工业机器人1

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军事用机器人
美国陆军日前展示的六轮传动无人地面战 车，称为Crusher，是混合型运输车，每个 轮子都具备引擎与悬吊系统，使重6.5吨的 它可以克服任何极端地形
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智能型吸尘器Roomba 制造商iRobot与John Deare合力研发Gator， 用于侦察边防，或于战 区载送军火与士兵
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speed of moment
※机器人所能操作End Effector的速度，最快大约可到1.5m/s ※决定运动速度的因素包括：移动物体重量、移动的距离
Weight-Carrying Capacity Type of drive system
(1)液压式：大型Robot、机构简单、强度高、速度快。 (2)电动马达式：小型Robot、高精确性与重视性。 (3)气压式：最简单、适用于抓取、重复性高之工作。
1〃行走机构的构成：
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2〃行走机构的分类： 按运行轨迹分：
– 分为固定轨迹式和无固定轨迹式两种。固定 轨迹式主要用于工业机器人
按行走机构的特点分：
– 对于无固定轨迹机器人，可分为轮式、履带 式和步行式等。前两者与地面连续接触，后 者与地面为间断接触。
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3〃固定轨道式机器人运动的实现：
机器人机身底座，安装在一个可移动 的拖板上，依靠丝杆螺母副的运动将 来自电机的旋转运动转化为直线运动。
齿条活塞缸—升降缸机构：
– 构成：
• 主要由升降缸体、齿条缸、齿轮套筒、固定立柱和升降回 转台等部分构成。
– 工作原理：
• 回转运动：
– 齿条缸的齿条活塞杆直线运动→齿轮套筒6回转运动→齿轮 套筒6 和升降缸体2及升降回转台1固联→升降回转台1 回转
• 升降运动：
– 升降缸体2、齿轮套筒6、回转台1整个一起升降运动
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Programming the Robot
有许多不同的方法可以设计程序输入机器人，以执行所需之 工作周期，这些方法可分为四大类： (1)人工法(Manual method) (2)直接带动法(Walk through method) (3)教导法(lead through method) (4)离线程序设计法(Off-line programming)
r l1, lc1,m1 q2 q1 (0,0) l2, lc2,m2
2t x d x0 r cos( ) T
x
2t y d y 0 r sin( ) T
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a1 2a3 cos q 2 a 2 a3 cos q 2 q1 a a cos q q a2 2 2 3 2 a3 sin q 2 q 2 a3 sin q 2 (q1 q 2 ) q1 1 a sin q q q 0 2 1 3 2 2
M(q)q N(q, q) τ
where
2 2 a1 m1 L21 m2 ( L1 L2 2 ) M t ( L1 L2 ) I1 I 2 c c 2
a2 m2 L2 2 M t L2 2 I 2 c c a3 m2 L1 Lc 2 M t L1 L2
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Robotic Sensors
(1)Vision Sensors (2)Tactile and proximity sensor (3)Voice sensors
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机器人应用
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日本机器人制造商Tmsuk的发光家用机器人 Roborior 。 这款机器人带有遥控摄影机、售 价29.4万日圆(2,607美元)。 它的发光二极体 (LED)三色光能够营造一种轻松的氛围，并可 通过手机在其它场所照顾家庭成员和宠物
6〃脚踏行走机器人：
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两足步行机器人图例：
控制特点：
– 使机器人的重心 经常在接地的脚 掌上，一边不断 取得准静态平衡， 一边稳定的步行。
结构特点：
– 为了能变换方向 和上下台阶，一 定要具备多自由 度。
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两足步行机器人图例：
主要构成：
1—框架 3—小腿 2—大腿 4—脚
5—肩
7—手
6—肘
8—液压缸
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Mechanical Arm:
Driven by – Electric drive motors – Pneumatic devices – Hydraulic actuators • Drive elements: either linear or actuators
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(x0,y0)
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iRobot生产的PackBot可以配备相机与爬楼梯， 这款机器人已投入美国对伊朗及阿富汗战争
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美国国防部与卡内基美隆大学合力研发的无人驾驶 地面战车，具有远端遥控无人侦察、监视能力
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1997年的NASA第一个成功登陆火星的 Sojourney实验机
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德国新推出专职擦地机器人
名为“ＲＯＢＯ40”的机器人外观看上去像 是个大号的圆圆的电饭锅，重约40 公斤。 在它的底部安装有两把长42厘米的特制刷子， 成为清洁地板的主要工具；而其体内还可以 储存27升清洁用水以及14升清洁之后的脏水 虽然外观上没有特别之处，但它的能耐确实 不小，可以完成从清扫、清洗到清洁的一系 列繁重体力活。据介绍，即便是在同一个空 间里，它也可以根据地面的不同材质以及不 同的污渍“聪明”地选择不同的清洁方式， 保质保量地完成任务。而且，与传统的类似 自动清洁机器人相比，该新款机器人最大的 特点就是效率非常之高。其“上岗”工作时 每秒的推进速度为0．3米，每小时可以完成 清洁面积1000平方米，而且最多能够连续作 业4个小时 鉴于其过于强大的功能和高昂的价格，目前 这款已经面市的机器人并不太适用于家居使 用，其主要消费对象MO可以在办公室等现实环 境中作业，具有很高的运动能力。和以往相比， ASIMO可以和人手拉手走路等，强化了与人配合的行 动能力，而且增加了利用手推车搬运物品的功能。此 外，新开发出的对这些功能进行统一控制的综合控制 系统，使ASIMO可以自行从事接待、向导、递送等服 务。并且极大地提高了移动能力，实现了时速6km的 奔跑及迂回行走 接待等自动与人配合的功能 使用手推车搬运物品的功能 加强奔跑功能
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End Effectors Grippers(抓取器) Tools
Work Cell Control and Interlocks
Work Cell Control：采用工作单元控制器(controller) Interlocks：内锁是工作控制单元的一种特性，可以 中断工作周期中的动作。 ※內锁有二种形式 (1)输出 (2)输入
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履带式行走机器人：
特点：
– 可以在有些击凹的地面上行走，可以跨越障碍 物，能爬梯度不太高的台阶。 – 没有自位轮，依靠左右两个履带的速度差转弯， 会产生滑动，转弯阻力大，且不能准确地确定 回转半径。
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履带式行走机器人图例（1）：
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履带式行走机器人图例（2）：
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脚踏行走机器人即步行机器人，典型特 征是不仅能在平地上，而且能在凹击不 平的地上步行，能跨越沟壑，上下台阶， 具有广泛的适应性。主要设计难点是机 器人跨步时自动转移重心而保持平衡的 问题。
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Work Volume Precision of movement 以三部分讨论
1.空间解析度 (Spatial resolution) 2.精确性 (Precision) 3.重视性 (Repeatability)
※空间解析度是借机器人所能控制腕部末端的最小增量。 ※精确度是指在其工作范围內，将腕部末端放置于某特定点 的能力。 ※重视度是指机器人将其腕部末端重新置于先前设定过的点 的能力。
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车轮式行走机器人：
分类：
– 车轮式行走机器人通常有三轮、四轮、六轮 之分。它们或有驱动轮和自位轮，或有驱动 轮和转向机构，用来转弯。
适用范围：
– 最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬楼 梯。
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三轮行走机器人图例：
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三轮行走机器人结构及驱动：
构成：三个车轮、转向叉、驱动装置等。 驱动方案：
直线运动液压缸—摆动液压缸机构图例：
油口
问题：
1、摆动液压缸的动片与缸的 什么部件相连？机械臂将与摆 动液压缸的什么部件相连？ 2、为什么采用长度较短的花 键套导向？ 油口 3、机身升降运动的行程和回 转运动角度取决于什么？ 4、画出零件2的结构图。
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花键轴与花键孔：
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1〃回转与升降机身(3)：
– 电机5驱动轮1：通过V1、V2的不同速度控制小车的 移动方向，同时，转向叉3自动地转向正确的方向。 此时轮2受到地面的摩擦而滚动。 – 电机6驱动轮2：由电机6驱动，小车的方向由专用 电机7驱动转向叉实现。此时轮1自由滚动。
缺陷：施加在角落的力容易产生使机器人翻倒，
对负载有一定的限制。
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四轮行走机器人：
– 工作原理：
• 回转运动：
– 摆动液压缸进油→摆动缸动片7摆动→带动摆动缸套5摆动 – 由于花键轴3只起导向作用而不回转，摆动缸定片与花键轴 之间通过平键和螺钉固定连接，保证定片的位置确定。
• 升降运动：
– 活塞1下腔进油→活塞推动机身沿花键轴上升 – 活塞1上腔进油→活塞推动机身沿花键轴下降
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其它行走机器人图例：
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其他技术特性
1.工作范围 (Work volume or envelop) 2.运动精确度 (Precision of movement) 3.运动速度 (Speed of movement) 4.负载能力 (Weight-Carrying Capacity) 5.驱动系统的种类 (Type of drive system)