机器人结构设计ppt课件
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机器人的机械结构讲义课件
密封性差；
二、机身的典型结构
圆柱坐标型
机器人的机械机构（一）
工作范围可以扩大； 计算简单；
动力输出较大；
手臂可达空间受到限制； 直线驱动部分难以密封；
安全性差；
二、机身的典型结构
球坐标式
机器人的机械机构（一）
中心支架附近的工作范围大； 工作空间大；
坐标系复杂，难以控制； 存在工作死区； 密封性较差；
机器人的机械机构（一）
齿条活塞油缸驱动的回转型机身
升降回转台
升降缸体 活塞
活塞杆 固定导套
齿轮套筒
齿条缸 固定立柱
齿条活塞油缸驱动的回转型机身
1、活塞 2、花键套 3、花键轴 4、升降油缸 5、摆动油缸 6、摆动缸定片 7、摆动缸动片
链条链轮型回转机身
回转与俯仰机身
铰链连接 采用尾部耳环或中部
销轴与立柱连接
三、臂部的典型机构
臂部伸缩机构 臂部俯仰运动机构 手臂回转与升降机构
手臂回转与升降机构通常是通过臂部相对 于立柱的运动机构来实现。常采用回转缸与升 降缸单独驱动，适用于升降行程短而回转角度
小于360°的情况，也有采用升降缸与气马
达——锥齿轮传动的结构。
机器人的机械机构（一）
机器人的机械机构（一）
性
2
~0.5) ~0.5) 0.5)
第一节 机器人的主要技术参数
分辨率
是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角 度。精度和分辨率不一定相关。
实 际 位置
给定位置
反馈尺
重复 精度
精度
分辨率、精度、重复精度的关系
TBRU 分辨率
第二节 机身和臂部机构
一、机身和臂部的作用
机身
二、机身的典型结构
圆柱坐标型
机器人的机械机构（一）
工作范围可以扩大； 计算简单；
动力输出较大；
手臂可达空间受到限制； 直线驱动部分难以密封；
安全性差；
二、机身的典型结构
球坐标式
机器人的机械机构（一）
中心支架附近的工作范围大； 工作空间大；
坐标系复杂，难以控制； 存在工作死区； 密封性较差；
机器人的机械机构（一）
齿条活塞油缸驱动的回转型机身
升降回转台
升降缸体 活塞
活塞杆 固定导套
齿轮套筒
齿条缸 固定立柱
齿条活塞油缸驱动的回转型机身
1、活塞 2、花键套 3、花键轴 4、升降油缸 5、摆动油缸 6、摆动缸定片 7、摆动缸动片
链条链轮型回转机身
回转与俯仰机身
铰链连接 采用尾部耳环或中部
销轴与立柱连接
三、臂部的典型机构
臂部伸缩机构 臂部俯仰运动机构 手臂回转与升降机构
手臂回转与升降机构通常是通过臂部相对 于立柱的运动机构来实现。常采用回转缸与升 降缸单独驱动，适用于升降行程短而回转角度
小于360°的情况，也有采用升降缸与气马
达——锥齿轮传动的结构。
机器人的机械机构（一）
机器人的机械机构（一）
性
2
~0.5) ~0.5) 0.5)
第一节 机器人的主要技术参数
分辨率
是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角 度。精度和分辨率不一定相关。
实 际 位置
给定位置
反馈尺
重复 精度
精度
分辨率、精度、重复精度的关系
TBRU 分辨率
第二节 机身和臂部机构
一、机身和臂部的作用
机身
机器人的组成结构(PPT52页)
• 感受系统 它由内部传感器模块和外部传感器模块组成,获 取内部和外部环境状态中有意义的信息．智能传感器的使 用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准．人类 的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然而，对 于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效．
• 机器人一环境交互系统 机器人一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相 互联系和协调的系统．机器人与外部设备集成为一个功能单 元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等
度，即重复度。
培训专用
工作空间（Working space）：机器人手腕 参考点或末端操作器安装点（不包括末端 操作器）所能到达的所有空间区域，一般 不包括末端操作器本身所能到达的区域。
培训专用
工业机器人的机械结构
工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手 ，由 手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。
培训专用
• 正弦波电动机(交流无刷伺 服电动机)：顾名思义，它 是由正弦波电流驱动的。对 三相情况，电流相位差 120。，而且这三相电流是 随转子位置不同而不同的， 也就是说，转子的位置检测 需更精确，驱动电路也比梯 形波电动机的更复杂，但却 代表着无刷电动机最高水平， 因为它能保持恒定转矩输出
培训专用
加入速度反馈。一般直流电动机和位置反馈、速度反馈形成 一个整体，即通常所说的直流伺服电机。由于采用闭环伺 服控制，所以能实现平滑的控制和产生大的力矩
• 当今大部分机器人都采用直流伺服电机驱动机器人的各个关节, 但它们也有一些缺点，如转速不能太高
• 近年来，新发展起来的无刷直（交）流伺服电动机克服了 上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因此无刷电 动机逐渐取代了直流伺服电动机
培训专用
相关术语及性能指标
• 机器人一环境交互系统 机器人一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相 互联系和协调的系统．机器人与外部设备集成为一个功能单 元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等
度，即重复度。
培训专用
工作空间（Working space）：机器人手腕 参考点或末端操作器安装点（不包括末端 操作器）所能到达的所有空间区域，一般 不包括末端操作器本身所能到达的区域。
培训专用
工业机器人的机械结构
工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手 ，由 手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。
培训专用
• 正弦波电动机(交流无刷伺 服电动机)：顾名思义，它 是由正弦波电流驱动的。对 三相情况，电流相位差 120。，而且这三相电流是 随转子位置不同而不同的， 也就是说，转子的位置检测 需更精确，驱动电路也比梯 形波电动机的更复杂，但却 代表着无刷电动机最高水平， 因为它能保持恒定转矩输出
培训专用
加入速度反馈。一般直流电动机和位置反馈、速度反馈形成 一个整体，即通常所说的直流伺服电机。由于采用闭环伺 服控制，所以能实现平滑的控制和产生大的力矩
• 当今大部分机器人都采用直流伺服电机驱动机器人的各个关节, 但它们也有一些缺点，如转速不能太高
• 近年来，新发展起来的无刷直（交）流伺服电动机克服了 上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因此无刷电 动机逐渐取代了直流伺服电动机
培训专用
相关术语及性能指标
《机器人结构设计》课件
螺丝连接
适用于各种材料的连接，拆卸 方便，但连接强度较低。
粘接
适用于塑料、玻璃等材料的连 接，操作简便，但耐久性较差
。
扣件连接
适用于各种材料的连接，连接 强度较高，拆卸方便。
驱动系统设计
01
02
03
电动机驱动
利用电动机产生的扭矩或 直线推力驱动机器人运动 。
液压驱动
利用液压油产生的压力驱 动机器人运动，具有较大 的推力。
详细描述
可变形机器人通过先进的材料、驱动系统和控制算法，实现 自主变形和适应环境变化的能力。这种机器人可以在复杂环 境中执行任务，如搜救、探测和军事行动等。
微型机器人
总结词
微型机器人是指尺寸微小的机器人， 具有高度的机动性和灵活性。
详细描述
微型机器人在微纳操作、医疗、环保 等领域具有广泛的应用前景。通过精 密制造和智能控制技术，微型机器人 可以实现复杂的运动和操作功能，如 细胞操作、药物输送等。
02
足式机器人由腿部、关节、电机、控制器和身体等部分组成，
可以通过调节电机的输出实现机器人的步态控制。
足式机器人在人机交互、影视特效、反恐等领域有广泛应用。
03
飞行机器人
飞行机器人是一种能够在空中飞行的 机器人，具有高度的机动性和灵活性 。
飞行机器人在航拍、侦查、搜救等领 域有广泛应用。
飞行机器人通常由机翼、电机、控制 器和机身等部分组成，通过调节电机 的输出实现机器人的升降、俯仰、偏 航等动作。
环境中能够正常运行。
工业机器人
工业机器人是一种用于工业生产 的机器人，如焊接机器人、装配
机器人等。
工业机器人的结构设计需要考虑 机器人的负载能力、精度、稳定
机器人ppt课件
算法与模型
控制算法
机器学习与深度学习模型
用于实现机器人的运动控制，如PID 控制、模糊控制等。
用于提高机器人智能水平，如物体分 类、语义分割等。
感知算法
处理机器人感知数据，如目标检测、 跟踪、辨认等。
05
机器人的未来发展
技术发展趋势
人工智能技术
随着机器学习、深度学习等人工 智能技术的不断发展，机器人将 具备更高级的认知和决策能力， 实现更精准、高效的任务执行。
技术伦理
随着机器人具备更高级的认知能力，技术伦理问题逐渐凸显，需要 关注人权、道德和责任等方面的问题。
06
机器人案例分析
家用服务机器人
家庭清洁机器人
负责家庭地面清洁工作，具备自主导航、避障和 智能控制功能，提高家庭清洁效率。
智能音箱
作为智能家居的控制中心，提供语音助手服务， 实现家电控制、信息查询和娱乐等功能。
交互技术
交互技术
使机器人能够与人或其他智能体进行交流和 互动。
自然语言处理
让机器人能够理解人类自然语言文本指令， 进行文本分析和语义理解。
语音辨认与合成
让机器人能够辨认和理解人类语音指令，并 生成语音反馈。
人机交互
通过触摸屏、手势辨认等技术，实现人机交 互，提高机器人的易用性和用户体验。
03
机器人的硬件结构
机器人ppt课件
汇报人：
xx年xx月xx日
• 机器人概述 • 机器人的关键技术 • 机器人的硬件结构 • 机器人的软件系统 • 机器人的未来发展 • 机器人案例分析
目录
01
机器人概述
机器人的定义与分类
定义
机器人是一种能够自动执行任务 的机器系统，具有感知、思考、 动作三个基本要素。
《RHex系列机器人》课件
应用前景
RHex机器人在未来将被广泛应用于更多领域， 如探险、救援和智能制造等。
结束语
本课件综合介绍了RHex系列机器人的概述、结构、控制系统、功能以及发展与应用前景。RHex机器人拥有巨 大的潜力，将在未来的科技发展中发挥重要作用。
应用领域
RHex机器人被广泛应用于军事、探险、救援和工业领域，如搜救任务、环境研究和危险物 品处理。
二、RHex机器人的结构
体型及组成
RHex机器人采用先进的设计结构，包括机身、多足 驱动系统和传感器组件。
运动机理
RHex机器人通过其独特的运动机理，实现了高效的 越障、爬坡和行走能力。
三、RHex机器人的控制系统
攀爬
RHex机器人具备出色的攀爬能力，能够克服各种垂直和倾斜的表面，实现高度 自由的运动。
3
通信
RHex机器人配备先进的通信系统，能够实现与其他机器人和操作者的无线通信 和协作。
五、RHex机器人的发展与应用前景
历史发展
RHex系列机器人经过多年的研发和改进，已经 取得了显著的技术突破和应用成果。
1 传感器
RHex机器人配备了先进的传感器系统，包括摄像头、激光雷达和惯性测量单元，用于环 境感知和定位。
2 控制方法
RHex机器人采用智能控制算法，结合传感器反馈，实现精确的运动控制和任务执行。
四、RHex机器人的功能
1
行走
RHex机器人通过其多足驱动系统，在各种地形上实现稳定的行走和机动性。
2
《RHex系列机器人》PPT 课件
RHex系列机器人是一种领先的机器人技术，具有出色的机动性和多样化的应 用领域。本课件将详细介绍RHex机器人的概述、结构、控制系统、功能以及 发展与应用前景。
机器人ppt(共21张PPT)
送给操作人员。 (2) 凿岩机器人。这种机器人可以利用传感器 来确定巷道的上缘，这样就可以自动瞄准巷 道缝，然后把钻头按规定的间隔布置好，钻 孔过程用微机控制，随时根据岩石硬度调整 钻头的转速、力的大小以及钻孔的形状，这 样可以大大提高生产率，人只要在平安的地 方监视整个作业过程就行了。
(3) 井下喷浆机器人。井下喷浆作业是一项繁 重且危害人体健康的作业，目前这种作业主 要由人操作机械装置来完成，缺陷很多。采 用喷浆机器人不仅可以提高喷涂质量，也可 以将人从恶劣和繁重的作业环境中解放出来。 (4) 瓦斯、地压检测机器人。瓦斯和冲击地压 是井下作业中的两个不平安的自然因素，一 旦发生突然事故，那么相当危险，
先兆，采取相应的预防措施。 柔性特征：对作业具有广泛适应性
机器人学是人们设计和应用机器人的技术和知识。 柔性特征：对作业具有广泛适应性 机器人学是一门交叉学科，它得益于机械工程、电气与电子工程、计算机科学、生物学以及其他许多学科。
此外，在食品工业、核工业等行业中也已 其结构简单，无独立控制系统，造价低廉，如附设在加工中心机床上的自动换刀机械手。
动作平稳可靠，运行速度快，称重精度高，缝口位置准确，码垛垛形整齐。 (2) 凿岩机器人。 动作平稳可靠，运行速度快，称重精度高，缝口位置准确，码垛垛形整齐。
围 大 ， 定 位 精 度 高 ， 通 用 性 强 ， 适 用 于 不 断 哈工大博实公司自主开发的“自动包装机器人码垛生产线〞应用于大庆石化公司10万吨/年聚丙烯生产装置，全线实现了自动运行，
南京金城机械在其125-7D车架的生产线上 使用了7台机器人用于焊接和切割，提高了 产品的一致性。
2) 在电子、家电行业中的应用 机器人的应用改变了韵声集团八音琴全靠手工
装配的历史，提高了企业形象，积累了经验， 培养了人才，为企业的下一步开展打下了根 底。 3) 在石化行业中的应用 哈工大博实公司自主开发的“自动包装机器人 码垛生产线〞应用于大庆石化公司10万吨/ 年聚丙烯生产装置，全线实现了自动运行，
工业机器人的组成ppt课件
部运动。
腰部：立柱，是 支撑手臂的部件，
其作用是带动臂 7
二、机械部分 2. 驱动—传动装置
工业机器人的驱动系统包括驱动器和传动 机构两部分，它们通常与执行机构连成机 器人驱本动体系统。
驱动器 传动机构
8
二、机械部分
2. 驱动—传动装置 工业机器人
驱动器通常有：
➢ 电机驱动：直流伺服电机、 步进电机、交流伺服电机。
传动机构常用的有：谐波减速器、滚珠丝 杆、链、带以及各种齿轮系。
传动机构 谐波传动 螺旋传动 链传动 带传动 齿轮传动
12
二、机械部分 2. 驱动—传动装置
- 由谐波发生器（椭圆形凸轮 及薄壁轴承）、柔轮（在柔 性材料上切制齿形）以及与 它们啮合的钢轮构成的传动 机构
13
三、控制部分 1. 人机交互系统
驱动器
➢ 液压驱动； ➢ 气动驱动。
各种电、液、气装置
9
驱动器
直动 气缸
气动
气动 马达
气爪
液压
液压 液压 马达 缸
直流 伺服 电动 机
电动
交流 伺服 电动 机
步进 电动 机
电液 气综 合驱 动
10
直流伺服电机与驱动放大器
交流伺服电机
驱动放大器
直流无刷电机
步进电机
直驱电机
11
二、机械部分 2. 驱动—传动装置
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四、传感部分 2. 机器人-环境交互系统
机器人-环境交互系统实现工业机器人与 外部环境中的设备相互联系和协调的系统。
工业机器人与外部设备集成为一个功能单元, 如加工制造单元、多台机器人、多台机床或 设备、多个零件存储装置等集成为一个去执 行 复杂任务的功能单元。
工业机器人组成及工作原理ppt课件
• 存储：保存示教信息。 • 再现：根据需要，读出存储的示教信息向机器人发出重复动作
的命令。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
控制信息
• 顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先 后顺序的设定、检测等。
±(0.01 ±(0.01 ±(0.2~ ~0.5) ~0.5) 0.5)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
分辨率
是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动 角度。精度和分辨率不一定相关。
“遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以 到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机 器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。
“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方 式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自 主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。
控制系统的组成 工业机器人的控制系统一般分为上、下两个控制层次：
下上级—实组时织控级制级
动前轨运它其迹动根任或情据务适况机是当，器将的综人期操合动望作出力的，适学任并当特务随的性转时命及化检令机为测，器运机驱人动当 器机人器各人部机分构的完运成动指及定工的作运情动况和，操处作理。 意外事件。
24
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
的命令。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
控制信息
• 顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先 后顺序的设定、检测等。
±(0.01 ±(0.01 ±(0.2~ ~0.5) ~0.5) 0.5)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
分辨率
是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动 角度。精度和分辨率不一定相关。
“遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以 到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机 器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。
“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方 式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自 主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。
控制系统的组成 工业机器人的控制系统一般分为上、下两个控制层次：
下上级—实组时织控级制级
动前轨运它其迹动根任或情据务适况机是当，器将的综人期操合动望作出力的，适学任并当特务随的性转时命及化检令机为测，器运机驱人动当 器机人器各人部机分构的完运成动指及定工的作运情动况和，操处作理。 意外事件。
24
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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工业机器人的本体结构设计
任务1：工业机器人的总体设计 任务2：工业机器人的驱动与传动 任务3：机身和臂部设计 任务4：腕部设计 任务5：手部设计
.
任务1 工业机器人总体设计
总体设计的步骤 主体结构设计 传动方式选择 模块化结构设计 材料选择 平衡系统设计
.
2
总体设计的步骤
1、系统分析
机器人是实现生产过程自动化、提高劳动生产率的有力工
模块化工业机器人。由一些标准化、系列化的模块件通过具有 特殊功能的结合部用积木拼搭方式组成的工业机器人系统。
模块化工业机器人的特点
(1)经济性。 设计和制造通用性很强的工业机器人是很不经济的，价
格昂贵。用户希望厂商能为诸多的作业岗位提供可选择的， 自由度尽可能少，控制和编程简单，实用性强的专用机器 人。
具。首先确定使用机器人是否需要与合适，决定采用后需要做如
下分析工作：
(1)明确采用机器人的目的和任务。
(2)分析机器人所在系统的工作环境，包括设备兼容性等。
(3)认真分析系统的工作要求，确定机器人的基本功能和方 案。 如机器人的自由度数、信息的存储容量、定位精度、抓取重 量……
(4)进行必要的调查研究，搜集国内外的有关技术资料。
机器人制造厂家也希望改变设计和制造模式，采用批量 制造技术来生产标准化系列化的工业机器人模块，自由拼 装工业机器人，满足用户经济性好和基本功能全的要求。
.
(2)灵活性。其主要体现在：
①可根据工业机器人所要实现的功能来决定模块的数量，机 器人的自由度可以方便地增减。比如，用户要求机器人能为多 台设备进行作业时，可增选一个底座移动轴模块或其它行走轴 模块,工业机器人成为移动式机器人。
②为了扩大工业机器人的工作范围，可更换具有更长长度的 手臂模块或加接手臂模块。下图所示是一种多关节多臂检测机 器人，不仅多臂模块组合成的手臂很长，而且手臂可作波浪运 动。
③能不断对现役模块化工业机器人更新改造。比如，用户可 以选用伸缩套筒式手臂模块来更替原有固定长度的模块；随着 控制技术和传感技术的发展，可更换更高性能的控制模块和更 高精度的传感器模块；更换新模块来进行工业机器人的维修保 养。
(3)虽然功能模块的形式有多种多样，但是尚未真正做到 根据作业对象就可以合理进行模块化分析和设计。
.
机器人本体材料的选择
强度高
弹性模量大
重量轻
经济性好 阻尼大
材料选择 基本要求
.
(1)强度高。机器人的臂是直接受力的构件，高强度材料不仅 能满足机器人臂的强度条件，而且可望减少臂杆的截面尺寸，减 轻重量。
.
传动方式选择
（1）选择驱动源和传动装置与关节部件的连接、驱动方式 （2）工业机器人的传动形式
传动形式 直接连结传动
特征
优点
直接装在关节上 结构紧凑
缺点
需考虑电机自重，转 动惯量大，能耗大
远距离连结传动
经远距离传动装 不需考虑电机自重， 额外的间隙和柔性，
置与关节相连 平衡性良好
结构庞大，能耗大
间接传动 直接驱动
(2)弹性模量大。从材料力学公式可知，构件刚度(或变形量)与 材料的弹性模量E、G有关，弹性模量越大，变形量越小，刚度 越大。不同材料的弹性模量的差异比较大，而同一种材料的改性 对弹性模量却没有多大差别。比如，普通结构钢的强度极限为 420MPa，高合金结构钢的强度极限为2000～2300MPa，但是 二者的弹性模量 E 却没有多大变化，均为210000MPa。因此， 还应寻找其它提高构件刚度基本参数的确定。臂力、工作节拍、工作范围、 运动速度及定位精度等。
举例：定位精度的确定
机器人或机械手的定位精度是根据使用要求确定的，而机器人或机械手 本身所能达到的定位精度取决于定位方式、运动速度、控制方式、臂部刚 性、驱动方式、缓冲方式等。
工艺过程的不同，对机器人或机械手重复定位精度的要求也不同，不同 工艺过程所要求的定位精度如下：
减速比远>1的传 经济、对载荷变化不 传动精度低、结构不
动装置 与关节相 敏感、便于制动设计、紧凑、引入误差，降
连
方便一些运动转换 低可靠性
不经中 间关节或 传动精度高，振动小，控制系统设计困难，
经速比=1的传动 传动损耗小，可靠性 对传感元件要求高，
装置与关节相连 高，. 响应快
成本高
模块化结构设计
构、尺寸和参数进行修改，加以完善。
机器人机械系统设计是机器人设计的重要部分。其他系统的
设计尽管有各自的独立性，但都必须与机械系统相匹配，相辅
相成，构成一个完整的机器人系统。
.
6
主体结构设计
主体结构设计的关键是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式 （1）直角坐标机器人。主体结构有三个自由度，全为伸缩 （2）圆柱坐标机器人。主体结构有三个自由度，腰转、升降 、伸缩 （3）球面坐标机器人。主体结构有三个自由度，转动、转动 和伸缩 （4）关节坐标机器人。主体结构有三个自由度，全为转动
金属切削机床上下料：±(0.05-1.00) mm 冲床上下料：±1 mm
模锻：
±(0.1-2.0) mm 点焊： ±1 mm
装配、测量： ±(0.01-0.50) mm 喷涂： ±3 mm
当机器人或机械手本身所能达到的定位精度有困难时，可采用辅助工夹 具协助定位的办法，即机器人实现粗定位、工夹具实现精定位。
.
4
(2) 机器人运动形式的选择。 常见机器人的运动形式有 五种：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、关节型和 SCARA型。 (3) 拟定检测传感系统框图。选择合适的传感器，以便结 构设计时考虑安装位置。
(4) 确定控制系统总体方案，绘制框图。 (5) 机械结构设计。确定驱动方式，选择运动部件和设计 具体结构，绘制机器人总装图及主要部件零件图。
.
.
3.模块化工业机器人所存在的问题
(1)模块化工业机器人整个机械系统的刚度比较差。因为 模块之间的结合是可方便拆卸的，尽管在设计上已经注意到 了标准机械接口的高精度要求，但实际制造仍会存在误差， 所以与整体结构相比刚度相对地差些。
(2)因为有许多机械接口及其它连接附件，所以模块化工 业机器人的整体重量有可能增加。
.
5
3、仿真分析
(1)运动学计算。分析是否达到要求的速度、加速度、位置。
(2)动力学计算。计算关节驱动力的大小，分析驱动装置是否满
足要求。
(3)运动的动态仿真。将每一位姿用三维图形连续显示出来，实
现机器人的运动仿真。
(4)性能分析。建立机器人数学模型，对机器人动态性能进行仿
真计算。
(5)方案和参数修改。运用仿真分析的结果对所设计的方案、结
任务1：工业机器人的总体设计 任务2：工业机器人的驱动与传动 任务3：机身和臂部设计 任务4：腕部设计 任务5：手部设计
.
任务1 工业机器人总体设计
总体设计的步骤 主体结构设计 传动方式选择 模块化结构设计 材料选择 平衡系统设计
.
2
总体设计的步骤
1、系统分析
机器人是实现生产过程自动化、提高劳动生产率的有力工
模块化工业机器人。由一些标准化、系列化的模块件通过具有 特殊功能的结合部用积木拼搭方式组成的工业机器人系统。
模块化工业机器人的特点
(1)经济性。 设计和制造通用性很强的工业机器人是很不经济的，价
格昂贵。用户希望厂商能为诸多的作业岗位提供可选择的， 自由度尽可能少，控制和编程简单，实用性强的专用机器 人。
具。首先确定使用机器人是否需要与合适，决定采用后需要做如
下分析工作：
(1)明确采用机器人的目的和任务。
(2)分析机器人所在系统的工作环境，包括设备兼容性等。
(3)认真分析系统的工作要求，确定机器人的基本功能和方 案。 如机器人的自由度数、信息的存储容量、定位精度、抓取重 量……
(4)进行必要的调查研究，搜集国内外的有关技术资料。
机器人制造厂家也希望改变设计和制造模式，采用批量 制造技术来生产标准化系列化的工业机器人模块，自由拼 装工业机器人，满足用户经济性好和基本功能全的要求。
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(2)灵活性。其主要体现在：
①可根据工业机器人所要实现的功能来决定模块的数量，机 器人的自由度可以方便地增减。比如，用户要求机器人能为多 台设备进行作业时，可增选一个底座移动轴模块或其它行走轴 模块,工业机器人成为移动式机器人。
②为了扩大工业机器人的工作范围，可更换具有更长长度的 手臂模块或加接手臂模块。下图所示是一种多关节多臂检测机 器人，不仅多臂模块组合成的手臂很长，而且手臂可作波浪运 动。
③能不断对现役模块化工业机器人更新改造。比如，用户可 以选用伸缩套筒式手臂模块来更替原有固定长度的模块；随着 控制技术和传感技术的发展，可更换更高性能的控制模块和更 高精度的传感器模块；更换新模块来进行工业机器人的维修保 养。
(3)虽然功能模块的形式有多种多样，但是尚未真正做到 根据作业对象就可以合理进行模块化分析和设计。
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机器人本体材料的选择
强度高
弹性模量大
重量轻
经济性好 阻尼大
材料选择 基本要求
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(1)强度高。机器人的臂是直接受力的构件，高强度材料不仅 能满足机器人臂的强度条件，而且可望减少臂杆的截面尺寸，减 轻重量。
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传动方式选择
（1）选择驱动源和传动装置与关节部件的连接、驱动方式 （2）工业机器人的传动形式
传动形式 直接连结传动
特征
优点
直接装在关节上 结构紧凑
缺点
需考虑电机自重，转 动惯量大，能耗大
远距离连结传动
经远距离传动装 不需考虑电机自重， 额外的间隙和柔性，
置与关节相连 平衡性良好
结构庞大，能耗大
间接传动 直接驱动
(2)弹性模量大。从材料力学公式可知，构件刚度(或变形量)与 材料的弹性模量E、G有关，弹性模量越大，变形量越小，刚度 越大。不同材料的弹性模量的差异比较大，而同一种材料的改性 对弹性模量却没有多大差别。比如，普通结构钢的强度极限为 420MPa，高合金结构钢的强度极限为2000～2300MPa，但是 二者的弹性模量 E 却没有多大变化，均为210000MPa。因此， 还应寻找其它提高构件刚度基本参数的确定。臂力、工作节拍、工作范围、 运动速度及定位精度等。
举例：定位精度的确定
机器人或机械手的定位精度是根据使用要求确定的，而机器人或机械手 本身所能达到的定位精度取决于定位方式、运动速度、控制方式、臂部刚 性、驱动方式、缓冲方式等。
工艺过程的不同，对机器人或机械手重复定位精度的要求也不同，不同 工艺过程所要求的定位精度如下：
减速比远>1的传 经济、对载荷变化不 传动精度低、结构不
动装置 与关节相 敏感、便于制动设计、紧凑、引入误差，降
连
方便一些运动转换 低可靠性
不经中 间关节或 传动精度高，振动小，控制系统设计困难，
经速比=1的传动 传动损耗小，可靠性 对传感元件要求高，
装置与关节相连 高，. 响应快
成本高
模块化结构设计
构、尺寸和参数进行修改，加以完善。
机器人机械系统设计是机器人设计的重要部分。其他系统的
设计尽管有各自的独立性，但都必须与机械系统相匹配，相辅
相成，构成一个完整的机器人系统。
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主体结构设计
主体结构设计的关键是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式 （1）直角坐标机器人。主体结构有三个自由度，全为伸缩 （2）圆柱坐标机器人。主体结构有三个自由度，腰转、升降 、伸缩 （3）球面坐标机器人。主体结构有三个自由度，转动、转动 和伸缩 （4）关节坐标机器人。主体结构有三个自由度，全为转动
金属切削机床上下料：±(0.05-1.00) mm 冲床上下料：±1 mm
模锻：
±(0.1-2.0) mm 点焊： ±1 mm
装配、测量： ±(0.01-0.50) mm 喷涂： ±3 mm
当机器人或机械手本身所能达到的定位精度有困难时，可采用辅助工夹 具协助定位的办法，即机器人实现粗定位、工夹具实现精定位。
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(2) 机器人运动形式的选择。 常见机器人的运动形式有 五种：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、关节型和 SCARA型。 (3) 拟定检测传感系统框图。选择合适的传感器，以便结 构设计时考虑安装位置。
(4) 确定控制系统总体方案，绘制框图。 (5) 机械结构设计。确定驱动方式，选择运动部件和设计 具体结构，绘制机器人总装图及主要部件零件图。
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3.模块化工业机器人所存在的问题
(1)模块化工业机器人整个机械系统的刚度比较差。因为 模块之间的结合是可方便拆卸的，尽管在设计上已经注意到 了标准机械接口的高精度要求，但实际制造仍会存在误差， 所以与整体结构相比刚度相对地差些。
(2)因为有许多机械接口及其它连接附件，所以模块化工 业机器人的整体重量有可能增加。
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3、仿真分析
(1)运动学计算。分析是否达到要求的速度、加速度、位置。
(2)动力学计算。计算关节驱动力的大小，分析驱动装置是否满
足要求。
(3)运动的动态仿真。将每一位姿用三维图形连续显示出来，实
现机器人的运动仿真。
(4)性能分析。建立机器人数学模型，对机器人动态性能进行仿
真计算。
(5)方案和参数修改。运用仿真分析的结果对所设计的方案、结