第二章_机器人的机械结构分析
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机器人结构分析
• 例题:德国KUKA机器人手腕传动系统
•
•
三.柔顺手腕结构
机器人精密装配作业
• §2—7 机器人手臂
• 手臂自由度：一般为3 • 作用： • 承受工件重量，将抓 取的工件送到指定位 置。
六自由度工业机器人
• 类型：按手臂结构：单臂、双臂、悬挂式 • 按手臂运动形式：直线运动（伸缩、升降、纵 横）、回转运动、仰俯摆动
公共约束 m＝1（X）
F (6 m)n (5 m) P5 (4 m) P4 (3 m) P3 (2 m) P2 P 1
5n 4P5 3P4 2P3 1P2
5 3 4 3 2 1 1
F 6n (5P 5 4P 4 3P 3 2P 2 P 1) 6n (5P5 ) 6 3 (5 4) 2
主要类型
（1）直角坐标型（PPP型) （2）圆柱坐标型（PPR型） （3）球坐标型（RRP型） （4）关节型 (RRR型）
• 坐标形式 • 直角坐标
• 圆柱坐标
• 球坐标
• 关节坐标
4.操作机的工作范围。
工作空间
手腕参考点空间活动最大范围－注意死区
•
• • • • • •
§2—4机器人自由度
•
气流负压吸附-流体力学原理，切断空 气卸料—成本低
• 挤压排气吸附
2.磁吸附
• 电磁吸盘
• 电磁吸盘
• 电磁吸盘
• 电磁吸盘
•
三.专用末端操作器及换接器
• 换接器或自动手爪更换装置
• 多工位换接装置
四.仿生多指灵巧手
多关节柔性手腕—牵引钢丝 驱动—电机、液压、气动
• 柔性手—柔性材料，双管，一侧充气（液体），另 一侧抽气或液
2.1.12.1机器人的机械构造
• 连杆是机器人中的重要部件，它连接着关节，
– 其作用是将一种运动形式转变为另一种运动形式，并把作用在主动构件上的力传给从动构 件以输出功率。
(3)．刚度
• 刚度（Stiffness）：是机器人机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。它。
• 机械零件和构件抵抗变形的能力。在弹性范围内，
（5）行走机构是由驱动装置、传动 机构、位置检测元件、传感器、电缆及 管路等组成。它一方面支承机器人的机 身、臂部和手部，另一方面还根据工作 任务的要求，带动机器人实现在更广阔 的空间内运动。
第二章：机器人机械结构
2.1.4 机器人机构的运动
（1）手臂的运动
1）垂直移动 指机器人手臂的上下移动。这种运动通常采用液压缸机构或其他垂直升降 机构来完成，也可以通过调整整个机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。 2）径向移动 是指手臂的伸缩运动。机器人手臂的伸缩使其手臂的工作长度发生变化。
– 机器人手臂上被相邻两关节分开的部分，是保持各关节间固定关系的刚体，是机械连杆机 构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。
– 例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件，其主 体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销 而构成铰接。
3）回转运动 指机器人绕铅垂轴的转动。这种运动决定了机器人的手臂所能达到的角位 置。
第二章：机器人机械结构
2.2.2 机器人机构的运动
（２）．手腕的运动 1）手腕旋转 手腕绕小臂轴线的转动。有些机器人限制其手腕转动角度小于360°。 另一些机器人则仅仅受到控制电缆缠绕圈数的限制，手腕可以转几圈。 2）手腕弯曲 指手腕的上下摆动，这种运动也称为俯仰。 3）手腕侧摆 指机器人手腕的水平摆动。手腕的旋转和俯仰两种运动结合起来可以 构成侧
– 其作用是将一种运动形式转变为另一种运动形式，并把作用在主动构件上的力传给从动构 件以输出功率。
(3)．刚度
• 刚度（Stiffness）：是机器人机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。它。
• 机械零件和构件抵抗变形的能力。在弹性范围内，
（5）行走机构是由驱动装置、传动 机构、位置检测元件、传感器、电缆及 管路等组成。它一方面支承机器人的机 身、臂部和手部，另一方面还根据工作 任务的要求，带动机器人实现在更广阔 的空间内运动。
第二章：机器人机械结构
2.1.4 机器人机构的运动
（1）手臂的运动
1）垂直移动 指机器人手臂的上下移动。这种运动通常采用液压缸机构或其他垂直升降 机构来完成，也可以通过调整整个机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。 2）径向移动 是指手臂的伸缩运动。机器人手臂的伸缩使其手臂的工作长度发生变化。
– 机器人手臂上被相邻两关节分开的部分，是保持各关节间固定关系的刚体，是机械连杆机 构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。
– 例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件，其主 体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销 而构成铰接。
3）回转运动 指机器人绕铅垂轴的转动。这种运动决定了机器人的手臂所能达到的角位 置。
第二章：机器人机械结构
2.2.2 机器人机构的运动
（２）．手腕的运动 1）手腕旋转 手腕绕小臂轴线的转动。有些机器人限制其手腕转动角度小于360°。 另一些机器人则仅仅受到控制电缆缠绕圈数的限制，手腕可以转几圈。 2）手腕弯曲 指手腕的上下摆动，这种运动也称为俯仰。 3）手腕侧摆 指机器人手腕的水平摆动。手腕的旋转和俯仰两种运动结合起来可以 构成侧
机器人学_第2章_机器人机械结构
• 电机M3→两级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘关节摆动 n3
– 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
– 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
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2）. 单回转腕部 结构示例
46
3）双回转油缸驱动手腕
机器人技术及其应用第2章 机器人的机构与分类
机器人的结构与传统的机械相比， 所用的零件和材料以及装配方法等， 与现 有的各种机械完全相同。机器人常用的关节有移动副、旋转运动副， 常用的图形 符号见表２⁃２。
机器人的组成和分类
表２⁃ ２ 运动功能图形符号
机器人的组成和分类
表２⁃ ２ 运动功能图形符号
机器人的组成和分类
四种坐标型机器人的机构简图如图２⁃８ 所示。
机器人的组成和分类
图２⁃６ 是典型的六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ 并联机构。从结构上看， 它由６ 根支杆将上下两平台连接而成， ６ 根支杆都可以独立的自由伸缩， 分别用球铰和 虎克铰与上下平台连接， 这样上下平台就可以进行６ 个独立运动。
图２⁃ ６六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ并联机构
机器人的组成和分类
与传统串联机构相比， 并联机构的零部件数目较串联机构大幅减少， 主要由 滚珠丝杠、伸缩杆件、滑块构件、虎克铰、球铰、伺服电动机等通用组件组成， 这些通用组件由专门厂家生产， 因而其制造和库存备件成本比相同功能的传统机 构低很多， 容易组装和模块化。
机械系统包括传动机构和由连杆集合形成的开环或闭环运动链两部分。连杆 类似于人类的大臂、小臂等， 关节通常为移动关节和转动关节。移动关节允许连 杆做直线移动，转动关节允许构件之间产生旋转运动。由关节⁃连杆所构成的机械 结构一般有三个主要部件: 臂、腕和手， 它们可根据要求在相应的方向运动， 这 些运动就是机器人在“做工”。
第二章
机器人的机构分类 与设计
目录 Contents
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
机器人的组成和分类 机器人的主要技术参数 机器人设计和选用准则 机器人的机械结构 机器人的驱动机构 小结
机器人的组成 和分类
机器人的组成和分类
机器人的组成和分类
表２⁃ ２ 运动功能图形符号
机器人的组成和分类
表２⁃ ２ 运动功能图形符号
机器人的组成和分类
四种坐标型机器人的机构简图如图２⁃８ 所示。
机器人的组成和分类
图２⁃６ 是典型的六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ 并联机构。从结构上看， 它由６ 根支杆将上下两平台连接而成， ６ 根支杆都可以独立的自由伸缩， 分别用球铰和 虎克铰与上下平台连接， 这样上下平台就可以进行６ 个独立运动。
图２⁃ ６六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ并联机构
机器人的组成和分类
与传统串联机构相比， 并联机构的零部件数目较串联机构大幅减少， 主要由 滚珠丝杠、伸缩杆件、滑块构件、虎克铰、球铰、伺服电动机等通用组件组成， 这些通用组件由专门厂家生产， 因而其制造和库存备件成本比相同功能的传统机 构低很多， 容易组装和模块化。
机械系统包括传动机构和由连杆集合形成的开环或闭环运动链两部分。连杆 类似于人类的大臂、小臂等， 关节通常为移动关节和转动关节。移动关节允许连 杆做直线移动，转动关节允许构件之间产生旋转运动。由关节⁃连杆所构成的机械 结构一般有三个主要部件: 臂、腕和手， 它们可根据要求在相应的方向运动， 这 些运动就是机器人在“做工”。
第二章
机器人的机构分类 与设计
目录 Contents
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
机器人的组成和分类 机器人的主要技术参数 机器人设计和选用准则 机器人的机械结构 机器人的驱动机构 小结
机器人的组成 和分类
机器人的组成和分类
机器人机构分析
例2.2
计算图示并联机构的自由度
由图可知，该机构总的
构件数n=8，关节数g=9,
其中关节1－3为转动副，
关节4－6为移动副，关
节7－9为球面副，所以
f
i 1
9
i
15
则有
M 6(n g 1) fi 6(8 9 1) 15 3
i 1
g
对于只有一个运动平台与几个分支连接
2.1 机器人机构
2.1.1 关节
在机器人机构中，两相邻的连杆之间 有一个公共的轴线，两杆之间允许沿 该轴线相对移动或绕该轴线相对转动， 构成一个运动副，也称为关节。关节 的种类有：
1）转动关节：通常用字母R表示，它允
许两相邻连杆绕关节轴线作相对转动，
转角为θ，这种关节具有一个自由度;
2) 移动关节：用字母P表示，它允许两 相邻连杆沿关节轴线作相对移动，移动 距离为d，这种关节具有一个自由度；
6）平面关节：用字母E表示 ，允许两连杆之 间有三个相对运动，即两个沿平面的移动 和一个垂直于该平面的转动。这种关节具 有三个自由度；
7）虎克铰：用字母T表示 ，允许两连杆之 间有二个相对转动。这种关节具有二个 自由度；
以上各类关节中，串联机器人中常
用转动关节R和移动关节P两种单自
由度关节，并联机器人中常用球面
2 机器人机构分析
机器人的机械结构是用关节将一些杆件（也 称为连杆）连接起来，一般使用二元关节， 即一个关节只与两个连杆相连接。 当各连杆组成一开式机构链时，所获得的机 器人机构称为串联机器人。如PUMA系列机 器人。 当各连杆组成一闭式机构链时，所获得的机 器人机构称为并联机器人。通常，并联机器 人的闭合回路多于一个。如Stewart平台式并 联机器人就有六个分支。
第二章工业机器人的机械设计基础
相邻关节轴线垂直或水平
水平多关节机器人（ SCARA ）
l 结构特点 - 作业空间与占地面积比很大， 使用起来方便； - 沿升降方向刚性好，尤其适合 平面装配作业
SCARA-Selective Compliance Assembly Robot Arm
1978年由日本山梨大学牧野洋 教授首先提出
并联机器人 模拟器
定姿态达到的点所构成的体积空间。记作Wp (P)。
➢ 次工作空间：总工作空间中去掉灵活工作空间所余下的部分。记作Ws
(P)。
工作空间
工作空间的两个基本问题： 1、给出某一结构形式和结构参数的操作机以及关节变量的变化范围，求 工作空间。称为工作空间分析或工作空间正问题。 2、给出某一限定的工作空间，求操作机的结构形式、参数和关节变量的 变化范围。称工作空间的综合或工作空间逆问题。
等，医疗外科… 微动机构和微型机构：显微外科、细胞操作、误差补偿器. 加工设备：虚拟轴机床，很容易获得6轴联动，前两年研究
的较多，近年来，大家发现虚拟机床很难获得高的加工精 度，如天津大学的黄田教授等人进行了多年的研究，发现很 难超过20μ .
娱乐：《真实的谎言》中的拍摄施瓦辛格驾驶鹞式飞机，就 是在一个stewart平台上进行的.
主要内容
工业机器人常见构型 机器人基本概念与关键参数 机器人的运动学 机器人工作空间与轨迹规划 机器人静力学与动力学 机器人关键功能部件 机器人元器件与传动方式 机器人典型结构与运动 机器人设计与分析 机器人设计思想与设计方法
机器人组成
机器人是一个高度自动化的机电一体化设备。从控制观点来看，机器人系统 可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。
9. 示教再现：具有记忆再现功能的机器人。操作者预先进行逐步示教，机器人记 忆有关作业程序、位置及其他信息，然后按照再现指令，逐条取出解读，在一 定精度范围内重复被示教的程序，完成工作任务。
水平多关节机器人（ SCARA ）
l 结构特点 - 作业空间与占地面积比很大， 使用起来方便； - 沿升降方向刚性好，尤其适合 平面装配作业
SCARA-Selective Compliance Assembly Robot Arm
1978年由日本山梨大学牧野洋 教授首先提出
并联机器人 模拟器
定姿态达到的点所构成的体积空间。记作Wp (P)。
➢ 次工作空间：总工作空间中去掉灵活工作空间所余下的部分。记作Ws
(P)。
工作空间
工作空间的两个基本问题： 1、给出某一结构形式和结构参数的操作机以及关节变量的变化范围，求 工作空间。称为工作空间分析或工作空间正问题。 2、给出某一限定的工作空间，求操作机的结构形式、参数和关节变量的 变化范围。称工作空间的综合或工作空间逆问题。
等，医疗外科… 微动机构和微型机构：显微外科、细胞操作、误差补偿器. 加工设备：虚拟轴机床，很容易获得6轴联动，前两年研究
的较多，近年来，大家发现虚拟机床很难获得高的加工精 度，如天津大学的黄田教授等人进行了多年的研究，发现很 难超过20μ .
娱乐：《真实的谎言》中的拍摄施瓦辛格驾驶鹞式飞机，就 是在一个stewart平台上进行的.
主要内容
工业机器人常见构型 机器人基本概念与关键参数 机器人的运动学 机器人工作空间与轨迹规划 机器人静力学与动力学 机器人关键功能部件 机器人元器件与传动方式 机器人典型结构与运动 机器人设计与分析 机器人设计思想与设计方法
机器人组成
机器人是一个高度自动化的机电一体化设备。从控制观点来看，机器人系统 可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。
9. 示教再现：具有记忆再现功能的机器人。操作者预先进行逐步示教，机器人记 忆有关作业程序、位置及其他信息，然后按照再现指令，逐条取出解读，在一 定精度范围内重复被示教的程序，完成工作任务。
机器人的机械结构 ppt课件
荒地上移动. (3)能够原地旋转. (4)重心低,稳定.
PPT课件
22
行走结构
PPT课件
23
行走结构
PPT课件
24
5.3步行机器人机构
PPT课件
行走结构
两 足 步 行 机 器 人
25
1.
2.多足机器人
行走结构
PPT课件
26
常用的机身结构：1）升降回转型机身结构；2）俯仰型机 身结构；3）直移型机身结构；4）类人机器人机身结构。
PPT课件
6
2.2 臂部结构
机身和臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的主 要作用是支撑腕部和手部，并带动他们在空间运动。机器 人的臂部主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动 有关的构件，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支 撑连接和位置检测元件等。此外，还有与腕部或臂部的运 动和联接支撑等有关的构件、配管配线等。
（1）横梁型
（2）立柱式
（3）机座式
（4）屈伸式
PPT课件
8
2.3.1 横梁式
运动形式大多为直移型 (1)单臂悬挂式 (2)双臂悬挂式 (3)多臂悬挂式
机身和臂部结构
PPT课件
9
2.3.2 立柱式
机身和臂部结构
这类机器人多采用回转型、俯仰型或曲伸 型
（1）单臂 （2）双臂
PPT课件
2
一 机器人机械结构的组成
由于应用场合的不同，机器人结构形式有多种多样，各组 成部分的驱动方式、传动原理和机械结构有各种不同的类 型。通常根据机器人各部分功能，其机械部分主要由以下 部分组成。
PPT课件
3
机器人机械结构的组成
PPT课件
22
行走结构
PPT课件
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行走结构
PPT课件
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5.3步行机器人机构
PPT课件
行走结构
两 足 步 行 机 器 人
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1.
2.多足机器人
行走结构
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常用的机身结构：1）升降回转型机身结构；2）俯仰型机 身结构；3）直移型机身结构；4）类人机器人机身结构。
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2.2 臂部结构
机身和臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的主 要作用是支撑腕部和手部，并带动他们在空间运动。机器 人的臂部主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动 有关的构件，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支 撑连接和位置检测元件等。此外，还有与腕部或臂部的运 动和联接支撑等有关的构件、配管配线等。
（1）横梁型
（2）立柱式
（3）机座式
（4）屈伸式
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2.3.1 横梁式
运动形式大多为直移型 (1)单臂悬挂式 (2)双臂悬挂式 (3)多臂悬挂式
机身和臂部结构
PPT课件
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2.3.2 立柱式
机身和臂部结构
这类机器人多采用回转型、俯仰型或曲伸 型
（1）单臂 （2）双臂
PPT课件
2
一 机器人机械结构的组成
由于应用场合的不同，机器人结构形式有多种多样，各组 成部分的驱动方式、传动原理和机械结构有各种不同的类 型。通常根据机器人各部分功能，其机械部分主要由以下 部分组成。
PPT课件
3
机器人机械结构的组成
机器人的机械结构ppt课件
精选PPT课件
39
图为采用四根导向柱的臂伸缩结构．手臂的垂直伸缩 运动由油缸3驱动．其特点是行程长，抓重大．工件形 状不规则时，为了防止产生较大的偏重力矩，采用四根 导向柱．这种结构多用于箱体加工线上．
精选PPT课件
40
三、机器人机身和臂部的配置形式（4种）
1. 横梁式 ① 单臂悬挂式 ② 双臂悬挂式 ③ 多臂悬挂 ④ 多用于自动化生产中，在工位间传送工 件
精选PPT课件
18
圆柱坐标机器人： 1个回转运动，2个直线运动
精选PPT课件
19
球坐标（极坐标）机器人： 2个转动， 1个直线运动
精选PPT课件
20
关节坐标机器人：3个转动自由度
精选PPT课件
21
SCARA机器人：2个旋转运动， 1个直线运动
精选PPT课件
22
机器人 关节1 关节2 关节3 转动关节数
精选PPT课件
4
按照应用领域
工业机器人、农业机器人、军事机器人、 医用机器人、空间机器人、水下机器人
按照驱动方式
•液压驱动：机构紧凑、力大、运行平稳，密封
要求高
•气压驱动：结构简单造价低，负荷能力小
•电动驱动：结构简单紧凑，控制灵活
•新型：记忆合金、人工肌肉、压电
精选PPT课件
5
按控制方式分类(4种)
5、控制方式：机器人用于轴的控制方式，
伺服/非伺服,PTP/CP
6、驱动方式：关节执行器的动力源形式
精选PPT课件
27
7、精度、重复精度、分辨率：用来定义机 器人手部的定位能力。
▪ 分辨率 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 指机器人到达指定点的精确程度。它与机器 人驱动器的分辨率及反馈装置有关。
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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
Verstran 机器人
Verstran 机器人
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。
第二章
机器人的机械结构
4．工作载荷 机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受 的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩 来表示。 5．控制方式
机器人用于控制轴的方式，是伺服还是非伺服， 伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。
6．驱动方式 指关节执行器的动力源。 7．精度、重复精度和分辨率
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
最常见的构型是用其坐标特性来描述的。
一、工业机器人 （操作臂 /工业机械手/机械臂/操作手）
1、直角坐标型 (3P) 结构、控制算法简单，定位精度高；但工作空间较小， 占地面积大，惯性大，灵活性差。
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
机器人 执行机构 手 腕 臂 肩 部 部 部 部
2018/11/2
驱动装置
（ 固 定 或 移 动 ）
控制系统 处 理 器
关 节 伺 服 控 制 器
感知系统 内 部 传 感 器 外 部 传 感 器
基 座
电 驱 动 装 置
液 压 驱 动 装 置
气 压 驱 动 装 置
一、执行机构
第二章 机器人的机械结构 包括：手部、腕部、臂部、肩部和基座等。相当于人的肢体。
1．自由度 自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2．工作空间 机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中， 机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的 距离或转动的角度。 3．工作速度 机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安装点 所能达到的所有空间区域，不包括手部本身所能达 到的区域。
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500mm 1200mm / s
2.10rad / s 重复定位误差：±0.05mm A5 1900 1.05rad / s 控制方式：五轴同时可控，点位控制； 持重（最大伸长、最高速度下）：30kg 驱动方式：三个基本关节由交流伺服电机驱动，并采 用增量式角位移检测装置；
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第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
二、特种机器人 仿生型 自由度一般较多，具有更强的适应性和灵活性，但控制更 复杂，成本更高，刚性较差。
类人型机器人
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蛇形机器人
仿狗机器人
第二章
机器人的机械结构
六足漫游机器人
六轮漫游机器人
仿鱼机器人
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仿鸟机器人
第二章
1 处理器
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关节控制器
工作对象
外部传感器（环境检测）
第二章
机器人的机械结构
机器人的执行机构的驱动方式
• 液压式
具有大的抓举能力，结构紧凑，动作平稳，耐冲击；但要求液压 元件有较高的制造精度，密封性能。
• 气动式
气源方便，动作迅速，结构简单，造价较低；但难以进行速度控 制，抓紧能力较低。
精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的 定位能力。
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第二章
机器人的机械结构
一台持重30kg，供搬运、检测、装配用的圆柱坐 标型工业机器人，这台机器人的主要技术指标如下：
自由度：共有三个基本关节1， 2，3和两个选用关节4，5； 工作范围：见左图所示； 关节移动范围及速度：
A1 A2 A3 A4 3000 500mm 3600 2.10rad / s 600mm / s
机器人的机械结构
2.按机器人结构坐标系特点方式分类
（1）直角坐标型 （2）圆柱坐标型（3） 极坐标型 （4） 多关节型
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第二章
机器人的机械结构
四种坐标型机器人的机构简图
（1）直角坐标型 （2）圆柱坐标型 （3）极坐标型 （4）关节型
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第二章
机器人的机械结构
第二节 机器人的主要技术参数
二、驱动装置 包括：驱动源、传动机构等。相当于人的肌肉、筋络。
三、感知反馈系统
包括：内部信息传感器，检测位置、速度等信息；外部信息传感器，检测 机器人所处的环境信息。相当于人的感官和神经。 四、控制系统 包括：处理器及关节伺服控制器等，进行任务及信息处理，并给出控制信 号。相当于人的大脑和小脑。
内部传感器（位形检测） 控制系统 驱动 装置 执行 机构
第二章
机器人的机械结构
第二章 机器人本体的机械结构
第一节 机器人的组成和分类 第二节 机器人的主要技术参数 第三节 机器人的机械结构与运动 第四节 机器人的驱动机构
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第二章
机器人的机械结构
第一节 机器人的组成和分类
一、机器人的组成 机器人是一个机电一体化的设备。从控制观点来看， 机器人系统可以分成四大部分：机器人执行机构、驱 动装置、控制系统、感知反馈系统。