机器人的机械结构
机器人的机械结构
机器人本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。
共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。
机器人采用电机驱动，电机分为步进电机或直流伺服电机。
直流伺服电机能构成闭环控制、精度高、额定转速高、但价格较高，而步进电机驱动具有成本低、控制系统简单。
各部件组成和功能描述如下：
（1）底座部件：底座部件包括底座、回转部件、传动部件和驱动电机等。
（2）腰部回转部件：腰部回转部件包括腰部支架、回转轴、支架、谐波减速器、制动器和步进电机等。
（3）大臂：大臂和传动部件
（4）小臂：小臂、减速齿轮箱、传动部件、传动轴等，在小臂前端固定驱动手腕三个运动的步进电机。
（5）手腕部件：手腕壳体、传动齿轮和传动轴、机械接口等。
（6）末端执行器：根据抓取物体的形状、材质等选择合理的结构。
（7）。
简述机器人的组成和分类
简述机器人的组成和分类机器人是一种由人工智能技术驱动的自动化设备，它在不同领域具有广泛的应用。
本文将简述机器人的组成和分类。
一、机器人的组成机器人通常由以下几个组成部分构成：1. 机械结构：机器人的机械结构是其身体的具体形态，包括机器人的外形、骨架和关节等。
机械结构的设计决定了机器人的运动能力和适应能力。
2. 传感器系统：传感器系统使机器人能够感知和获取周围环境的信息。
常见的传感器包括摄像头、激光雷达、声音传感器等，它们可以帮助机器人实时地感知到周围的物体、人和环境。
3. 控制系统：控制系统是机器人的大脑，负责接收和处理传感器获取的信息，并作出相应的决策和行动。
控制系统通常由硬件和软件组成，硬件包括主控芯片和执行器，软件则负责算法和逻辑的实现。
4. 电源系统：电源系统为机器人提供能量，使其能够正常运转。
电源可以是电池、充电宝或者连接外部电源等形式，不同的机器人根据其应用场景和能耗需求选择不同的电源方案。
二、机器人的分类根据机器人的用途和功能，可以将机器人分为以下几类：1. 工业机器人：工业机器人主要用于工业生产中的自动化操作，如焊接、装配、搬运等。
它们通常具有较大的工作空间和承重能力，并且能够高效地完成重复性、精密性的任务。
2. 服务机器人：服务机器人用于提供人类生活和服务的支持，如清洁机器人、导览机器人、护理机器人等。
它们可以与人类进行交流，并执行一些特定的任务，提高人类的生活质量和便利性。
3. 军事机器人：军事机器人主要应用于军事领域，用于战场侦查、侦察、救援等任务。
军事机器人通常具有高度的机动性、防护能力和作战能力，可以在危险环境下执行任务，减少对士兵的伤害风险。
4. 医疗机器人：医疗机器人主要用于医疗领域的辅助治疗和手术操作。
如手术机器人可以通过微创手术的方式减少手术切口，提高手术的精确性和安全性，为患者带来更好的治疗效果。
5. 家庭机器人：家庭机器人是为了满足家庭生活需求而设计的机器人，如智能扫地机器人、智能助理机器人等。
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。
机器人本体结构_图文
腕部及手部结构
机器人腕部结构的基本形式和特点
机器人的手部作为末端执行器是完成抓握工件或执行特定作业的重要部件，也需要有多种结构。腕部是 臂部与手部的连接部件，起支承手部和改变手部姿态的作用。目前，RRR型三自由度手腕应用较普遍。
腕部是机器人的小臂与末端执行器(手部或称手爪)之间的连接部件，其作用是利用自身的活动度确定手部 的空间姿态。对于一般的机器人，与手部相连接的手腕都具有独驱自转的功能，若手腕能在空间取任意 方位，那么与之相连的手部就可在空间取任意姿态，即达到完全灵活。 从驱动方式看，手腕一般有两种形式，即远程驱动和直接驱动。直接驱动是指驱动器安装在手腕运动关 节的附近直接驱动关节运动，因而传动路线短，传动刚度好，但腕部的尺寸和质量大，惯量大。远程驱 动方式的驱动器安装在机器人的大臂、基座或小臂远端上，通过连杆、链条或其他传动机构间接驱动腕 部关节运动，因而手腕的结构紧凑，尺寸和质量小，对改善机器人的整体动态性能有好处，但传动设计 复杂，传动刚度也降低了。 按转动特点的不同，用于手腕关节的转动又可细分为滚转和弯转两种。滚转是指组成关节的两个零件自 身的几何回转中心和相对运动的回转轴线重合，因而能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用R来标 记。弯转是指两个零件的几何回转中心和其相对转动轴线垂直的关节运动。由于受到结构的限制，其相 对转动角度一般小于360°。弯转通常用B来标记。
一、腕部的自由度
手腕按自由度个数可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。
腕部实际所需要的自由度数目应根据机器人的工作性能要求来确定。在有些情况下，腕部具 有两个自由度，即翻转和俯仰或翻转和偏转。一些专用机械手甚至没有腕部，但有些腕部为 了满足特殊要求还有横向移动自由度。
6种三自由度手腕的结合方式示意图
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。
机器人的主要结构及其构成
机器人的主要结构包括机械部分、传感部分和控制部分，其中机械部分包括驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。
驱动系统是机器人的动力来源，包括电机、减速器等；机械结构系统是机器人的身体，包括关节、连杆、支架等；感受系统是机器人的感知器官，包括摄像头、麦克风、超声波传感器等；机器人-环境交互系统是机器人与外部环境进行信息交流的通道，包括语音识别、图像处理等；人机交互系统是机器人与人类进行信息交流的通道，包括触摸屏、键盘等；控制系统是机器人的大脑，负责对机器人的各个部分进行协调和控制。
机器人的机械结构
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一、机械手抓
图3-15所示为气压驱动的手爪，气缸4中的压缩空气推 动活塞5使齿条1做往复运动，经扇形齿轮2带动平行四边形 机构，使爪钳3平行地快速开合。
图3-15 1—齿条； 2—扇形齿轮； 3—爪钳；4—气缸； 5—活塞
一、机械手抓
2. 手抓的传动机构
驱动机构的驱动力通过传动机构驱使爪钳开 合并产生夹紧力。
(3)链条链轮传动是将 链条的直线运动变为链轮 的回转运动，它的回转角 度可大于360°。
图3-1 链条链轮传动机构
一、机器人的机身结构
2. 升降回转型机身结构的工作原理
图3-2所示设计的机身包 括两个运动，即机身的回转和 升降。机身回转机构置于升降 缸之上。
图3-2 升降回转型机身结构 1—回转缸； 2—活塞； 3—花键轴； 4—花键轴套； 5—升降缸
图3-17 V形爪钳图示
二、磁力吸盘
磁力吸盘有电磁吸盘和永磁吸盘两种。磁力吸盘是 在手部装上电磁铁，通过磁场吸力把工件吸住。
图3-18 1—外壳体； 2—线圈； 3—防尘盖； 4—磁盘
二、磁力吸盘
三、真空式吸盘
1. 真空负压吸盘
真空负压吸盘采用真空泵 能保证吸盘内持续产生负压。 其吸盘吸力取决于吸盘与工件 表面的接触面积和吸盘内、外 压力差，另外与工件表面状态 也有十分密切的关系，它影响 负压的泄漏。
三、机器人的臂部机构
2. 臂部俯仰结构
通常采用摆动油（气）缸驱 动、铰链连杆机构传动实现手臂 的俯仰，如图3-9所示。
图3-9 摆动气缸驱动连杆俯仰臂部机构 1—手部； 2—夹紧缸； 3—升降缸； 4—小臂； 5、8—摆动气缸； 6—大臂； 7—立柱
三、机器人的臂部机构
3. 臂部回转与升降机构
臂部回转和升降机构常采用回转缸与 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，也有用升降缸与 气动马达锥齿轮传动的机构。
1. 横梁式配置
机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，横梁式配置通常分为单臂 悬挂式和双臂悬挂式两种，如图3-4所示。这类机器人的运动形式大多为 移动式。它具有占地面积小、能有效利用空间、动作简单直观等优点。
图3-4 横梁式配置
二、机器人臂部的配置
二、机器人臂部的配置Fra bibliotek2. 立柱式配置
立柱式配置的臂部多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动形式， 是一种常见的配置形式。立柱式配置通常分为单臂式和双臂式两种。一 般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小、工作范围大的特点。
三、机器人的臂部机构
三、机器人的臂部机构
手臂的垂直伸缩运动由油缸驱动，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，可用4 根导向柱，这种结构多用于箱体加工线上。
图3-8 四导向柱式臂部伸缩机构 1—油缸； 2—夹紧缸； 3—手部； 4—导向柱； 5—运行架； 6—行走车轮； 7—轨道； 8—支座
四、机器人的腕部机构
1. 腕部的作用
工业机器人腕部是手臂和手 部的连接部件，起支承手部和改变 手部姿态的作用。机器人一般具有 6个自由度才能使手部达到目标位 置和处于期望的姿态，腕部上的自 由度主要用于实现所期望的姿态。
四、机器人的腕部机构
2. 腕部的自由度
为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间3 个坐标轴X、Y、Z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转3个自由度， 如图3-10所示。通常把腕部的回转称为Roll，用R表示；把腕部的 俯仰称为Pitch，用P表示；把腕部的偏转称为Yaw，用Y表示。
学习要求
学习完本模块的内容后， 学生应能够了解机器人机身不同 结构的组成原理，手部、腕部、 臂部、传动和行走机构各部分的 组成与种类；能熟练地分析各机 械结构系统的特点与工作原理； 掌握各个机械结构的典型机构； 能用上述所学分析实用机器人的 各个机械结构的组成、原理、故 障的可能原因。
学习单元一 机器人的机身结构
三、真空式吸盘
3. 挤气负压吸盘
当吸盘压向工件表面时，将吸盘 内空气挤出；当吸盘与工件去除压力 时，吸盘恢复弹性变形，使吸盘内腔 形成负压，将工件牢牢吸住，机械手 即可进行工件搬运；到达目标位置后， 可用碰撞力或电磁力使压盖动作，空 气进入吸盘腔内，释放工件。这种挤 气负压吸盘不需要真空泵也不需要压 缩空气气源，经济方便，但是可靠性 比真空负压吸盘和气流负压吸盘差。
图3-5 立柱式配置
二、机器人臂部的配置
二、机器人臂部的配置
3. 基座式配置
机座式配置的臂部可以是独立的、自成系统的完整装置，可 以随意安放和搬动，也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道 移动，以扩大其活动范围。各种运动形式均可设计成机座式，机座 式配置通常分为单臂回转式、双臂回转式和多臂回转式。
一、机械手抓
1. 手抓的驱动
机械手爪的作用是抓住工件、握持工件和释放工件。 手指的开合通常采用气动、液动、电动和电磁来驱动，气 动手爪目前得到广泛的应用，主要由于气动手爪具有结构 简单、成本低、容易维修，且开合迅速、质量轻等优点， 其缺点在于空气介质存在可压缩性，使爪钳位置控制比较 复杂。液压驱动手爪成本要高些。电动手爪的优点在于手 指开合电动机的控制与机器人控制共用一个系统，但是夹 紧力比气动手爪、液压手爪小，相比而言开合时间要稍长。
图3-14 安川HP20工业机器人腕部结构形式
学习单元三 机器人的手部机构
一、机械手抓
工业机器人的手部是装在工业机器人手腕上 直接抓握工件或执行作业的部件。对于整个工业 机器人来说，手部是完成作业好坏、作业柔性优 劣的关键部件之一。工业机器人的手部可以像人 手那样具有手指，也可以是不具备手指的手；可 以是类人的手爪，也可以是进行专业作业的工具， 如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。
图3-3 俯仰型机身结构
三、直移型机身结构
四、类人机器人型机身结构
类人机器人型机身结构上除了装 有驱动臂部的运动装置外，还应该有驱 动腿部运动的装置和腰部关节。类人机 器人型机身靠腿部的屈伸运动来实现升 降，腰部关节实现左右和前后的俯仰与 人身轴线方向的回转运动。
学习单元二 机器人的臂部与腕部机构
一、直线传动机构
目前，第五种导轨在工业机器 人中应用最为广泛，图3-22所示为 包容式滚动导轨的结构，其由支承 座支承，可以方便地与任何平面相 连，此时套筒必须是开式的，嵌在 滑枕中，既增强了刚度，也方便与 其他元件进行连接。
图3-11 单自由度手腕
四、机器人的腕部机构
2）二自由度手腕
二自由度手腕可以是由一个R关节和一个B关节组成 的BR手腕［见图3-12（a）］，也可以是由两个B关节组 成的BB手腕［见图3-12（b）］。但是不能由两个RR关 节组成RR手腕，因为两个R关节共轴线，所以会减小一个 自由度，实际只构成单自由度手腕［见图3-12（c）］。 二自由度手腕中最常用的是BR手腕。
图3-10 工业机器人腕部的自由度
四、机器人的腕部机构
1）单自由度手腕 图3-11（a）所示为R关节，它使手臂纵轴线和手腕关节轴
线构成共轴线形式，其旋转角度大，可达360°以上；图3-11 （b）、图3-11（c）所示为B关节，关节轴线与前、后两个连接 件的轴线相垂直。B关节因为受到结构上的干涉，旋转角度小， 方向角大大受限。图3-11（d）所示为T关节。
四、机器人的腕部机构
图3-12 二自由度手腕
四、机器人的腕部机构
3）三自由度手腕 三自由度手腕可以是由B关节和R关节组成的多种形式的手腕，但
在实际应用中，常用的有BBR、RRR、BRR和RBR 4种，如图3-13所示。
图3-13 三自由度手腕
四、机器人的腕部机构
PUMA 262机器人的手腕采用的是RRR结构形式，安川 HP20机器人的手腕采用的是RBR结构形式，如图3-14所示。
图3-6 基座式配置
二、机器人臂部的配置
4. 屈伸式配置
屈伸式配置的臂部由大小臂组成，大小臂间有 相对运动，称为屈伸臂。屈伸臂与机身间的配置形式 (平面屈伸式和立体屈伸式)关系到机器人的运动轨迹， 平面屈伸式可以实现平面运动，立式屈伸式可以实现 空间运动，如图3-7所示。
二、机器人臂部的配置
图3-7 屈伸式配置
工业机器人应用技术
模块三 机器人的机械结构
1 机器人的机身结构 2 机器人的臂部与腕部的机构 3 机器人的手部机构 4 机器人的传动机构 4 机器人的传动机构
单元提要
本模块主要讲述机器人的机 械结构。本模块介绍了机器人的 升降回转型、俯仰型、直移型、 类人机器人型机身机构；讲解了 机器人的臂部的组成，讲述了机 器人腕部机构的转动方式、自由 度、驱动方式，介绍了机器人手 部机构的特点与夹持方式，讲述 了机器人传动机构、行走机构的 特点，讲述了车轮式、履带式和 足式3种机构。
根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不 同，臂部结构可分为伸缩型臂部结构、转动伸缩型臂部结构、屈 伸型臂部结构及其他专用的机械传动臂部结构。伸缩型臂部结构 可由液（气）压缸驱动或直线电动机驱动；转动伸缩型臂部结构 除了臂部做伸缩运动，还绕自身轴线运动，以便使手部旋转。
二、机器人臂部的配置
图3-21 1—吸盘架； 2—吸盘； 3—工
件； 4—密封垫； 5—压盖
学习单元四 机器人的传动机构
一、直线传动机构
1. 移动关节导轨
在运动过程中，移动关节导轨可以起到保证位置精度和导 向的作用。移动关节导轨有普通滑动导轨、液压动压滑动导轨、 液压静压滑动导轨、气浮导轨和滚动导轨5种。前两种导轨具有 结构简单、成本低的优点，但是它必须留有间隙，以便润滑，而 机器人载荷的大小和方向变化很快，间隙的存在又将会引起坐标 位置的变化和有效载荷的变化；另外，这种导轨的摩擦系数又随 着速度的变化而变化，在低速时容易产生爬行现象等。第三种导 轨能产生预载荷，能完全消除间隙，具有高刚度、低摩擦、高阻 尼等优点，但是它需要单独的液压系统和回收润滑油的机构。第 四种导轨的缺点是刚度和阻尼较低。