工业机器人机械系统设计 ppt课件
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《工业机器人系统》课件
介绍用于工业机器人编程的集成开发 环境（IDE），如ROS、Keithley等， 以及如何安装和使用。
工具链
介绍工业机器人编程所需的工具链， 如建模软件、仿真软件等，以及它们 在编程中的作用。
控制策略与算法
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控制策略
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介绍工业机器人常用的控制策略，如PID控制、模糊控制 等，以及它们的原理和应用场景。
分类
根据应用领域和功能，工业机器人可 以分为搬运机器人、装配机器人、焊 接机器人、喷涂机器人等类型。
工业ห้องสมุดไป่ตู้器人的应用领域
汽车制造业
工业机器人在汽车制造业中广 泛应用于焊接、装配、喷涂等 环节，提高了生产效率和产品
质量。
电子制造
电子制造领域中，工业机器人 能够完成高精度、高速度的贴 片、检测、组装等任务，提高 了生产效率。
03
人机界面提高了机器人的易用性和可维护性，降低了对操作人员的技 能要求。
04
人机界面的未来发展方向是更好的用户体验、更高的交互性和更强的 智能化功能。
03
工业机器人编程与控 制
编程语言与工具
编程语言选择 介绍工业机器人常用的编程语言，如 Python、C等，以及它们的特点和适
用场景。
集成开发环境（IDE）
04
工业机器人应用案例
装配线上的机器人
总结词
装配线上的机器人主要用于自动 化装配作业，提高生产效率。
详细描述
装配线上的机器人能够快速、准 确地完成零件的抓取、搬运和组 装，减少了人工操作，提高了生 产效率，降低了生产成本。
搬运机器人
总结词
搬运机器人主要用于物料搬运，减轻工人劳动强度，提高搬 运效率。
工业机器人的组成PPT课件
2019/9/22
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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。
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用途
机器人的精确控制
检测的信息
位置、角度、速度、加速度、姿 态、方向等
内部传感器
所用传感器
微动开关、光电开关、差动变压 器、编码器、电位计、旋转变压 器、测速发电机、加速度计、陀 螺、倾角传感器、力（或力矩） 传感器
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用途
了解在工件、环境或机器人在环境中的状态、 对工件的灵活、有效的操作
• 伺服控制器控制各个关节的驱动器。
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四、传感部分 1. 感受系统
• 感受系统包括内部检测系统与外部检测系统两部分。
• 内部检测系统的作用就是通过各种检测器，检测执行机构的运动境况，根 据需要反馈给控制系统，与设定值进行比较后对执行机构进行调整以保证 其动作符合设计要求。
• 外部检测系统检测机器人所处环境、外部 物体状态或机器人与外部物体的关系。
工业机器人的组成
Hale Waihona Puke 主要内容• 系统组成 • 机械部分 • 控制部分 • 传感部分
2019/9/22
2
一、系统组成
• 工业机器人由国际标准化组织正式定义为“自动控制的可重复编程的多功 能机械手”。
• 根据系统结构特点，工业机器人由三大部分6个子系统组成。
工业机器人--工业机器人结构设计 ppt课件
1/3~1/2左右。
（4）运动精度高，回差小。
（5）传动效率高，一般单级传动效率为70%-90%。
（6）可向密闭空间传递运动和动力，这一点是其它任
何机械传动无法实现
PPT课件
16
行星减速器的主要特点如下： （1）体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高。
由于行星齿轮传动是一种共轴线式传动形式，即具有同轴线传动 的特点。在结构上采用了对称分流传动结构，即用几个完全相同 的行星轮均匀分布在中心轮圆周来共同分担载荷，并且合理地应 用了内啮合，充分地利用了空间的容积，从而缩小了径、轴向尺 寸，使结构紧凑，而承载能力又高。因而行星齿轮传动在相同功 率和传动比的条件下，可使其外部尺寸和重量只为普通齿轮传动 的1/2-1/6。
臂部设计的基本要求 手臂的常用结构 臂部运动驱动力计算
4、手腕设计
概述 手腕分类 手腕设计举例
5、手部设计
概述 手部分类 手爪设计和选用的要求 普通手爪设计 6、机身及行走机构设计 机身设计 行走机构设计
PPT课件
3
一 工业机器人总体设计
工业机器人 机械系统设计
PPT课件
1
主 要 内 容
1、工业机器人总体设计
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、传动部件设计
移动关节导轨及转动关节轴承
传动件的定位及消隙
谐波传动
丝杠螺母副及其滚珠丝杠传动
其它传PP动T课件
2
主要内容
3、臂部设计
6
一 工业机器人总体设计
材料的选择
材料选择的基本要求
强度高
工业机器人结构设计ppt课件
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
N
N
P
N=P/2 注：①两手指平移 ②增力比（N/P）小
齿轮齿条式手部结构
No.32
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
α
γB A β
P
C
EN
N
N=PLcos(α+β+γ)/(2lsinαcosβ)
2、开式连杆系中的每根连杆都 具有独立的驱动器，属于主动连 杆系，连杆的运动各自独立，不 同连杆的运动之间没有依从关系， 运动灵活。
No.5
2.1 机器人本体的基本结构
二、机器人本体基本结构特点：
3、连杆驱动扭矩的顺态过程在 时域中的变化非常复杂，且和执 行器反馈信号有关。连杆的驱动 属于伺服控制型，因而对机械传 动系统的刚度、间隙和运动精度 都有较高的要求。
应根据被抓取工件的要求确定吸盘的形 状。由于气吸式手部多吸附薄片状的工 件，故可用耐油橡胶压制不同尺寸的盘 状吸头。
No.41
2.2.2 吸附式手部的设计
三、气吸式手部的吸力计算
吸盘吸力的大小主要取决于真空度(或 负压的大小)与吸附面积的大小。
真空吸盘吸力F计算公式：
F nD2 ( H )
4K1K2K3 76
注：①AB＝DE，DB＝AE，L＝BC杆长，l＝AB杆长； ②两手指保持平行；③当α角较小时，可获得较大的力比。
平行连杆杠杆式手部结构
No.33
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
P
φ
α
c
bN
N
N=Pcsin(α+φ)/2bsinαsinφ
工业机器人机械系统设计课件
积小。 • (2)具有很高的可达性。 • (3)因为没有移动关节，所以不需要导轨。 • (4)所需关节驱动力矩小，能量消耗较少。
2016/10/31
-13-
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工业机器人技术基础
• 关节坐标式机器人的缺点：
• (1)肘关节和肩关节轴线 是平行的，当大小臂舒展 成直线时虽能抵达很远的 工作点，但是机器人结构 刚度比较低。
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-18-
181188
工业机器人技术基础
2．远距离连接传动
• 远距离连接传动机器人 的主要缺点：
• (1)远距离传动产生额 外的间隙和柔性，影响 机器人的精度。
• (2)增加能量消耗。 • （3）结构庞大，传动
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-3-
3 33
工业机器人技术基础
1.直角坐标式机器人
• 一般直角坐标式机器人的手臂能垂 直上下移动(Z方向运动)，并可沿滑架 和横梁上的导轨进行水平面内二维移 动(x和y方向运动)。
• 直角坐标式机器人主要用于生产设 备的上下料，也可用于高精度的装配 和检测作业。
• 直角坐标式机器人主体结构具有三 个自由度，而手腕自由度的多少可视 用途而定。
直角坐标机器人演示
直角坐标机器人应用
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4 44
工业机器人技术基础
• 直角坐标式机器人的优点是：
• (1)结构简单。
• (2)容易编程。
• (3)采用直线滚动导轨后，速度 高，定位精度高。
• (4)在x，y和z三个坐标轴方向上 的运动没有耦合作用，对控制系 统设计相对容易些。
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工业机器人技术基础
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工业机器人技术基础
• 关节坐标式机器人的缺点：
• (1)肘关节和肩关节轴线 是平行的，当大小臂舒展 成直线时虽能抵达很远的 工作点，但是机器人结构 刚度比较低。
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工业机器人技术基础
2．远距离连接传动
• 远距离连接传动机器人 的主要缺点：
• (1)远距离传动产生额 外的间隙和柔性，影响 机器人的精度。
• (2)增加能量消耗。 • （3）结构庞大，传动
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工业机器人技术基础
1.直角坐标式机器人
• 一般直角坐标式机器人的手臂能垂 直上下移动(Z方向运动)，并可沿滑架 和横梁上的导轨进行水平面内二维移 动(x和y方向运动)。
• 直角坐标式机器人主要用于生产设 备的上下料，也可用于高精度的装配 和检测作业。
• 直角坐标式机器人主体结构具有三 个自由度，而手腕自由度的多少可视 用途而定。
直角坐标机器人演示
直角坐标机器人应用
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工业机器人技术基础
• 直角坐标式机器人的优点是：
• (1)结构简单。
• (2)容易编程。
• (3)采用直线滚动导轨后，速度 高，定位精度高。
• (4)在x，y和z三个坐标轴方向上 的运动没有耦合作用，对控制系 统设计相对容易些。
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工业机器人技术基础
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
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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
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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
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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
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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。
工业机器人技术-工业机器人机械结构ppt课件
上臂
☞ 见P61、图3.3-10
电机
减速器 上臂
下臂
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构1
☞ S轴采用同步皮带传动、手腕电机后置（后驱）
目的：
✓ 减小S轴电机； ✓ 平衡上臂重力； ✓ 提高结构稳定性。
☞ 见P43、图3.1-11, P45、图3.1-13
B/T电机位置 上臂回转
B/T电机位置
腕部回转
前驱
后驱
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
前驱特点 ✓ 结构简单、外形紧凑； ✓ 传动链短、传动精度高； ✓ 电机规格受限，承载能力低，适合小型机器人； ✓ 电机安装空间小、散热差，维修困难； ✓ 上臂前端重量大、重心远，结构稳定性差。
减速器
手腕电机
S轴电机 同步皮带
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构2
☞ S轴采用同步皮带传动、上臂连杆驱动
目的：
✓ 减小S、U轴电机； ✓ 降低机器人重心； ✓ 提高结构稳定性。
❖ 典型结构剖析1（前驱）
R轴
☞ 见P64、图3.3-14
连接轴
减速器
电机
上臂回转段 上臂固定段
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
☞ 见P61、图3.3-10
电机
减速器 上臂
下臂
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构1
☞ S轴采用同步皮带传动、手腕电机后置（后驱）
目的：
✓ 减小S轴电机； ✓ 平衡上臂重力； ✓ 提高结构稳定性。
☞ 见P43、图3.1-11, P45、图3.1-13
B/T电机位置 上臂回转
B/T电机位置
腕部回转
前驱
后驱
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
前驱特点 ✓ 结构简单、外形紧凑； ✓ 传动链短、传动精度高； ✓ 电机规格受限，承载能力低，适合小型机器人； ✓ 电机安装空间小、散热差，维修困难； ✓ 上臂前端重量大、重心远，结构稳定性差。
减速器
手腕电机
S轴电机 同步皮带
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构2
☞ S轴采用同步皮带传动、上臂连杆驱动
目的：
✓ 减小S、U轴电机； ✓ 降低机器人重心； ✓ 提高结构稳定性。
❖ 典型结构剖析1（前驱）
R轴
☞ 见P64、图3.3-14
连接轴
减速器
电机
上臂回转段 上臂固定段
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
《工业机器人》课件
04
工业机器人在生产中的应用案例
汽车制造行业的应用案例
自动化生产线
工业机器人在汽车制造中广泛应用于装配、焊接、喷涂等环节， 提高了生产效率，降低了人工成本。
零部件加工
工业机器人对汽车零部件进行高效、精准的加工，确保产品质量和 一致性。
物流配送
工业机器人负责汽车生产线上各类物料的搬运和配送，实现快速、 准确的物料管理。
电子制造行业的应用案例中的贴片环节，能够快速、准确地完成
贴装任务，提高生产效率。
检测与包装
02
工业机器人对电子产品进行质量检测和包装，确保产品符合质
量标准，提升产品形象。
物料搬运
03
工业机器人用于电子生产线上的物料搬运，实现高效、准确的
物料流动。
物流行业的应用案例
3
机器视觉技术
机器视觉技术将进一步应用于工业机器人，使其 能够更高效地识别和检测产品，提高生产效率。
工业机器人对人类社会的影响与挑战
就业影响
随着工业机器人的普及，一些重复性、高强度的工作将逐渐被机 器人替代，对传统岗位产生冲击。
安全问题
工业机器人的操作涉及到安全问题，需要采取有效的安全措施，确 保人员和设备的安全。
目前，工业机器人已经广泛应用 于各个领域，未来随着人工智能 和物联网技术的不断发展，工业 机器人将更加智能化、自主化和
协同化。
02
工业机器人的技术原理
工业机器人的机械结构
01
02
03
机械臂
工业机器人的主要执行机 构，具有多关节、可伸缩 的特点，能够实现复杂空 间运动。
末端执行器
安装在机械臂末端的夹具 、手爪等装置，用于抓取 、操作物体。
工业机器人的操作流程
工业机器人 第二章PPT课件
2.2 驱动机构
常用的旋转驱动机构包括： 齿轮链
由两个或两个以上的齿 轮组成的传动机构，可以传 递运动角位移和角速度，也 可以传递力和力矩。
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：
齿轮链
不计能量损失的情况下，根据能量守恒
可以得到：
Tii Too
由于啮合齿轮转过的圆周距相等，得到：
第二章 工业机器人机械 系统设计
工业机器人机械系统设计
工业机器人的机械系统包括哪几个部分？
由第一章内容可知，工业机器人的机械系统包括机身、臂 部、手腕、末端操作器和行走机构等部分。
工业机器人机械系统设计
本章主要内容
工业机器人的总体设计 驱动机构 机身和臂部设计 腕部设计 手部设计 行走机构设计
工业机器人机械系统设计
2.1 工业机器人总体设计
机器人总体设计一般包括两个部分：系统分析与技术设计。 技术设计 基本参数的确定
工作范围：根据工艺要求和操作动作的轨迹来确定。 运动速度：根据生产需要的工作节拍分配每个动作的时间，进
而确定个动作机器人的运动速度。 承载能力：根据被抓取、搬运物体的质量来确定。 定位精度：根据使用要求确定。
2.2 驱动机构
常用的旋转驱动机构包括： 同步皮带
同步皮带传动的优点在于：传动时无滑动，传动比精确，传 动平稳；速比范围大；初始拉力小，轴及轴承不易过载。
同步皮带传动的限制在于：对传动机构的制造及安装要求严 格，对皮带的材料要求较高，故成本较高。
同步皮带传动是低惯性传动，适合于电动机和高减速比减速 器之间的传动。
23机身和臂部设计臂部设计工业机器人的臂部由大臂小臂或多臂所组成一般具有23个自由度完成伸缩回转俯仰或升降劢作是工业机器人的主要执行部件用于支撑手部和腕部并改变手部的空间位臂部运劢部分零件重量直接影响臂部结极的刚度和强度同时由于其承受运劢过程中的劢静轲荷和惯性力轳大还影响着机器人定位的准确性
常用的旋转驱动机构包括： 齿轮链
由两个或两个以上的齿 轮组成的传动机构，可以传 递运动角位移和角速度，也 可以传递力和力矩。
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：
齿轮链
不计能量损失的情况下，根据能量守恒
可以得到：
Tii Too
由于啮合齿轮转过的圆周距相等，得到：
第二章 工业机器人机械 系统设计
工业机器人机械系统设计
工业机器人的机械系统包括哪几个部分？
由第一章内容可知，工业机器人的机械系统包括机身、臂 部、手腕、末端操作器和行走机构等部分。
工业机器人机械系统设计
本章主要内容
工业机器人的总体设计 驱动机构 机身和臂部设计 腕部设计 手部设计 行走机构设计
工业机器人机械系统设计
2.1 工业机器人总体设计
机器人总体设计一般包括两个部分：系统分析与技术设计。 技术设计 基本参数的确定
工作范围：根据工艺要求和操作动作的轨迹来确定。 运动速度：根据生产需要的工作节拍分配每个动作的时间，进
而确定个动作机器人的运动速度。 承载能力：根据被抓取、搬运物体的质量来确定。 定位精度：根据使用要求确定。
2.2 驱动机构
常用的旋转驱动机构包括： 同步皮带
同步皮带传动的优点在于：传动时无滑动，传动比精确，传 动平稳；速比范围大；初始拉力小，轴及轴承不易过载。
同步皮带传动的限制在于：对传动机构的制造及安装要求严 格，对皮带的材料要求较高，故成本较高。
同步皮带传动是低惯性传动，适合于电动机和高减速比减速 器之间的传动。
23机身和臂部设计臂部设计工业机器人的臂部由大臂小臂或多臂所组成一般具有23个自由度完成伸缩回转俯仰或升降劢作是工业机器人的主要执行部件用于支撑手部和腕部并改变手部的空间位臂部运劢部分零件重量直接影响臂部结极的刚度和强度同时由于其承受运劢过程中的劢静轲荷和惯性力轳大还影响着机器人定位的准确性
工业机器人现场编程机器人的机械系统ppt课件
窗口 3. 机器人使能 4. 确定当前处于轴坐标系下 5. 控制A1轴正向运动 6. 控制A1轴负向运动 7. 按步骤5、步骤6依次控制A2、
A3、A4、A5和A6进行单轴控
制 8. 系统关机
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6
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足部 3. 运动链的开放端：法兰
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3
1. 底座 2. 转盘 3. 平衡配重 4. 大臂 5. 小臂 6. 手动
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4
4轴 5轴 6轴
1轴、2轴与3轴是主轴 4轴、5轴与6轴是腕部轴
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3轴 1轴 2轴
5
1. 系统开机 2. 打开示教器的机器位置显示
机器人的机械系统
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1
学习目标和建议
• 学习目标 ① 掌握库卡机器人机械系统组成 ② 掌握库卡机器人各个轴的对应名称 ③ 掌握库卡机器人机械零部件的组成 • 学习建议 ① 练习库卡机器人的手动操作
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2
机械系统由哪几部分组成？
机械手是机器人机械系统 主体。它由众多活动的、 相互连接在一起的关节 （轴）组成。它也被称之 为运动链。
A3、A4、A5和A6进行单轴控
制 8. 系统关机
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足部 3. 运动链的开放端：法兰
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4轴 5轴 6轴
1轴、2轴与3轴是主轴 4轴、5轴与6轴是腕部轴
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3轴 1轴 2轴
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1. 系统开机 2. 打开示教器的机器位置显示
机器人的机械系统
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学习目标和建议
• 学习目标 ① 掌握库卡机器人机械系统组成 ② 掌握库卡机器人各个轴的对应名称 ③ 掌握库卡机器人机械零部件的组成 • 学习建议 ① 练习库卡机器人的手动操作
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机械系统由哪几部分组成？
机械手是机器人机械系统 主体。它由众多活动的、 相互连接在一起的关节 （轴）组成。它也被称之 为运动链。
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• (1)导轨面的防护比较困难。
• (2)导轨的支承结构增加了机器人的重量， 并减少了有效工作范围。
• (3)为了减少摩擦需要用很长的直线滚动导 轨，价格高。
• (4)结构尺寸与有效工作范围相比显得庞大。
• (5)移动部件的惯量比较大，增加了驱动装 置的尺寸和能量消耗。
ppt课件
6
• 起重机台架式直角坐标机器人的应用越来 越多，在直角坐标机器人中的比重正在增加。
ppt课件
20
3．间接驱动机器人
• 间接驱动机器人是驱动电机和关节之间 有一个速比远大于1的机械传动装置。
• 使用机械传动装置的理由是：
• (1)工业机器人关节转轴的速度不高，而关节 驱动力矩要求比较大。一般电机满足不了这个 要求，所以需要采用速比较大、传动效率较高 的机械传动装置作为电机和关节之间传递力矩 和速度的中间环节。
ppt课件
11
4．关节坐标式机器人
• 关节坐标式机器人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，手腕的三个自由度 上的转动关节(俯仰，偏转和翻转)用来最后确定末端 操作器的姿态。
ppt课件
12
• 关节坐标式机器人的优点： • （1）结构紧凑，工作范围大而安装占地面
积小。
• (2)具有很高的可达性。 • (3)因为没有移动关节，所以不需要导轨。 • (4)所需关节驱动力矩小，能量消耗较少。
• (3)在垂直方向和径向有两个 往复运动，可采用伸缩套筒式 结构。当机器人开始腰转时可 把手臂缩进去，在很大程度上 减少了转动惯量，改善动力学 载荷。
ppt课件
9
圆柱坐标式机器人的缺点： 主要是由于机身结构的缘故， 手臂不能抵达底部，减少了 机器人的工作范围。
ppt课件
10
3．球面坐标式机器人
• (2)增加能量消耗。 • （3）结构庞大，传动
装置占据了机器人其它 子系统所需要的空间。
ppt课件
19
• 图所示SCARA机器人采用 了一种折哀的方案：
• 因为手腕离机器人基础件 最远，把手腕电机从手腕处 移到基础件附近安装，中间 采用同步带传动；
• 因基础件附近空间已经比 较狭窄，并且臂1的刚性也 比较好，肘关节电机就直接 装在肘关节上。
ppt课件
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2．远距离连接传动
• 远距离连接传动机器人 的主要优点：
• (1)克服了直接连接 传动的缺点。
• (2)可以把电机作为 一个平衡质量，获得平 衡性良好的机器人主体 结构。
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2．远距离连接传动
• 远距离连接传动机器人 的主要缺点：
• (1)远距离传动产生额 外的间隙和柔性，影响 机器人的精度。
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(a)直接连接传动，间接驱动 (b)直接连接传动，直接驱动 (c)远距离连接传动，间接驱动 (d)远距离连接传动，直接驱动
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1．直接连接传动的特点
• 优点：驱动电机直接装在关节上、结构紧凑。 • 缺点：电机比较重，腰转时大臂关节电机和
小臂关节电机随之运动；大臂转动时小臂关节 电机也随之运动。不仅增加了能量消耗，而且 增大了转动惯量．从动力学观点来看对系统相 有损害。 • 克服的办法：把肘关节电机、肩关节电机都 放到机器人的基础部件上，通过远距离的机械 传动把电机动力传给肘和肩关节。
• 球面坐标式机器人具有较大的 工作范围，设计和控制系统比较 复杂。
• 在这类机器人中最出名的一种 产品是美国unimation公司的 Unimation 机器人，它的结构简 图如图所示。
• 机器人主体结构有三个自由度， 绕垂直轴线(柱身)转动、水平轴线 (关节6) 的转动、手臂伸缩的移动 关节2，其最大行程决定了球面最 大半径，机器人实际工作范围的 形状是个不完全的球缺。
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• 关节坐标式机器人的缺 点：
• (1)肘关节和肩关节轴线 是平行的，当大小臂舒 展成直线时虽能抵达很 远的工作点，但是机器 人结构刚度比较低。
• (2)机器人手部在工作范 围边界上工作时有运动 学上的退化行为。
ppt课件Biblioteka 14二、传送方式的选择
• 传动方式选择是指选择驱动源及传动装置与关节部件 的连接形式和驱动方式。
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1.直角坐标式机器人
• 一般直角坐标式机器人的手臂能垂 直上下移动(Z方向运动)，并可沿滑架 和横梁上的导轨进行水平面内二维移 动(x和y方向运动)。
• 直角坐标式机器人主要用于生产设 备的上下料，也可用于高精度的装配 和检测作业。
• 直角坐标式机器人主体结构具有三 个自由度，而手腕自由度的多少可视 用途而定。
• 基本的连接形式和驱动方式有如下几种：
• （1）直接连接传动。驱动源或带有机械传动装置直 接与关节相连。
• （2）远距离连接传动。驱动源通过远距离机械传动 后与关节相连。
• （3）间接驱动。驱动源经一个速比远大于1的机械传 动装置与关节相连。
• （4）直接驱动。驱动源不经过中间环节或经过一个 速比等于1的机械传动这样的中间环节与关节相连。
• (2)用于直接驱动的高转矩低速电机虽然已经 开发出来，但是电机价格高，并且转矩／体积 比和转矩／重量比还比较小。
直角坐标机器人演示
直角坐标机器人应用
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• 直角坐标式机器人的优点是：
• (1)结构简单。
• (2)容易编程。
• (3)采用直线滚动导轨后，速度 高，定位精度高。
• (4)在x，y和z三个坐标轴方向 上的运动没有耦合作用，对控制 系统设计相对容易些。
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• 直角坐标式机器人主要缺点是：
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2．圆柱坐标式机器人
• 圆柱坐标式机器人主体结 构具有三个自由度：腰转， 升降，手臂伸缩。
• 手腕通常采用两（三）个 自由度，绕手臂纵向轴线 转动和与其垂直的水平轴 线转动。
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• 圆柱坐标式机器人的优点：
• （1）除了简单的“抓一放” 作业外还可以用在许多其它生 产领域。
• (2)结构紧凑。
第五章 工业机器人机械系统设计
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1
主要内容
• 5.1工业机器人总体设计 • 5.2传动部件设计 • 5.3臂部设计 • 5.4手腕设计 • 5.5手部设计 • 5.6机身及行走机构设计
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5.1工业机器人总体设计
• 一、主体结构设计 • 工业机器人坐标形式有： • 直角坐标式 • 圆柱坐标式 • 球面坐标式(极坐标式) • 关节坐标式。
• (2)导轨的支承结构增加了机器人的重量， 并减少了有效工作范围。
• (3)为了减少摩擦需要用很长的直线滚动导 轨，价格高。
• (4)结构尺寸与有效工作范围相比显得庞大。
• (5)移动部件的惯量比较大，增加了驱动装 置的尺寸和能量消耗。
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• 起重机台架式直角坐标机器人的应用越来 越多，在直角坐标机器人中的比重正在增加。
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3．间接驱动机器人
• 间接驱动机器人是驱动电机和关节之间 有一个速比远大于1的机械传动装置。
• 使用机械传动装置的理由是：
• (1)工业机器人关节转轴的速度不高，而关节 驱动力矩要求比较大。一般电机满足不了这个 要求，所以需要采用速比较大、传动效率较高 的机械传动装置作为电机和关节之间传递力矩 和速度的中间环节。
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4．关节坐标式机器人
• 关节坐标式机器人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，手腕的三个自由度 上的转动关节(俯仰，偏转和翻转)用来最后确定末端 操作器的姿态。
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• 关节坐标式机器人的优点： • （1）结构紧凑，工作范围大而安装占地面
积小。
• (2)具有很高的可达性。 • (3)因为没有移动关节，所以不需要导轨。 • (4)所需关节驱动力矩小，能量消耗较少。
• (3)在垂直方向和径向有两个 往复运动，可采用伸缩套筒式 结构。当机器人开始腰转时可 把手臂缩进去，在很大程度上 减少了转动惯量，改善动力学 载荷。
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圆柱坐标式机器人的缺点： 主要是由于机身结构的缘故， 手臂不能抵达底部，减少了 机器人的工作范围。
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3．球面坐标式机器人
• (2)增加能量消耗。 • （3）结构庞大，传动
装置占据了机器人其它 子系统所需要的空间。
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• 图所示SCARA机器人采用 了一种折哀的方案：
• 因为手腕离机器人基础件 最远，把手腕电机从手腕处 移到基础件附近安装，中间 采用同步带传动；
• 因基础件附近空间已经比 较狭窄，并且臂1的刚性也 比较好，肘关节电机就直接 装在肘关节上。
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2．远距离连接传动
• 远距离连接传动机器人 的主要优点：
• (1)克服了直接连接 传动的缺点。
• (2)可以把电机作为 一个平衡质量，获得平 衡性良好的机器人主体 结构。
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2．远距离连接传动
• 远距离连接传动机器人 的主要缺点：
• (1)远距离传动产生额 外的间隙和柔性，影响 机器人的精度。
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(a)直接连接传动，间接驱动 (b)直接连接传动，直接驱动 (c)远距离连接传动，间接驱动 (d)远距离连接传动，直接驱动
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1．直接连接传动的特点
• 优点：驱动电机直接装在关节上、结构紧凑。 • 缺点：电机比较重，腰转时大臂关节电机和
小臂关节电机随之运动；大臂转动时小臂关节 电机也随之运动。不仅增加了能量消耗，而且 增大了转动惯量．从动力学观点来看对系统相 有损害。 • 克服的办法：把肘关节电机、肩关节电机都 放到机器人的基础部件上，通过远距离的机械 传动把电机动力传给肘和肩关节。
• 球面坐标式机器人具有较大的 工作范围，设计和控制系统比较 复杂。
• 在这类机器人中最出名的一种 产品是美国unimation公司的 Unimation 机器人，它的结构简 图如图所示。
• 机器人主体结构有三个自由度， 绕垂直轴线(柱身)转动、水平轴线 (关节6) 的转动、手臂伸缩的移动 关节2，其最大行程决定了球面最 大半径，机器人实际工作范围的 形状是个不完全的球缺。
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• 关节坐标式机器人的缺 点：
• (1)肘关节和肩关节轴线 是平行的，当大小臂舒 展成直线时虽能抵达很 远的工作点，但是机器 人结构刚度比较低。
• (2)机器人手部在工作范 围边界上工作时有运动 学上的退化行为。
ppt课件Biblioteka 14二、传送方式的选择
• 传动方式选择是指选择驱动源及传动装置与关节部件 的连接形式和驱动方式。
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1.直角坐标式机器人
• 一般直角坐标式机器人的手臂能垂 直上下移动(Z方向运动)，并可沿滑架 和横梁上的导轨进行水平面内二维移 动(x和y方向运动)。
• 直角坐标式机器人主要用于生产设 备的上下料，也可用于高精度的装配 和检测作业。
• 直角坐标式机器人主体结构具有三 个自由度，而手腕自由度的多少可视 用途而定。
• 基本的连接形式和驱动方式有如下几种：
• （1）直接连接传动。驱动源或带有机械传动装置直 接与关节相连。
• （2）远距离连接传动。驱动源通过远距离机械传动 后与关节相连。
• （3）间接驱动。驱动源经一个速比远大于1的机械传 动装置与关节相连。
• （4）直接驱动。驱动源不经过中间环节或经过一个 速比等于1的机械传动这样的中间环节与关节相连。
• (2)用于直接驱动的高转矩低速电机虽然已经 开发出来，但是电机价格高，并且转矩／体积 比和转矩／重量比还比较小。
直角坐标机器人演示
直角坐标机器人应用
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• 直角坐标式机器人的优点是：
• (1)结构简单。
• (2)容易编程。
• (3)采用直线滚动导轨后，速度 高，定位精度高。
• (4)在x，y和z三个坐标轴方向 上的运动没有耦合作用，对控制 系统设计相对容易些。
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• 直角坐标式机器人主要缺点是：
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2．圆柱坐标式机器人
• 圆柱坐标式机器人主体结 构具有三个自由度：腰转， 升降，手臂伸缩。
• 手腕通常采用两（三）个 自由度，绕手臂纵向轴线 转动和与其垂直的水平轴 线转动。
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• 圆柱坐标式机器人的优点：
• （1）除了简单的“抓一放” 作业外还可以用在许多其它生 产领域。
• (2)结构紧凑。
第五章 工业机器人机械系统设计
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主要内容
• 5.1工业机器人总体设计 • 5.2传动部件设计 • 5.3臂部设计 • 5.4手腕设计 • 5.5手部设计 • 5.6机身及行走机构设计
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5.1工业机器人总体设计
• 一、主体结构设计 • 工业机器人坐标形式有： • 直角坐标式 • 圆柱坐标式 • 球面坐标式(极坐标式) • 关节坐标式。