机械臂结构(PPT38页)

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机械臂结构设计原理 (1) PPT

大家好
25
五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
偏转肘转
俯仰
肩转
腰转
腰转姿态
大家好
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五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
大家好
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3．关节型机械臂的结构（2）
各运动的实现：
腕部的旋转：
电机M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
腕部俯仰：
电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4
电机M4→减速器R4→链轮副 C4→俯仰运动n4
大家好
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肩关节局部图例：
电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
大家好
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四、机械臂的控制
大家好
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1、伺服系统的分类：
液压伺服系统：
机械臂各关节的运动通常由液压伺服阀控制液压缸实现。
电动伺服系统：
机械臂各关节的运动通常由步进电机或直流电机驱动。
1—铰接活塞缸
手臂关节的回转运动是通过液压缸-连杆机构实现。控制
2—连杆 3—手臂 4—支承架
活塞的行程就控制
了手臂摆角的大小。
大家好
23
齿轮驱动回转机构图例：
大家好
24
3．关节型机械臂的结构（1）
存在的运动型式：
机身的旋转运动；肩关节和肘关节的摆动；腕关节的俯仰和旋转运动；
各运动的协调：称为5轴关节型机器人。
机械臂结构
大家好
1
一、臂部设计的基本要求
大家好
2
1．承载能力足：
手臂是支承手腕的部件，设计时不仅要考虑抓取物体的重量或携带工具的重量，还要考虑运动时的动载荷及转动惯性。

机械手臂教材ppt课件

三、机器手臂的组成
手臂由以下几部分组成：（1）运动元件。如油缸、气缸、齿条、凸轮等是驱
动手臂运动的部件。（2）导向装置。是保证手臂的正确方面及承受由于
工件的重量所产生的弯曲和扭转的力矩。（3）手臂。起着连接和承受外力的作用。手臂上的
零部件，如油缸、导向杆、控制件等都安装在手臂上。此外，根据机械来自运动和工作的要求，如管路、冷却
多轴机械手臂研发方面，多轴式机械手臂广泛应用于汽车製造商、汽车零组件与电子相关产业。机械手臂可以提昇产品技术与品质，而这些初期工作大多可以藉由机械手臂来完成。
近年来，各先进国家为了提昇台机器人的技术水准，都会推广机器人产业与创立相关联盟，并且特别针对工业以外的领域进行推广，例如：医疗、服务、生活方面…等。
机械手臂教材
目录
一、演进与发展二、种类与原理
三、组成四、应用于发展
一.演进与发展
1921年捷克科幻作家卡雷尔·恰佩克的《罗素姆的万能机器人》最早出现机器人。 1956年第一台专门应用于产业生产使用的机械手臂则是由具有「机械手臂之父」之称的约瑟夫·恩格伯格（Joseph F. Engelberger）所发明的。利用乔治·迪沃尔（George Devol）所授权的专利技术，研发出第一台工业用机械手臂，名为「Unimate」。
装置、行程定位装置和自动检测装置等，一般也都装在手臂上。所以手臂的结构、工作范围、承载能力和动作精度都直接影响机械手的工作性能。
四、应用与发展
机械手臂在产业自动化的应用已经相当广泛，主要是使用于人工无法进行或者会耗费较多时间来做的工作，机械手臂在精度与耐用性上可以减少许人为的不可预知问题。
乔治·迪沃尔
1963年日本不二輸送机工业株式会社制造出专门使用在栈板装载（Palletizing）的机械手臂，研发出针对栈板专用的搬运工具。 1973年德国库卡机器人集团（KUKA Robot Group）就研发出第一台采用机电驱动的6轴机械手臂。

第七讲机器人的机械臂结构资料PPT课件

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二、机械臂的运动形式
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1．直角坐标型
n 臂部由三个相互正交的移动副组成。带动腕部分别沿X、Y、Z三个坐标轴的方向作直线移动。结构简单，运动位置精度高。但所占空间较大，工作范围相对较小。
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2．圆柱坐标型
n 臂部由一个转动副和两个移动副组成。相对来说，所占空间较小，工作范围较大，应用较广泛。
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伺服直线液压缸图例：
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电动伺服控制系统图例：
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写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
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齿轮驱动回转机构图例：
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3．关节型机械臂的结构（1）
n 存在的运动型式：
n 机身的旋转运动； n 肩关节和肘关节的摆动； n 腕关节的俯仰和旋转运动；
n 各运动的协调：称为5轴关节型机器人。
25
五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
偏转肘转
俯仰
肩转
腰转
腰转姿态
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五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
4
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺寸h有关，如：10号工字钢即指其高度尺寸为100mm。 2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。 3、工字钢的长度按长度系列购买。如：5~19m。
5
槽钢（GB707-88）
1、槽钢的型号与高度尺寸 h有关，如：10号槽钢即指其高度尺为100mm。 2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。 3、《钢结构》

机械臂结构PPT演示文稿

2021/3/10
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4．重量轻、转动惯量小：
为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少整个手臂对回转轴的转动惯量。
2021/3/10
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5．合理设计与腕部和机身的连接部位：
臂部的安装形式和位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响到机器人的外观。
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抓取地面上的物体。
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三、典型机械臂结构
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1．手臂直线运动机构
常见方式：
行程小时：采用油缸或汽缸直接驱动；
当行程较大时：可采用油缸或汽缸驱动
齿条传动的倍增机构或采用步进电机或伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换为直线运动。
典型结构：
油缸驱动的手臂伸缩运动结构电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
2021/3/10
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油缸—齿条机构图例：
2021/3/10
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油缸驱动的手臂伸缩运动结构图例：
特点：工作行程长，抓重大，适合于抓举工件形状不规则、有偏转力矩的场合。
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电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：
2021/3/10
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2．手臂的回转运动机构
常见方式：
常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连杆传动机构等。
机械臂结构
主讲周兰
2021/3/10
1
一、臂部设计的基本要求
2021/3/10
2
1．承载能力足：
手臂是支承手腕的部件，设计时不仅要考虑抓取物体的重量或携带工具的重量，还要考虑运动时的动载荷及转动惯性。
2021/3/10

机械臂结构设计原理ppt

机械臂结构设计的基本原理
机械臂结构设计的基本原理包括运动学原理、力学原理和控制原理，通过优化设计来实现机械臂的高效运动。
机械臂结构设计的要素和考虑因素
载荷要素
根据应用需求确定机械臂的最大负载，确保结构设计满足承载要求。
结构刚度
设计合适的结构来提高机械臂的刚度，提高运动精度和控制性能。
工作空间
材料科学
采用新材料和工艺，提高机械臂的轻量化和强度，改善整体性能。
机械臂末端执行器设计和选择的重要性
机械臂末端执行器是机械臂的关键组件，不同的执行器设计和选择会直接影响机械臂的运动灵活性和工作效率。
机械臂结构设计的案例分析
工业自动化
通过合理的结构设计实现工业生产线的自动化作业，提高生产效率和品质。
考虑机械臂的活动范围和工作空间限制，确保能够完成所需的各种任务。
安全因素
考虑机械臂运动过程中的安全性，确保不会对人员和周围环境造成伤害。
机械臂结构设计的常见方法和技术
仿生设计
根据生物学原理，借鉴生物形态和结构设计机械臂，提高机械臂的柔顺性和适应性。
优化算法
使用优化算法来优化机械臂结构设计，提高机械臂的性能和效能。
医疗手术
精确的机械臂结构设计可用于辅助医生进行精细的手术操作，提高手术安全性和精准度。
物流业，自动完成物品的搬运和仓储操作，提高效率和减少人力成本。
机械臂结构设计的发展趋势和前景
未来的机械臂结构设计将不断优化，包括更高的精度、更灵活的结构、更高的负载能力和更智能的控制系统，为各行业带来更广泛的应用。
机械臂结构设计原理ppt
本演示文稿将介绍机械臂的定义、应用、基本原理、要素、常见方法、技术和末端执行器的重要性。之后，通过案例分析展示机械臂结构设计的具体步骤。最后，我们将探讨机械臂结构设计的发展趋势和前景。

《机器人手臂》PPT课件

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五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
偏转肘转
俯仰
肩转
腰转
腰转姿态
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五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
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5．关节型机械臂的结构（2）
各运动的实现：
腕部的旋转：
电转机运M动5n→5 减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋腕部俯仰：
电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4 肘关节摆动：
h
5
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺寸h有关，如：10号工字钢即指其高度尺寸为100mm。
2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。
3、工字钢的长度按长度系列购买。如：5~19m。
h
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工字钢
工字钢也称钢梁，是截面为工字形的长条钢材。其规格以腰高( h)*腿宽(b)*腰厚(d)的毫数表示，如“工160*88*6”，即表示腰高为160毫米，腿宽为88毫米，腰厚为6毫米的工字钢。工字钢的规格也可用型号表示，型号表示腰高的厘米数，如工16#。
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丝杆螺母传动手臂升降机构
P47 图2.41
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3．手臂俯仰运动机构
机器人手臂的俯仰运动一般采用活塞油 (气)缸与连杆机构联用来实现。手臂的俯仰运动用的活塞缸位于手臂的下方, 其活塞杆和手臂用铰链连接, 缸体采用尾部耳环或中部销轴等方式与立柱联接, 如图2.42、图2.43所示。此外,还有采用无杆活塞缸驱动齿轮齿条或四连杆机构实现手臂的俯仰运动。
电关节机摆M3动→n两3 级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘肩关节的摆动：

机器人的机械臂结构PPT

机械臂结构
1
一、臂部设计的基本要求
2
1．承载能力足
手臂是支承手腕的部件，设计时不仅要考虑抓取物体的重量或携带工具的重量，还要考虑运动时的动载荷及转动惯性。
3
2．刚度高
为了防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状要合理选择。
工字型截面的弯曲刚度一般比圆截面
大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多。
14
三、典型机械臂结构
15
1．手臂直线运动机构
常见方式：
行程小时：采用油缸或气缸直接驱动；
当行程较大时：可采用油缸或气缸驱动
齿条传动的倍增机构或采用步进电机或伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换为直线运动。
典型结构：
油缸驱动的手臂伸缩运动结构电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
16
油缸—齿条机构图例：
电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
28
关节型机器人传动系统图：
关节型机器人腕部旋转局部图：
电机M5→减速器R5→链轮副 C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
关节型机器人腕部俯仰局部图：
电机M4→减速器R4→链轮副 C4→俯仰运动n4
关节型机器人肘关节
局部图：
电机M3→两级同步带传动B3、 B3′→减速器R3→肘关节摆动n3
4
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺寸h有关，如：10号工字钢即指其高度尺寸为100mm。 2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。 3、工字钢的长度按长度系列购买。如：5~19m。
5
槽钢（GB707-88）
1、槽钢的型号与高度尺寸 h有关，如：10号槽钢即指其高度尺为100mm。 2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。 3、《钢结构》

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油缸驱动的手臂伸缩运动结构图例：
特点：工作行程长，抓重大，适合于抓举工件形状不规则、有偏转力矩的场合。
电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：
2．手臂的回转运动机构
常见方式：
常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连杆传动机构等。
曲柄滑块机构：
假设滑块是主动件，当滑块沿一定的导轨移动时，可以推动曲柄做摆动或圆周运动。
3．关节型机械臂的结构（2）
各运动的实现：
腕部的旋转：
电机M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
腕部俯仰：
电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4
肘关节摆动：
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
齿轮驱动回转机构图例：
3．关节型机械臂的结构（1）
存在的运动型式：
机身的旋转运动；肩关节和肘关节的摆动；腕关节的俯仰和旋转运动；
各运动的协调：称为5轴关节型机器人。
五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
偏转肘转
俯仰
肩转
腰转
腰转姿态
五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
3．关节型：
由动力型旋转关节和前、下两臂组成。关节型机器人以臂部各相邻部件的相对角位移为运动坐标。动作灵活，所占空间小，工作范围大，能在狭窄空间内饶过各种障碍物。
4．极坐标型：
臂部由两个转动副和一个移动副组成。产生沿手臂轴X的直线移动，绕基座轴Y 的转动和绕关节轴Z的摆动。其手臂可作绕Z轴的俯仰运动，能抓取地面上的物体。
每天只看目标，别老想障碍
•
3、
。202 0/10/15 2020/1 0/1520 20/10/1 5Oct-20 15-Oct-20
宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子
•
4、
。202 0/10/15 2020/1 0/1520 20/10/1 5Thurs day, October 15, 2020
• •
机械臂结构
一、臂部设计的基本要求
1．承载能力足：
手臂是支承手腕的部件，设计时不仅要考虑抓取物体的重量或携带工具的重量，还要考虑运动时的动载荷及转动惯性。
2．刚度高：
为了防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状要合理选择。
工字型截面的弯曲刚度一般比圆截面
大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多。
四、机械臂的控制
1、伺服系统的分类：
液压伺服系统：
机械臂各关节的运动通常由液压伺服阀控制液压缸实现。
电动伺服系统：
机械臂各关节的运动通常由步进电机或直流电机驱动。
伺服直线液压缸图例：
电动伺服控制对于大臂的直线运动的运动方案，动力源为电机驱动，用示意图表达。 2、画出型号为20a的工字钢的截面形状，并标注出有关几何参数。
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
•
1、
功的路。2020/10/152020/10/15Thursday, October 15, 2020
成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦
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2、
。2 020/10/ 152020 /10/15 2020/10 /1510/ 15/202 0 1:14:10 PM
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺寸h有关，如：10号工字钢即指其高度尺寸为100mm。
2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。
3、工字钢的长度按长度系列购买。如：5~19m。
槽钢（GB707-88）
1、槽钢的型号与高度尺寸 h有关，如：10号槽钢即指其高度尺为100mm。 2、其它参数如截面积、单位长度的理论质量、截面静力矩等可查相应的设计手册。
3、导向性能好，定位精度高：
为防止手臂在直线运动中，沿运动轴线发生相对转动，应设置导向装置。同时要采用一定形式的缓冲措施。
4．重量轻、转动惯量小：
为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少整个手臂对回转轴的转动惯量。
5．合理设计与腕部和机身的连接部位：
臂部的安装形式和位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响到机器人的外观。
典型机构：
液压缸—连杆回转机构：齿轮驱动回转机构：
平面四杆机构图例：
双曲柄机构
平面四杆机构
双摇杆机构
平面四杆机构演变图例：
曲柄滑块机构
双臂机器人手臂结构图例：
运动特点：
1—铰接活塞缸
手臂关节的回转运动是通过液压缸-连杆机构实现。控制
2—连杆 3—手臂 4—支承架
活塞的行程就控制
了手臂摆角的大小。
关节型机器人传动系统图：
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
腕部俯仰局部图例：
电机M4→减速器R4→链轮副 C4→俯仰运动n4
肘关节局部图例：
电机M3→两级同步带传动B3、 B3′→减速器R3→肘关节摆动n3
肩关节局部图例：
电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
积极向上的心态，是成功者的最基本要素 5、
。202 0/10/15 2020/1 0/1520 20/10/1 52020/ 10/151 0/15/20 20
生活总会给你谢另一个谢机会，大这个机家会叫明天 6、
二、机械臂的运动形式
1．直角坐标型：
臂部由三个相互正交的移动副组成。带动腕部分别沿 X、Y、Z 三个坐标轴的方向作直线移动。结构简单，运动位置精度高。但所占空间较大，工作范围相对较小。
2．圆柱坐标型：
臂部由一个转动副和两个移动副组成。相对来说，所占空间较小，工作范围较大，应用较广泛。
三、典型机械臂结构
1．手臂直线运动机构
常见方式：
行程小时：采用油缸或汽缸直接驱动；
当行程较大时：可采用油缸或汽缸驱动
齿条传动的倍增机构或采用步进电机或伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换为直线运动。
典型结构：
油缸驱动的手臂伸缩运动结构电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
油缸—齿条机构图例：