机器人技术基础与应用实践——基于模块化的机器人创意设计与实现 课件 第4章 机器人的机构设计基础.pptx

机器人的机构设计基础半导体器件的应用分析但个性化的机构设计基础3目录CONTENT1机构的基本组成及分析常用的平面机构24.1机构的基本组成及分析机构的基本组成及分析机构是由许多构件组成的，其功能在于传递运动或改变运动的形式。一般可分为平面机构和空间机构。本章重点介绍平面机构的基本组成和基本概念。构件构件是机构的基本运动单元。通常由若干个机械零件刚性连接而成。构件与零件的区别：构件是运动的单元，而零件是制造的单元。不受任何约束的构件称为自由构件。在平面坐标系中，需要3个基本运动描述自由构件，而空间坐标系中，需要6个基本运动描述自由构件。机构的基本组成及分析运动副两构件直接接触并能产生相对运动的可动连接称为运动副。运动副分为高副和低副。高副：点或线接触低副：面和面接触（a）高副机构（b）低副机构机构的基本组成及分析约束约束是限制构件独立运动的条件。约束是由机构中各构件的相互接触引起的，接触方式不同，约束不同低副：2个约束，1个自由度；①转动副：两个构件间只能作相对旋转运动的运动副；②移动副：两个构件间只能作相对移动运动的运动副。高副：1个约束，2个自由度。①齿轮副；②凸轮副。低运动副对构件的约束(b）高运动副对构件的约束机构的基本组成及分析开链闭链运动链若干个构件通过运动副联接组成的系统，分为闭环和开环。分为平面运动链和空间运动链机构的基本组成及分析自由度独立运动参数的数目。机构的自由度等于广义坐标的数目，用F表示。分为平面机构自由度和空间机构自由度。平面机构的自由度计算假设，设平面机构中共有n个活动构件（机架不是活动构件），在构件未构成运动副时共有3n个自由度；各构件构成运动副后，设共有PL个低副和PH个高副，则机构将受到2PL+PH个约束，平面机构的自由度F为：图4-4平面机构自由度如果F>0，即机构的自由度至少为1，且机构的原动件数目应等于机构的自由度数目。如果F=0，则机构已退化为一个构件，即它将是一个结构（structure）。机构的基本组成及分析平面机构运动简图常见运动副和构件的规定画法运动简图的绘制方法和步骤第1步分析机构的功能和运动情况，分清固定件、原动件和从动件，确定构件数目；第2步从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件之间的相对运动性质，确定所有运动副的类型和数目；第3步选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；第4步确定比例尺，测出运动副的相对位置和尺寸；如果只是为了表达清楚传动关系，也可以不用特别精确，如果是在实际生产中使用那就必须非常精确。第5步用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)4.2常用的平面机构平面四杆机构的基础知识连杆机构是一种常见的传动机构。它是由多个有确定运动的构件用低副（转动副或移动副）联接组成的平面机构。如图4-6所示，在机构中四个运动副都是转动副的四杆机构也称为铰链四杆机构最常见的基本形式有三种曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构是指具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构（图4-7）。曲柄为主动件作整周转动，摇杆为从动件作摆动，连杆作平面运动。平面四杆机构的基础知识双曲柄机构若两连架杆均为曲柄的铰链四连杆机构称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，主动曲柄做等速运动，从动曲柄做变速运动，二者都做整周运动。1.双摇杆机构两连架杆都是摇杆（摆杆）的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。双摇杆机构连杆上的转动副都是周转副（即二构件相对运动为整周转动），故连杆能相对于两连架杆作整周回转。平面四杆机构的基础知识如何区分判定平面四杆机构的类型？不是所有的由四根连杆构件组成的机构都是可以运动的，四杆机构具备运动的条件为：铰链四杆机构的最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。取最短杆的任一邻杆为机架时，构成曲柄摇杆机构；取最短杆为机架时，构成双曲柄机构；取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构；铰链四杆机构的演化在四杆机构中通常也会包含一个或两个移动副，其典型代表机构就是曲柄滑块机构，是指用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构平面四杆机构的基础知识设计中应注意的问题计算机构的自由度；传动角和自锁；死点位置的克服与利用；运动不确定性的克服；是否有曲柄和急回运动的要求；动态空间与轨迹干涉；调节（如：杆长调节）。平面四杆机构的应用实例游梁驴头连杆曲柄支架电机底座平面四杆机构的典型应用实例磕头机汽车电动雨刮器四连杆并联机械臂连杆手爪机构滑块平移机构齿轮机构的基础知识平面齿轮传动直齿轮传动齿轮与齿条传动斜齿齿轮传动人字齿轮传动齿轮机构的基础知识空间齿轮传动空间齿轮传动主要用于两相交轴或两交错轴之间的动力和运动传递。常见的传动机构如锥齿轮传动（图4-19）、蜗杆传动齿轮传动主要用于两轴之间转动速度的传递和变换，有时为了得到较大的传动比，也可以使用多级齿轮传动，进行多级变速