典型机器人结构示例.

典型机器人结构示例主讲周兰引言：本讲主要介绍美国Unimation公司的产品：PUMA—262型关节式通用机器人。一、PUMA—262型机器人简介1．结构特点：PUMA—262型机器人是一个关节型机器人：主体结构三个自由度（腰转关节、肩关节、肘关节）以及手腕的三个自由度（俯仰、偏转、回转）都是回转运动。传动精度高，结构小巧紧凑，重量轻，工作范围大，适应性广。PUMA—262型机器人结构图：关节1关节2关节3关节4关节5关节62．应用场合：广泛用于医药、食品、电子、机械等行业，从事包装、材料配制、安装，以及小型机电元件的装配、搬运、喷涂、机器加载、试验、检查等工作。3．主要技术参数（1）：结构型式：关节式自由度数：6运动范围：θ1θ2θ3θ4θ5θ6308°314°292°578°244°534°3．主要技术参数（2）：最大速度：1.23m/s腕部最大载荷：1㎏驱动方式：直流伺服电机操作方式：示教再现二、主要构成1．立柱和基座（1）：立柱：用于支承整个臂部和腕部，同时大臂带动小臂和腕部绕固定于立柱上的水平轴作回转运动。立柱为薄臂铝管制成，内部安装了关节1的回转轴及其轴承、轴承座。1．立柱和基座（2）：基座：支承整个立柱以上部分，同时与作业现场固定联接。基座上装有关节1的驱动电机以及基座内部为该关节的两级直齿圆柱齿轮减速器；基座上有小臂的定位夹板，两个控制手爪装置的气动阀。整个基座是一个铝制的整体铸件。立柱和基座图例：2．大臂：主要由内部铝制的整体铸件骨架外加薄铝盖板构成。大臂上装有肩关节（关节2）、肘关节（关节3）的驱动电机，内部装有相应的减速机构。大臂图例：3．小臂：小臂端部连着手腕，内部装有俯仰运动（关节5）、偏转运动（关节4）、回转运动（关节6）的驱动电机及部分减速齿轮。小臂图例（1）：小臂图例（2）：4．手腕：一端连着小臂，另一端连着手部。需完成三个方向的旋转运动。整个手腕由三个部分构成：实现手部回转运动部分；实现手腕、手部俯仰运动部分；实现整个手腕偏转运动部分。手腕图例：三、主要运动1．腰转运动：运动传动链：关节电机1→Z1/Z2→Z3/Z4→Z4与立柱空心轴相连→实现腰转结构特点：轴38为一对轴承支承的悬臂轴；齿轮33与空心轴31固联，空心轴由两个推力轴承限制其轴向位移。轴套30起轴承座的作用。腰转运动传动原理图：腰转运动结构图：2．肩关节运动（1）：肩关节运动即是大臂绕固定于立柱的水平轴的旋转运动。运动传动链：关节电机2→联轴器→伞齿轮Z5/Z6→直齿轮Z7/Z8→直齿轮Z9/Z10→直齿轮Z10与立柱固联→直齿轮Z10不能旋转→小齿轮Z9自转又公转→带动大臂绕立柱水平轴旋转→实现肩转2．肩关节运动（2）：结构特点：在俯视图和A—A示图中，后壳盖9与立柱空心轴31螺纹联接，空心轴10与后壳盖9螺纹联接，空心轴10固定不动。齿轮17与后壳盖9螺纹联接，齿轮17固定不动，当小齿轮16与之啮合时，只能是自转又公转，由于轴14支承在大臂上，带动大臂绕水平轴10旋转，实现肩关节的旋转运动。肩关节运动传动原理图：肩关节运动结构图（1）：肩关节运动结构图（2）：肩关节运动结构图（3）：3．肘关节运动：肘关节的运动主要是小臂绕大臂的旋转运动。运动传动链：关节电机3→联轴器→联轴器→伞齿轮Z11/Z12→直齿轮Z13/Z14→直齿轮Z15/Z16→齿轮Z16与小臂骨架固联→带动小臂旋转结构特点：齿轮与小臂骨架固联，齿轮的旋转运动直接带动小臂，完成肘关节的旋转运动。肘关节运动传动原理图：肘关节运动结构图（1）：肘关节运动结构图（2）：肘关节运动结构图（3）：肘关节运动结构图（4）：小臂固联于大臂骨架4．手腕的俯仰运动：运动传动链：关节电机5→联轴器→直齿轮Z21/Z22→伞齿轮Z17/Z18→齿轮18与手腕活动部分固联→与手爪连接部分与手腕活动部分固联→带动手腕活动部分连同手爪连接部分旋转运动→完成俯仰运动结构特点：当进行俯仰运动时，有附加的手部回转运动，其实现过程如下：当手腕部分俯仰而无其它的运动时→回转电机6不动→齿轮Z27不动→俯仰运动时齿轮Z28的传动轴由于安装在手腕活动部分也要绕轴线θ5旋转→齿轮Z28自转→向后传递→手腕有附加回转运动手腕的俯仰运动传动原理图：俯仰运动偏转运动手腕的俯仰运动结构图：5．手腕的回转运动：运动传动链：关节电机6→联轴器→伞齿轮Z25/Z26→伞齿轮Z27/Z28→直齿轮Z29/Z30→手腕实现回转运动结构特点：图中所示的方向与偏转运动的方向相同，这是一个特殊的时刻。当手腕俯仰至与手爪连接部分向上时，便成为手部的回转运动。手腕的回转运动传动原理图：俯仰运动偏转运动回转运动手腕的回转运动结构图：6．手腕的偏转运动（1）：运动传动链：关节电机4→直齿轮Z17/Z18→联轴器→联轴器→直齿轮Z19/Z20→直齿轮Z20与手腕固定部分相连→带动手腕固定部分连同手腕活动部分及手腕回转部分一同旋转实现偏转运动。结构特点：手腕完成偏转运动时有两个附加运动，一个是手腕的回转运动，一个是手腕的俯仰运动。6．手腕的偏转运动（2）：附加回转运动：手腕实现偏转运动→带动手腕活动部分偏转→齿轮Z27、Z26的轴支承在手腕活动部分并随手腕活动部分偏转（θ4）→关节电机6不动→齿轮Z25不动→齿轮Z27、Z26绕θ4公转又自转→传至齿轮Z30→手腕有附加回转运动附加俯仰运动：手腕实现偏转运动→带动手腕活动部分偏转→齿轮Z18与手腕活动部分固联并随手腕活动部分偏转（θ4）→关节电机5不动→齿轮Z17不动→齿轮Z18绕θ4公转又自转→手腕有附加俯仰运动手腕的偏转运动传动原理图：俯仰运动偏转运动回转运动手腕的偏转运动结构图：四、PUMA—262机器人整体结构1．大臂的结构图（1）：主要问题：1、机器人的主要构成。2、分析存在的主要运动。机器人的类型。3、各机器人主体部分的传动路线及传动特点。4、当机器人手腕处于什么位置时，三个运动退化为两个运动。1．大臂的结构图（2）：2．小臂的结构图（1）：2．小臂的结构图（2）：3．回转基座的结构图（1）：五、典型零部件1．弹性管联轴器（1）：结构特点：属于小型联轴器，是将一段管子的中部加工出螺旋槽，即成为弹性管联轴器。管子的材料主要为各类铜合金或不锈钢等具有较高弹性、疲劳强度和塑性好的材料。联轴器中段的螺旋槽，使其在轴向、周向都有较大的柔性，能朝任何方向弯曲。能补偿两轴不同轴的偏斜及轴向长度的偏差。还能起到缓和冲击、衰减振动的作用。1．弹性管联轴器（2）：安装：弹性管的两端为夹紧轴的结构，有两个螺钉，一个用来顶紧轴，防止轴相对转动；另一个用来锁紧，防止轴的轴向松动。使用：PUMA—262机器人转轴的连接上，便使用着这种联轴器。弹性管联轴器图例：2．电磁制动闸（1）：主要组成：主要由电磁铁、磁性活动压块、锥形块，弹簧、定位板等构成。工作原理：当手臂切断电源时，弹簧1把活动压块6紧压锥形块4，而锥形块4与轴5固联，由于摩擦，轴5被锁住。当手臂电源接通时，电磁铁8通电产生磁力，把活动压块6吸向电磁铁，与锥形铁4脱开，轴5便能自由转动。2．电磁制动闸（2）：应用：为了保证手臂操作过程的安全可靠，PUMA—262机器人在关节1、2、3电机轴上各装有一个电磁制动闸。当给闸起作用时，使手臂保持原有的姿态。电磁制动闸图例：PT-600弧焊机器人：PT-600型机器人是五自由度关节型弧焊机器人。采用直流伺服电机驱动、微机控制，结构紧凑，工作范围大，不仅用于弧焊作业，还可用于搬运和装配作业。PT-600弧焊机器人外形图（1）：PT-600弧焊机器人外形图（2）：PT-600弧焊机器人腰部结构图：PT-600弧焊机器人大臂装配图：PT-600弧焊机器人小臂结构图：PT-600弧焊机器人碗部结构图：PT-600机器人小臂和腕部的连接：思考题：分析腰部的结构特点、工作原理及采用的轴承特点；分析大臂的结构特点；分析小臂的结构特点；画出手腕的机械传动链，分析手腕存在的运动，并分析其结构。