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1、机器人构造 主 讲：吴 东,本章内容,1.机器人的构造2.机器人的控制器3.机器人的传感器4.机器人的驱动5.机器人的传动6.机器人的能源,机器人的传动机构,传动机构，是将驱动器输出的动力传送到工作单元的一种装置。作用调速。工作单元往往和驱动器速度不一致，利用传动机构达到改变输出速度的目的。调转矩。调整驱动器的转矩使其适合工作单元使用。,机器人的传动机构,改变运动形式。驱动器的输出轴一般是等速回转运动，而工作单元要求的运动形式则是多种多样的，如直线运动、螺旋运动等，靠传动机构实现运动形式的改变。动力和运动的传递和分配。用一台驱动器带动若干个不同速度、不同负载的工作单元。,机器人的传动机构,传动
2、机构有机械传动、流体(液体、气体)传动、电气传动三类机械传动的主要形式齿轮传动带传动链传动连杆传动,齿轮传动,电动机的转速与机器人的速度一个永磁直流电动机在额定电压下，其空载转速不低于 5000 r/min假设直接跟直径为7.5cm的车轮连接，则其空转速度是（50000.0753.14）/60=19.6 m/s适合于“机器人竞速比赛”，但不适合“机器人擂台比赛”,齿轮传动,电动机的转速与机器人的速度 减速 选择功率小、转速慢的电动机 降低提供给电动机的电压减速，但同时要增大电动机输出的转矩 使用齿轮传动,齿轮传动,齿轮，是能互相啮合的有齿的机械零件。,齿轮传动,齿轮传动，是以齿轮的齿互相啮合来
3、传递动力的机械传动。其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105KW。齿轮直径一般从1mm到150m。是现代机械中应用最广的一种机械传动。,齿轮传动,齿轮传动,齿轮传动,齿轮传动,齿轮传动,平面传动,空间传动,齿轮传动,齿轮传动的作用提高或降低输出转速，并同时相应降低或提高输出转矩将转动变换为直线运动改变输出的方向,齿轮传动的基本量,转矩使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。t=f*r功转矩 齿轮角位移。w=t*c,齿轮传动,传动原理,齿轮A16齿,齿轮B32齿,齿轮传动,传动原理 假设A的转矩为Ta，B的转矩为Tb。并且，假设A转了2圈，则B正好转了1圈。根据功守恒，有 Ta*72
4、0=Tb*360 Ta/Tb=360/720=1/2,齿轮传动,传动原理当小齿轮带动大齿轮时，转速减小，转矩增大当大齿轮带动小齿轮时，转速增加，转矩减小齿轮间的齿轮数关系影响着转速和转矩,齿轮传动,传动原理,传动比,输出齿轮的齿轮数,输入齿轮的齿轮数,=,减速比,输入齿轮的齿轮数,输出齿轮的齿轮数,=,齿轮传动,传动原理 Tb=e(TaR)Sb=e(Sa/R)T代表齿轮的转矩，S代表转速，e代表传动效率，R代表传动比,齿轮传动,多对齿轮啮合(实现大减速)不能无限制的增大齿轮尺寸使用串联组合实现大减速,1/2,齿轮传动,多对齿轮啮合(实现大减速)总的减速比等于所有齿轮减速比的乘积总的传动比等于所
5、有齿轮传动比的乘积可以方便的调整转速、转矩，但要注意功的损失问题,齿轮传动,特点传递动力大、效率高寿命长，工作平稳，可靠性高能保证恒定的传动比制作、安装精度要求较高不宜作远距离传动,带传动,组成主动轮、从动轮、传动带,带传动,分类,平皮带,V 型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,-摩擦牵引力大,-摩擦牵引力大,-牵引力小，用于仪器,应用：两轴平行、且同向转动的场合。称为开口传动。,抗拉体,带传动,摩擦型带传动的工作原理环形带被张紧在带轮上，产生的初拉力F0使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时依靠摩擦力推动从动轮一起同向转动。,主动轮,从动轮,带传动,摩擦型带传动的受力分析不工作时，主动轮上
6、的驱动转矩T1=0，带轮两边传动带所受的拉力均为初拉力F 0,带传动,摩擦型带传动的受力分析工作时，在摩擦力的作用下，带绕入主动轮的一边被进一步拉紧，称为紧边，其所受拉力由F 0增大到F 1，而带的另一边则被放松，称为松边，其所受拉力由F 0降到F 2,紧边,松边,从动轮,主动轮,带传动,摩擦型带传动的受力分析假设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边拉力减量相等有效拉力，即带所能传递的圆周力：,紧边,松边,从动轮,主动轮,F=F1-F2,F1 F0=F0-F2,带传动,摩擦型带传动的受力分析传动功率P(kW)为：F：有效拉力V：带速，(m/s),紧边,松边,从动轮,主动轮,带传动,摩擦型带传动的
7、受力分析当有效拉力跟带上总的摩擦力有关系：FFf带与带轮之间出现显著的滑动，称为打滑。经常出现打滑使带的磨损加剧、传动效率降低，导致传动失效。,紧边,松边,从动轮,主动轮,带传动,传动比传动比=从动轮基准直径/主动轮基准直径,主动轮,从动轮,带传动,摩擦型带传动的特点适用于中心距较大的传动过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零件的损坏；但不能保证恒定的传动比结构简单、成本低廉传动效率低传动带使用寿命短,带传动,张紧装置调整中心距,a,调整螺钉,调整螺钉,滑道式张紧装置,摆架式张紧装置,a,带传动,张紧装置张紧轮,带传动,啮合型带传动 靠带齿与轮齿之间的啮合实现传动，两者无相对滑动，而使圆周
8、速度同步。也称为同步带传动。,带传动,啮合型带传动的特点传动比恒定、效率高、传动平稳结构紧凑、能承受一定冲击成本高，对制造和安装要求高,链传动,组成：主动轮、从动轮、链条原理：链与链轮轮齿之间的啮合实现平行轴之间的同向传动。,设计：潘存云,链传动,特点能获得准确的平均传动比，传动效率高，但瞬时传动比不恒定结构紧凑可在高温、油污、潮湿等恶劣环境下工作传动平稳性差，有噪音，磨损后易发生跳齿和脱链，急速反向转动的性能差,带传动,传动比传动比=从动轮齿数/主动轮齿数,链传动,张紧装置,连杆传动,连杆传动，是利用连杆机构传动动力的机械传动方式。按空间位置关系分平面连杆机构(连杆上各个点的运动平面相互平行
9、)空间连杆机构,连杆传动,平面四杆传动,连杆,机架,连架杆,连杆传动,平面四杆传动机架：机构的固定件连架杆：与机架联接的构件。能做圆周转动的连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。连杆：不直接与机架连接的部件。主动连架杆跟从动连架杆的连接部件。,连杆传动,可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构,连杆传动,曲柄摇杆机构的应用,雷达天线俯仰角调整机构,连杆传动,曲柄摇杆机构的应用,缝纫机的踏板机构,连杆传动,曲柄摇杆机构的应用,契贝谢夫四足机器人,连杆传动,曲柄摇杆机构的应用,连杆传动,曲柄摇杆机构的三个特性急回压力角与传动角死
10、点,连杆传动,曲柄摇杆机构的急回,当原动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回运动。,连杆传动,曲柄摇杆机构的急回,转动一周，曲柄AB与连杆BC有两次共线,C1D和C2D分别为摇杆CD两个极限位置,夹角,曲柄从AB1顺时针转到AB2时，曲柄转角1=180+,时间为t1,曲柄从AB2顺时针转到AB1时，曲柄转角2=180-,时间为t2,因为t1t2,所以v1v2,摇杆cd具有急回特性。,连杆传动,曲柄摇杆机构的压力角与传动角,连杆BC作用于摇杆CD上的力P是沿BC方向的。,压力角，力P 在vc方向的有效分力为Pt=Pcos,P在垂直于vc方向的分
11、力Pn=Psin则为无效分力,压力角越小越好，传动角越大越好。,连杆传动,曲柄摇杆机构的死点,以摇杆为原动件，而曲柄为从动件,当摇杆摆到极限位置C1D和C2D时，连杆与曲柄共线,连杆加给曲柄的力将通过铰链中心A，即机构处于压力角=90（传力角=0）的位置时，驱动力的有效力为0,机构的这种位置称为死点，可能出现卡死。,连杆传动,曲柄摇杆机构的死点,克服死点的方法,利用加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死点。,采用将两组以上的同样机构组合使用，且使各组机构的死点位置相互错开排列的方法。,利用死点夹紧工件的夹具,机器人的能源,机器人可用能源发条机构太阳能电池燃料电池干电池,机器人的能源,选择要点能
12、提供足够的电压、电流可充电、不可充电重量、尺寸,机器人的行走机构,行走机构，即机器人的下肢，主要用来承受体重和完成位移。它决定着机器人能否迅速灵活的移动，能否准确的按照操作者的意愿到达指定点。机器人行走机构通常由驱动器、传动装置、位置检测装置、电缆等构成。,机器人行走机构的分类,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。,固定轨迹式机器人运动的实现,把机器人机身基座安装在一个可移动的平台上，通过将来自电机的旋转运动转化为直线运动来实现固定轨迹移动。,机器人行走机构的分类,无固定轨迹机器人可分为轮式、履带式和足式等。前两者与地面连续接触，后者与地面为间断接触。,
13、机器人的轮式行走机构,分类机器人通常使用三轮式、四轮式、对称四轮式等，用到驱动轮和从动轮。适用范围最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬楼梯。,机器人的轮式行走机构,三轮式车体两个驱动轮装在前两侧从动轮装在后侧不会出现悬空现象稳定性不好,三轮行走机器人图例,机器人的轮式行走机构,四轮式车体两个驱动轮装在前两侧两个从动轮装在后两侧不会出现悬空现象稳定性好,机器人的轮式行走机构,对称四轮式车体两个驱动轮装在中线两侧两个从动轮装在前后两端某一时刻只有三个轮着地转动灵活性好,机器人的履带式行走机构,特点可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障碍物，能爬梯度不太高的台阶。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。,机器人的履带式行走机构,机器人的足式行走机构,特点适用范围广。不仅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行。能跨障碍，上下台阶等。设计难点是机器人跨步时自动转移重心而能够保持平衡。,机器人的两足式行走机构,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。为了能变换方向和上下台阶，一定要具备多自由度。,机器人的四足式行走机构,特点步行时，一只脚抬起，三只脚支撑自重，这时需要移动身体，让重心落在三只脚接地点组成的三角形内。,机器人的四足式行走机构,机器人的四足式行走机构,其它行走机器人,机器人擂台比赛,返回齿轮传动,
