3-机器人传动系统设计(1)资料
工业机器人传动机构的要求_概述及解释说明
工业机器人传动机构的要求概述及解释说明1. 引言1.1 概述工业机器人作为现代制造业的重要组成部分，具有高效、灵活和精确等特点，已经被广泛应用于各个行业。
其中，机器人传动机构作为机器人运动的核心部件之一，对于机器人的性能和运动能力起着至关重要的作用。
因此，研究工业机器人传动机构的要求及其解释说明具有重要的理论意义和实际应用价值。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述：首先，在引言部分概述工业机器人传动机构的研究背景和意义，并明确文章主题。
接着，在第二部分中详细介绍工业机器人传动机构的要求，包括传动机构概述、功能要点和性能要求。
然后，在第三部分对常见的摩擦传动、齿轮传动和带传动等几种主要类型进行解释说明。
随后，在第四部分探讨了工业机器人传动系统优化方法，包括优化设计原则、材料选择与加工工艺优化以及控制与调节策略优化。
最后，在第五部分总结本文，并展望了未来的研究方向。
1.3 目的本文旨在全面了解和阐述工业机器人传动机构的要求及其解释说明。
通过对机器人传动机构功能、性能、类型以及优化方法等方面的深入探讨，进一步提高相关领域的研究水平，并为工业机器人设计与应用提供参考和指导。
同时，希望通过本文的撰写能够促进工业机器人传动技术的发展，推动制造业现代化进程。
2. 工业机器人传动机构的要求2.1 传动机构概述工业机器人的传动机构是指将电能转换为机械运动所必需的装置。
传动是通过将电机或发动机的旋转运动通过不同类型的传动元件传递给执行器，从而实现机器人运动和执行任务。
2.2 传动机构功能要点工业机器人传动机构需要具备以下功能要点：a) 力量传递：传动机构需要能够有效地将电能转化为力量，并将力量传输到执行器，以使其进行相应的运动。
b) 速度变换：工业机器人在不同的任务中往往需要不同的速度，因此，传动机构需要能够实现速度变换，以满足不同速度要求。
c) 运动控制：传动机构还需要具备良好的运动控制性能，以确保精准和可控的运动。
机器人学_第2章_机器人机械结构
– 肩关节的摆动：
• 电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
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腕部俯仰
关节型机器人传动 系统图：
肘关节摆动
肩关节的摆动
腕部的旋转
30
腕部旋转局部图例：
电机M5→减速器R5→链轮 副 C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
上料道与下料道分 别设在机床的两侧， 双臂能同时动作， 两臂同步沿横梁移 动，缩短辅助时间
b.双臂交叉配置，
两臂轴线交于机床 的中心，两臂交错 伸缩进行上下料， 并同时沿横梁移动
c.双臂交叉配置，
悬伸梁式，横梁长 度较a,b短，双臂位 于横梁的同一侧
5
(2).双臂悬挂式（b）
双臂回转型，双 臂交叉且绕同轴 回转，分别负责 上下料（主要是 盘状零件），只 需一个动力源， 结构紧凑，动作 范围大
第2章 机器人的机械结构
2.1 机身和臂部 2.2 腕部和手部结构 2.3 传动部件设计
1
2.1 机身和臂部
• 一.机身和臂部的作用
• 机身是直接连接支承传动手臂和行走机 构的部件，机身可以是固定的，也可以 是行走式的
• 手臂部件用来支承腕部（关节）和手部 （包括工件和工具），并带动它们在空 间运动
• 远距离传动手腕：
–有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装 置又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕 的重量，采用远距离的驱动方式，可以实现 三个自由度的运动。
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1）液压直接驱动BBR手腕图例：
回转 R
俯仰 B
偏转 B
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2）. 单回转腕部 结构示例
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3）双回转油缸驱动手腕
02209《机械制造装备设计备》统考资料20150810
02209《机械制造装备设计》备考提示本课程为自学考试四川省出题、西南科技大学主考，出题范围西南科技大学的自考题库为准。
本大纲及汇总资料根据近几年来的出题重点汇编，有很强的针对性。
请大家在备考的过程中，先根据习题边做边看书。
本次10月中旬考试，模拟题提前1周可以拿到。
《机械制造装备设计》备考试大纲一、课程性质、目的和要求《机械制造装备设计》是机械制造及自动化专业的主要专业课程。
通过学习，获得装备设计的基本理论、基本知识和方法；通过学习和课程设计，初步具备设计一般机械制造装备总体设计和部件设计的能力，具体要求是:1.获得机械制造装备设计的基本知识和理论，包括机械制造装备的构成、基本要求，传统设计的基础理论和设计方法，先进的设计原理和现代设计方法。
2.初步具备机械制造装备设计（总体和部件设计）的能力。
3.了解机械制造装备的技术现状和发展趋势。
本课程的先修课程为：工程力学、机械设计、机械工程材料、机械制造技术；后续课程为：其它专业课程、课程设计、毕业设计。
二、考核目标（考核知识点、考核要点）第一章绪论一、考核知识点（一）机械制造装备的作用。
（二）机械制造装备应具备的主要功能和分类。
二、考核要点1.识记：全新的生产制造模式的主要特征；制造装备的功能和分类。
2.领会：理解机械制造装备应满足的一般要求和柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材、绿色工程等要求。
第二章机械制造装备设计方法一、考核知识点（一）机械制造装备设计的类型创新设计、变形设计和模块化设计及应用场合（二）机械制造装备设计的方法系列化设计、模块化设计的概念、优缺点和作用；技术经济评价和可靠性评价的实质及其特点；产品造型、结构工艺性、标准化等评价的概念、内容和作用。
二、考核要点1.识记：装备设计的类型，实质及其区别；设计的各种方法及特点；设计评价的项目、实质及适用场合。
2.领会：装备设计方法评价的实质及特点和设计方法的基本知识。
第三章典型部件设计一、考核知识点（1）主轴部件设计主轴部件的基本要求和传动方式，主轴部件设计，主轴轴承。
机械传动系统与控制系统设计简介
二、肥皂压花机的传动路线及传动比的分配
肥皂压花机是在肥皂块上利用模具压制花纹和字样的自动机， 其机械传动系统的机构简图如图3.3.7所示。
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（1）传动路线分析 具体传动路线如图3.3.8。
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（2）传动比分配
若该机的工作条件为：电动机转速1450r/min，每分钟压制50 块肥皂，要求传动比误差为2。以下对上述方案进行传动比分配 并确定相关参数。
i 总 i 1 i 2 i 3 2 .5 3 .7 3 9 3 .0 9 5 2 8 .9 3 29
相对误差i为
ii总 i总2928.930.24%
i总
29
按传动比误差小于2%的要求，且各传动比均在常用范围之内， 故该传动链传动比分配方案可用。
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2）辅助传动链
皂块送进和成品移位运动的工作频率应与模具往复运动频率相
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（5）啮合器变速 啮合器分普通啮合器和同步啮合器两种，广泛应用于汽车、
叉车、挖掘机等行走机械的变速箱中。 啮合器一般都采用渐开线齿形，齿形参数可根据渐开线花键
国家标准选定。由于啮合套使用频繁，齿轮经常受冲击，齿端和 齿的工作面易磨损，因此，齿厚不宜太薄。为减小轴向尺寸，啮 合器的工作宽度均较小。
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三、无级变速器
无级变速传动能根据工作需要连续平稳地改变传动速度。图 3.3.5为双变径轮带式无级变速传动的工作原理图 。
无级变速器有多种型式，许多型式已有标准产品，可参考产 品样本或有关设计手册选用。
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第三节 机械传动系统方案设计
一、机械传动系统方案设计的过程和基本要求
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第四章 工业机器人设计(机械制造装备设计 第四版)
机械制造装备设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
▪ 坐标系按右手确定（右图）； ▪ 关节坐标系的确定（下图）； ▪ 确定基准状态； ▪ 关节坐标轴轴线位置的选取； ▪ 关节坐标方向的选取。
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机械制造装备设计
4.1.3工业机器人的主要特性表示方法 Ⅳ
❖ （二）机械结构类型 用结构坐标形式和自由度表示。 自由度是表示工业机器人动作灵 活程度的参数，以直线运动和回 转运动的独立运动数表示
机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
操作机 由末端执行器、手腕、 手臂及机座组成。
图4-1工业机器人系统的组成 1—机座 2—控制装置 3—操作机
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机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
图4-2PUMA机器人 操作机
a)结构简图 b)运动功能简图
机械制造装备设计
4.1.1工业机器人的定义及工作原理 Ⅳ
❖ （一）机器人的定义 ▪ 我国国家标准GB/T12643——90将工业机器人定义为 “是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度 的操作机 ，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各 种作业”。
❖ （二）工业机器人的基本工作原理 ▪ 工业机器人的基本工作原理：通过操作机上各运动构件 的运动，自动的实现手部作业的动作功能及技术要求。
一种多姿态便携式履带机器人传动和结构设计
第２４卷第３期２ＯＯ７年３月机械设计ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＡＣＨＩＮＥＤＥＳＩＧＮＶ０１．２４Ｍａｒ．Ｎｏ．３２００７一种多姿态便携式履带机器人传动和结构设计。
肖俊君，尚建忠，罗自荣（国防科技大学机电与自动化工程学院，湖南长沙４１００７３）摘要：提出了一种新型４自由度便携式履带机器人结构设计方案。
机器人采用三段式模块化设计，可迅速拆卸，适合单人携带和进行维护；机器人具有良好的机动性能，在越障、跨沟、攀爬方面具有明显优势。
介绍了机器人的结构特点及其运动功能实现，并围绕传动设计和结构设计两大方面，对机器人的传动结构布局、传动实现、模块化结构设计、抗冲击结构设计等内容进行了详细阐述。
关键词：便携式履带机器人；机器人结构设计；模块化设计中图分类号：ＴＰ２４文献标识码：Ａ文章编号：１００１—２３５４（２００７）０３一００１０—０４便携式履带机器人具有良好的运动性能，在室内环境中可以上下楼梯、跨越台阶，在室外非结构地形中可以翻越障碍、跨越壕沟、自适应路面。
通过加载不同的设备和仪器，机器人可广泛用于救援、抢险、防爆、科考、军事等领域，其应用价值十分巨大。
从２０世纪８０年代，国外就对小型履带机器人展开了系统研究，经过多年的技术积累和经验总结，已取得了可喜的研究成果，比较有影响的是美国的ｐａｃｋｂｏｔ机器人［１］和ｔａｌｏｎ机器人口］。
这两种属于便携式履带机器人，它们应用在伊拉克战争和阿富汗战争中，取得了巨大的成功。
此外，英国研制的ｓｕｐｅｒ—ｗｈｅｅｌｂａｒｒｏｗ排爆机器人、加拿大谢布鲁克大学研制的ＡＺＩ—ＭＵＴ［３３机器人、日本的ＨｅｌｉｏｓＶＩＩ［４］机器人都属于小型履带机器人，因其各自用途不同，在结构上各具特点。
国内对该类机器人研究起步较晚，但近期取得了一定成果，如沈阳自动化研究所研制的ＣＬＩＭＢＥＲ［５］机器人，北京理工大学研制的四履腿机器人［６］，北京航空航天大学研制可重构履腿机器人等。
文中提出了一种４自由度便携式履带机器人机械结构设计方案。
工业机器人技术 工业机器人的传动机构
知识准备
一、RV减速器结构及工作原理
（一） 工作原理
2. 差动齿轮减速 1）差动过程分析
三个行星齿轮与各自的曲轴相连接，在每根曲轴上， 有一前一后两段对称布置的偏心轴。
当行星齿轮带动曲轴旋转时，曲轴上的偏心段（呈三 角形分布）同时作用，将带动RV齿轮作图（b）所示的顺 时针摆动（从A向看）。在两组偏心轴的带动下，两片RV 齿轮摆动方向相同，但相位相差180°。
100齿的啮合，由于刚轮1周有102齿，多了两齿，故转到图（c）位
置时，刚轮相对于柔轮顺时针转过2齿，以补偿这一齿差。
在这种情况下，刚轮内齿相当于和一个齿数为2的当量小齿轮内
啮合，故传动比为：
i2
Zc Zc Z f
知识准备
二、谐波减速器结构及工作原理
（二）谐波减速器结构
谐波减速器由刚轮、柔轮、谐波发生器三部分组成， 其中谐波发生器包括椭圆凸轮、轴承、连接板、卡簧、轴 套等零件。
2. RV齿轮相关结构 在针轮的内部，输出法兰6与端盖2通过定位销7和
连接螺栓固定，形成一个圆柱形的中空壳体，RV齿轮在 其中。曲轴中部两段偏心轮通过轴承支撑在RV齿轮的座 孔中，曲轴两端通过圆锥滚子轴承支撑在输出法兰和端 盖上。
可见，RV齿轮、输出法兰、端盖成为一个共同旋转 的组件，通过轴承3支撑在针轮的内缘中。当RV齿轮相 对于针轮转动时，将带动输出法兰/端盖组件一同旋转， 作为RV齿轮的输出端。
比比传统的行星齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、摆线针轮 传动大，甚至比谐波减速器传动比大。
2. 由于针齿销直径较大，曲轴轴承的支撑刚度好 等原因，整个减速器结构刚性好，传递扭矩大。
3. 缺点：较谐波减速器结构复杂，两级传动造成 传动间隙较大，定位精度不及谐波减速器。
机器人传动各部件关系
机器人传动各部件关系
在机器人中，传动各部件的关系是非常重要的。
机器人的传动系统主要由减速器、电机、齿轮、链条、皮带和轴承等组成。
这些部件之间的关系紧密而又复杂。
减速器是机器人传动系统的核心。
它的主要作用是将高速的旋转转动变为低速的旋转转动，使得机器人能够更加精准地执行任务。
通常情况下，减速器的输出轴都是经过齿轮或链条的传动来实现的。
电机是机器人传动系统中的另一个重要组成部分。
电机转速一般比机械系统的转速高，因此需要通过减速器将其转速降低。
不同类型的电机有不同类型的减速器，常用的减速器类型包括行星齿轮减速器、斜齿轮减速器和螺旋伞齿轮减速器等。
齿轮和链条是机器人传动系统中常用的机械传动元件。
它们可以将旋转力从一个轴传递到另一个轴。
齿轮传动速度更稳定、精度更高，而链条传动则更适用于大功率、大转矩的传动。
皮带是机器人传动中可靠的传动元件。
由于其柔性和可靠性，它们通常用于需要平滑运动和低噪音的传动系统。
皮带传动由驱动轮和从动轮组成，并由皮带连接。
轴承是机器人传动系统中起重要支撑作用的组成部分。
它们使得机器人传动系统中各个部件之间可以相对地平稳地移动，同时还可以承受外部的压力。
不同类型的轴承包括球轴承、滚子轴承、圆锥轴承和滑动轴承等。
总的来说，机器人传动各部件的关系是相互联系、相互作用的。
它们通过协调配合，能够保证机器人运动的稳定性、精确性和效率。
通过了解和掌握机器人传动各部件的关系，我们可以更好地设计和维护机器人传动系统的稳定性和可靠性，实现机器人的高效运作。
机械制造装备设计_工业机器人(PDF53页)
4.4.1 工业机器人的手臂和机座
（一）设计要求
(2)机座结构设计要求 要有足够大的安装基面，以保证机器人工作时 的稳定性； 机座承受机器人全部重量和工作载荷，应保证 足够的强度、刚度和承载能力； 机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行器 的运动精度影响最大。
4.4.1 工业机器人的手臂和机座
（二）典型结构 电动机驱动机械传动圆柱坐标型机器人手臂和 机座结构。
4.2.3 工业机器人的运动功能设计
（二）创成式设计方法步骤如下：
（1）根据作业动作功能要求，建立作业功能位 姿矩阵； （2）分析作业功能位姿矩阵的特征，设定相应 的运动功能矩阵； （3）解方程式，即可得到运动功能方案。
4.2.4 工业机器人的工作空间解析
机器人的运动功能及相关尺寸参数确定后，给 出各关节的运动范围可以通过解位姿运动方程 式，求出机器人的实际工作空间，同时检验其 姿态是否满足设计要求。
4.5.1 工业机器人控制系统的构成
位置控制是机器人最基本的控制任务。 工业机器人控制系统的构成形式取决于机器人所 要执行的任务及描述任务的层次。 第一控制层次为人工智能级； 第二控制层为控制模式级。 动力学方面的困难在于： ¾因为模型参数的误差，建立精确的动力学模型 实际上是不可能的； ¾即使能够考虑这些误差，模型将包含数以千计 的参数，实时计算不可能； ¾控制对模型变换的响应。
（三）吸附式末端执行器的结构与设计 吸附式末端执行器（又称吸盘），有气吸式和 磁吸式两种。它们分别是利用吸盘内负压产生 的吸力或磁力来吸住并移动工作的。
（1）气吸式吸盘 挤压排气式吸盘 电流负压式吸盘 真空泵排气式吸盘 （2）磁吸式吸盘 分为电磁吸盘和永磁 吸盘
4.5 工业机器人的控制
一、工业机器人控制系统的构成 二、工业机器人的位置伺服控制 三、工业机器人其它控制方式 四、机器人智能技术
机器人的机械结构系统(1)
二、机器人的臂部机构
根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同，可分为： （1）伸缩型臂部结构； （2）转动伸缩型臂部结构； （3）屈伸型臂部结构； （4）其他专用的机械传动臂部结构。
伸缩型臂部结构可由液（气）压缸驱动或直线电机驱动； 转动伸缩型臂部结构除了臂部做伸缩运动，还绕自身轴线运动，以便使 手部旋转运动。转动可由液（气）压缸驱动或机械传动
杆升降台。
一、机器人的机身机构
（2）俯仰型机身结构； 由实现手臂左右回转和上下俯仰的部件组成： 它用手臂的俯仰运动部件代替手臂的升降运动部件。 俯仰运动大多采用摆式直线缸驱动。
一、机器人的机身机构
（3）直移型机身结构； 多为悬挂的；机身实际是悬挂手臂的横梁。 为使手臂能沿横梁平移，除了要有驱动和传动机构 外，导轨是一个重要的部件
一、机器人的机身机构
机身是直接联接、支承和传动手臂及行走机构的部件。它 是由臂部运动(升降、平移、回转和俯仰)机构及有关的导向装置、 支撑件等组成。由于机器人的运动型式、使用条件、负载能力 各不相同，所采用的驱动装置、传动机构、导向装置也不同， 致使机身结构有很大差异。
一般情况下，实现臂部的升降、回转或或俯仰等运动的驱 动装置或传动件都安装在机身上。臂部的运动愈多，机身的结 构和受力愈复杂。机身既可以是固定式的，也可以是行走式的， 即在它的下部装有能行走的机构，可沿地面或架空轨道运行。
二、机器人的臂部机构
机身和臂部的配置形式
机座式：机身设计成机座式，这种机器人可以是独立的、 自成系统的完整装置，可以随意安放和搬动。
单臂回转式
双臂回转式多臂回转式二、机器人的臂部机构机身和臂部的配置形式
屈伸式：屈伸式机器人的臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运 动，称为屈伸臂。
第3章3.6 机器人传动系统
工业机器人基础
1
第3章 机器人的机械结构系统
1.13工.1业概机述器人的基本概念 3.2 机器人机身及臂部结构 3.3 机器人腕部结构 3.4 机器人手部结构 3.5 机器人行走结构 3.6 机器人传动系统
2020/2/27
2
3.6 机器人传动系统
2020/2/27
机器人传动系统，是将驱动器输出的运动和动力传送
曲齿圆锥齿轮传动
交错轴斜齿轮传动
蜗轮蜗杆传动 7
3.6 机器人传动系统
1.1 工业机器人的基本概念
平面传动
空间传动
2020/2/27
8
3.6 机器人传动系统
❖ 齿轮链——齿轮传动形式 1.1 工业机器人的基本概念
2020/2/27
一级传动（反向）
二级传动（同向）
三级传动（反向）
一级传动（同向）
9
18
3.6 机器人传动系统
柔轮与刚轮齿面的啮合过程：
1.1 工业机器人的基本概念
2020/ห้องสมุดไป่ตู้/27
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3.6 机器人传动系统
1.1 工业机器人的基本概念
2020/2/27
20
3.6 机器人传动系统
2020/2/27
3) 单级谐波齿轮常见的传动形式和应用
①1刚.1轮固工定业—机柔器轮人输的出基本概念
内循环滚珠丝杠
2020/2/27
1-凸键 2、3-反向器 4-丝杠 5-钢珠 6-螺母 7-反向器
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3.2 机器人机身及臂部结构
2020/2/27
丝杠传动举例：
1.1 工业机器人的基本概念
1-电动机； 2-蜗杆； 3-臂架； 4-丝杠； 5-蜗轮； 6-箱体； 7-花键套
机器人智能化的硬件设计和软件实现
机器人智能化的硬件设计和软件实现随着人工智能技术的快速发展，机器人也越来越受到人们的关注。
机器人已经成为人们生活和工作中的重要伙伴，不仅可以帮助人们完成繁重、危险和枯燥的工作，而且还可以通过学习和自我进化不断提升自己的智能水平。
机器人的智能化，既需要高效的硬件设计，也需要优秀的软件实现。
一、机器人硬件设计机器人的硬件设计是机器人智能化的重要基础。
机器人硬件设计要追求优异的性能、灵活的操作和安全可靠等方面。
一般来说，机器人硬件设计包括以下几个方面：1. 机器人结构设计机器人的结构设计包括机器人的外形、构造和部件，是机器人的核心。
机器人的结构设计要足够轻便、灵活，以适应各种不同的工作环境。
对于不同类型的机器人，结构设计也应该有所区别。
2. 机器人传动系统设计机器人的传动系统设计关系到机器人的运动速度、精度以及负载能力。
机器人的传动系统包括电机、减速器和传动装置等部分，这些部分的设计要考虑机器人的负载和速度等因素。
3. 感知和定位系统设计机器人智能化需要配备高精度的感知和定位系统，以实现对环境的感知和自我定位技术。
机器人的感知和定位系统包括传感器、计算机视觉、雷达和激光等设备。
4. 控制系统设计机器人的控制系统是机器人智能化过程中非常重要的一部分。
控制系统要实现对机器人模块的精确控制，提高机器人的效率和稳定性。
控制系统要采用先进的半导体技术，运行速度快、功耗低。
二、机器人软件实现机器人软件实现是机器人智能化的重要一步，需要开发出优秀的算法和软件系统，以实现机器人的自学习和自我进化。
机器人软件实现包括以下几个方面：1. 机器人控制算法机器人控制算法是机器人软件重要的一部分，控制算法需要实现对机器人各模块的精确控制和高效运营。
控制算法要综合考虑现有的技术条件，通过数据分析和机器学习，不断提升算法性能。
2. 机器人路径规划算法机器人路径规划算法是机器人的重要算法之一。
路径规划算法需要考虑机器人的外形、工作条件和机器人传动系统的参数，以实现机器人的高效路径规划。
第二章 机器人传动系统
第二章机器人驱动-传动系统机器人操作机有两种运动关节——转动关节和移（直）动关节。
对电动系统来说，常见的驱动—传动形式如图2-1所示：图2-1 驱动-传动系统的组成a一转动系统b一移（直）动系统1一码盘2一测速机3一电机4一联轴器5—传动装量6一转动关节7一杆8一电机9一联轴器10一螺旋副11—移动关节，12一电位器（或光栅尺）在系统中，驱动器通过联轴器带动传动装置(一般为减速器)，再通过关节轴带动杆件运动。
为了进行使置和速度控制，驱动系统中还包括位置和速度检测元件。
检测元件类型很多，但都要求有合适的精度、连接方式以及有利于控制的输出方式。
对于伺服电机，检测元件常与电机直接相联；对于液压驱动，则常通过联轴器或销轴与被驱动的杆件相联。
2.1 驱动装置及其选择2.1.1 机器人驱动装置的类型和特点1. 电动驱动器电动驱动器是目前使用的最广泛的驱动器。
它的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度部很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。
电动驱动器又可分为直流(Dc)、交流(Ac)伺服电机驱动和步进电机驱动。
后者多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。
直流伺服电机有很多优点，但它的电刷易磨损，且易形成火花。
随着技术的进步，近年来交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电机而成为机器人的主要驱动器。
2. 液压驱动器液压驱动的主要优点是功率大，结构简单，可省去减速装置，能直接与被驱动的杆件相连，响应快，伺服驱动具有较高的精度，但需要增设液压源，而且易产生液体泄漏，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。
图2-2为几种液压驱动器示例。
图2-2 几种液压驱动器3．气动驱动器气动驱动器的能源、结构都比较简单、但与液压驱动器相比，同体积条件下功率较小(因压力低)，而且速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制系统。
图2-3为几种气动驱动器示例。
图2-3 几种气动驱动器2.1.2 伺服电机的特点及应用1. 直流伺服电机直流(DC)伺服电机转动惯性小，启停反应快，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高。
工业机器人
工业机器人机械系统设计
2.2 驱动机构
常用的旋转驱动机构包括： 同步皮带
用于传递平行轴间的运动或 将回转运动转换成直线运动。同 步皮带的传动比计算公式为：
i n2 z1 n1 z2
工业机器人机械系统设计
输出： 1、内柱销（套） 2、输出轴
摆线针轮减速器
减速原理
- 当输入轴带着偏心套转动一周 时，由于摆线轮上齿廓曲线的特 点及其受针齿轮上针齿限制之故， 摆线轮的运动成为即有公转又有 自转的平面运动，在输入轴正转 一周时，偏心套亦转动一周，摆 线轮于相反方向上转过一个齿差 从而得到减速，将摆线轮的低速 自转运动通过销轴，传递给输出 轴，从而获得较低的输出转速。
手臂回转运动结构
图为利用齿轮齿条液压缸实现 手臂回转运动的机构。压力油分 别进入液压缸两腔，推动齿条活 塞做往复移动，与齿条啮合的齿 轮即做往复回转运动。齿轮与手 臂固连，从而实现手臂的回转运 动。
工业机器人机械系统设计
手臂回转运动结构 图为采用活塞杆和连杆机构的一种双臂机器人手臂的结构。当液压
缸1的两腔通压力油时，连杆2带动曲柄3绕轴心O作90°的上、下摆动。
- 滚珠在工作过程中顺螺旋槽(滚道)滚 动，故必须设置滚珠的返回通道，才能 循环使用。为了消除回差(空回)，螺母 分成两段，以垫片、双螺母或齿差调整 两段螺母的相对轴向位置，从而消除间 隙和施加预紧力，使回差为零。
工业机器人机械系统设计
滚珠丝杠工作特点
工业机器人机械系统设计
液压(气压)缸 将液压泵(或空气压缩
结构简单，体积、质量小； 传动比范围大； 运动精度高，承载能力大；
机电系统建模与仿真--ch3(1)共28页文档
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第三章 机械传动系统的数字仿真分析
——面向数学模型的仿真分析
• 集中参数系统的控制方框图（4）：单轮汽车支 承系统简化模型
第三章 机械传动系统的数字仿真分析 ——面向数学模型的仿真分析
• 集中参数系统的控制方框图（4）：轴系传动
第三章 机械传动系统的数字仿真分析 ——面向数学模型的仿真分析
由代数方程解出因变量的拉氏变换；
对因变量的拉氏变换作拉氏反变换，即得到 因变量的时域函数。
第一章：概述——关于拉氏变换
例1：自由振动方程 x&& 2n x& n2 x 0, 1
初始条件 x0 a, x&0 b
s2X s sx0 x&0 2n sX s x0 n2X s 0
No X s
逆向+正向+终点判别
第三章 机械传动系统的数字仿真分析 ——面向数学模型的仿真分析
• 基于MATLAB函数的仿真实例：匀速驱动的四连 杆机构
A=B，=A1B
A
r3 sin3
r3
cos3
=[3, 4]T
r4 sin4
r4
cos
4
B
2r22r2sicnos22 22r222rc2ossin2 2323r23r3csoisn334242rr44csoisn44
a1 a2 an
s p1 s p2
s pn
第三章 机械传动系统的数字仿真分析——面 向数学模型的仿真分析
常见函
数的拉
氏变换
（及z 变换）
第三章 机械传动系统的数字仿真分析— —面向数学模型的仿真分析
4. 应用拉氏变换求解线性常微分方程
《机器人传动》课件
安全与可靠性问题
总结词
随着机器人应用领域的不断扩展，其安全与可靠性问 题也日益突出，成为制约其进一步发展的关键因素之 一。
详细描述
在机器人传动系统中，由于高速度、高精度和高可靠性 的要求，对安全与可靠性问题提出了更高的要求。为了 提高安全性和可靠性，需要加强传动系统的动态特性和 热特性研究，优化设计、制造和控制技术。同时，建立 完善的安全标准和规范，加强安全监管和测试评价也是 必不可少的措施。此外，加强技术研发和人才培养，提 高整体技术水平和创新能力也是解决安全与可靠性问题 的关键。
《机器人传动》PPT课件
目录 Contents
• 机器人传动的概述 • 机器人传动的关键技术 • 机器人传动的材料选择 • 机器人传动的维护与保养 • 机器人传动的发展趋势与挑战 • 案例分析：某型机器人传动系统设计
01
机器人传动的概述
机器人传动的定义
机器人传动是指将动力从驱动器传递 到执行器，以实现机器人的各种动作 和运动。
定期更换润滑油
根据需要更换润滑油，以确保润滑效果。
更换磨损件
定期检查易损件
如轴承、链条等，确保其未出现过度磨损。
及时更换磨损件
一旦发现易损件出现过度磨损，应及时更换。
选择合适的配件
确保更换的配件与原设备相匹配，以保证性能和安全性。
05
机器人传动的发展趋势与挑 战
技术创新与突破
总结词
随着科技的不断发展，机器人传动技术也在不断创新和突破，以满足更高的性能要求和 应用需求。
同步带传动技术
同步带传动
01
利用同步带与同步带轮之间的摩擦力传递动力和运动，具有传
动平稳、噪声小式、封闭式等，根据传动方式可分
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移动关节导轨有五种：普通滑动导轨、液 压动压滑动导轨、液压静压滑动导轨、气浮导 轨和滚动导轨。前两种具有结构简单、成本低 的优点，但是它必须留有间隙以便润滑，而机 器人载荷的大小和方向变化很快，间隙的存在 又将会引起坐标位置的变化和有效载荷的变化； 另外，这种导轨的摩擦系数又随着速度的变化 而变化，在低速时，容易产生爬行现象(速度时 快时慢)等缺点。第三种静压导轨结构能产生预 载荷，能完全消除间隙，具有高刚度、低摩擦、 高阻尼等优点，但是它需要单独的液压系统和 回收润滑油的机构。
传动部件设计
，传动部件是构成工业机器人的重要部件。 用户要求机器人速度高、加速度(减速度)特性好、 运动平稳、精度高、承载能力大。这在很大程度上 决定于传动部件设计的合理性和优劣，所以，关节 传动部件的设计是工业机器人设计的关键之一。本 节将介绍工业机器人传动部件的结构和设计特点， 以帮助设计者合理选用。
二、传动件的定位及消隙
(一)传动件的定位
工业机器人的重复定位精度要求较高，设计时应根据 具体要求选择适当的定位方法。目前常用的定位方法 有电气开关定位、机械挡块定位和伺服定位。 l.电气开关定位 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 发信号切断动力源或接通制动器，从而使机械手获得 定位。液压驱动的机械手运行至定位点时，行程开关 发出信号，电控系统使电磁换向阀关闭油路而实现定 位。电动机驱动的机械手需要定位时，行程开关发信 号，电气系统激励电磁制动器进行制动而定位。使用 电气开关定位的机械手，其结构简单、工作可靠、维 修方便，但由于受惯性力、油温波动和电控系统误差 等因素的影响，重复定位精度比较低，一般为土 (3~5)mm。
闭环伺服定位系统具有反馈环节，其抗干 扰能力强，反应速度快，容易实现任意点定位。 图是齿条齿轮反馈式电-液闭环伺服系统方框图。 齿轮齿条将位移量反馈到电位器上，达到给定 脉冲时，马达及电位器触头停止运转，机械手 获得准确定位。
(二)传动件的消隙 传动的间隙，影响了机器人的重复定位
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精度和平稳性。对机器人控制系统来说， 传动间隙导致显著的非线性变化、振动 和不稳定。但是，传动间隙是不可避免 的，其产生的主要原因有：由于制造及 装配误差所产生的间隙；为适应热膨胀 而特意留出的间隙。消除传动间隙的主 要途径有：1）提高制造和装配精度；2） 设计可调整传动间隙的机构；3）设置弹 性补偿零件。
一、移动关节导轨及转动关节轴承: (一)移动关节导轨 l. 移动关节导轨的目的是在运动过程中保证位 置精度和导向，对机器人移动导轨有如下几点 要求： (1)间隙小或能消除间隙； (2)在垂直于运动方向上的刚度高； (3)摩擦系数低并不随速度变化； (4)高阻尼； (5)移动导轨和其辅助元件尺寸小、惯量低。 (6)无低速爬行现象
2.机械挡块定位
机械挡块定位是在行程终点设置机 械挡块，当机械手减速运动到终点时， 紧靠挡块而定位，若定位前缓冲较好， 定位时驱动压力未撤除，在驱动压力下 将运动件压在机械挡块上，或驱动压力 将活塞压靠在缸盖上就能达到较高的定 位精度，最高可达士0.02mm。若定位时 关闭驱动油路、去掉驱动压力，机械手 运动件不能紧靠在机械挡块上，定位精 度就会减低，其减低的程度与定位前的 缓冲效果和机械手的结构刚性等因素有 关。
三、谐波传动 电动机是高转速、低力矩的驱动器,在机器人中 要用减速器变成低转速、高力矩的驱动器。机 器人对减速器的要求下 ： (1)运动精度高，间隙小，以实现较高的重复定 位精度； (2)回转速度稳定，无波动，运动副间摩擦小, 效率高 (3)体积小，重量轻，传动扭矩大。 在工业机器人中，比较合乎要求且常用的减 速器是行星齿轮机构和谐波传动机构。
行星齿轮传动尺寸小，惯量低；一级传动比大， 结构紧凑，载荷分布在若干个行星齿轮上，内齿 轮也具有较高的承载能力。
3.伺服定位系统 电气开关定位与机械挡块定位这两种定位 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。伺服系统可以输 入指令控制位移的变化，从而获得良好的运动 特性。它不仅适用于点位控制，而且也适用于 连续轨迹控制。 开环伺服定位系统没有行程检测及反馈， 是一种直接用脉冲频率变化和脉冲数控制机器 人速度和位移的定位方式。这种定位方式抗干 扰能力差，定位精度较低。如果需要较高的定 位精度(如士0.2mm)，则一定要降低机器人关 节轴的平均速度。
直线导轨
滚珠丝杠
(二)转动关节轴承 球轴承是机器人和机械手结 构中最常用的轴承。它能承受径 向和轴向载荷，摩擦较小，对轴 和轴承座的刚度不敏感。图 (a) 为普通向心球轴承；图 (b)为向 心推力球轴承。这两种轴承的每 个球和滚道之间只有两点接触 (一点与内滚道，另一点与外滚 道)。为了预载，此种轴承必须 成对使用。图(c)为“四点接触” 球轴承。该轴承的滚道是尖拱式 半圆，球与每个滚道两点接触， 该轴承通过两内滚道之间适当的 过盈量实现预紧。因此，此种轴 承的优点是无间隙，能承受双向 轴向载荷，尺寸小，承载能力和 刚度比同样大小的一般球轴承高 1.5倍，缺点，是价格较高。
最近，有人在静压润滑系统中采用了高粘 度的润滑剂(如油脂)，并已用到机器人的机械 系统中。第四种气浮导轨是不需回收润滑油的， 但是它的刚度和阻尼较低，并且对制造精度和 环境的空气条件(过滤和干燥)要求较高，不过 由于其摩擦系数低(大约为0.0001)，估计将来 是会采用的（三坐标测量机）。而目前，第五 种滚动导轨在工业机器人中应用最为广泛，因 为它具有很多优点：①摩擦小，特别是不随速 度变化，②尺寸小，③刚度高，承载能力大； ④精度和精度保持性高,⑤润滑简单；⑥容易制 造成标准件，⑦滚动导轨易加预载，消除间隙、 增加刚度。 但是，滚动导轨用在机器人机械系统中也存在 着缺点：①阻尼低，②对脏物比较敏感。