转动关节和移动关节转动关节和移动关节主讲 张淑娟1引言n机器人是运动的，各个部位都需要能源和动力，设计和选择良好的传动部件是非常重要的。这涉及到关节形式的确定、传动方式的选择、传动部件的定位和消隙等多个方面。2一、关节一、关节31定义定义n机器人中联结运动部分的机构称为关节。42分类分类n按照关节的运动方式不同，关节分为转动关节和移动关节。n转动关节实现两个部件之间的相对回旋运动；移动关节实现两个部件之间的相对直线运动。5二、转动关节二、转动关节61作用作用n转动关节既用于联联接接各运动机构，又传递传递各机构间的回转运动（或摆动）。n对于机器人而言，主要用于基座与臂部、臂部之间、臂部和手腕等之间的有相对运动要求的联接部件上。72组成：组成：n回转关节由驱动机构、回转轴和轴承组成。 83常见结构形式（常见结构形式（1） n驱动机构和回转轴驱动机构和回转轴同轴式同轴式： n属于直接驱动回转轴，有较高的定位精度。为了减轻重量，要求选择小型减速器并增加臂部的刚性。适用于水平多关节型机器人。n驱动机构与回转轴正交式驱动机构与回转轴正交式：n重量大的减速机构安装在基座上，通过臂部内的齿轮、链条来传递运动。适用于要求臂部结构紧凑的场合。9转动关节结构示例（1）同轴式正交式103常见结构形式（常见结构形式（2） n外部驱动机构驱动臂部的外部驱动机构驱动臂部的形式形式：n适合于传递大扭矩的回转运动，采用的传动机构有滚珠丝杆、液压缸和汽缸。n驱动电机安装在关节内部的形式：驱动电机安装在关节内部的形式： n这种方式亦称为直接驱动方式。11转动关节结构示例（2）：外部驱动外部驱动外部驱动外部驱动直接驱动124机器人用轴承（机器人用轴承（1） n薄壁四点接触球轴承：薄壁四点接触球轴承： n相当于两套单列角接触球轴承，能够承受双向推力载荷。从截面上看，其内外滚道的轮廓均由两段半径相同的圆弧相交而成，每段圆弧与钢球的接触角都是30。这种轴承除能承受轴向、径向载荷外，还能承受倾覆力矩，特别适合于受力状态复杂而空间位置和质量又受到限制的情况。13角接触球轴承：n单个使用时只能承受一个方向的轴向载荷，同时还能够承受一定的径向载荷。n这种轴承必须在承受轴向载荷的状态下使用，通常成对安装使用。n当面对面或背对背安装时，可以承受径向载荷和双向轴向载荷。n当串联安装时，只能承受很大的单向轴向载荷。14角接触球轴承示例：琐口在外圈琐口在内圈琐口在外圈背靠背琐口在外圈面对面琐口在外圈串联15薄壁四点接触球轴承图例：164机器人用轴承（机器人用轴承（2）n薄壁交叉滚子轴承： n这种轴承相当于由两套推力圆锥滚子轴承组合而成，滚子呈交叉垂直排列，内圈有两个相互垂直的滚道，外圈为双半外圈。能够承受轴向、径向和力矩联合载荷，并具有更高的刚度。17圆锥滚子轴承n圆锥滚子轴承必须在承受轴向载荷的状态下使用，可以采用面对面或背对背的方式成对使用。n有较大的径向和轴向承载能力。18圆锥滚子轴承图例：基本型面对面安装背对背安装19薄壁交叉滚子轴承图例：20三、移动关节三、移动关节211构成构成n移动关节由直线运动机构和在整个运动范围内起直线导向作用的直线导轨部分组成。 222对导轨的要求对导轨的要求n导轨副之间间隙小，而且可调，并能消除间隙。 n在垂直方向上具有足够的刚度。n摩擦系数小且不随速度变化等。233导轨副常见形式导轨副常见形式 n滑动导轨滑动导轨n滚动导轨滚动导轨n静压导轨静压导轨n磁性悬浮导轨磁性悬浮导轨 由于机器人在速度和精度方面要求由于机器人在速度和精度方面要求高，一般采用结构紧凑且价格低廉的滚高，一般采用结构紧凑且价格低廉的滚动导轨。动导轨。24直线导轨种类示例：滑动导轨滚动导轨静压导轨磁悬浮导轨254机器人用典型滚动导轨结构简介机器人用典型滚动导轨结构简介n直线运动球直线运动球轴承轴承： n由外圈、保持架和在外圈和轴之间的几列钢球组成。外圈相对轴作往复直线运动，而钢球借助保持架通道引导循环，在外滚道中往复滚动。n直线滚动直线滚动导轨导轨：n由导轨体、滑块、滚珠、保持器和端盖组成。导轨固定在不运动的部件上，滑块固定在运动部件上。 26直线运动球轴承图例（直线运动球轴承图例（1）：）：27直线运动球轴承图例（直线运动球轴承图例（2）：）：28直线滚动导轨示例：29四、传动件的定位四、传动件的定位301电气开关定位电气开关定位n定位原理：定位原理： n电气开关定位是利用电气开关（有触点或无触点）作行程检测元件，当机械手运行到定位点时，行程开关发出信号，切断动力源或接通制动器，从而使机械手获得定位。n分类：分类：n液压驱动机械手需定位时：n机械手运行至定位点，行程开关发出信号，电磁换向阀关闭油路实现定位。n电机驱动机械手需定位时：n机械手运行至定位点，行程开关发出信号，电气系统激励电磁制动器进行制动而定位。312机械挡块定位机械挡块定位 n是在行程终点设置机械挡块，当机械手减速运动至终点时，紧靠挡块而定位。 323伺服定位系统伺服定位系统n前面两种定位方法只适用于两点或多点定位，而在任意点定位时，要使用伺服定位系统。它可以根据输入指令的变化控制位移，获得良好的运动特性。不仅适用于点位控制，也适合于连续轨迹控制。 33五、传动件的消隙五、传动件的消隙341、需要消隙的理由n传动机构存在的间隙，称为侧隙。n传动间隙的存在，影响着机器人的重复定位精度和平稳性；对机器人控制系统而言，传动间隙导致显著的非线性变化、振动和不稳定性。352、产生间隙的原因：n由于制造和装配误差所产生的间隙；n为适应热膨胀而特意留出的间隙。363、消隙的措施：n提高制造和装配精度；n设计可调整传动间隙的机构；n设置弹性补偿零件。37偏心套调整法图例：38轴向弹簧调整法图例：39周向弹簧调整法图例：40