第二章 机器人的机械结构与设计New

第二章 机器人的机械结构与设计2.1 机器人的主要技术参数2.1.1 机器人的自由度1)刚体的自由度 任何空间刚体都具有六个自由度，即可以任意运动。 2)机器人的自由度 机器人靠末端执行器工作，末端执行器具有六个自由度， 即可保证其灵活运动，3个位置、3个姿态自由度。

3)自由度与机动性 一般来说自由度越多，机器人越灵巧。

2.1.2 机器人的稳定性稳定性是指系统、装置或工具运动过程中，没有振荡问题。 对机械系统来说是指系统的自激振荡，比如机床工作时， 由于主轴系统产生的动载使床身产生振荡。 对电子系统也是指其自激振荡，如信号发生器，但它产生 的振荡是等幅振荡，从李亚普诺夫稳定性理论来说，这种振荡 属于极限环，是稳定的，但实际上是不稳定的。 对机器人系统来说，稳定性是指除上述两者外，还包括机 电耦合振荡，如末端机械手的运动分辨率和控制偏差矛盾时产 生控制上的来回抖动即为耦合振荡。

2.1.3 机器人的空间分辨率是指描述机器人工具末端运动所达到的最小运动增量。

2.1.3 机器人的精度(定位精度)用下列三个因素的集合来描述精度： 1)各控制部件的分辨率； 2)各机械部件的偏差； 3)最近到达点距目标位置的差。

示教时，精度只与机械偏差有关； 离线编程时，与分辨率、机械偏差、接近能力有关。

2.1.4 重复精度(重复性)指机器人重复到达某一位置的能力或精确程度。

前面三个概念的区别： 1)空间分辨率描述机器人所能控制的末端工具的最小运动增量， 闭环情况下它是受编码器的分辨率决定的，开环情况下它是由 步进电机的步距角或分辨率决定的； 2)精度是指一定分辨率下，机器人对某目标的接近能力； 3)重复性描述机器人重复到达同一目标时实际的位置误差范围 (位置分散程度)。 4)一般来说，重复性要比精度好。

2.1.5 工作空间、工作速度、工作负载、控制 方式和驱动方式1)工作空间：是指手臂或手部安装点所能到达的所有空间区域。 2)工作速度：在一载荷下，机器人手部接口或安装点在单位时 间内移动的空间距离。 3)工作负载：高速运动时所能抓取的工件重量。 4)控制模式：引导或点到点示教模式；连续轨迹示教模式；软 件编程模式；自主模式。 5)驱动方式：关节执行器的动力源形式，电机、液压、气压等 驱动方式。

2.2 机器人的机械结构1)手部：手爪或末端操作器。 工业机器人的手部(亦称抓取机构)是用来握持工件或工 具的部件。手部机构是多种多样的。常用手部按其握持原理 分为如下两类：

1.夹持类：内撑式和外夹式(夹

钳式、勾托式和弹簧式), 还可按运动方式分为手指回转型和指面平移型。2.吸附类：气吸式和磁吸式。

● 手指回转型夹钳式手部传动机构夹钳式手部中较多的是回转型手部，其手指就是一对(或 几对)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，用以改变传动比、 传力比及运动方向等。

● 手指平移型夹钳式手部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(或工具),其结构较复杂。

● 其它型式的手部

2)手腕：连接手部和手臂的部分。 ①单自由度手腕 SCARA水平关节装配机器人多采用单自由度手肮。

SCARA 机器人

SCARA 机器人操作机的手腕只有绕垂直轴的一个旋转 自由度。为了减轻操作机的悬臂重量，手腕的驱动电机固 结在机架上。手腕转动的目的在于调整装配件的方位。由 于传动为两级等径轮齿形带，所以大、小臂的转动不影响 末端执行器的水平方位，而该方位的调整完全取决于腕转 动的驱动电机，这是该种传动方式的主要优点，特别适合 于电子线路板的插件作业。 ②两自由度手腕

两自由度手腕关节有两种常见的配置形式，即汇交 式和偏置式。

手部安装接口

Ω2带轮

ω1输入

Ω1

3 4

ω2

外壳

1 — 法兰；2 —锥齿轮轴；3 —锥齿轮； 8,4 —弹簧；5,7 —链轮； 6,9—轴承；10一转壳 汇交式两自由度手腕

二自由度手腕