机械手臂的结构设计课件.ppt

1、机械臂结构机械臂结构2022-11-141上海世博轴阳光谷焊接施工 2022-11-142n 机器人焊接阳光谷机器人焊接阳光谷1106011060个节点个节点 连接世博中国馆、主题馆、世博中心、演艺中心的世博轴今天上午完成了主体结构施工。上海建工机施公司董事长张立新透露，在6个形如喇叭、距地30米高空的阳光谷的施工中，机施公司动用了机器人，焊接了11060个节点。n作为世博轴的最大亮点，6个阳光谷尺寸不一、间距不一、形状也不完全一样。阳光谷的基本构建为方形钢管，几根钢管连接于同一点，称为“节点”。机施公司副总工程师陈晓明表示，阳光谷施工中采用的机器人，外形根据施工环境而改变，“编制程序后，给机

2、器人发指令，随后机器人开始做动作。”目前，这一套机器人施工技术，已纳入国家863计划。2022-11-143n此前，世博轴顶部的索膜结构也已完工。建设者总共安装了69块巨大的白色膜布，面积达68000平方米。如此巨大的膜布厚度仅为1毫米，但其设计张拉力每米达5吨，是当今世界强度最高的膜材。世博轴是一个由商业服务、餐饮、会展服务等多功能组成的大型商业、交通综合体。长度大约为1000米，宽约110米，跨越4条城市道路，联系5个街区，连通3个轨道交通站。在世博轴设置6个阳光谷，考虑的是把阳光和空气引入地下，“降低”建筑密度。此外，世博轴还引入黄浦江水作冷热源，用全生态绿色节能技术营造舒适宜人的室内环

3、境。世博期间，一旦面临降雨，世博轴也能“轻松应对”。机施公司透露，世博轴底部还设置了雨水沟渠，用来收集雨水。除了满足特大暴雨时的蓄洪要求，雨水在经过处理后，还能用于浇灌和世博轴内“小气候”的调节。2022-11-144一、臂部设计的基本要求一、臂部设计的基本要求2022-11-1451 1承载能力足：承载能力足：n手臂是支承手腕的部件，设计时不仅要考虑抓取物体的重量或携带工具的重量，还要考虑运动时的动载荷及转动惯性。2022-11-1462 2刚度高：刚度高：n为了防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状要合理选择。n 截面的弯曲刚度一般比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心

4、轴大得多。2022-11-147工字钢（GB706-88）：1、工字钢的型号与高度尺寸h有关，如：10号工字钢即指其高度尺寸为100mm。2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。3、工字钢的长度按长度系列购买。如：519m。2022-11-148槽钢（GB707-88）1、槽钢的型号与高度尺寸h有关，如：10号槽钢即指其高度尺为100mm。2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。2022-11-1493 3、导向性能好，定位精度高：、导向性能好，定位精度高：n为防止手臂在直线运动中，沿运动轴线发生相对转动，应设置导向装置。同时

5、要采用一定形式的缓冲措施。2022-11-14104 4重量轻、转动惯量小：重量轻、转动惯量小：n为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少整个手臂对回转轴的转动惯量。2022-11-14115 5合理设计与腕部和机身的连接部位：合理设计与腕部和机身的连接部位：n臂部的安装形式和位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响到机器人的外观。2022-11-1412二、机械臂的运动形式二、机械臂的运动形式2022-11-14131 1直角坐标型：直角坐标型：n臂部由三个相互正交的移动副组成。带动腕部分别沿X、Y、Z三个坐标轴的方向作直线移动。结构简单，运动位置精度高

6、。但所占空间较大，工作范围相对较小。2022-11-14142 2圆柱坐标型：圆柱坐标型：n臂部由一个转动副和两个移动副组成。相对来说，所占空间较小，工作范围较大，应用较广泛。2022-11-14153 3关节型：关节型：n由动力型旋转关节和前、下两臂组成。关节型机器人以臂部各相邻部件的相对角位移为运动坐标。动作灵活，所占空间小，工作范围大，能在狭窄空间内饶过各种障碍物。2022-11-1416三、典型机械臂结构三、典型机械臂结构2022-11-14171 1手臂直线运动机构手臂直线运动机构n常见方式：常见方式：n行程小时：采用油缸或汽缸直接驱动；n当行程较大时：可采用或汽缸驱动齿条传动的倍增

7、机构或采用步进电机或伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换为直线运动。n典型结构：典型结构：n油缸驱动的手臂结构n电机驱动的丝杆螺母结构 2022-11-1418油缸齿条机构图例：2022-11-1419电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：2022-11-14202 2手臂的回转运动机构手臂的回转运动机构 n常见方式：常见方式：n常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连杆传动机构等。n曲柄滑块曲柄滑块：n假设滑块是主动件，当滑块沿一定的导轨移动时，可以推动曲柄做摆动或圆周运动。n典型机构：典型机构：n液压缸连杆回转：n齿轮驱动回转：2022-11-1421平面四杆机构图例：平面四杆机构双曲柄机构

8、双摇杆机构2022-11-1422平面四杆机构演变图例：曲柄滑块机构2022-11-1423双臂机器人手臂结构图例：1铰接活塞缸2连杆3手臂4支承架运动特点：手臂关节的回转运动是通过液压缸-连杆机构实现。控制活塞的行程就控制了手臂摆角的大小。2022-11-1424齿轮驱动回转机构图例：2022-11-14253 3关节型机械臂的结构（关节型机械臂的结构（1 1）n存在的运动存在的运动型式型式：n机身的旋转运动；n肩关节和肘关节的摆动；n腕关节的俯仰和旋转运动；n各运动的协调：各运动的协调：称为称为5 5轴关节型机器人。轴关节型机器人。2022-11-1426五轴关节型机器人手臂运动图例（1）

9、：腰转肩转肘转俯仰偏转腰转姿态2022-11-1427五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：肩关节、肘关节与手腕的协调2022-11-14283 3关节型机械臂的结构（关节型机械臂的结构（2 2）n各运动的实现：各运动的实现：n腕部的旋转：n电机M5减速器R5链轮副C5锥齿轮副G5旋转运动n5n腕部俯仰：n电机M4减速器R4链轮副C4俯仰运动n4n肘关节摆动：n电机M3两级同步带传动B3、B3减速器R3肘关节摆动n3n肩关节的摆动：n电机M2同步带传动B2减速器R2肩关节摆动n2 2022-11-1429关节型机器人传动 系统图：2022-11-1430腕部旋转局部图例：n电机M5减速器R5链轮 副C5锥齿轮副G5旋转运动n52022-11-1431腕部俯仰局部图例：n电机M4减速器R4链轮副C4俯仰运动n42022-11-1432肘关节局部图例：n电机M3两级同步带传动B3、B3减速器R3肘关节摆动n32022-11-1433肩关节局部图例：n电机M2同步带传动B2减速器R2肩关节摆动n22022-11-1434作业：1、设计一种机器人小臂相对于大臂的直线运动的运动方案，动力源为电机驱动，用示意图表达。2022-11-1435