工业机器人总体设计

特点：
动作灵活，工作空 间大；
关节运动部位密封 性好；
运动学复杂，不便 于控制。
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3．拟定检测传感系统框图：
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图例：传感系统框图：
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4．确定控制系统总体方案，给出框图
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图例：控制系统总体方案
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5．机械结构设计
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第二讲 工业机器人的总体设计
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引言：
机器人总体设计的主要内容有：确定 基本参数，选择运动方式，手臂配置 形式，位置检测，驱动和控制方式等。 然后是进行结构设计，同时，要对各 部件的强度、刚度进行必要的验算。
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一、系统分析
1．根据机器人的使用场合，明确所使用机 器人的目的和任务。
直角坐标型：机器 人的主体结构的关 节都是移动关节。
特点：
结构简单，刚度高。 关节之间运动相互
独立，没有耦合作 用。 占地面积大，导轨 面防护比较困难。
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2．机器人运动形式的选择（3）：
圆柱坐标型：圆柱坐标 式机器人主体结构具有 三个自由度：腰转、升 降和伸缩。亦即具有一 个旋转运动和两个直线 运动。
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举例：鸡蛋分检包装系统中的机器人（2）
分析机器人所在系统的工作环境：包括 工作车间的平面布置，相互间的位置关 系等。
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举例示图2：机器人与环境的关系
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举例：鸡蛋分检包装系统中的机器人（3）
分析系统的工作要求： 循环时间≤3.0s 每次循环有三种不同的运动：
2．分析机器人所在系统的工作环境，包括 机器人与已有设备的兼容性。
3．分析系统的工作要求，确定机器人的基 本功能和方案。
具体来说，确定机器人的自由度数，信息的存 储容量，计算机的功能水平，机器人的动作速 度，定位精度，机器人容许的运动空间的大小， 环境条件（如温度、是否存在振动），抓取工 件的重量、外形尺寸的大小，生产批量等。
的设计结构予以分析。
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二、技术设计
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1．机器人基本参数的确定（1）：
自由度的确定：在系统分析时已经确定了。 臂力的确定：
对于专用机器人来说：是针对专门的工作对象来 设计的，臂力主要根据被抓取物体的重量确定， 取1.5~3.0的安全系数。
对于工业机器人来说：具有一定的通用性，臂力 要根据被抓取物体的重量变化来确定。
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举例：鸡蛋分检包装系统中的机器人（1）
下面以鸡蛋分检包装系统为例，介绍机器 人的系统分析方法。 明确机器人的目的和任务：
从传送带拾取一个鸡蛋； 把蛋置于强光下照射，测定蛋是否透光（有
无胚胎生长）； 根据蛋有无胚胎，把蛋放入废品箱或包装箱
内。
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举例示图1：基本工作流程
仔细分析：还应该有一个附加旋转运动以对蛋进
行定向排列。因为当受臂移动和转动时，鸡蛋的 取向会发生改变。 确定技术参数为：
伸缩运动：45.7~61.0cm 腰部旋转： ±90° 腕部旋转：360 ° 腕部垂直移动：50.8cm
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初步确定机器人的结构：
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作业：
根据鸡蛋传送分检系统的工作要求， 设计一台满足动作要求的机器人模 型（用几何模型图表示），并对你
特点：
通用性较强； 结构紧凑； 机器人腰转时将手臂
缩回，减少了转动惯 量。 受结构限制，手臂不 能抵达底部，减少了 工作范围。
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2．机器人运动形式的选择（4）：
球面坐标式（极 坐标）： 机器人主体结构 具有三个自由度， 两个旋转运动和 一个直线运动。
特点：
工作范围较大； 占地面积小； 控制系统复杂
工作范围的确定：
要根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定
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1．机器人基本参数的确定（2）：
运动速度的确定：
主要是根据生产需要的工作节拍分配每 个动作的时间，进而根据机械手各部位
的运动行程确定其运动速度。
定位精度的确定：
机器人的定位精度是根据使用要求确定 的。而要达到这样的精度取决于机器人 的定位方式、运动速度、控制方式、臂 部刚度、驱动方式、缓冲方法等。
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2．机器人运动形式的选择（5）：
SCARA机器人：有 3个旋转关节，其 轴线相互平行，在 平面内进行定位和 定向。另一个是移 动关节。这种结构 轻便、响应快。
特点：
结构轻便，响应快； 适用于平面定位和
在垂直方向进行作 的场合。
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2．机器人运动形式的选择（6）：
关节式机器人：关 节式机器人的主体 结构的三个自由度 腰转关节、肩关节、 肘关节全部是转动 关节。
电动：适合于中等负载，特别适合动作复杂、 运动轨迹严格的工业机器人和各种微型机器 人。
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2．关节驱动方式（1）：
分为直接驱动和间接驱动两种方式。 直接驱动：直接驱动的机器人也叫DDR
（Direct drive robot），一般指驱动电机通 过机械接口直接与关节连接。其特点是驱动 电机和关节之间没有速度和转矩的转换。这 种驱动方式具有以下特点：
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运动速度确定举例
夹紧 工件
工作节拍5分钟
手臂 升降
伸缩 运动
回转 运动
每一个动作都由5个关节协同完成
综合分配每个关节的运动速度
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2．机器人运动形式的选择（1）：
根据机器人的运动参数确定其运动形 式，然后才能确定其结构。常见的运 动形式有以下几种：
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2．机器人运动形式的选择（2）：
三、机器人机械系统设计
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1．机器人的驱动方式：

机器人的驱动方式有电动、液压和气动三种 方式。一台机器人可以只有一种驱动方式， 也可以是几种方式的联合。
液压传动：具有较大的功率体积比，常用于 大负载的场合。
气压传动：气动系统简单，成本低，适合于 节拍快、负载小且精度要求不高的场合，常 用于点位控制、抓取、弹性握持和真空吸附。
移动到传送带并拾取一只鸡蛋； 移动到照射位置； 把鸡蛋放入纸箱或废品区。
一个循环中需要三次暂停：
闭合手爪0.2s；完成照射0.05s；开启手爪放蛋0.2s
每只鸡蛋重量≤85g；手爪重量≤369g 位置分辨率最低为1.27mm
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确定机器人的自由度及运动范围：
初步分析：机器人满足上面提出的条件，应该具 备一个旋转运动和两个直线运动。