工业机器人机械系统设计教学要点分析
第4章工业机器人机械系统设计
第4章 工业机器人机械系统设计 三、谐波传动 1、机器人对减速器的要求 运动精度高、间隙小，以实现较高的重复定位精度； 回转速度稳定，无波动，运动副间摩擦小，效率高；
体积小，重量轻，传动扭矩大。
2、 行星齿轮机构和谐波传动机构
第4章 工业机器人机械系统设计 谐波传动的特点： 优点：尺寸小、惯量低；传动精度高；传动侧隙小；具有 高阻尼特性。 缺点：柔轮的疲劳问题；扭转刚度低；以输入轴速度2、4、 6倍的啮合频率产生振动；刚度比行星齿轮差。 选型时就确定以下三项参数： (1) 传动比或输出转速（r/min)
角。m为可移动的平衡质量，它用来 平衡下臂和上臂的质量。杆SA、AB 与上臂、下臂铰接构成一个平行四边
形平衡系统。要使该机构平衡，满足
下面两个方程式即可。
图4-10 工业机器人用的平行四边形平衡机构
平衡与否只与可移动平衡质量m的大小和位置有关，与θ2、θ3无关， 这说明该平衡系统在机械臂的任何构形下都是平衡的。
殊功能的结合部用积木拼搭的方式组成一个工业机器人系统。
2、模块化工业机器人的特点 （1） 经济性
（2）灵活性
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。
（2）模块化工业机器人的整体重量有可能增加。
（3）尚未做到根据作业对象就可以合理进行模块化分析和设计。
第4章 工业机器人机械系统设计
轨进行水平面内二维移动（X、Y方向运动）。主体结构有3个自由度，
手腕自由度的数量视用途而定。
第4章 工业机器人机械系统设计
直角坐标机器人定义: 以单维直线运动单位为基础,搭建出空间多自由度、多方向的
运动机构,通常采用伺服驱动,可实现空间各方向直线运动的插补联
《工业机器人技术基础》教学设计 模块3 工业机器人的机械系统
（三）组合应用
滚珠丝杠和导轨在组合使用时，丝杠与导轨平行安装，电机驱动丝杠转动，这样运动体就可以在导轨上做线性运动。根据实际需要与安装环境的不同，通常一根丝杠配合一根或两根导轨组合使用。
参考以下形式：
1.衔接导入
2.悬念导入
3.情景导入
4.激疑导入
5.演示导入
6.实例导入
7.其他形式
本章基本知识汇总
单元1工业机器人机械系统概述
一、机械系统的意义
最早的“机械”定义是古罗马建筑师维特鲁威在其著作《建筑十书》中所提出，主要是对搬运重物的机械和工具作了区别：“机械和工具之间似乎有着以下的区别，即机械是以多数人工和很大的力量而发生效果，如重弩炮和葡萄压榨机；而工具则是由一名操纵人员慎重地处理来达到目的，如蝎形轻弩炮或不等圆的螺旋装置。”因此，机械和工具都是实际生产中不可缺少的东西。古罗马数学家希罗认为机械的要素有五类：轮与轴、杠杆、滑车、尖劈、螺旋。这一论述反映了古典机械的特征。
因此，同步带传动被广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中，尤其在静音、无尘、干燥的工作环境下具有巨大的优势。
2.同步带的失效形式
（1）带体疲劳断裂。
（2）带齿剪断和压溃。
（3）带侧、带齿磨损，包布剥离。
（4）承载层伸长、节距增大，形成齿的干涉、爬齿。
2.齿轮机构的缺点
（1）制造和安装精度要求高，成本较高。
工业机器人机械系统设计
工业机器人机械系统设计工业机器人是近年来在多个行业中越来越普及和广泛应用的一种现代化技术设备。
它的出现极大地促进了生产效率、产品质量和安全性的提升，带动着各行各业的发展。
而机器人的机械系统设计则是工业机器人技术中至关重要的一环。
本文将对工业机器人机械系统设计进行详细介绍。
工业机器人机械系统设计是指利用机械学、材料学、控制学、电气学等多个学科知识设计和制造工业机器人的主要系统。
机械系统设计包括机器人的各个部分，如机身、关节、手臂、执行器、传动装置等，同时也要考虑多个因素对机械系统的影响。
这些因素包括机器人的负载，工作空间，精度、速度，稳定性等。
在进行机械系统设计过程中，首先需要确定机器人的工作要求和使用场景。
根据实际应用需要，确定机器人的工作负载、精度和速度等参数。
然后，根据工作负载的不同，设计关节的数量和类型，通常，工业机器人包括直线关节、旋转关节、球关节等多种类型。
同时，设计机器人的手臂、执行器等重要部位，在诸如重量、强度和刚度等方面考虑材料的选择，以确保机器人的稳定性和重复性。
机器人的传动系统也是机械系统设计的重要组成部分。
传动系统可以通过齿轮、链条、皮带等方式实现，旨在控制机器人的运动。
而在传动过程中，传动部件的精度，齿轮的间隙和螺旋程度、电机功率、传动速度等也需要被纳入考虑。
同时考虑到机器人在使用过程中产生的摩擦、热、粉尘和腐蚀等问题，需要对传动系统实现良好的润滑和维护。
工业机器人的控制系统和感知系统是机械系统设计中另外的两个重要组成部分。
控制系统实现对机器人的动作，通过传感器获取机器人的位置、方向、负载等信息,并且瞬间反映到控制系统上，实现对机器人的控制，以及通过编程实现的自主决策。
感知系统负责机器人与周围环境的互动，例如通过激光测距传感器检测物体的距离、拍摄摄像头进行视觉检测等，从而保证机器人能够正常工作，实现高效、准确的生产和操作任务。
当然，机械系统设计也要考虑到工业机器人的布局设计和结构设计。
工业机器人机械系统设计探讨
工业机器人机械系统设计探讨摘要：机器人的技术是通过计算机的记忆及计算机的编程功能来控制其操作的，利用机器人可以自动地完成工业生产中的某一项重要且高难度的任务。
它是世界各国都在发展的高科技之一。
它是典型的机电一体化综合性产品，工业机器人主要是由操作机和控制器两大部分组成的。
工业机器人涉及的领域非常广泛，它包括了建筑工程、医疗事业、航天事业、教育事业等等很多方面，在我国，工业机器人主要在危险、有害、有毒的工作中起了很大的作用。
关键词：工业机器人；机械系统；设计一、工业机器人的总体设计1．主体设计工业机器人主体结构的设计中最主要的因素就是选择正确的由连杆件和运动副组成的坐标形式。
工业机器人的坐标形式主要有圆柱坐标式、球面坐标式、关节坐标式、直角坐标式等等。
圆柱坐标式的机器人主要有腰转、升降、手臂伸缩三个自由度。
手腕部分通常采用两个自由度，垂直水平轴线的转动和绕手臂纵向轴转动。
如果手腕部分采用三个自由度，机器人整体的总自由度达到了六个。
球面坐标式的机器人的工作范围较广，设计和控制系统程序都十分的复杂。
它的别名是极坐标式机器人。
关节坐标式机器人主体结构主要有腰转关节、肩关节、肘关节三个自由度，它们全部都是转动关节，手腕上有俯仰、偏转和翻转三个自由度上的转动关节，它可以用来最终确定末端操作器的姿态。
直角式机器人的作用是生产设备的上下料，它也可以用作高密精度的装配工作和检测工作。
2.模块化结构设计模块化机器人是把一些具有标准化、系列化的模块件，把这些模块件通过具有特殊功能的结合部，用积木拼接的方式把它组成一个工业机器人的系统。
模块化结构设计是指基本的模块设计和结合部设计。
模块化结构的机器人主要优点是经济性和灵活性。
3.材料选择工业机器人和一般的机械设备相比较下，机器人的结构的动力特性在整个结构体系中是十分重要的。
选择这些材料最基本的要求就是要强度高、弹性大、质量轻、价格低廉等等。
4.平衡系统设计工业机器人的系统采用的是多刚体耦合的，因此系统的平衡性是十分重要的，为什么系统的平衡性极其重要？这样它可以变的更安全，通过平衡系统能降低由于机器人的运动而导致的惯性力矩和机器人的结构而导致重力而引起的关节驱动力矩变化的峰值，它还可以借助平衡系统降低动力学方程中的内部耦合项和非线性项。
工业机器人教育教材分析
工业机器人教育教材分析
工业机器人教育教材分析是指对于工业机器人教育教材进行研究和分析的过程。
主要包括对教材的内容、结构、语言、图像等方面进行分析。
在进行工业机器人教育教材分析时，可以通过以下几个方面来进行研究：
1.内容分析：对教材的主要内容进行分析，评估其是否符合工业机器人教育的要求。
2.结构分析：对教材的组织结构进行分析，评估其是否合理、是否便于学习。
3.语言分析：对教材的语言表达进行分析，评估其是否清晰、是否易懂。
4.图像分析：对教材中使用的图像进行分析，评估其是否能够有效地帮助学生理解。
5.教学目标分析：对教材的教学目标进行分析，评估其是否符合工业机器人教育的要求。
6.评估方法分析：对教材中使用的评估方法进行分析，评估其是否能够准确、全面地评估学生的学习成果。
7.贴近工业实际分析:对教材的实际应用进行分析，评估其是否能够贴近工业实际。
8.对比分析:与其他相关教材进行对比分析，找出其优缺点，为教材的改进和完善提供参考。
进行工业机器人教育教材分析，可以帮助我们了解教材的优缺点，为教材的改进和完善提供参考。
从而为学生提供更好的学习环境和条件。
工业机器人系统设计与使用技巧探讨
工业机器人系统设计与使用技巧探讨随着科技的不断进步，工业机器人在生产领域中的应用越来越广泛。
工业机器人系统设计和使用技巧的探讨对于提高生产效率、降低生产成本、增加生产线的柔性和灵活性具有重要意义。
本文将探讨工业机器人系统的设计原则和使用技巧，并提出一些建议，以帮助生产厂家提升机器人应用的效果。
一、工业机器人系统设计原则在进行工业机器人系统设计时，应考虑以下几个原则：1. 任务需求分析：在设计工业机器人系统之前，对任务需求进行充分的分析和理解是非常重要的。
需要明确任务的性质、要求的精度和效率，以及机器人在生产线上的位置和工作环境等因素。
只有充分了解任务需求，才能选择合适的机器人类型和配置参数。
2. 机器人选择与布局：选择合适的机器人类型是设计中的关键一步。
考虑到工作空间的大小、精度要求、负载能力和工作速度等因素，选择适合的机器人类型。
同时，在设计机器人工作区域的布局时，应考虑到人机协作和安全性等因素。
3. 控制系统设计：控制系统是工业机器人系统的核心部分，控制机器人的运动和操作。
合理的控制系统设计能够提高机器人的精度和灵活性。
在设计控制系统时，需要考虑到实时性、稳定性、安全性和易用性等因素，并确保与其他设备的联动和协同工作。
4. 传感技术应用：传感技术在工业机器人系统中起着至关重要的作用。
传感器能够为机器人提供反馈信号，并实现对环境的感知和适应。
合理的传感器选择和应用能够提高机器人的智能化水平，增强其环境感知和自主决策能力。
二、工业机器人系统使用技巧在工业机器人系统的使用过程中，掌握一些技巧和注意事项可以提高工作效率和安全性。
以下是一些常见的使用技巧：1. 保持机器人清洁：定期清洁机器人表面，清除灰尘和异物，保持机器人的正常运行和精度。
同时，定期检查和维护机器人的机械结构和电气系统，并及时修复故障。
2. 合理安排机器人的工作时间和负载：根据任务需求和机器人的工作特点，合理安排机器人的工作时间和负载。
关于工业机器人的教学设计
关于工业机器人的教学设计引言随着工业自动化的快速发展，工业机器人在生产制造领域中扮演着越来越重要的角色。
工业机器人的应用范围日益广泛，而教育界也越来越重视培养学生在工业机器人领域的技能。
因此，设计一套高效的工业机器人教学计划至关重要。
本文将讨论关于工业机器人的教学设计，包括教学目标、教学内容和教学方法。
一、教学目标1.1 知识目标工业机器人教学的首要目标是使学生掌握相关的技术知识。
学生应该了解工业机器人的基本原理、结构和工作方式。
他们需要具备对工业机器人进行编程和调试的基本能力。
此外，学生还应该学会使用和维护常见的工业机器人设备。
1.2 技能目标除了获取知识，学生还应该培养一系列的技能。
他们需要具备良好的观察和分析能力，能够识别问题并解决工业机器人的故障。
学生还应该培养编程和调试工业机器人的能力，能够根据实际需求进行程序设计和参数调整。
1.3 能力目标在工业机器人的教学中，培养学生的实践能力和团队合作精神同样重要。
学生需要通过实践操作，熟悉工业机器人设备的使用和维护。
同时，学生还应该通过团队合作完成工业机器人的编程和调试任务，培养沟通和协作的能力。
二、教学内容2.1 工业机器人的基本原理工业机器人的基本原理是工业机器人教学的基础。
教学内容应该包括机器人的运动学和动力学原理，以及机器人传感器的工作原理。
学生需要了解机器人的运动规划和控制方法，以及如何使用传感器实现对环境的感知和响应。
2.2 工业机器人的编程和调试工业机器人的编程和调试是工业机器人教学的核心内容。
学生应该学会使用常见的编程语言和软件工具对工业机器人进行编程。
他们还需要了解常见的调试方法和工具，能够对机器人进行故障诊断和修复。
2.3 工业机器人的应用案例工业机器人的应用案例可以帮助学生将所学知识与实际应用相结合。
教学中可以引入一些真实的工业机器人应用案例，如汽车制造、电子产品组装等。
通过分析这些案例，学生能够更好地理解工业机器人在生产制造中的作用和优势。
工业机器人优秀教案
工业机器人优秀教案工业机器人优秀教案：引领学生探索智能制造的未来随着科技的不断进步，工业机器人已经成为现代制造业不可或缺的一部分。
为了帮助学生掌握工业机器人的基本知识与实践技能，本文将提供一份优秀的工业机器人教案，以期为教育者提供一些参考。
一、教案目标本教案旨在让学生了解工业机器人的基本概念、工作原理和应用领域，掌握工业机器人的编程与操作方法，培养学生对工业机器人技术的兴趣和实际操作能力，为未来的智能制造行业输送合格人才。
二、关键词1、工业机器人2、工作原理3、应用领域4、编程与操作5、智能制造三、教学目标1、了解工业机器人的基本概念、工作原理和应用领域；2、掌握工业机器人的编程与操作方法；3、培养学生对工业机器人技术的兴趣和实际操作能力；4、为未来的智能制造行业输送合格人才。
四、教学大纲1、工业机器人的基本概念2、工作原理及应用领域3、工业机器人的编程与操作4、智能制造技术的发展与应用5、实际操作演练五、教学设计1、课程组织：采用理论结合实践的方式，注重学生的实际操作能力培养；2、教学资源利用：利用多媒体、实物机器人等教学资源，增强学生的直观感受；3、教学评估：通过学生的课堂表现、作业、实际操作等方面进行综合评估。
六、教学实施1、理论讲解：介绍工业机器人的基本概念、工作原理和应用领域；2、实际演示：通过实物机器人演示，让学生了解工业机器人的操作方法；3、学生实践：让学生亲自动手操作工业机器人，加深对操作方法的掌握；4、难点解析：针对学生在实践过程中遇到的问题进行解析，加深学生对知识的理解；5、作业巩固：布置相关作业，要求学生进行编程与操作练习，巩固所学知识。
七、教学反思1、总结教学成果：通过学生的课堂表现、作业、实际操作等方面评估教学成果；2、总结不足：总结教学过程中存在的不足，为今后的教学提供参考；3、改进建议：针对教学过程中的不足，提出相应的改进建议，提高教学质量。
总之，本教案以培养学生的实际操作能力为目标，通过理论结合实践的方式，让学生深入了解工业机器人的基本概念、工作原理和应用领域，掌握工业机器人的编程与操作方法，为未来的智能制造行业输送合格人才。
工业机器人组成教学设计
工业机器人组成教学设计工业机器人是现代制造业中不可或缺的一部分。
它们在生产线上扮演着重要的角色，能够完成各种复杂的任务。
因此，教授工业机器人组成的知识对于培养掌握先进制造技术的工程技术人才至关重要。
本文将为您介绍一种工业机器人组成教学设计。
一、背景介绍在工业机器人组成教学之前，首先需要对工业机器人的背景进行介绍。
工业机器人是一种能够执行各种任务的可编程设备，通常由多个组成部件组合而成。
这些组成部件包括机械臂、控制系统、传感器和执行器等。
二、教学目标确定教学目标是教学设计的首要任务。
在教授工业机器人组成知识时，我们的目标是使学生通过学习以下内容能够掌握工业机器人的组成和工作原理：1. 理解机械臂的结构和运动学原理；2. 熟悉控制系统的组成和工作原理；3. 掌握传感器的种类和应用；4. 了解执行器的功能和种类。
三、教学内容根据教学目标的要求，我们可以将教学内容分为以下几个部分：1. 机械臂的组成和运动学原理：介绍机械臂的基本结构和相关术语，包括关节、链节和末端执行器等。
同时，讲解机械臂的运动学原理，包括逆运动学和正运动学的概念和计算方法。
2. 控制系统的组成和工作原理：讲解控制系统的基本结构，包括控制器、伺服电机和编码器等。
同时，介绍控制系统的工作原理，包括位置控制、速度控制和力控制等。
3. 传感器的种类和应用：介绍常见的传感器种类，如力传感器、视觉传感器和温度传感器等。
同时，讲解这些传感器在工业机器人中的应用领域，如力控操作、图像处理和环境监测等。
4. 执行器的功能和种类：介绍常见的执行器种类，如电动执行器、气动执行器和液压执行器等。
同时，讲解这些执行器在工业机器人中的功能和应用，如运动驱动、力传递和夹持操作等。
四、教学方法为了提高学生的学习效果，我们可以采用多样化的教学方法，包括：1. 理论教学：通过讲解和演示，向学生介绍工业机器人组成的相关知识。
2. 实践教学：组织学生进行实践操作，让他们亲自参与机械臂组装和控制系统配置的操作流程。
工业机器人优秀教案
工业机器人优秀教案【引言】工业机器人是一种自动化设备，用于在工业生产中代替人工完成一系列的工作任务。
随着科技的不断进步，工业机器人的应用也越来越广泛。
为了更好地培养学生对工业机器人的理解和应用能力，教师需要有一份优秀的教案来指导教学。
本文将介绍一份优秀的工业机器人教案，包括教学目标、教学方法、教学内容和评估方式。
【教学目标】本教案的教学目标如下：1. 了解工业机器人的基本原理、分类和应用领域；2. 掌握工业机器人的基本操作和编程方法；3. 能够通过实践操作完成基本的工业机器人应用任务；4. 培养学生的团队合作和创新能力。
【教学方法】1. 探究式学习：通过引导学生自主学习和实践操作，激发学生的学习兴趣和动手能力。
2. 合作学习：组织学生分组合作完成实践任务，在合作中培养学生的团队合作能力。
3. 实践教学：通过模拟真实的工业生产环境，让学生亲身操作工业机器人，增强他们的实践能力。
【教学内容】本教案的教学内容包括以下几个方面：1. 工业机器人的概述：介绍工业机器人的定义、基本原理和分类；2. 工业机器人的应用领域：介绍工业机器人在汽车制造、电子制造、医疗器械等领域的应用；3. 工业机器人的基本操作：讲解工业机器人的基本操作流程和安全注意事项；4. 工业机器人的编程方法：介绍工业机器人的编程语言和常用编程方法；5. 工业机器人的实践应用：组织学生进行实践操作，完成一系列的工业机器人应用任务；6. 工业机器人的创新应用：鼓励学生在实践中进行创新，提出新颖的工业机器人应用方案。
【评估方式】本教案的评估方式主要包括以下几个方面：1. 实践操作评估：通过学生的实践操作表现来评估他们的实际掌握情况和操作技巧；2. 项目报告评估：要求学生团队合作完成一项工业机器人应用项目，并提交项目报告，评估他们的团队合作和创新能力；3. 学生自我评价：要求学生对自己的学习情况进行自我评估，从而激发他们的学习自觉性和主动性。
【总结】本文介绍了一份优秀的工业机器人教案，包括教学目标、教学方法、教学内容和评估方式。
工业机器人教案
工业机器人教案一、教学目标通过本节课的学习，学生应能够：1.了解工业机器人的概念、种类和应用领域；2.掌握工业机器人的组成部分和工作原理；3.了解工业机器人在汽车制造、电子制造、物流等行业中的应用案例；4.培养学生的创新思维和动手能力。
二、教学重点工业机器人的概念、种类及其应用案例。
三、教学难点工业机器人的工作原理及其在不同行业中的应用案例。
四、教学准备投影仪、电脑、工业机器人实物模型、工业机器人应用案例图片等。
五、教学过程Step 1 导入与激发兴趣（5分钟）1.引入话题：今天我们要学习的内容是工业机器人，你们能给我说说工业机器人是什么吗？2.激发学生兴趣：让学生观看一段关于工业机器人工作的视频，并进行简要讨论。
Step 2 知识讲解（20分钟）1.概念解释：对工业机器人的定义进行讲解，包括其本质特点和应用方式。
2.种类介绍：介绍常见的工业机器人种类，如焊接机器人、装配机器人、搬运机器人等，并简要介绍其功能和特点。
3.组成部分：详细说明工业机器人的组成部分，包括机械臂、控制系统、传感器等，并进行实物模型展示和解释。
4.工作原理：对工业机器人的工作原理进行讲解，包括输入指令、信息处理、执行动作等过程。
Step 3 应用案例分享（20分钟）1.汽车制造业：展示工业机器人在汽车制造业中的应用案例，如焊接、涂装、组装等环节。
2.电子制造业：展示工业机器人在电子制造业中的应用案例，如半导体生产、组装等。
3.物流行业：展示工业机器人在物流行业中的应用案例，如货物搬运、仓储管理等。
Step 4 创新思维培养（15分钟）1.小组探究：学生分小组进行讨论，思考如何将工业机器人应用于其他行业。
2.组内展示：每个小组从讨论中提炼出一个创新的应用方案，并向全班展示并讨论。
Step 5 动手实践（30分钟）1.实物体验：学生分组操作工业机器人实物模型，体验其操作过程和控制方式。
2.编程体验：通过编写简单的指令，让学生学会如何控制工业机器人完成一定的动作。
工业机器人机械系统设计
工业机器人机械系统设计工业机器人是一种用于自动化生产的机器人，广泛应用于制造业的各个领域。
其机械系统设计是其关键部分之一，涉及到机器人的机构、传动、运动学等方面。
下面将结合具体案例介绍工业机器人机械系统设计的一般步骤和要点，并对机械系统设计的一些关键技术进行探讨。
其次，机械结构设计是机器人机械系统设计的核心。
机械结构设计要考虑机器人的关节数量、连接方式、材料选择等。
通常机械结构设计会采用机械臂结构，根据机器人的运动要求，设计机械臂的长度、关节数量和角度等。
动力传动系统设计是机械系统设计的重要组成部分。
动力传动系统主要包括电机、减速器和传动机构。
根据机器人的负载需求和运动速度要求，选择合适的电机和减速器。
同时，传动机构的选择也要考虑机器人的运动方式，常见的传动机构有齿轮传动、带传动等。
运动学分析是机械系统设计的重要内容。
通过运动学分析，可以得到机器人的位形方程和运动轨迹。
运动学分析中需要考虑机器人的关节角度、关节速度和姿态等。
运动学分析中的关键技术包括正运动学和逆运动学。
正运动学是指根据机器人的关节角度，求解机器人末端的位置和姿态。
逆运动学是指根据机器人末端的位置和姿态，求解机器人的关节角度。
正逆运动学分析是机械系统设计中一个非常重要的环节，关系到机器人的运动控制和路径规划。
最后，机械系统设计还需要进行优化。
优化的目标主要包括机器人的精度、速度和稳定性等。
其中，机器人的精度是机械系统设计中一个非常关键的性能指标。
在优化设计中，可以采用材料优化、结构优化、动力学控制优化等方法。
综上所述，工业机器人机械系统设计是工业机器人设计的重要环节之一、机械系统设计的合理与否直接影响到机器人的性能和稳定性。
在机械系统设计中，需要综合考虑机器人的工作特点、负载要求、运动学特性等方面，通过合适的机械结构设计、动力传动系统设计和运动学分析，来实现机器人的自动化生产任务。
工业机器人教学设计
工业机器人教学设计一、引言工业机器人是一种高度自动化的机器设备，被广泛应用于生产制造领域。
随着科技的不断发展和人们对生产效率的要求不断提高，工业机器人已经成为现代制造业中不可或缺的重要组成部分。
因此，对于工业机器人的教学设计也变得越来越重要。
二、教学目标1.了解工业机器人的基本知识和原理；2.掌握工业机器人的操作方法；3.能够进行简单的程序编写和调试；4.了解工业机器人在生产制造中的应用。
三、教学内容1. 工业机器人基础知识（1）什么是工业机器人；（2）工业机器人的构成和分类；（3）工业机器人的特点和优势；（4）工业机器人在生产制造中的应用。
2. 工业机器人操作方法（1）安全操作规范；（2）掌握手柄操作方法；（3）掌握编程盒操作方法；（4）掌握离线编程软件操作方法。
3. 程序编写和调试（1）了解程序编写语言；（2）掌握程序编写方法；（3）掌握程序调试方法；（4）掌握程序优化方法。
4. 工业机器人应用实例（1）汽车生产线上的应用；（2）电子产品生产线上的应用；（3）食品加工生产线上的应用。
四、教学方法1. 讲授法：通过讲解工业机器人的基础知识和操作方法，让学生了解和掌握相关知识。
2. 实践教学法：通过实际操作工业机器人，让学生亲身体验和掌握相关技能。
3. 讨论交流法：通过小组讨论或班级交流，让学生分享自己对于工业机器人的理解和经验。
五、教学过程设计1. 工业机器人基础知识（1）引入：介绍工业机器人在现代制造中的重要性。
（2）知识点讲解：详细介绍工业机器人的构成、分类、特点和优势以及在生产制造中的应用。
（3）案例分析：通过实际案例分析，让学生更好地理解工业机器人在不同领域中的应用场景。
2. 工业机器人操作方法（1）引入：介绍工业机器人操作的重要性和安全规范。
（2）手柄操作：通过实际操作手柄，让学生掌握基本的手动控制方法。
（3）编程盒操作：通过实际操作编程盒，让学生掌握基本的程序编辑和调试方法。
（4）离线编程软件操作：通过实际操作离线编程软件，让学生掌握更高级别的程序编辑和调试方法。
工业机器人协作系统设计与性能分析
工业机器人协作系统设计与性能分析引言：工业机器人协作系统是指将人工智能和机器人技术应用于工业领域，实现人机协作、提高生产效率和产品质量的一种系统。
本文将从系统设计和性能分析两个方面介绍工业机器人协作系统的相关内容。
一、系统设计1. 系统目标和需求在设计工业机器人协作系统之前，需要明确系统的目标和需求。
例如，提高生产效率、减少劳动力成本、优化生产过程等。
基于这些目标和需求，设计人机交互界面、选择适合的机器人类型和配置、确定传感器的种类和数量等。
2. 机器人选择和配置根据系统目标和需求，选择适合的机器人类型和配置。
可以选择多关节机械臂、平行机械臂或协同机械臂等。
机器人的配置包括工作范围、负载能力、运动精度等。
3. 传感器选择和布置传感器在工业机器人协作系统中起到关键作用，能够实时感知周围环境和人类操作员的位置。
选择适合的传感器种类，如视觉传感器、力传感器、激光扫描仪等，并合理布置在机器人工作区域。
4. 人机交互界面设计为了实现人机协作，需要设计人机交互界面，使操作员能够方便地与机器人进行交互。
界面设计应简洁明了，提供直观的操作指导和反馈信息。
此外，还应考虑操作员的人体工程学和心理因素，确保界面的易用性和舒适性。
5. 安全保护措施工业机器人协作系统设计中，安全是至关重要的考虑因素。
应根据机器人类型和工作环境选择适当的安全保护措施，如安全光幕、力限制器、安全电路等。
同时，设计人机交互界面时应具备安全警告和紧急停止等功能。
二、性能分析1. 运动性能分析机器人的运动性能对系统的整体性能和效率具有重要影响。
可以从机器人的加速度、速度和位置精度等方面进行评估。
使用合适的测试设备和方法，记录机器人在不同工作模式下的运动性能数据，并进行数据分析和比较。
2. 任务执行能力分析工业机器人协作系统往往需要完成各种任务，例如搬运、装配、焊接等。
对于不同的任务，机器人的执行能力也有所不同。
可以通过设定不同的任务场景，测试机器人在不同工作条件下的执行能力，并进行性能评估和分析。
工业机器人机器人本体设计分析
工业机器人机器人本体设计分析声明：本文内容信息来源于公开渠道，对文中内容的准确性、完整性、及时性或可靠性不作任何保证。
本文内容仅供参考与学习交流使用，不构成相关领域的建议和依据。
一、机器人结构设计机器人的结构设计是指针对特定任务和工作环境，对机器人的外形、连接方式、关节结构等进行设计和优化的过程。
合理的机器人结构设计能够提高机器人的功能性、灵活性和稳定性，从而更好地完成各种任务。
下面将从机器人的外形设计、连接方式设计以及关节结构设计三个方面详细论述机器人结构设计相关内容。
（一）外形设计1、外形尺寸设计：机器人的外形尺寸设计需要考虑到工作空间的限制以及任务的需求。
合理的外形尺寸设计可以使机器人在狭小的空间内自由移动，并且能够达到所需的工作范围。
2、外形材料选择：机器人的外形材料选择应考虑到机器人的使用环境和任务特点。
例如，在潮湿的环境中工作的机器人可以选择防水材料，而在高温环境中工作的机器人则需要选择耐高温材料。
3、外形形状设计：机器人的外形形状设计既要满足机器人的运动需求，又要符合人类对机器人的认知和接受。
因此，外形形状设计需要考虑到机器人的动态特性和人机交互的需求。
（二）连接方式设计1、运动连接方式设计：机器人的运动连接方式包括传动装置、连接结构等。
传动装置的设计应满足机器人的工作要求，如速度、精度、承载能力等。
连接结构的设计应具有稳定性和刚度，以确保机器人在高速和大力矩下不发生松动或变形。
2、电气连接方式设计：机器人的电气连接方式包括电缆布线、接插件等。
电缆布线的设计应考虑到机器人的自由度和运动范围，并保证电缆的可靠性和耐久性。
接插件的选择和布局应方便维护和更换。
3、通讯连接方式设计：机器人的通讯连接方式包括传感器和控制系统之间的通讯方式。
合理的通讯连接方式可以提高机器人的响应速度和数据传输效率，从而提高机器人的工作效率和稳定性。
（三）关节结构设计1、关节类型选择：关节是机器人身体各部分连接起来并实现运动的重要组成部分。
工业机械机器人课程设计
工业机械机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解工业机械机器人的基本概念、分类及在工业生产中的应用。
2. 学生能够掌握工业机械机器人的主要技术参数及其对性能的影响。
3. 学生能够了解工业机械机器人的编程与控制原理。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识对工业机械机器人进行简单的操作与编程。
2. 学生能够分析工业机械机器人在实际生产中的应用案例，并提出优化方案。
3. 学生能够通过团队合作，完成对工业机械机器人的设计与调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对工业机械机器人及其相关技术的兴趣，激发学生的创新意识。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队协作精神。
3. 增强学生对我国工业发展的认识，提高学生的国家自豪感。
课程性质：本课程为选修课，旨在拓展学生的知识视野，提高学生的实践能力。
学生特点：学生具备一定的物理、数学基础，对新技术充满好奇，喜欢动手实践。
教学要求：结合实际案例，注重理论与实践相结合，强调学生的主体地位，鼓励学生主动探索、积极思考。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际生产中，提高学生的综合素养。
二、教学内容1. 工业机械机器人概述- 机器人的定义、分类与发展历程- 工业机械机器人的应用领域及优势2. 工业机械机器人的结构与原理- 机器人本体结构与功能- 机器人关键部件及其作用- 机器人运动学及动力学基础3. 工业机械机器人的技术参数与性能- 速度、精度、负载等主要技术参数- 影响机器人性能的因素- 技术参数与性能优化方法4. 工业机械机器人编程与控制- 编程语言及编程方法- 控制系统组成与原理- 机器人编程实例分析5. 工业机械机器人应用案例分析- 不同行业中的应用案例- 案例分析及优化方案- 我国工业机械机器人发展现状与趋势6. 机器人设计与调试实践- 设计原则与流程- 团队合作与分工- 机器人调试方法与技巧教学内容安排与进度：第一周：工业机械机器人概述第二周：工业机械机器人的结构与原理第三周：工业机械机器人的技术参数与性能第四周：工业机械机器人编程与控制第五周：工业机械机器人应用案例分析第六周：机器人设计与调试实践本教学内容根据课程目标制定，注重科学性和系统性，结合教材章节进行合理安排，旨在帮助学生掌握工业机械机器人的相关知识，提高实践能力。
工业机械手设计《机械系统设计》课程设计指导
一、《机械系统设计》课程设计指导书 1.1 课程设计的目的《机械系统设计》课程设计是在学完本课程后，进行一次学习设计的综合性练习。
通过课程设计，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。
通过课程设计，分析比较机械系统中的某些典型机构，进行选择和改进；结合结构设计，进行设计计算并编写技术文件；完成系统主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。
通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。
通过设计，使学生获得机械系统基本设计技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行机械系统设计创造一定的条件。
1.2 课程设计的内容《机械系统设计》课程设计内容由理论分析与设计计算、图样技术设计和技术文件编制三部分组成。
1.2.1 理论分析与设计计算：（1）机械系统的方案设计。
设计方案的分析，最佳功能原理方案的确定。
（2）根据总体设计参数，进行传动系统运动设计和计算。
（3）根据设计方案和零部件选择情况，进行有关动力计算和校核。
1.2.2 图样技术设计：（1）选择系统中的主要机件。
（2）工程技术图样的设计与绘制。
1.2.3编制技术文件：（1）对于课程设计内容进行自我经济技术评价。
（2）编制设计计算说明书。
1.3 课程设计题目、主要技术参数和技术要求1.3.3课程设计题目和主要技术参数（工业机械手系统设计）工业机械手系统设计技术参数： Dof=4；M max =5kg ；max =10r/min ；maxv =10m/min最大工作半径:1600mm 手臂最大中心高:1200mm 手臂运动参数:伸缩行程：1200mm 升降行程：300mm 回转范围: 0~180° 手腕运动参数:回转范围: 0~180°三、《机械系统设计》课程设计（机械手）的步骤与方法3.1明确题目要求，查阅有关资料学生在获得课程设计的题目之后，首先应明确设计任务，并阅读《机械系统设计》课程设计提纲，了解课程设计的目的、内容、技术要求和设计步骤。
浅谈机器人机械系统设计教学要点
浅谈机器人机械系统设计教学要点随着国家“机器换人”战略的实施和企业转型升级的推进，工业机器人的应用越来越广泛，社会对熟练掌握机器人工作原理，懂编程操作、维护维修和故障诊断的技术人员的需求也越来越大。
因此，顺应教育部“新工科”的教学改革要求，开设机器人相关专业、培养社会急需人才的高校也越来越多，尤其是高职高专院校和应用型本科院校几乎均新设了工业机器人技术及应用专业。
随着机器人技术的快速发展，工业机器人课程原有的教学大纲、课程体系、教学内容、教学方法以及师资队伍已难以适应创新型人才培养的需要。
此外，机械本体的内部结构看不见、摸不着，电机如何驱动关节运动、传动链如何设计等问题，更是教学的难点，这些问题制约了学生对相关内容的理解和有效掌握。
鉴于此，有学者以工业机器人机械系统的典型传动链分析为例，对机械系统设计的教学要点进行归纳总结，以期提高课程的教学质量。
一、工业机器人机械系统设计工业机器人通常由机械系统、驱动系统、控制系统和传感系统四部分组成，其中机械系统是机器人的基础部分，相当于人的骨骼。
这部分内容是有效、扎实地学习、掌握机器人技术的机械基础，其教学目的是让学生了解与掌握机械结构系统的总体组成、各关节配置特点、典型传动链方案设计、结构的演变与创新等内容。
工业机器人机械系统通常由机身（含基座）、臂部（含手腕）和手部三大部分组成。
机身和基座相连，支撑臂部。
臂部由大臂和小臂组成，大臂与机身相连，支撑小臂，小臂的末端安装腕部，并通过腕部上的法兰盘连接手部，手部的具体形状由实际应用来定。
在教学过程中，针对这三部分，教师要突出关节机构实现的自由度、关节布置、传动链的合理布局方案分析，并结合实验室中的六自由度机器人实体，让学生在课堂教学和实验教学中深入学习不同应用场合下的工业机器人机构、传动、驱动有机融合的一体化机械系统设计方法，为教师后续运动学、动力学分析章节的讲解及探究打下基础。
（一）机身工业机器人的机身具有一个回转自由度，即腰部的回转运动。
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工业机器人机械系统设计教学要点分析
◆韩建海,郭冰菁,李向攀
摘要:为了满足企业在转型升级、快速发展背景下对机器人技术人才日益增加的需求,针对
工业机器人机械系统设计教学存在的问题,以工业机器人机械系统的典型传动链分析为例,对机械系统设计的教学要点进行归纳总结,以便于学生理解与掌握机械系统设计的核心知识点以及学习过程中存在的抽象、不易理解的问题,这有助于提高课程的教学质量。
关键词:工业机器人;机械系统设计;传动链;教学改革
收稿日期:2019-01-14
基金项目:河南省高等教育教学改革研究项目(编号:2017SJGLX048);河南科技大学研究生
课程建设项目(编号:2016YKCJS-008)
作者简介:韩建海(1961—),男,河南科技大学机电工程学院院长,教授,博士,研究方向
为机电一体化及机器人控制技术;郭冰菁(1973—),女,河南科技大学机电工程学院副教授,硕士,研究方向为机器人控制技术;李向攀(1977—),男,河南科技大学机电工程学院讲师,博士,
研究方向为气压驱动机器人技术。
随着国家“机器换人”战略的实施和企业转型升级的推进,工业机器人的应用越来越广泛,社会对熟练掌握机器人工作原理,懂编程操作、维护维修和故障诊断的技术人员的需求也越来越大。
因此,顺应教育部“新工科”的教学改革要求,开设机器人相关专业、培养社会急需人才的高校也越来越多,尤其是高职高专院校和应用型本科院校几乎均新设了工业机器人技术及应用专业。
随着机器人技术的快速发展,工业机器人课程原有的教学大纲、课程体系、教学内容、教学方法以及师资队伍已难以适应创新型人才培养的需要。
此外,机械本体的内部结构看不见、摸不着,电机如何驱动关节运动、传动链如何设计等问题,更是教学的难点,这些问题制约了学生对相关内容的理解和有效掌握。
鉴于此,笔者以
工业机器人机械系统的典型传动链分析为例,对机械系统设计的教学要点进行归纳总结,以期提高课程的教学质量。
一、工业机器人机械系统设计
工业机器人通常由机械系统、驱动系统、控制系统和传感系统四部分组成,其中机械系统是机器人的基础部分,相当于人的骨骼。
这部分内容是有效、扎实地学习、掌握机器人技术的机械基础,其教学目的是让学生了解与掌握机械结构系统的总体组成、各关节配置特点、典型传动链方案设计、结构的演变与创新等内容。
工业机器人机械系统通常由机身(含基座)、臂部(含手腕)和手部三大部分组成。
机身和基座相连,支撑臂部。
臂部由大臂和小臂组成,大臂与机身相连,支撑小臂,小臂的末端安装腕部,并通过腕部
(河南科技大学机电工程学院,河南
洛阳
471003)
2019第4期
教改探索
河南教育
高教
上的法兰盘连接手部,手部的具体形状由实际应用来定。
在教学过程中,针对这三部分,教师要突出关节机构实现的自由度、关节布置、传动链的合理布局方案分析,并结合实验室中的六自由度机器人实体,让学生在课堂教学和实验教学中深入学习不同应用场合下的工业机器人机构、传动、驱动有机融合的一体化机械系统设计方法,为教师后续运动学、动力学分析章节的讲解及探究打下基础。
(一)机身
工业机器人的机身具有一个回转自由度,即腰部的回转运动。
腰部要支撑整个机
身绕基座进行旋转,在机器人6个关节中受力最大,也最复杂,其既承受很大的轴向力、径向力,又承受倾覆力矩,该关节应具有较高的运动精度和刚度。
因此,腰关节多采用高刚性和高精度的RV 减速器传动,RV 减速器内部有一对径向止推球轴承,可承受机器人的倾覆力矩,能够满足在无基座轴承时抗颠覆力矩的要求,故可取消基座轴承。
机器人腰部回转精度靠RV 减速器的回转精度保证。
由于底座安装空间的限制,腰部电机多采用立式倒置安装。
按照驱动电机旋转轴线与减速器旋转轴线是否在一条线上,可分为同轴式与偏置式两种布置方案。
同轴式布置方案多用于小型机器人,采用减速器一级减速;偏置式布置方案多用于中大型机器人,采用齿轮传动与减速器结合的二级减速。
(二)臂部
工业机器人的臂部由大臂、小臂组成,具有2个自由度,大臂与机身相连的关节为肩关节,大臂和小臂相连的关节为肘关节。
肩、肘关节承受很大扭矩(肩关节同时承受来自平衡装置的弯矩),应具有较高的运动精度和刚度。
按照电机旋转轴线与减速器旋转轴线是否在一条线上,肩、肘关节电机也可分为同轴式与偏置式两种方案。
以同轴式方案为例,电机与减速器同轴相连,均安装在小臂上,减速器的输出
轴固定在大臂上端,减速器的外壳旋转带动小臂做相对于大臂的俯仰运动。
偏置式方案中,电机轴线与减速器轴线向下偏置,电机通过一对外啮合齿轮做一级减速,减速器做二级减速后,其外壳带动小臂运动。
(三)腕部
工业机器人的腕部是连接手部与臂部的部件,起支撑手部的作用,手腕的自由度主要用于调整手部姿态,通常要求腕部能实现对空间3个坐标轴x 、y 、z 的转动,即具有回转、俯仰和偏转3个自由度。
关节型机器人主流手腕结构多采用RBR 手腕,具有小臂旋转(R 轴)、手腕摆动(B 轴)和手腕旋转(T 轴)三个自由度。
对于小负载机器人,手腕3个关节电机一般布置在机器人小臂内部;对于中、大负载电机,手腕3个关节电机一般布置在机器人小臂的末端,以尽量减少小臂重力的不平衡。
小臂在结构上做成前后两段以实现小臂的旋转运动,对于小负载机器人,机器人R 轴驱动电机布置在小臂后段,超过肘关节的旋转中心。
R 轴驱动电机通过谐波减速器的减速,其输出轴转盘带动小臂前段旋转,实现小臂的旋转运动。
B 轴和T 轴驱动电机均沿小臂轴线方向布置。
B 轴驱动电机的输出,通过锥齿轮改变旋转方向后,由同步带将运动传递给谐波减速器,谐波减速器的输出轴固定,壳体旋转带动安装其上的手腕做摆动,实现B 轴运动。
T 轴的运动传递与B 轴相似,传动链为:锥齿轮—同步带—锥齿轮—谐波减速器—手腕。
二尧典型传动链设计分析
传动链的设计对保证运动与动力的正确传递、实现机构的平衡、促进结构优化都是非常重要的,笔者以中大型负载机器人的腕部3个关节处的传动链设计为例,进行教学分析。
考虑到重力平衡问题,手腕三轴驱动电机尽量向小臂的末端布置,并超过肘关节旋转中心。
手腕三轴电机可以布置成三
角形,也可以布置在一条线上。
下图为手腕三轴驱动电机后置的典型传动链原理图,三轴驱动电机内置于小臂后段内。
R 轴驱动电机D4的输出,通过中空型RV 减速器R4,直接带动小臂前段相对于后段旋转,实现R 轴的旋转运动;B 轴驱动电机D5的
输出,通过两端带齿轮的薄壁套筒,将运动传递给RV 减速器R5,减速器R5的输出轴带动手腕做摆动,实现B 轴的旋转运动;T 轴驱动电机D6的输出,通过实心细长轴和1对锥齿轮,再通过同步带和1对锥齿轮,将运动传递给RV 减速器R6,减速器R6的输出轴直接带动手腕法兰盘转动6,实现T 轴的旋转运动。
三、机械系统设计的演变与创新从1979年美国Unimation 公司推出的第一台工业机器人Puma ,到当前流行的工业机器人机械臂,机械本体结构、手腕结构和控制理论等方面并没有特别的、本质的变化,仅仅在结构上把Puma 机器人向一边偏置的肩宽改变为向前布置,扩大了机器人正前方的工作范围。
以下几个方面将是工业机器人机械系统设计未来的发展方向。
第一,模块化设计。
机器人是由多级连杆和关节串联组成的多自由度的空间运动机构,机构设计向模块化、可重构方向发展。
伺服电机、减速器和检测系统三位一体化,形成关节模块,将关节模块和连杆模块用重组的方式构造整机,可方便地设计出满足不同载荷和运动范围要求的机器人产品,减少设计周期,降低制造成本,有利于批量生产。
第二,高强度轻质材料。
在材料选择
上,新的高强度轻质材料是不错的选择,可以进一步提高机器人结构的负载/自重比。
通常机器人小臂和腕部采用高强度铝合金,符合质量轻和易成型的要求。
大臂采用组合焊件,用薄壁钢板围成空腔,在保证强度和刚度的前提下,追求重量轻、加工周期短、用材少。
基座采用铸铁,吸振效果好、易成型。
第三,高传动精度。
传动机构设计向结构紧凑、提高传动精度的方向发展,应保证传动路线短,提高传动与支承刚度,如:1、2、3轴采用RV 减速器,突出刚性和扭矩的要求,4、5、6轴采用谐波减速器,突出质量轻和精度高的要求。
同时采用RV 减速器和交流伺服系统,使机器人机械系统成为免维护系统。
四、结语
工业机器人机械系统是机器人的支承基础和执行机构,计算、分析和编程的最终目的是要通过本体的运动完成特定的任
务。
机械系统是机器人设计的一个重要内容,其结果直接决定机器人的工作性能。
笔者以工业机器人机械系统的典型传动链分析为例,对机械系统设计的教学要点进行归纳总结,从设计思路、多种设计方案及典型传动链实例的角度讲授工业机器人机械系统的设计方法,把抽象的机械系统教学难点进行核心内容的提炼,有利于工科学生对工业机器人机械系统设计的深入学习。
参考文献:
[1]雷静桃,刘亮,张海洪.“机器人学”课程教
学改革与实践[J].实验室研究与探索,2013,(5).
[2]黄用华,李雪梅,庄未.理工科高校《工业机
器人》课程教学改革浅析[J].科技信息,2012,(12).
[3]韩建海.工业机器人(第3版)
[M].武汉:
华中科技大学出版社,2015.
责编:清
欢
手腕三轴电机后置的典型传动链原理图2019第4期
教改探索。