机械人机械结构
机器人的机械结构讲义课件
二、机身的典型结构
圆柱坐标型
机器人的机械机构（一）
工作范围可以扩大； 计算简单；
动力输出较大；
手臂可达空间受到限制； 直线驱动部分难以密封；
安全性差；
二、机身的典型结构
球坐标式
机器人的机械机构（一）
中心支架附近的工作范围大； 工作空间大；
坐标系复杂，难以控制； 存在工作死区； 密封性较差；
机器人的机械机构（一）
齿条活塞油缸驱动的回转型机身
升降回转台
升降缸体 活塞
活塞杆 固定导套
齿轮套筒
齿条缸 固定立柱
齿条活塞油缸驱动的回转型机身
1、活塞 2、花键套 3、花键轴 4、升降油缸 5、摆动油缸 6、摆动缸定片 7、摆动缸动片
链条链轮型回转机身
回转与俯仰机身
铰链连接 采用尾部耳环或中部
销轴与立柱连接
三、臂部的典型机构
臂部伸缩机构 臂部俯仰运动机构 手臂回转与升降机构
手臂回转与升降机构通常是通过臂部相对 于立柱的运动机构来实现。常采用回转缸与升 降缸单独驱动，适用于升降行程短而回转角度
小于360°的情况，也有采用升降缸与气马
达——锥齿轮传动的结构。
机器人的机械机构（一）
机器人的机械机构（一）
性
2
~0.5) ~0.5) 0.5)
第一节 机器人的主要技术参数
分辨率
是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角 度。精度和分辨率不一定相关。
实 际 位置
给定位置
反馈尺
重复 精度
精度
分辨率、精度、重复精度的关系
TBRU 分辨率
第二节 机身和臂部机构
一、机身和臂部的作用
机身
机器人学_第2章_机器人机械结构
– 肩关节的摆动：
• 电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
29
腕部俯仰
关节型机器人传动 系统图：
肘关节摆动
肩关节的摆动
腕部的旋转
30
腕部旋转局部图例：
电机M5→减速器R5→链轮 副 C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
上料道与下料道分 别设在机床的两侧， 双臂能同时动作， 两臂同步沿横梁移 动，缩短辅助时间
b.双臂交叉配置，
两臂轴线交于机床 的中心，两臂交错 伸缩进行上下料， 并同时沿横梁移动
c.双臂交叉配置，
悬伸梁式，横梁长 度较a,b短，双臂位 于横梁的同一侧
5
(2).双臂悬挂式（b）
双臂回转型，双 臂交叉且绕同轴 回转，分别负责 上下料（主要是 盘状零件），只 需一个动力源， 结构紧凑，动作 范围大
第2章 机器人的机械结构
2.1 机身和臂部 2.2 腕部和手部结构 2.3 传动部件设计
1
2.1 机身和臂部
• 一.机身和臂部的作用
• 机身是直接连接支承传动手臂和行走机 构的部件，机身可以是固定的，也可以 是行走式的
• 手臂部件用来支承腕部（关节）和手部 （包括工件和工具），并带动它们在空 间运动
• 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，可以实现 三个自由度的运动。
44
1）液压直接驱动BBR手腕图例：
回转 R
俯仰 B
偏转 B
45
2）. 单回转腕部 结构示例
46
3）双回转油缸驱动手腕
第二章_机器人的机械结构分析
关节型搬运机器人
关节型焊接机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活 性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装 配作业。
SCARA型装配机器人
有较大的作业空间，结构紧凑较复杂，定位精度较低。
极坐标型机器人模型
2018/11/2
Unimate
机器人
第二章
机ห้องสมุดไป่ตู้人的机械结构
机器人的构型
4、关节坐标型 (3R) 对作业的适应性好，工作空间大，工作灵活，结构紧凑， 通用性强，但坐标计算和控制较复杂，难以达到高精度。
2018/11/2
关节型机器人模型
2、圆柱坐标型 (R2P)
结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较 简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动 惯量较大，定位精度相对较低。
圆柱坐标型机器人模型
2018/11/2
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第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)
• 电动式
电源方便，响应快，驱动力较大，可以采用多种灵活的控制方案。
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
二、机器人的分类
1.按机器人的控制方式分类 （1）非伺服机器人 非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器 人的运动。 （2）伺服控制机器人 通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信 号比较后，得到误差信号，经放大后用以激发机器人 的驱动装置，进而带动手部执行装置以一定规律运动， 到达规定的位置或速度等，这是一个反馈控制系统。
机器人机械系统的组成
机器人机械系统的组成机器人是现代工业智能化生产的重要工具之一，其作为代替人类完成重复性、高风险、精度高的工作的机械装置已经广泛应用到了各个领域。
机器人的核心是机械系统，这个系统是由多个组成部分构成的，本文将对机器人机械系统的组成进行深入的探讨。
1. 电机系统电机系统是机器人机械系统的核心之一，负责驱动整个机械系统运动。
电机的种类主要有直流电机、交流电机和步进电机等。
每种电机都有自己的一些特点和适用范围。
直流电机体积较小，转换速度快，因此较为适合在小型机器人中使用。
交流电机能承载较大的负荷，适用范围较广，常用于大型机器人和重载机器人中。
步进电机体积小、声音低，可控性较强，精度也较高，适用于高精度应用场合。
2. 传感器系统传感器系统是机器人机械系统的另一个核心部分，主要用于获取机器人周围环境的信息，为机器人行动提供必要的数据。
传感器的种类多种多样，包括激光雷达、视觉摄像头、力传感器、触觉传感器等。
每种传感器都可以用来感知并记录不同的物理量，以便机器人更好地完成任务。
3. 运动结构机器人的运动结构对机器人整体的性能和精度有着重要的影响。
常见的运动结构包括直线运动结构和转动运动结构。
直线运动结构通常采用滑轨、钢珠丝杆和齿轮等部件驱动机器人在直线方向上运动。
转动运动结构主要采用旋转关节和舵机等部件带动机器人在不同的方向上进行转动。
4. 控制系统控制系统是机器人机械系统中关键的组成部分，主要是对机器人的运动思想、工作方式进行统一、系统化的控制。
机器人的控制系统通常分为硬件控制和软件控制两部分。
硬件控制负责对机器人运动的各种信号进行处理，将数据实时传输到控制器，并通过控制器对机器人进行实时的反馈。
软件控制部分则负责编写机器人运动的程序和运行参数，以便机器人能够按照编写的程序进行各种动作。
5. 机械结构机械结构是机器人机械系统的基础，它包括机器人整体的框架、底座、机械臂、执行器等部分。
不同种类的机器人结构各自特点，有的机器人适合在水下作业，有的适合在高温场合作业。
工业机器人组成结构
工业机器人组成结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器，它能够完成人类在生产线上的工作任务。
工业机器人的组成结构是多样的，下面将从机械结构、电气控制和软件系统三个方面来介绍工业机器人的组成结构。
一、机械结构工业机器人的机械结构是支持其运动和操作的基础。
通常，它由底座、臂架、关节、末端执行器等部分组成。
1. 底座：底座是机器人的基础，通常由铸铁或钢板制成，具有足够的强度和稳定性。
底座上通常安装有电机和减速器，用于提供机器人的旋转运动。
2. 臂架：臂架是机器人的主体结构，通常由铝合金或碳纤维等材料制成，具有轻量化和高强度的特点。
臂架上的关节连接着各个运动部件，使机器人能够进行多轴运动。
3. 关节：关节是机器人的运动部件，通常由电动机、减速器和编码器等组成。
关节能够提供机器人的转动和抬升等运动，使机器人能够灵活地完成各种工作任务。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的工作部件，通常根据需要选择不同的执行器，如夹爪、吸盘、焊枪等。
末端执行器能够完成机器人的具体操作任务，如抓取、装配、焊接等。
二、电气控制电气控制是机器人的神经系统，负责控制机器人的运动和操作。
它由电机驱动系统、传感器系统和控制器等组成。
1. 电机驱动系统：电机驱动系统是机器人的动力源，通常由伺服电机和伺服驱动器等组成。
电机驱动系统能够提供机器人的运动能力，使机器人能够精确地控制运动轨迹和速度。
2. 传感器系统：传感器系统能够感知机器人周围的环境和工件信息，通常包括视觉传感器、力传感器、接近开关等。
传感器系统能够为机器人提供反馈信号，使机器人能够根据实际情况进行调整和控制。
3. 控制器：控制器是机器人的大脑，负责整个系统的协调和控制。
控制器通常由工控机或嵌入式控制器组成，可以通过编程来实现机器人的自动化控制和任务规划。
三、软件系统软件系统是机器人的智能核心，负责实现机器人的智能化和自主性。
它由操作系统、控制算法和应用软件等组成。
1. 操作系统：操作系统是机器人的基础软件平台，通常采用实时操作系统（RTOS），如VxWorks、RobotWare等。
工业机器人的五大机械结构和三大零部件解析
工业机器人的五大机械结构和三大零部件解析一、五大机械结构：1.手臂结构：工业机器人的手臂结构类似于人的手臂，用于搬运和操作物体。
它通常由多段关节构成，这些关节可以进行旋转和伸缩。
手臂结构可以根据不同的任务来设计，手臂的长度、关节的自由度和负载能力等可以根据实际需求进行调整。
2.底座结构：底座结构是工业机器人的支撑部分，它承载整个机器人和工作负载的重量，并提供机器人的旋转能力。
底座通常由电机和减速器组成，通过控制电机的旋转实现整体机器人的转动。
3.关节结构：关节结构是工业机器人手臂各关节连接的部分，它具有旋转和转动的能力。
关节结构通常由电机、减速器和编码器等组成，电机提供动力，减速器提供转动和转动的精度，编码器用于反馈位置和速度等参数。
4.手持器结构：手持器结构是机器人手臂的末端装置，用于夹取和操纵物体。
手持器通常由夹爪、吸盘、焊枪等组成，它们可以根据不同的任务和工作环境进行选择和装配。
5.支撑结构：支撑结构是机器人的框架和支撑部分，它提供机器人的稳定性和强度。
支撑结构通常由铝合金、碳纤维等材料制成，具有轻巧、刚性和耐用等特点。
二、三大零部件：1.电机：电机是工业机器人的核心动力部件，它提供驱动力和旋转力。
根据不同的应用需求，电机可以选择步进电机、直流电机、交流伺服电机等，它们具有不同的功率、转速和扭矩等特性。
2.减速器：减速器是机器人关节结构中的关键部件，它将电机的高速转动转换为低速高扭矩的输出。
减速器能够提供精确的旋转和转动控制，确保机器人的高精度和灵活性。
3.编码器：编码器是机器人关节结构中的传感器部件，它用于测量关节的位置和速度等参数。
编码器通过提供准确的反馈信号，帮助控制系统实时控制和监测机器人的运动状态。
以上是对工业机器人的五大机械结构和三大零部件的解析。
机器人的结构和零部件的选择和设计根据不同的应用和需求来进行，它们共同作用于机器人的性能和功能，实现自动化生产和工作的目标。
随着科技的不断发展，工业机器人在各个领域的应用也将越来越广泛。
机器人的机械结构
机器人的机械结构一、机械臂：机械臂是机器人最重要的部分，它模拟人类的手臂动作，用于实现各种任务。
一般机械臂由几段连杆组成，每个连杆之间通过关节连接。
机械臂的结构决定了机械臂的运动范围和灵活性，常见的机械臂结构有直线运动结构、旋转关节结构、虫轮驱动结构等。
二、关节：关节是机械臂的重要组成部分，它连接两个连杆，使机械臂能够进行转动或弯曲。
常见的关节有旋转关节、滚动关节、剪刀关节等，它们通过电机驱动和传动装置来实现运动，可以实现机械臂的多个自由度运动。
三、传动装置：机器人的运动需要通过传动装置实现，常见的传动装置有齿轮传动、皮带传动、蜗轮传动等。
传动装置可以将电机的转动传递给机械臂，并根据需求进行速度调节和力矩放大，实现机器人的运动控制。
四、传感器与执行器：机器人的机械结构与传感器和执行器紧密相关。
传感器可以感知环境和物体的信息，如光电传感器、触摸传感器、距离传感器等，通过传感器，机器人可以实现对环境的感知和交互。
执行器是机器人运动的驱动器，如电机、气缸等。
它们与机械结构相互配合，使机器人能够具有自主执行任务的能力。
五、框架与支撑结构：机器人的框架和支撑结构起到支撑和保护机器人的作用，使其能够稳定地进行运动。
框架通常是由刚性材料制成，如金属或复合材料，以确保机器人的稳定性和刚性。
支撑结构支持机器人的各个部件，同时还能降低振动和噪音等对机器人性能的不良影响。
六、人机接口和控制系统：机器人的机械结构是人机接口和控制系统的基础，通过人机接口和控制系统，人们可以与机器人进行交互和控制。
人机接口包括各种控制按钮、触摸屏、语音识别等，通过人机接口，人们可以向机器人发出指令和进行交互。
控制系统是机器人的大脑，可以控制机械臂的运动、传感器的数据采集和分析等，实现机器人的智能化运作。
总之，机器人的机械结构是机器人的骨架，是实现机器人运动和任务的基础。
机械结构的设计与制造决定了机器人的功能和性能，可以根据不同的任务需求进行灵活的设计和优化。
工业机器人的组成及其作用
工业机器人的组成及其作用工业机器人是一种能够自动化地执行各种工业应用任务的智能机器人，它们由多种部件组成。
本文将介绍工业机器人的组成及其作用。
一、机器人机械结构工业机器人的机械结构主要包括机械臂、关节、末端执行器等。
机械臂是工业机器人的主体结构，通常是一个具有多个关节的可运动自由度臂体。
关节是机器人的关键部件之一，它们连接机械臂和末端执行器，使机器人能够精确控制和定位。
末端执行器则负责将机器人的动作转换成物理操作，例如旋转、夹紧和切割等。
二、电子控制系统电子控制系统是工业机器人的重要组成部分，由控制器、传感器、执行器和伺服驱动器等多种组件组成。
控制器是机器人的大脑，它能够控制机械臂和末端执行器完成复杂的动作。
传感器能够实时监测机器人的状态和环境，从而更加精确地进行控制。
执行器则是机器人运动的实际载体，伺服驱动器能够更好地控制执行器的运动精度。
三、软件系统软件系统是工业机器人的核心，它通常包括控制软件、应用软件和教学软件等。
控制软件可以实现机器人的运动和操作控制，应用软件则用于特定的工作和任务，例如焊接、搬运和装配等。
教学软件则可以模仿人体动作，并使工业机器人完成功能控制和操作。
四、工业机器人的应用工业机器人的应用非常广泛，例如在汽车制造、电子生产、食品加工和医疗行业等。
在制造业中，工业机器人可用于自动化生产线，提高生产效率和质量，并实现无人化生产。
在医疗行业中，工业机器人可以被用来进行手术和治疗，提供更加可靠和准确的治疗方案。
总之，工业机器人的组成与作用非常复杂和广泛，它们不仅可以提高生产效率和质量，还可以改善工作环境和保障工人的安全。
未来随着技术的进步，工业机器人在各个领域的应用将会越来越广泛。
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2.2 机器人机身和手臂结构
机身是直接连接、支撑和传动手臂和行走机构的部件 机身结构一般由机器人总体设计确定。比如，圆柱坐标型机器人把
4 3 2
1
2.1 机器人基本结构和些功能，所以也称作机器
人操作机或机械手
机器人机构可以视为一种杆件机构，它的基本结构是将机构学中的杆件
(link)和运动副 (pair)相互连接而构成的开式运动链。当然也有部分闭链 或全部闭链的机器人
2.1 机器人基本结构和设计原则
3、具有回转、摆动及扭转的手腕
2.3 机器人腕部和手部结构
2. 手部结构
手部也叫做末端执行器，它是装在机器人手腕上直接抓握工件或执行
作业的部件
机器人手部的特点
(1) 手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、 液接头，可以方便地拆卸和更换手部
(2) 手部是机器人末端执行器。它可以像人手那样具有手指，也可以是进行 专业作业的工具，比如喷漆枪、焊接工具等
1、弧焊设备
焊枪
电源
2.3 机器人腕部和手部结构 送丝设备
2、点焊设备
2.3 机器人腕部和手部结构
3、喷涂设备
2.3 机器人腕部和手部结构
液体调节器
齿轮泵
双组份混合器
换色器
2.4 机器人行走机构
行走（移动）机构是移动机器人的重要执行部件，它一方面支撑
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 运动
(3) 手部的通用性比较差。机器人手部通常是专用的装置，例如，一种手爪 往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近似的工件；一种 工具只能执行一种作业任务
(4) 手部是一个独立的部件，是完成作业好坏 以及作业柔性好坏的关键部件之一
具有复杂感知能力的智能化手爪的出现增加了 工业机器人作业的灵活性和可靠性
行走机构按其移动轨迹可分为固定轨迹式和无固定轨迹式，前者
主要用于工业机器人，后者又可细分为： 一、运行车式行走机构 1、轮式行走机构：适合于平坦坚硬的地面
回转与升降这两个自由度归属于机身；球坐标型机器人把回转与俯 仰这两个自由度归属于机身；关节坐标型机器人把回转自由度归属 于机身
手臂部件是机器人的主要执行部件，是支
撑腕部（关节）和手部（包括工件或工 具），并带动它们在空间运动，改变手部 的空间位置
手臂的运动类型：伸缩、俯仰、屈伸、回
转
机器人机身和臂部的配置形式
一、横梁式： ⅰ、单臂悬挂式： ⅱ、双臂悬挂式 ：
2.2 机器人机身和手臂结构
ⅲ、多臂悬挂式:横梁上配置多个悬伸臂,适用于自动生产线,用于工 位间传送工件
二、立柱式: ⅰ、单臂配置 ⅱ、双臂配置
三、机座式： ⅰ、手臂配置在机座顶端
2.2 机器人机身和手臂结构
ⅱ、手臂配置于机座立柱中间
四、屈伸式： ⅰ、平面屈伸 ⅱ、空间屈伸
2.2 机器人机身和手臂结构
2.3 机器人腕部和手部结构
1. 腕部结构
腕部是臂部与手部的连接部件，起支承手部和确定手部姿态的作用 机器人设置1～3个自由度的腕关节，可以提高动作适应性，可在空
间曲面上进行连续作业，腕关节运动的自由度根据作业要求及驱动 源可具有三个旋转自由度，即偏转（摆动）、俯仰、翻转（回转）
2. 机器人本体的设计原则
一、按用户要求优化工作空间相关参数
二、优选材料、结构、工艺，提高速度及精度
材料选择： ⅰ.基本要求：运动部分重量轻、强度高、弹性模量（刚度）大、阻尼 大、经济性 ⅱ.常用材料：结构钢、铝合金、纤维增强合金、陶瓷、复合材料
结构刚度： ⅰ.根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸
2.3 机器人腕部和手部结构
气流负压
挤气负压
电磁吸盘结构
5、柔性手
2.3 机器人腕部和手部结构
6、多指灵巧手（仿人手）
2.3 机器人腕部和手部结构
贝尔格莱德手
Shadow Hand 40 Air Muscles
HIT-DLR Hand
2.3 机器人腕部和手部结构
DLR Hand
手部的典型工具
三自由度手腕的6种结合方式 ，RRR型手腕容易实现远距传动，制造
简单，润滑条件好，机械效率高，应用较为普遍
腕部的典型结构
一、液压手腕结构
二、电动手腕结构
远程驱动 直接驱动
1、具有回转自由度的手腕
2.3 机器人腕部和手部结构
2、具有回转及摆动的手腕
存在诱导运动
2.3 机器人腕部和手部结构
三轴垂直相交的手腕，理论上可以达到任意的姿态（但由于关节角
通常受到结构的限制而无法达到任意的姿态）
2.3 机器人腕部和手部结构
按转动特点，用于手腕关节的转动又可分为滚转和弯转两种。滚转
（回转轴线重合）用R来标记。弯转（转动轴线垂直）的用B来标记， 由于受到结构的限制，其相对转动角度一般小于360°
自动化学院
第二章 机器人机械结构
第二章 机器人机械结构
2.1 机器人基本结构和设计原则 2.2 机器人机身和臂部结构 2.3 机器人腕部和手部结构 2.4 机器人行走机构
2.1 机器人基本结构和设计原则
机器人机械结构指其机体结构和机械传动系统，也是机 器人的支承基础和执行机构。本章以工业机器人为主要对象 介绍机器人主要组成部分的结构形式和特点
1.机器人本体的基本结构形式
机器人本体是机器人的重要部分，是所
有的计算、分析、控制和编程的基础、 最终要通过本体的运动和动作完成特定 的任务。机器人本体各部分的基本结 构、材料的选择将直接影响整体性能
机器人本体主要包括: (1) 机身及行走机
构 、 (2) 臂部 、 (3) 腕部、 (4) 手部、 (5) 传动部件
手部的典型结构
1、夹钳式夹持机构
手指：两指、多指； 平面、V形
传动机构：回转、平移 驱动装置：气动、液动、
电动、电磁 支架
2.3 机器人腕部和手部结构
2、拖持式夹持机构：
适于抓取重量大的工件
2.3 机器人腕部和手部结构
3、弹簧式夹持机构
4、吸附式抓取机构： 真空式 负压式 磁吸式吸盘