1、給出某一結構形式和結構參數的操作機以及關節變量的變化范圍，求工作空間。稱為工作空間分析或工作空間正問題。2、給出某一限定的工作空間，求操作機的結構形式、參數和關節變量的變化范圍。稱工作空間的綜合或工作空間逆問題。工作空間的確定方法：1、解析法2、圖解法

用圖解法求工作空間，得到的往往是工作空間的各類別截面(或削截線)。它直觀性強，便于和計算機結合，以顯示在可達點操作機的構形特征。 在應用圖解法時．也將關節分為兩組，即前三關節和后三關節(有時為兩關節或一關節)，前三關節稱位置結構，主要確定工作空間大小，后三關節稱定向結構，主要決定手部姿勢。首先分別求出該兩組關節所形成的腕點空間和參考點在腕坐標系中的工作空間，再進行包絡整合。工作空間工作空間的兩個基本問題：1、給出某一結構形式和結構參28工業機器人的機械設計基礎專業知識講座課件29機器人的軌跡規劃

機器人學中的一個基本問題是為解決某個預定的任務而規劃機器人的動作，然后在機器人執行完成那些動作所需的命令時控制它。這里，規劃的意思就是機器人在行動前確定一系列動作(作決策)，這種動作的確定可用問題求解系統來解決，給定初始情況后，該系統可達到某一規定的目標。因此，規劃就是指機器人為達到目標而需要的行動過程的描述。規劃內容可能沒有次序，但是一般來說，規劃具有某個規劃目標的蘊含排序。例如，早晨起床后的安排。缺乏規劃可能導致不是最佳的問題求解，甚至得不到問題的求解。機器人規劃是機器人學的一個重要研究領域，也是人工智能與機器人學一個令人感興趣的結合點。機器人的軌跡規劃 機器人學中的一個基本問題是為解決某個預定的30PTP-pointtopointLIN-linear CIRC-circularPTP-pointtopointLIN-linear31機器人靜力學與動力學機器人靜力學與動力學32機器人靜力學和動力學

靜力學和動力學分析，是機器人操作機設計和動態性能分析的基礎。特別是動力學分析，它還是機器人控制器設計、動態仿真的基礎。

機器人靜力學研究機器人靜止或緩慢運動式，作用在機器人上的力和力矩問題。特別是當手端與環境接觸時，各關節力（矩）與接觸力的關系。

機器人動力學研究機器人運動與關節驅動力（矩）間的動態關系。描述這種動態關系的微分方程稱為動力學模型。由于機器人結構的復雜性，其動力學模型也常常很復雜，難以用于機器人實時控制。然而高質量的控制應當基于被控對象的動態特性，因此，如何合理簡化機器人動力學模型，使其適合于實時控制的要求，是機器人動力學研究追求的目標。機器人靜力學和動力學 靜力學和動力學分析，是機器人操作機設計33動力學研究方法：ADAMS1．拉格朗日方程法：通過動、勢能變化與廣義力的關系，建立機器人的動力學方程。代表人物R.P.Paul、J.J.Uicker、J.M.Hollerbach等。計算量O(n4)，經優化O(n3)，遞推O(n)。2．牛頓—歐拉方程法：用構件質心的平動和相對質心的轉動表示機器人構件的運動，利用動靜法建立基于牛頓—歐拉方程的動力學方程。代表人物Orin,Luh(陸養生)等。計算量O(n)。3．高斯原理法:利用力學中的高斯最小約束原理,把機器人動力學問題化成極值問題求解.代表人物波波夫(蘇).用以解決第二類問題。計算量O(n3)。4．凱恩方程法：引入偏速度概念，應用矢量分析建立動力學方程。該方法在求構件的速度、加速度及關節驅動力時，只進行一次由基礎到末桿的推導，即可求出關節驅動力，其間不必求關節的約束力，具有完整的結構，也適用于閉鏈機器人。計算量O(n!)。動力學研究方法：ADAMS1．拉格朗日方程法：通過動、勢能變34機器人關鍵功能部件

——電機、減速器、傳感器機器人關鍵功能部件35電機

選取電機注意參數及事項

?外形

?功率

?轉矩

?轉速?轉動慣量?軸端?電流?安裝方式?制動?重量?進口與國產電機?轉動慣量36電機n步進電機是一種將數字式脈沖信號轉換成機械位移（角位移或線位移）的機電執行元件。它的機械位移與輸入的數字脈沖數有著嚴格的對應關系，即一個脈沖信號可使步進電機前進一步，所以稱為步進電動機。ü有較高的定位精度，無位置累積誤差；ü開環運行，成本低，可靠性較高。ü低速運行時振動大、噪聲大n伺服就是一個提供閉環反饋信號來控制位置和轉速。n伺服電機是一個位置的半閉環控制。所以伺服電機不會出現丟步現象，每一個指令脈沖都可以得到可靠響應。電機n步進電機是一種將數字式脈沖信號轉換成機械位移（角位移37電機?步進電機：混合式兩相、五相?伺服電機：直流伺服（干擾小、供電限制-電池）：有刷無刷交流伺服（大慣量，功率范圍大）一、控制精度不同兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、1.8°交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。二、低頻特性不同步進電機在低速時易出現低頻振動現象。交流伺服電機運轉非常平穩，不會出現振動現象。三、矩頻特性不同步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降四、過載能力不同步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。五、運行性能不同步進電機的控制為開環控制，易出現丟步或堵轉的現象。交流伺服驅動系統為閉環控制，內部構成位置環和速度環，控制性能更為可靠。六、速度響應性能不同步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒。電機?步進電機：混合式兩相、五相?伺服電機：直流伺服（干38???電機三相異步電動機：220V單相交流電動機：220V直流電動機：24V?調速：變頻器調速器???電機三相異步電動機：220V?調速：變頻器調速39舵機

舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構成。其工作原理是由接收機發出訊號給舵機，經由電路板上的IC判斷轉動方向，再驅動無核心馬達開始轉動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經到達定位。電壓影響電池舵機 舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器40直線電機把電能直接轉化為直線機械運動能量的裝置。電機是一種執行裝置，是執行器的一種。直線電機把電能直接轉化為直線機械運動能量的裝置。41直驅電機DD直驅電機

直驅電機,直接驅動式電機的簡稱.主要指電機在驅動負載時,不需經過傳動裝置(如傳動皮帶等).直驅電機的主要好處主要是避免使用了傳動皮帶等傳動設備,而這些傳動部件恰恰是系統中故障率較高的部件.所以使用直驅電機的系統,從技術上講,應具有更低的故障率超聲電機：

超聲電機采用壓電陶瓷材料實現電能到機械能的轉換，功率密度更高，比電磁型力矩電機具有更大的轉矩重量比。在相同輸出轉矩下，一般質量僅為電磁型力矩電機的三分之一。此外，由于超聲電機采用摩擦傳動，其機械常數比電磁型力矩電機高一個數量級，響應更快。直驅電機DD直驅電機 直驅電機,直接驅動式電機的簡稱.主要指42減速器l選取減速器注意參數及事項：?外形?潤滑?效率?與電機連接方式?承受轉矩?轉動慣量?減速比?安裝方式?重量?進口與國產減速器l選取減速器注意參數及事項：?外形?與電機連接方43?減速器

蝸輪蝸桿減速器發熱磨損---潤滑減速比：蝸輪齒數/蝸桿頭數蝸桿頭數越多，傳動效率越高，但加工會更加困難。若要求自鎖，應選擇單頭?減速器發熱磨損---潤滑減速比：蝸輪齒數/蝸桿頭數蝸桿44?減速器行星減速器u當太陽輪旋轉時，帶動行星齒輪旋轉，由于齒圈被固定，所以行星齒輪除作自轉外，還將繞中心旋轉軸線作行星運動-低速公轉運動，通過行星輪軸，將行星齒輪的低速公轉運動傳至輸出軸，這樣便完成了減速運動。減速比=內齒環齒數/太陽齒齒數+1?減速器行星減速器u當太陽輪旋轉時，帶動行星齒輪旋轉，由于45諧波減速器l構成-由諧波發生器（橢圓形凸輪及薄壁軸承）、柔輪（在柔性材料上切制齒形）以及與它們嚙合的鋼輪構成的傳動機構諧波減速器l構成-由諧波發生器（橢圓形凸輪及薄壁軸承46諧波減速器三個基本構件組成（減速原理可認為同類于行星減速）（1）帶有內齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當于行星系中的中心輪；（2）帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當于行星齒輪；（3）波發生器H，它相當于行星架。作為減速器使用，通常采用波發生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。i=-z1/(z1-z2)諧波減速器三個基本構件組成（減速原理可認為同類于行星減速）（47諧波減速器l原理-柔輪的齒數比鋼輪的齒數少兩個齒。隨著諧波發生器的轉動，柔輪與鋼 輪的齒依次嚙合，從轉過相同齒數的中心角來說，柔輪比鋼輪大，于是 柔輪相對于鋼輪沿著諧波發生器的反方向作微小的轉動。例如，齒數為

100的鋼輪與齒數為98的柔輪組合，每一周會產生2/100的轉動差，從而 得到大的減速比。諧波減速器l原理-柔輪的齒數比鋼輪的齒數少兩個齒。隨48諧波減速器l特點-結構緊湊，能實現同軸輸出-減速比大-同時嚙合齒數多（30%+），承載能力大-回差小（<3’）,傳動精度高-運動平穩，傳動效率較高（70%）l缺點-扭轉剛度不足-諧波發生器自身轉動慣量大諧波減速器l特點-結構緊湊，能實現同軸輸出-同49諧波減速機l品牌-國外，日本HarmonicDrive(HD)、德國HarmonicDrivePolymerGmbH-國內，北京諧波研究所、中技克美、眾合天成諧波減速機l品牌-國外，日本HarmonicDri50擺線針輪減速機（機器人用）l結構-行星擺線針輪減速機全部傳動裝置 可分為三部分：輸入部分、減速部 分、輸出部分。-在輸入軸上裝有一個錯位180°的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個滾柱軸承，形成H機構，兩個擺線輪的中心孔即為偏心套上轉臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒輪上一組環形排列的針齒輪相嚙合，以組成少齒差內嚙合減速機構，（為了減少摩擦，在速比小的減速機中，針齒上帶有針齒套）。擺線針輪減速機（機器人用）l結構-行星擺線針輪減速機51擺線針輪減速機（機器人用）l減速原理-當輸入軸帶著偏心套轉動一周時， 由于擺線輪上齒廓曲線的特點及其 受針齒輪上針齒限制之故，擺線輪 的運動成為即有公轉又有自轉的平 面運動，在輸入軸正轉一周時，偏 心套亦轉動一周，擺線輪于相反方 向上轉過一個齒差從而得到減速， 再借助W輸出機構，將擺線輪的低 速自轉運動通過銷軸，傳遞給輸出 軸，從而獲得較低的輸出轉速。擺線針輪減速機（機器人用）l減速原理-當輸入軸帶著偏52擺線針輪減速機（機器人用）l特點-結構緊湊，能實現同軸輸出-減速比大-高剛度，負載能力大-回差小（<1’）,傳動精度高-運動平穩，傳動效率較高（70%）-可靠性高，壽命長擺線針輪減速機（機器人用）l特點-結構緊湊，能實現同53擺線針輪減速機（機器人用）l品牌-國外，日本住友FINECYCLO-C、D系列、斯洛伐克SPINEA公司TwinSpin系列-國內，暫無擺線針輪減速機（機器人用）l品牌-國外，日本住友FI54RV減速機l結構-由一級行星輪系再串聯一級擺線針輪減速器組合而成的RV減速機l結構-由一級行星輪系再串聯一級擺線針輪減55RV減速器輸入軸轉動一周，擺線輪移動了1個齒，擺線輪的齒數就是速比RV減速器輸入軸轉動一周，擺線輪移動了1個齒，擺線輪的齒數就56nnRV減速機l特點-相比擺線針輪減速機，結構上更緊湊-相比擺線針輪減速機，減速比更大-高剛度，負載能力大-回差小（<1’）,傳動精度高-運動平穩，傳動效率較高（85%）-可靠性高，壽命長與諧波傳動相比，除了具有相同的速比大、同軸線傳動、結構緊湊、效率高等待點外，最顯著的特點是剛性好，傳動剛度較諧波傳動要大2—6倍，但重量卻增加了1—3倍。高剛度作用，可以大大提高整機的固有頻率，降低振動；在頻繁加、減速的運動過程中可以提高響應速度并降低能量消耗。RV減速機目前是工業機器人上應用的主流減速機類型，其次是諧波減速機！！nnRV減速機l特點-相比擺線針輪減速機，結構上更緊57RV減速機l品牌-國外，日本帝人制機（Nabtesco前身）VIGODRIVE中的RV-C、RV-E系列減速機、日本住友FINECYCLO-T系列、韓國SEJIN-iGB中的XQ、QH系列-國內，浙江恒豐泰CORT復式滾動活齒減速機RV減速機l品牌-國外，日本帝人制機（Nabtesc58l

傳感器

在機器人與機電一體化系統中有各種不同的物理量(如位移、壓力、速度等)需要測量與控制，如果沒有傳感器對原始的各種參數進行精確而可靠的檢測，那么對機電產品的各種控制是無法實現的。因此能把各種不同的非電量轉換成電量的傳感器便成為機電一體化系統中不可缺少的組成部分。 傳感器：傳感器是一種以一定的精確度將被測量(如位移、力、加速度等)轉換為與之有確定對應關系的、易于精確處理和測量的某種物理量(如電量)的測量部件或裝置。l組成：

1、敏感元件直接感受被測量、并以確定關系輸出物理量。如彈性敏元件將力轉換為位移或應變輸出。

2、轉換元件將敏感元件輸出的非電物理量(如位移、應變、光強等)轉換成電量參數(如電阻、電感、電容等)等。

3、基本轉換電路將電路參數量轉換成便于測量的電量，如電壓、電流、頻率等。l分類：開關型---傳感器的二值就是“1”和“0”或開(ON)和關(OFF)。數字型---計數型和代碼型。碼盤、光柵模擬型---輸出是與輸入物理量變化相對應的連續變化的電量，溫度、稱重、位移----A/D轉換器l 傳感器l組成： 1、敏感元件直接感受被測量、并以59???????????傳感器稱重傳感器：電阻應變式稱重傳感器，用于檢測工件重量。機械開關：普通接近開關，用于檢測運動部分是否到位。光電開關：包括對射式、反射板式、漫反射式紅外線光電開關，用于檢測工件位置。磁性開關：用于檢測運動部分是否到位。接近開關材質傳感器：用于檢測工件材質。位移傳感器：滑動電阻式位移傳感器，用于檢測孔深。顏色傳感器：包括顏色傳感器和色標傳感器，用于檢測工件顏色。色標傳感器形狀傳感器光纖傳感器—光在調制區內,外界信號與光的相互作用,可能引起光的強度,波長,頻率,相位,偏振態等光學性質的變化,從而形成不同的調制---抗干擾能力???????????傳感器稱重傳感器：電阻應變式稱重傳感器60???傳感器光柵尺、圓光柵：是由一對光柵副中的主光柵（即標尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進行相對位移時，在光的干涉與衍射共同作用下產生黑白相間（或明暗相間）的規則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經過光電器件轉換使黑白（或明暗）相同的條紋轉換成正弦波變化的電信號，再經過放大器放大，整形電路整形后，得到兩路相差為90o的正弦波或方波，送入光柵數顯表計數顯示。（尺是有很多很細的間格組成，靠光來讀取每次走過的光線數量，來算出走的尺寸，線愈細精度愈高）--圓形光柵尺可認為是編碼器旋轉編碼器：旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置。應用于速度控制或位置控制系統的檢測元件.分為增量式和絕對式、混合式。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。旋轉變壓器：輸出電信號與轉子轉角成某種函數關系的電感式角度傳感元件。角度反饋???傳感器光柵尺、圓光柵：是由一對光柵副中的主光柵（即標尺61??伺服編碼器編碼器是將電機轉動的角度信號轉換為控制器可以接收的電信號的，并反饋給控制器從而進行閉環控制。其中光電式編碼器是利用光電原理把機械角位移變成電信號，可以非常方便的測量電機軸的角位移或角速度。按輸出信號與對應角度的關系，光電式編碼器通常可分為增量式光電編碼器、絕對式光電編碼器及混合式光電編碼器。增量式光電編碼器每產生的一個輸出信號就對應軸的一個角位移，不能直接測量軸的絕對角度。絕對式光電編碼器則通過讀取碼盤上的圖案來測量軸的位置，可以直讀取量角度坐標的絕對值。混合式光電編碼器則是增量式和絕對式共有的編碼器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。此外，為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號。松下：2500線（碼盤一圈的刻線數）富士：17位（分辨率）32768線??伺服編碼器編碼器是將電機轉動的角度信號轉換為控制器可以接62??視覺傳感器機器視覺CCD：一個典型的機器視覺系統包括：光源、鏡頭、CCD相機（機身與鏡頭）、圖像采集卡、圖像處理軟件等。

機器視覺檢測系統采用CCD照相機將被檢測的目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號，圖像處理系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數量、位置、長度，再根據預設的允許度和其他條件輸出結果，包括尺寸、角度、個數、合格/不合格、有/無等，實現自動識別功能。應用：在系統中主要進行圖象的顏色識別、形狀識別、尺寸位置精度檢測。??視覺傳感器機器視覺CCD：一個典型的機器視覺系統包括：光63????????傳感器

觸覺傳感器 紅外傳感器 力傳感器 超聲傳感器 激光傳感器 電子羅盤?GPS條碼掃描器電子標簽????????傳感器?GPS642.氣動與真空吸附1.3.4.5.6.基本組成各元件主要性能參數氣動機器人介紹產品應用手爪氣缸氣動機械手

文丘里管原理2.氣動與真空吸附1.基本組成65液壓l液壓優點是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅動的桿件相連，結構緊湊，剛度好，響應快，伺服驅動具有較高的精度。但需要增設液壓源，易產生液體泄漏，不適合高、低溫場合，故液壓驅動目前多用于特大功率的機器人系統。并聯運動模擬器液壓l液壓優點是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅動的桿件66l驅動源選取原則l驅動的選擇應以作業要求、生產環境為先決條件，以價格高低、技術水平為評價標準。一般說來，目前負荷為100kg以下的,可優先考慮電動驅動；只須點位控制且功率較小者，可采用氣動驅動；負荷較大或機器人周圍已有液壓源的場合，可采用液壓驅動。對于驅動源來說，最重要的是要求起動力矩大，調速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時還要有性能好的、與之配套的數字控制系統。l驅動源選取原則l驅動的選擇應以作業要求、生產環境為先決條67機器人典型元器件與傳動方式機器人典型元器件與傳動方式68????典型元器件彈性聯軸器交叉滾柱導軌支撐型直線導軌（直線軸承）直線導軌（滑塊）滾珠絲杠滑動軸承????典型元器件彈性聯軸器交叉滾柱導軌支撐型直線導軌69?????滾珠絲杠、同步帶

絲杠的應用是將旋轉運動通過絲母轉變為直線運動。帶傳動的應用是傳遞旋轉運動， 改變旋向，改變速比。 絲杠傳動，鋼性較好，可以傳遞較大扭力，位置準確，頻繁換向時容易產生沖擊振動。帶傳動，傳動平穩，消除振動，重負荷時容易丟轉。絲杠導軌精度等級：C普通級P精密級預壓?張緊?導程絲杠選取與計算裝配注意事項花鍵絲杠（回轉+直線）?????滾珠絲杠、同步帶帶傳動，傳動平穩，消除振動，重負荷70???典型機械傳動類型

螺旋傳動、同步齒形帶、鏈條傳動、齒輪傳動、齒輪齒條 連桿機構---六足爬蟲等仿生機器人、助力機械手 行程倍增機構??鋼帶（鋼繩）間歇機構?張緊???典型機械傳動類型?鋼帶（鋼繩）?張緊71滾動螺旋傳動l結構-滾動螺旋傳動是在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間放入適當的滾珠，使其由滑動摩擦變為滾動摩擦的一種螺旋傳動。-滾珠在工作過程中順螺旋槽(滾道)滾動，故必須設置滾珠的返回 通道，才能循環使用。為了消除回差(空回)，螺母分成兩段，以 墊片、雙螺母或齒差調整兩段螺母的相對軸向位置，從而消除間 隙和施加預緊力，使回差為零。1一齒輪；2一返回裝置；3一鍵；4一滾珠；5一絲杠；6一螺母；7—支座滾動螺旋傳動l結構-滾動螺旋傳動是在具有螺旋槽的絲杠72滾動螺旋傳動l特點-摩擦小、效率高。一般情況下，傳動的效率在90％以上。-動、靜摩擦系數相差極小，傳動平穩，靈敏度高。-磨損小、壽命長。-可以通過預緊消除軸向間隙，提高軸向剛度。l缺點-大大加大了2、3關節軌跡算法的復雜性-不能自鎖-密封、防塵困難滾動螺旋傳動l特點-摩擦小、效率高。一般情況下，傳動73其他傳動l齒輪傳動-間隙調整較困難，因為有齒側間隙，所以有較大的回差。-一般不會單獨使用，常用于其他減速傳動的前一級傳動-高速時，噪聲較大，盡量采用弧形齒和磨齒l同步帶傳動-需要張緊或調整機構，否則會有較大的回差-一般也不會單獨使用，常用于其他減速傳動的前一級傳動-負載能力不能太大-噪聲較小，無需潤滑其他傳動l齒輪傳動-間隙調整較困難，因為有齒側間隙，74n????nn傳動特點與事項滾動絲杠特點：摩擦小、效率高。一般情況下，傳動的效率在90％以上動、靜摩擦系數相差極小，傳動平穩，靈敏度高磨損小、壽命長可以通過預緊消除軸向間隙，提高軸向剛度。

滾動絲杠傳動不能自鎖，必須有防止逆轉的制動或自鎖機構才能安全地用于有自重下降的場合。最怕落入灰塵、鐵屑、砂粒。通常，螺母兩端必須密封，絲杠的外露部分視情況加以密封。

對于齒輪傳動、齒輪齒條傳動，須注意消除間隙，否則達不到應有的轉角精度要求。對于鏈傳動、齒形帶傳動、鋼帶傳動和鋼絲繩傳動，須考慮張緊問題，否則會產生很大的回差。n????nn傳動特點與事項滾動絲杠特點：摩擦小、效率高。一75機器人傳動選取原則u原則：?極少的傳動環節；?結構緊湊，即同比體積最小、重量最輕；?傳動剛度大，即承受扭矩時角度變形要小，以提高整機的固有頻率，降低整機的低頻振動；?回差小，即由正轉到反轉時空行程要小，以得到較高的位置控制精度；?壽命長、價格低。l各類機器人幾乎使用了目前出現的絕大多數傳動機構，其中最常用的為諧波傳動、RV擺線針輪行星傳動和滾動螺旋傳動。此外選取需注意：精度、剛度、負載、成本、應用場合等。機器人傳動選取原則u原則：?極少的傳動環節；76機器人常用傳動比較機器人常用傳動比較77機器人常用傳動比較機器人常用傳動比較78機器人的典型機械結構與運動機器人的典型機械結構與運動79典型結構組成l為什么通用型工業機器人均選用6-DOF串聯結構形式？

-一個運動物體在直角坐標系中的位姿（位置和姿態） 可由6個自由度變量（3個平動、3個轉動）來表示；

-6-DOF串聯機器人抓取物體時，手臂機構（前3個自由 度）決定物體的位置，手腕機構（后3個自由度）決定 物體的姿態；-6-DOF串聯結構形式給機器人運動學計算帶來了方便——可以將位置和姿態變量分開計算典型結構組成l為什么通用型工業機器人均選用6-DOF串聯結80-----典型結構組成l6-DOF串聯機器人執行機構組成-----底座腰關節轉座肩關節大臂肘關節小臂腕部末端執行器（手爪）平衡裝置-----典型結構組成-底座81一、機器人機械結構的組成1.手部2.手腕3.臂部4.機身

一、機器人機械結構的組成1.手部82一、機器人機械結構的組成１．手部機器人為了進行作業，在手腕上配置了操作機構，有時也稱為手爪或末端操作器．２．手腕聯接手部和手臂的部分，主要作用是改變手部的空間方向和將作業載荷傳遞到手臂．３．臂部聯接機身和手腕的部分，主要作用是改變手部的空間位置，滿足機器人的作業空間，并將各種載荷傳遞到機座．４．機身機器人的基礎部分，起支承作用．對固定式機器人，直接聯接在地面基礎上，對移動式機器人，則安裝在移動機構上．一、機器人機械結構的組成１．手部83二、機器人機構的運動１．手臂的運動垂直移動徑向移動回轉運動２．手腕的運動(1)手腕旋轉(2)手腕彎曲(3)手腕側擺二、機器人機構的運動１．手臂的運動２．手腕的運動84三、機身和臂部機構１．機身結構

機身是直接聯接、支承和傳動手臂及行走機構的部件。它是由臂部運動(升降、平移、回轉和俯仰)機構及有關的導向裝置、支撐件等組成。由于機器人的運動型式、使用條件、負載能力各不相同，所采用的驅動裝置、傳動機構、導向裝置也不同，致使機身結構有很大差異。一般情況下，實現臂部的升降、回轉或或俯仰等運動的驅動裝置或傳動件都安裝在機身上。臂部的運動愈多，機身的結構和受力愈復雜。機身既可以是固定式的，也可以是行走式的，即在它的下部裝有能行走的機構，可沿地面或架空軌道運行。三、機身和臂部機構１．機身結構機身是直接聯接、支承和傳動85１．機身結構常用的機身結構：１）升降回轉型機身結構２）俯仰型機身結構３）直移型機身結構４）類人機器人機身結構１．機身結構常用的機身結構：86２．臂部結構手臂部件(簡稱臂部)是機器人的主要執行部件，它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。機器人的臂部主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉等運動有關的構件，如傳動機構、驅動裝置、導向定位裝置、支撐聯接和位置檢測元件等。此外，還有與腕部或手臂的運動和聯接支撐等有關的構件、配管配線等。２．臂部結構手臂部件(簡稱臂部)是機器人的主要執行部件，87２．臂部結構根據臂部的運動和布局、驅動方式、傳動和導向裝置的不同可分為：１）伸縮型臂部結構２）轉動伸縮型臂部結構３）驅伸型臂部結構４）其他專用的機械傳動臂部結構２．臂部結構根據臂部的運動和布局、驅動方式、傳動和導向裝置的88３．機身和臂部的配置形式機身和臂部的配置形式基本上反映了機器人的總體布局。由于機器人的運動要求、工作對象、作業環境和場地等因素的不同，出現了各種不同的配置形式。目前常用的有如下幾種形式：（１）橫梁式（２）立柱式（３）機座式（４）驅伸式３．機身和臂部的配置形式機身和臂部的配置形式基本上反映了89３．機身和臂部的配置形式橫梁式：機身設計成橫梁式，用于懸掛手臂部件，這類機器人的運動形式大多為移動式。它具有占地面積小，能有效利用空間，直觀等優點。橫梁可設計成固定的或行走的，一般橫梁安裝在廠房原有建筑的柱梁或有關設備上，也可從地面架設。３．機身和臂部的配置形式橫梁式：機身設計成橫梁式，用于懸掛手90３．機身和臂部的配置形式立柱式：立柱式機器人多采用回轉型、俯仰型或屈伸型的運動型式，是一種常見的配置形式。一般臂部都可在水平面內回轉，具有占地面積小而工作范圍大的特點。立柱可固定安裝在空地上，也可以固定在床身上。立主式結構簡單，服務于某種主機，承擔上、下料或轉運等工作。３．機身和臂部的配置形式立柱式：立柱式機器人多采用回轉型、俯91３．機身和臂部的配置形式機座式：機身設計成機座式，這種機器人可以是獨立的、自成系統的完整裝置，可以隨意安放和搬動。也可以具有行走機構，如沿地面上的專用軌道移動，以擴大其活動范圍。各種運動形式均可設計成機座式。３．機身和臂部的配置形式機座式：機身設計成機座式，這種機器人92３．機身和臂部的配置形式屈伸式：屈伸式機器人的臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運動，稱為屈伸臂。屈伸臂與機身間的配置形式關系到機器人的運動軌跡，可以實現平面運動，也可以作空間運動。（圖見下頁）３．機身和臂部的配置形式屈伸式：屈伸式機器人的臂部由大小臂組93工業機器人的機械設計基礎專業知識講座課件94四、手腕結構

手腕是聯接手臂和手部的結構部件，它的主要作用是確定手部的作業方向。因此它具有獨立的自由度，以滿足機器人手部完成復雜的姿態。要確定手部的作業方向，一般需要三個自由度，這三個回轉方向為：１）臂轉繞小臂軸線方向的旋轉。２）手轉使手部繞自身的軸線方向旋轉。３）腕擺使手部相對于臂進行擺動。四、手腕結構手腕是聯接手臂和手部的結構部件，它的主要作用95手腕結構多為上述三個回轉方式的組合，組合的方式可以有多種形式如下圖所示：手腕結構多為上述三個回轉方式的組合，組合的方式可以有多種形式96腕部結構的設計要滿足傳動靈活、結構緊湊輕巧、避免干涉。機器人多數將腕部結構的驅動部分安排在小臂上。首先設法使幾個電動機的運動傳遞到同軸旋轉的心軸和多層套筒上去。運動傳入腕部后再分別實現各個動作。腕部結構的設計要滿足傳動靈活、結構緊湊輕巧、避免干涉。機97柔順手腕在用機器人進行精密裝配作業中，當被裝配零件的不一致、工件的定位夾具、機器人的定位精度不能滿足裝配要求時，會導致裝配困難。這就提出了柔順性要求。柔順裝配技術有兩種：一種是從檢測、控制的角度，采取各種不同的搜索方法，實現邊校正邊裝配。一種是從機械結構的角度在手腕部配置一個柔順環節，以滿足柔順裝配的要求。柔順手腕示意圖如下頁柔順手腕在用機器人進行精密裝配作業中，當被裝配零件的不一98柔順手腕柔順手腕99五、手部機構機器人的手部是是最重要的執行機構，從功能和形態上看，它可分為工業機器人的手部和仿人機器人的手部。常用的手部按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類。五、手部機構機器人的手部是是最重要的執行機構，從功能和形100１.夾持類夾持類手部除常用的夾鉗式外，還有脫鉤式和彈簧式。此類手部按其手指夾持工件時的運動方式不同又可分為手指回轉型和指面平移型。１.夾持類夾持類手部除常用的夾鉗式外，還有脫鉤式和彈簧式101(1)夾鉗式夾鉗式是工業機器人最常用的一種手部形式,一般夾鉗式(見圖2-13所示)由以下幾部分組成:1)手指2)傳動機構3)驅動裝置4)支架(1)夾鉗式夾鉗式是工業機器人最常用的一種手部形式,一般夾鉗102(1)夾鉗式手指:

它是直接與工件5接觸的構件。手部松開和夾緊工件，就是通過手指的張開和閉合來實現的。一般情況下，機器人的手部只有兩個手指，少數有三個或多個手指。它們的結構形式常取決于被夾持工件的形狀和特性。(1)夾鉗式手指:它是直接與工件5接觸的構件。手部松開和夾103(1)夾鉗式１）指端的形狀①(1)夾鉗式１）指端的形狀①104(1)夾鉗式２）指面形式根據工件形狀、大小及其被夾持部位材料質軟硬、表面性質等的不同，手指的指面有光滑指面、齒型指面和柔性指面３種形式。３）手指的材料手指材料選用恰當與否，對機器人的使用效果有很大的影響。對于夾鉗式手部，其手指材料可選用一般碳素鋼和合金結構鋼。(1)夾鉗式２）指面形式105(1)夾鉗式傳動機構：它是向手指傳遞運動和動力，以實現夾緊和松開動作的機構。１）回轉型傳動機構夾鉗式手部中較多的是回轉型手部，其手指就是一隊（或幾對）杠桿，再同斜楔、滑槽、連桿、齒輪、蝸輪蝸桿或螺桿等機構組成復合式杠桿傳動機構，來改變傳力比、傳動比及運動方向等。(1)夾鉗式傳動機構：它是向手指傳遞運動和動力，以實現夾緊和106(1)夾鉗式回轉型傳動機構(1)夾鉗式回轉型傳動機構107(1)夾鉗式２）平移型傳動機構平移型夾鉗式手部是通過手指的指面作直線往復運動或平面移動來實現張開或閉合動作的，常用于夾持具有平行平面的工件（如箱體等）。其結構較復雜，不如回轉型應用廣泛。平移型傳動機構據其結構，大致可分平面平行移動機構和直線往復移動機構兩種類型。(1)夾鉗式２）平移型傳動機構108(1)夾鉗式平移型傳動機構(1)夾鉗式平移型傳動機構109(1)夾鉗式驅動裝置：它是向傳動機構提供動力的裝置。按驅動方式不同有液壓、氣動、電動和機械驅動之分。支架：使手部與機器人的腕或臂相聯接。(1)夾鉗式驅動裝置：它是向傳動機構提供動力的裝置。按驅動方110(2)鉤拖式手部主要特征是不靠夾緊力來夾持工件，而是利用手指對工件鉤、拖、捧等動作來拖持工件。應用鉤拖方式可降低驅動力的要求，簡化手部結構，甚至可以省略手部驅動裝置。它適用于在水平面內和垂直面內作低速移動的搬運工作，尤其對大型笨重的工件或結構粗大而質量較輕且易變形的工件更為有利。(2)鉤拖式手部主要特征是不靠夾緊力來夾持工件，而是利用111(2)鉤拖式手部無驅動裝置有驅動裝置(2)鉤拖式手部無驅動裝置112無驅動裝置(2)鉤拖式手部工作原理：手部在臂的帶動下向下移動，當手部下降到一定位置時齒條１下端碰到撞塊，臂部繼續下移，齒條便帶動齒輪２旋轉，手指３即進入工件鉤拖部位。手指拖持工件時，銷子４在彈簧力作用下插入齒條缺口，保持手指的鉤拖狀態并可使手臂攜帶工件離開原始位置。在完成鉤拖任務后，由電磁鐵將銷子向外拔出，手指又呈自由狀態，可繼續下個工作循環程序。無驅動裝置(2)鉤拖式手部工作原理：手部在臂的帶動下向下移動113(2)鉤拖式手部有驅動裝置工作原理：依靠機構內力來平衡工件重力而保持拖持狀態。驅動液壓缸５以較小的力驅動杠桿手指６和７回轉，使手指閉合至拖特工件的位置。手指與工件的接觸點均在其回轉支點O1、O2的外側，因此在手指拖持工件后，工件本身的重量不會使手指自行松脫。(2)鉤拖式手部有驅動裝置工作原理：依靠機構內力來平衡工件重114(2)鉤拖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動裝置，結構簡單。它的使用特點是工件進入手指和從手指中取下工件都是強制進行的。由于彈簧力有限，故只適用于夾持輕小工件。(2)鉤拖式手部彈簧式手部靠彈簧力的作用將工件夾緊，手部115２．吸附類(1)氣吸式氣吸式手部是工業機器人常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤（一個或幾個）、吸盤架及進排氣系統組成，具有結構簡單、重量輕、使用方便可靠等優點。廣泛應用于非金屬材料（如板材、紙張、玻璃等物體）或不可有剩磁的材料的吸附。氣吸式手部的另一個特點是對工件表面沒有損傷，且對被吸持工件預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，被吸工件材質致密，沒有透氣空隙。氣吸式手部是利用吸盤內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、氣流負壓氣吸、擠壓排氣負壓氣吸。２．吸附類(1)氣吸式氣吸式手部是工業機器人常用的一種吸116(1)氣吸式(1)氣吸式117(2)磁吸式磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產生的磁力來吸附工件的，其應用較廣。磁吸式手部與氣吸式手部相同，不會破壞被吸收表面質量。磁吸收式手部比氣吸收式手部優越的方面是：有較大的單位面積吸力，對工件表面粗糙度及通孔、溝槽等無特殊要求。(2)磁吸式磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產生的118３.仿人機器人的手部目前，大部分工業機器人的手部只有２個手指，而且手指上一般沒有關節。因此取料不能適應物體外形的變化，不能使物體表面承受比較均勻的夾持力，因此無法滿足對復雜形狀、不同材質的物體實施夾持和操作。為了提高機器人手部和手腕的操作能力、靈活性和快速反應能力，使機器人能像人手一樣進行各種復雜的作業，就必須有一個運動靈活、動作多樣的靈巧手，即仿人手。３.仿人機器人的手部目前，大部分工業機器人的手部只有２個119３.仿人機器人的手部（１）柔性手（２）多指靈活手３.仿人機器人的手部（１）柔性手120六、行走機構行走機構是行走機器人的重要執行部件,它由驅動裝置、傳動機構、位置檢測元件、傳感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機器人的機身、臂部和手部，另一方面還根據工作任務的要求，帶動機器人實現在更廣闊的空間內運動。一般而言，行走機器人的行走機構主要有車輪式行走機構、履帶式行走機構和足式行走機構，此外，還有不進式行走機構、蠕動式行走機構、混合式行走機構和蛇行式行走機構等，以適合于各種特別的場合。六、行走機構行走機構是行走機器人的重要執行部件,它由驅動121１.車輪式行走機構輪式行走機器人是機器人中應用最多的一種機器人，在相對平坦的地面上，用車輪移動方式行走是相當優越的。（１）車輪的形式車輪的形狀或結構形式取決于地面的性質和車輛的承載能力。１.車輪式行走機構輪式行走機器人是機器人中應用最多的一種122１.車輪式行走機構（２）車輪的培植和轉向機構車輪行走機構依據車輪的多少分為1輪、2輪、3輪、4輪以及多輪機構。1輪和2輪行走機構在實現上的主要障礙是穩定性問題，實際應用的車輪式行走機構多為3輪和4輪。１.車輪式行走機構（２）車輪的培植和轉向機構車輪行走機構依123１.車輪式行走機構１.車輪式行走機構124２.足式行走機構

履帶式行走機構雖然可在高低不平的地面上運動，但它的適應性不夠，行走時候晃動太大，在軟地面上行駛運動效率低。根據調查，在地球上近一半的地面不適合于傳統的輪式或履帶式車輛行走。但是一般多足動物卻能在這些地方行動自如，顯然足式與輪式和履帶式行走方式相比具有獨特的優勢。

足式行走對崎嶇路面具有很好的適應能力一，足式運動方式的立足點是離散的點，可以在可能到達的地面上選擇最優的支撐點，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；足式運動方式還具有主動隔振能力，盡管地面高低不平，機身的運動仍然可以相當平穩；足式行走在不平地面和松軟地面上的運動速度較高，能耗較少。２.足式行走機構履帶式行走機構雖然可在高低不平的地面上運125２.足式行走機構（１）足的數目現有的步行機器人的足數分別為單足、雙足、三足、四足、六足、八足甚至更多。足的數目多，適合于重載和慢速運動。雙足和四足具有最好的適應性和靈活性，也最接近人類和動物。下頁圖顯示了單足、雙足、三足、四足和六足行走結構。２.足式行走機構（１）足的數目126工業機器人的機械設計基礎專業知識講座課件127２.足式行走機構（２）足的配置足的配置指足相對于機體的位置和方位的安排，這個問題對于多于兩足時尤為重要。就二足而言，足的配置或者是一左一右，或者是一前一后。后一種配置因容易引起腿間的干涉而實際上很少用到。２.足式行走機構（２）足的配置128（２）足的配置幾何構型彎曲方向（２）足的配置幾何構型129（３）足式行走機構的平衡和穩定性靜態穩定的多足機動態穩定（３）足式行走機構的平衡和穩定性靜態穩定的多足機130（３）足式行走機構的平衡和穩定性靜態穩定的多足機其機身的穩定通過足夠數量的足支撐來保證。在行走過程中，機身重心的垂直投影始終落在支撐足著落地點的垂直投影所形成的凸多邊形內。這樣，即使在運動中的某一瞬時將運動“凝固”，機體也不會有傾覆的危險。這類行走機構的速度較慢，它的步態為爬行或步行。（３）足式行走機構的平衡和穩定性靜態穩定的多足機其機身的131（３）足式行走機構的平衡和穩定性動態穩定典型的例子是踩高蹺。高蹺與地面只是單點接觸，兩根高蹺在地面不動時站穩是非常困難的，要想原地停留，必須不斷踏步，不能總是保持步行中的某種瞬間姿態。在動態穩定中，機體重心有時不在支撐圖形中，利用這種重心超出面積外而向前產生傾倒的分力作為行走的動力并不停地調整平衡點以保證不會跌倒。這類機構一般運動速度較快，消耗能量小。其步態可以是小跑和跳躍。（３）足式行走機構的平衡和穩定性動態穩定典型的例子是踩高132機器人設計與分析機器人設計與分析133nnnnn內容介紹

機器人本體總體設計思路 本體運動學分析 平衡缸設計優化 動力學仿真分析及電機、減速機選型 關鍵零件結構校核n關節柔性分析nnnnn內容介紹n關節柔性分析134機器人本體總體設計思路l設計思路 作業分析 方案設計結構設計 出詳圖仿真分析機器人本體總體設計思路結構設計仿真分析135機器人本體總體設計思路l設計步驟

-作業分析-機械手需要完成哪些動作？工作空間大小？負載大小、動作指標？以及所處的環境？-方案設計-確定構型；運動學分析確定桿件參數；動力源及關節傳動方式；平衡方式。-結構設計-具體的機械結構及接口設計——三維造型、裝配-仿真分析-建立系統動力學模型，根據指標參數進行動力學仿真并分析，確定電 機、減速機型號。對關鍵零部件進行有限元分析。如果不符合要求， 則返回方案設計和結構設計步驟。如此反復迭代，稱為動態設計。-出詳圖機器人本體總體設計思路l設計步驟-機械手需要完成哪些動136本體運動學分析l工作空間分析過程工作空間需求分析桿長初選工作空間 計算滿足要求？桿長確定桿長修改本體運動學分析工作空間桿長初選工作空間滿足要求？桿長確定桿長137L2SH--本體運動學分析l工作空間指標

臂展（腕點E）：2500

各關節旋轉范圍（相對初始位置）：FW

θ5EL3θ3θ2DCABROL2SH--本體運動學分析FWEL3θ3θ2DABRO138SL2H本體運動學分析l工作空間計算FW

θ5EL3θ3θ2D

CABROSL2H本體運動學分析FWEL3θ3θ2DABRO139-本體運動學分析l工作空間計算在初選參數條件下，即R=400，L2=1100，L3=1110腕部點軌跡如圖，最大臂展2610-本體運動學分析l工作空間計算在初選參數條件下，即R=40140---動力學分析l機器人動力學研究對象：機器人在力作用下的運動和關節在運動中產生的力多剛體系統動力學（高逼真要求下，才考慮多柔體系統動力學）推導方法有：牛頓-歐拉迭代法、拉格朗日法、凱恩法等機器人動力學推導是一件很復雜、很繁瑣的事情！通常情況下，采用軟件來計算。商用機械動力學求解軟件有很多，比如MSC.Adams,LMS.AMESim等，另外SolidWorks/Motion，Simulink/SimMechanics等---動力學分析l機器人動力學研究對象：機器人在力作用下的141---動力學分析l功能強大的AdamsAdams是集建模、求解、可視化技術于一體的虛擬樣機軟件；世界上目前使用范圍最廣、最負盛名的機械系統仿真分析軟件；產生復雜機械系統的虛擬樣機，真實地仿真其運動過程，并且可以迅速地分析和比較多種參數方案，直至獲得優化的工作性能。---動力學分析l功能強大的AdamsAdams是集建模142---動力學分析lCADtoAdamsSolidWorks2007版本可以直接利用插件COSMOSMotion輸出Adams命令文件*.cmd，更高版本或其他CAD軟件最好使用Parasolid(*.x_t)進行傳遞關鍵問題：Part質量屬性的傳遞單位無需考慮3D軟件主流幾何內核Parasolid(.x_t)：UG、SolidWorks、SolidEdge、MSC、ANSYS、CAXA等，版權歸UGS，現被Siemens收購ACIS(.sat)：Inventor、CATIA、Abaqus等，版權歸Spatial，現被Dassault收購Pro/e使用自己的幾何內核---動力學分析lCADtoAdamsSolidWor143機器人設計思想與設計方法機器人設計思想與設計方法144??????機械工藝

基礎???????????成本組成與布局---電氣、控制材料機床、精度、夾具刀具、量具熱處理加工工序尺寸、形位公差表面處理鑄造、鍛造焊接裝配潤滑布線外觀防護與安全標準規范??????機械工藝?成本145??????

機器人機械設計步驟1、作業分析 作業分析包括任務分析和環境分析，不同的作業任務和環境對 機器人操作及的方案設計有著決定性的影響。2、方案設計?確定機型

確定動力源 確定自由度 確定動力容量和傳動方式 優化運動參數和結構參數 確定平衡方式和平衡質量 繪制機構運動簡圖、三維簡圖3、結構設計 包括機器人驅動系統、傳動系統的配置及結構設計，關節及桿 件的結構設計，平衡機構的設計，走線及電器接口設計等。4、動特性分析 建立系統動力學模型進行仿真分析，確定其結構固有頻率和響 應特性。5、施工設計 完成施工圖設計，編制相關技術文件。?????? 機器人機械設計步驟?確定機型