工业机器人设计-机械臂机械手学习资料-注塑机机械手程序教材
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工业机器人设计-机械臂机械手学习资料-机械臂机构与控制教材
滚珠丝杆 齿轮 传动带
34
+ 刚度与变形
–轴 – 齿轮 – 连杆
+ 驱动器
– 液压缸 – 气缸 – 电动机
步进电机 无刷直流电动机 永磁同步电动机
35
+ 位置检测
– 旋转光学编码器
增量编码器 绝对编码器
– 感应同步器 – 速度计
+ 力检测
– 直接测量
力传感器（应变计、压电陶瓷）
– 模型计算耗时 – 模型参数不精确或参数信息缺失 – 外部干扰
48
+ 基于模型的控制部分在伺服回路之外的控 制方式
49
+ 动力学模型以形位空间的形式描述，双速 率计算力矩方法
– 动力学参数只是机械臂位置的函数，可以相对 低于闭环伺服速率的速度更新动力学参数
50
+ 存在外部干扰的基于模型的控制系统
23
+ 惯性张量
惯量矩 惯量积
24
+ 牛顿方程
– 作用在质心上的力F 引起刚体的加速度
+ 欧拉方程
– 作用在刚体上的力矩N 引起刚体的转动
25
+ 牛顿-欧拉迭代动力学方程
– 已知连杆（关节）的位置、速度和加速度，结 合机械臂运动学和质量分布，计算出驱动关节 运动所需的力矩。
– 计算速度和加速度的向外迭代法
+ 无碰撞路径规划
31
+ 基于任务需求的设计
– 自由度的数目 – 工作空间 – 负载能力 – 速度 – 重复精度和定位精度
32
+ 运动学构形
– 笛卡尔机械臂 – 关节型机械臂 – SCARA机械臂
33
+ 驱动方式
34
+ 刚度与变形
–轴 – 齿轮 – 连杆
+ 驱动器
– 液压缸 – 气缸 – 电动机
步进电机 无刷直流电动机 永磁同步电动机
35
+ 位置检测
– 旋转光学编码器
增量编码器 绝对编码器
– 感应同步器 – 速度计
+ 力检测
– 直接测量
力传感器（应变计、压电陶瓷）
– 模型计算耗时 – 模型参数不精确或参数信息缺失 – 外部干扰
48
+ 基于模型的控制部分在伺服回路之外的控 制方式
49
+ 动力学模型以形位空间的形式描述，双速 率计算力矩方法
– 动力学参数只是机械臂位置的函数，可以相对 低于闭环伺服速率的速度更新动力学参数
50
+ 存在外部干扰的基于模型的控制系统
23
+ 惯性张量
惯量矩 惯量积
24
+ 牛顿方程
– 作用在质心上的力F 引起刚体的加速度
+ 欧拉方程
– 作用在刚体上的力矩N 引起刚体的转动
25
+ 牛顿-欧拉迭代动力学方程
– 已知连杆（关节）的位置、速度和加速度，结 合机械臂运动学和质量分布，计算出驱动关节 运动所需的力矩。
– 计算速度和加速度的向外迭代法
+ 无碰撞路径规划
31
+ 基于任务需求的设计
– 自由度的数目 – 工作空间 – 负载能力 – 速度 – 重复精度和定位精度
32
+ 运动学构形
– 笛卡尔机械臂 – 关节型机械臂 – SCARA机械臂
33
+ 驱动方式
工业机器人毕业设计说明书
阳泉学院----毕业设计说明书摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运、取件以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台三自由度的工业机器人，用于给注塑机取出成品。
关键词：机器人；气缸；注塑机；结构设计目录摘要 (1)1 前言 (4)1.1机器人概述 (4)1.2机器人的历史、现状 (5)1.3机器人发展趋势 (6)2 机械手设计方案 (8)2.1机械手基本形式的选择 (8)2.2驱动装置的选择 (10)3 引拔设计 (12)3.1设计参数 (12)3.2方案设计 (12)3.3引拔机构结构设计 (12)3.3.1 引拔气缸参数计算 (12)3.3.2 附加导向杆机构设计 (14)4 机械臂的设计 (15)4.1设计参数 (15)4.2方案设计 (15)4.3机械臂气缸的选用 (15)4.3.1 预选气缸的缸径[3] (15)4.3.2 预选气缸行程 (16)4.3.3 验算缓冲能力 (16)4.3.4 活塞杆长度的验算 (16)4.3.5 计算气缸的空气消费量 (16)4.3.6 选择活塞杆端部接头 (16)4.3.7 选择气缸的品种和安装形式 (16)5 横行的设计 (18)5.1设计参数 (18)5.2方案设计 (18)5.3横进气缸的选用 (19)5.4导轨设计 (20)6 机械手结构设计 (21)6.1夹持器设计的基本要求 (21)6.2夹紧装置设计. (21)6.2.1 夹紧力计算 (21)6.2.2 驱动力计算 (22)6.2.3 气缸驱动力计算 (22)6.2.4 选用夹持器气缸[2] (23)6.2.5 手爪的夹持误差及分析[4] (23)6.2.6 楔块等尺寸的确定 (26)6.2.7 材料及连接件选择 (29)7 气动顺序动作的确定 (31)8 安装 (32)9 维护 (33)8.1机械手循环周期 (33)8.2导轨和轴承 (33)8.3驱动系统 (33)8.4气动系统 (34)8.5真空抓手回路 (34)8.6注意配线磨损 (35)8.7检查润滑 (35)8.8检查成型设备 (36)10 结论 (37)参考文献 (38)致谢 (39)1 前言1.1 机器人概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
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
注塑机机械手程序教材-精选文档
（5）（1）
（4） （3） （2）
cnc38
副臂的主要位置
副待机位：开始取件前副臂所处位置 （10） （6） ，是机械手副臂工艺程序开始也是工 艺程序结束的位置（如图点6） 副臂下行：副臂下行进入模内的位置 （如图点7） 副夹水口：副臂夹取水口的位置（如 图点8） 副臂后行：副臂夹完水口，在模内准 备上行到模外的位置（如图点9） 副臂上行：主臂从模内上行到模外的 （7） 位置（如图点10） （9） 副放水口：副臂放置水口的位置。
注塑机机械手
cnc38
本次设计采用路径规划的原理来实现教导方式
取物点
取物点
L型取件
变形 L型取件
取物点
取物点
嵌件点
嵌件点
有嵌件式取件
cnc38
变形有嵌件式取件
主臂的主要位置
+ 主待机位：开始取件前主臂所处位置，
+
+
+ + +
是机械手主臂工艺程序开始也是工艺程 序结束的位置（如图点1） 主臂下行：主臂下行进入模内的位置 （如图点2） 主取产品：主臂取注塑件的位置（如图 点3） 主臂后行：主臂取完塑件，在模内准备 上行到模外的位置（如图点4） 主臂上行：主臂从模内上行到模外的位 置（如图点5） 装箱位置：主臂放置产品的位置。
R1000 R1001 R1002 R1003 R1004 R1005 R1006 R1007 R1008 R1009 R1010 R1011 R1012
R1400 R1401 R1402 R1403 R1404 R1405 R1406 R1407 R1408 R1409 R1410 R1411
cnc38
N0
机械手臂教材ppt课件
三、机器手臂的组成
手臂由以下几部分组成： （1）运动元件。如油缸、气缸、齿条、凸轮等是驱
动手臂运动的部件。 （2）导向装置。是保证手臂的正确方面及承受由于
工件的重量所产生的弯曲和扭转的力矩。 （3）手臂。起着连接和承受外力的作用。手臂上的
零部件，如油缸、导向杆、控制件等都安装在手臂上。 此外，根据机械来自运动和工作的要求，如管路、冷却
多轴机械手臂研发方面，多轴式机械手臂广泛应用于汽车製造 商、汽车零组件与电子相关产业。机械手臂可以提昇产品技术 与品质，而这些初期工作大多可以藉由机械手臂来完成。
近年来，各先进国家为了提昇台机器人的技术水准，都会推广 机器人产业与创立相关联盟，并且特别针对工业以外的领域进 行推广，例如：医疗、服务、生活方面…等。
机械手臂教材
目录
一、演进与发展 二、种类与原理
三、组成 四、应用于发展
一.演进与发展
1921年捷克科幻作家卡雷尔·恰佩克的《罗素姆的万 能机器人》最早出现机器人。 1956年第一台专门应用于产业生产使用的机械手臂 则是由具有「机械手臂之父」之称的约瑟夫·恩格伯 格（Joseph F. Engelberger）所发明的。利用乔治·迪 沃尔（George Devol）所授权的专利技术，研发出第 一台工业用机械手臂，名为「Unimate」。
装置、行程定位装置和自动检测装置等，一般也都装 在手臂上。所以手臂的结构、工作范围、承载能力和 动作精度都直接影响机械手的工作性能。
四、应用与发展
机械手臂在产业自动化的应用已经相当广泛，主要是使用于人 工无法进行或者会耗费较多时间来做的工作，机械手臂在精度 与耐用性上可以减少许人为的不可预知问题。
乔治·迪沃尔
1963年日本不二輸送机工业株式会社制造出专门 使用在栈板装载（Palletizing）的机械手臂，研发出 针对栈板专用的搬运工具。 1973年德国库卡机器人集团（KUKA Robot Group） 就研发出第一台采用机电驱动的6轴机械手臂。
机械手培训教材
Precision Excellent Company
WORLD BEST HAPPY BEST
World Leading Technology! The Power of CODA
谢谢大家的倾听!
Precision Excellent Company
WORLD BEST HAPPY BEST
Precision Excellent Company
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2
World Leading Technology! The Power of CODA
Precision Excellent Company
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World Leading Technology! The Power of CODA
Precision Excellent Company WORLD BEST HAPPY BEST
2
World Leading Technology! The Power of CODA
1.根据规格要求，使用正 确的袋子，并检查好袋子 的日期码是否正确。 2.将两卡好数的筷子上的 牙签交叉反向入袋，取出 筷子。 3.整里好装好牙签的袋子， 有规则的放在蓝色胶箱中， 流入封口工序
Precision Excellent Company
WORLD BEST HAPPY BEST
2
World Leading Technology! The Power of CODA
1.机械手运行香精上托对产品进 行加香
2.机械手再次前进到位，将加香 的产品放至料仓；然后移到切水 口待机位，等待下一自动循环程 序；
品质检验标准
工业机器人设计-机械臂机械手学习资料-柔性机械臂教材
F12
i
1
F0把1EX,Fi 式F代11入δi I=F00中2，X i有1
F12
i 1
Sp2 F01 X i F11 i F02 X i1 F12 i1
F01X i F11 i F02X i1 F12 i1 }dx 0
构的振动模态时常会遇到较大困难。
常见的离散化方法包括：
有限元法
有限段法
集中质量法
(3)建模方法
柔性机器人动力学建模方法主要有两类 ： 优点K：an易e 于方形程成其递特推点形是式形的式动简力洁学,不方必程 Lagrange方程和 Ham缺il点to考n：虑原方相理程邻避中体免出间相现的邻了内体相力间邻项内体,力间可项的实内现, 力动项力
矢量力学方法 其优点是可结合控制系统进学行方综程合的分计析算机,便符于号动推力导。 学模型向控制模型的转化。
分析力学方法
早期的研究以 Newton - Euler法为主 ,此 外Lagrange方程、 Hamilton 原理和 Kane 方程等在柔性机传统器的近人似分动析力方法学源于分机械析振中动理也论 都得 到了比较广泛的应用。
cos
B cos
BT q sin
本方法可以推广到多杆柔性系统。
柔性机器人动力学分析
主要任务：
模化柔性体的相对变形
需要解决如下几个重要问题: (1)变形的描述相对; 坐标描述适合于
开链机构的动力学分析 ,也可借
((23))变 建形模场方的法;离散化; 助机优运构构大点动 。件变：这约的形该相种束离的方对方方散几法简法程化何特单有而与非别的利应线线适动于用性性用力小于化问于学应闭题方变链。程 , (4)近似分析缺点。：大大增加了广义坐标的数目 , (1)变形的描述 根据选择参照系的不同 ,一般可分为：
工业机械手PLC控制系统程序设计PPT课件
根据图3-55所示的回原点操作的状态转移图，可绘出如 图3-59所示的步进梯形图。
.
10
4、自动操作
根据图3－-56所示的工业机械手自动运行状态转移图， 可绘出如图3－-60所示的自动操作步进梯形图。
.
11
由于FNC60（IST）的支持，当工作方式选择开关SA2扳 到“步进”、“单周期”、“连续”方式时，该程序能使机械 手实现所需的工作运行。以“单周期”为例，其工作过程分析 如下：。
点待命。
.
14
若在机械手循环中途按动停止按钮SB3，就会接通禁止 转移继电器M8040，机械手停止运行；再按启动按钮SB2启动 脉冲继电器M8042将M8040断开，机械手断开，机械手从断点 处开始继续运行，回到原点自动停止。
对于“连续”工作方式，由于按动启动按钮后，M8041 总是接通，M8040总是断开，机械手能够实现连续自动循环； 按动停止按钮后，M8041和M8040均是断开的，机械手运动到 原点才停止。
57 OUT Y001
82 STL S21
58 LD X001
83 SET Y002
59 SET S11
84 OUT T0
61 STL S11
85 K 10
62 RST Y003
86 LD T0
63 OUT Y004
87 SET S22
.
17
89 STL S22 90 OUT Y001 91 LD X001 92 SET S23 94 STL S23 95 OUT Y003 96 LD X002 97 AND X004 98 SET S24 100 STL S24 101 OUT Y000 102 LD X000 103 SET S25 105 STL S25 106 RST Y002
.
10
4、自动操作
根据图3－-56所示的工业机械手自动运行状态转移图， 可绘出如图3－-60所示的自动操作步进梯形图。
.
11
由于FNC60（IST）的支持，当工作方式选择开关SA2扳 到“步进”、“单周期”、“连续”方式时，该程序能使机械 手实现所需的工作运行。以“单周期”为例，其工作过程分析 如下：。
点待命。
.
14
若在机械手循环中途按动停止按钮SB3，就会接通禁止 转移继电器M8040，机械手停止运行；再按启动按钮SB2启动 脉冲继电器M8042将M8040断开，机械手断开，机械手从断点 处开始继续运行，回到原点自动停止。
对于“连续”工作方式，由于按动启动按钮后，M8041 总是接通，M8040总是断开，机械手能够实现连续自动循环； 按动停止按钮后，M8041和M8040均是断开的，机械手运动到 原点才停止。
57 OUT Y001
82 STL S21
58 LD X001
83 SET Y002
59 SET S11
84 OUT T0
61 STL S11
85 K 10
62 RST Y003
86 LD T0
63 OUT Y004
87 SET S22
.
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89 STL S22 90 OUT Y001 91 LD X001 92 SET S23 94 STL S23 95 OUT Y003 96 LD X002 97 AND X004 98 SET S24 100 STL S24 101 OUT Y000 102 LD X000 103 SET S25 105 STL S25 106 RST Y002
工业机器人设计-机械臂机械手学习资料-机械手手部结构教材
喷气式吸盘图例：
7．挤气式吸盘：
主要构成：
吸盘架、压盖、 密封垫、吸盘
工作原理：
挤气式吸盘工作原理图：
六、手部结构的应用实例
1．平行指手爪机构：
工作原理：
回转动力源1和6驱 动构件2和5顺时 针或逆时针旋转， 通过平行四边形 机构带动手指3和 4作平动，夹紧或 释放工件。
2．设有检测开关的手爪装置：
工作原理：
手爪装有限位开 关5和7。在指爪 4沿垂直方向接 近工件6的过程 中，限位开关检 测手爪与工件的 相对位置。当工 件接触限位开关 时发信号，汽缸 通过连杆3驱动
指爪夹紧工件。
4．上料吸盘（1）：
4．上料吸盘（2）：
6．喷气式吸盘：
工作原理：
压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应，当压缩 空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流 速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气 流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐 增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高 的气流速度而形成负压。
应用：
在工厂一般都有空压站，喷气式吸盘在工厂得到 广泛的应用。
引言：
工业机器人的手部也叫末端操作器， 它直接装在工业机器人的手腕上用于 夹持工件或让工具按照规定的程序完 成指定的工作。
一、手部的特点
1．手部与手腕相连处可拆卸：
手部与手腕处有可拆卸的机械接口： 根据夹持对象的不同，手部结构会有 差异，通常一个机器人配有多个手部 装置或工具，因此要求手部与手腕处 的接头具有通用性和互换性。
3．手部是一个独立的部件：
工业机器人通常分为三个大的部件： 机身、手臂（含手腕）、手部。手部 对整个机器人完成任务的好坏起着关 键的作用，它直接关系着夹持工件时 的定位精度、夹持力的大小等。
机械手培训资料
机械手不动作
检查机械手是否处于手动状态 ，排除急停按钮、安全防护装 置等故障，检查电源及气源是
否正常。
抓取位置不准
调整机械手的抓取位置，使其准 确可靠；检查传感器是否准确可 靠，必要时进行调整。
机械手振动
检查机械手的各部件螺丝是否松动 ，排除因螺丝松动产生的振动；如 机械手运行时产生共振现象，需对 机械手的结构进行调整。
机械手日常维护与保养项目
清洁机械手表面及轨道
定期清理机械手表面灰尘、油污等杂质，检查轨道是否有异物，确保机械手正常运行。
检查紧固件
经常检查机械手各部位紧固件是否牢固，如有松动应及时紧固。
检查润滑情况
定期检查机械手各润滑点，确保润滑良好，无干磨现象。
机械手定期检查与保养内容
要点一
检查机械手精度
要点二
THANKS
感谢观看
特点
03
04
05
高效性：机械手可以连 续工作，不受时间和空 间的限制，提高生产效 率。
精度高：机械手可以实 现精确的抓取、搬运和 放置，减少误差和损失 。
适应性广：机械手可以 在不同的环境中工作， 适应各种不同的任务需 求。
机械手发展史和现状
发展史
机械手最早出现于20世纪50年代，经历了初期的探索阶段、 成熟阶段和创新阶段。
04
机械手应用和案例分析
机械手应用领域和场景
制造业
医疗行业
机械手在制造业中应用广泛，如汽车制造、 半导体制造、塑料制品制造等，可用于搬运 、装配、焊接、喷涂等作业。
机械手在医疗行业中用于手术、康复训练、 护理等领域，可以提高医疗效率和精度，降 低医疗成本。
农业
服务业
机械手可用于农业中的播种、施肥、收割等 作业，提高生产效率和降低成本。
检查机械手是否处于手动状态 ，排除急停按钮、安全防护装 置等故障，检查电源及气源是
否正常。
抓取位置不准
调整机械手的抓取位置，使其准 确可靠；检查传感器是否准确可 靠，必要时进行调整。
机械手振动
检查机械手的各部件螺丝是否松动 ，排除因螺丝松动产生的振动；如 机械手运行时产生共振现象，需对 机械手的结构进行调整。
机械手日常维护与保养项目
清洁机械手表面及轨道
定期清理机械手表面灰尘、油污等杂质，检查轨道是否有异物，确保机械手正常运行。
检查紧固件
经常检查机械手各部位紧固件是否牢固，如有松动应及时紧固。
检查润滑情况
定期检查机械手各润滑点，确保润滑良好，无干磨现象。
机械手定期检查与保养内容
要点一
检查机械手精度
要点二
THANKS
感谢观看
特点
03
04
05
高效性：机械手可以连 续工作，不受时间和空 间的限制，提高生产效 率。
精度高：机械手可以实 现精确的抓取、搬运和 放置，减少误差和损失 。
适应性广：机械手可以 在不同的环境中工作， 适应各种不同的任务需 求。
机械手发展史和现状
发展史
机械手最早出现于20世纪50年代，经历了初期的探索阶段、 成熟阶段和创新阶段。
04
机械手应用和案例分析
机械手应用领域和场景
制造业
医疗行业
机械手在制造业中应用广泛，如汽车制造、 半导体制造、塑料制品制造等，可用于搬运 、装配、焊接、喷涂等作业。
机械手在医疗行业中用于手术、康复训练、 护理等领域，可以提高医疗效率和精度，降 低医疗成本。
农业
服务业
机械手可用于农业中的播种、施肥、收割等 作业，提高生产效率和降低成本。
《机械人设计教程》课件
3
控制系统设计
4
设计机械臂的控制系统，实现运动和
感知功能。
5
设计需求分析
通过需求分析确定机械人设计的目标 和功能。
机械结构设计
根据需求和仿真结果设计机械臂的结 构。
实验验证
进行实验验证以测试机械人设计的性 能和可靠性。
机械臂算法与控制技术
• 运动学和动力学建模 • 轨迹规划与控制 • 视觉引导控制
机器人技术与人工智能 融合
探讨机器人技术和人工智能的 结合带来的新机遇。
可持续发展与社会机器 人的作用
研究机器人在可持续发展和社 会服务中的潜力。
机械人应用案例
工业机械臂应用
展示工业领域中机械臂的 自动化应用和效益。
服务机器人应用
介绍服务机器人在医疗、 餐饮等领域的应用。
医疗机器人应用
探索机器人在手术和康复 等医疗任务中的应用。
机械人制造与维护
• 机械加工技术 • 焊接与连接技术 • 维护与维修
未来发展趋势
智能制造与产业升级
分析智能制造对机械人技术和 产业的影响。
《机械人设计教程》PPT 课件
本课程旨在提供机械人设计的基础知识和流程，涵盖人基础知识
• 机械人的定义和分类 • 机械臂的基本结构和工作原理 • 感知与控制技术
机械人设计流程
1
建模和仿真
2
利用计算机辅助设计工具进行机械结
构的建模和仿真。
机械臂结构培训教材(PPT38页)
电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4
肘关节摆动：
电机M3→两级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘关节摆动 n3
肩关节的摆动：
特点： 工作行程长，抓重大， 适合于抓举工件形状不 规则、有偏转力矩的场 合。
电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：
2．手臂的回转运动机构
常见方式：
常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连 杆传动机构等。
曲柄滑块机构：
假设滑块是主动件，当滑块沿一定的导轨移动时， 可以推动曲柄做摆动或圆周运动。
4．重量轻、转动惯量小：
为提高机器人的运动速度，要尽量减 少臂部运动部分的重量，以减少整个 手臂对回转轴的转动惯量。
5．合理设计与腕部和机身的连接部位：
臂部的安装形式和位置不仅关系到机 器人的强度、刚度和承载能力，而且 还直接影响到机器人的外观。
二、机械臂的运动形式
1．直角坐标型：
臂部由三个相互 正交的移动副组 成。带动腕部分 别 沿 X、Y、Z 三 个坐标轴的方向 作直线移动。结 构简单，运动位 置精度高。但所 占空间较大，工 作范围相对较小。
2．圆柱坐标型：
臂部由一个转 动副和两个移 动副组成。相 对来说，所占 空间较小，工 作范围较大， 应用较广泛。
3．关节型：
由动力型旋转关节 和前、下两臂组成。 关节型机器人以臂 部各相邻部件的相 对角位移为运动坐 标。动作灵活，所 占空间小，工作范 围大，能在狭窄空 间内饶过各种障碍 物。
主讲 周兰 相对来说，所占空间较小，工作范围较大，应用较广泛。
电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
工作行程长，抓重大，适合于抓举工件形状不规则、有偏转力矩的场合。
一、臂部设计的基本要求
1．承载能力足：
肘关节摆动：
电机M3→两级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘关节摆动 n3
肩关节的摆动：
特点： 工作行程长，抓重大， 适合于抓举工件形状不 规则、有偏转力矩的场 合。
电机驱动丝杆螺母直线运动结构图例：
2．手臂的回转运动机构
常见方式：
常见的有齿轮传动机构，链轮传动机构，活塞及连 杆传动机构等。
曲柄滑块机构：
假设滑块是主动件，当滑块沿一定的导轨移动时， 可以推动曲柄做摆动或圆周运动。
4．重量轻、转动惯量小：
为提高机器人的运动速度，要尽量减 少臂部运动部分的重量，以减少整个 手臂对回转轴的转动惯量。
5．合理设计与腕部和机身的连接部位：
臂部的安装形式和位置不仅关系到机 器人的强度、刚度和承载能力，而且 还直接影响到机器人的外观。
二、机械臂的运动形式
1．直角坐标型：
臂部由三个相互 正交的移动副组 成。带动腕部分 别 沿 X、Y、Z 三 个坐标轴的方向 作直线移动。结 构简单，运动位 置精度高。但所 占空间较大，工 作范围相对较小。
2．圆柱坐标型：
臂部由一个转 动副和两个移 动副组成。相 对来说，所占 空间较小，工 作范围较大， 应用较广泛。
3．关节型：
由动力型旋转关节 和前、下两臂组成。 关节型机器人以臂 部各相邻部件的相 对角位移为运动坐 标。动作灵活，所 占空间小，工作范 围大，能在狭窄空 间内饶过各种障碍 物。
主讲 周兰 相对来说，所占空间较小，工作范围较大，应用较广泛。
电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
工作行程长，抓重大，适合于抓举工件形状不规则、有偏转力矩的场合。
一、臂部设计的基本要求
1．承载能力足：
工业机器人设计-机械臂机械手学习资料-机械系统基本设计教材
545
大臂
机械系统的基本设计计算（精度计算）
教学机器人的传动精 度
教学机器人的码盘控 制精度
教学机器人的设计精 度
大臂 2L大臂 *9（/ 360*60） 大臂 1.42mm 小臂 2L小臂 *9（/ 360*60） 小臂 0.64mm 大臂 2L大臂 (500*80) 大臂 0.77mm 小臂 2L小臂 (500*63) 小臂 0.05mm 大臂 2L大臂 (100000000) 大臂 0.00003mm
机械系统的基本设计计算
机械系统的设计都是以参数为依据。有的参数是实际应用 提出的，有的是为了保证应用要求在系统中通过计算提出 的。
机械系统的设计计算包括许多的内容，包括强度、刚度、 寿命、传动比等，由于机构的设计日益单元模块化、在进 行机械系统的设计时，有一些计算已经不需要了，只需进 行单元机构的选择计算。但有一些基本的设计计算是必须 的。
误差
系统误差
随机误差
机械系统的基本设计计算（精度组成）
教学机器人的传动精度误 差包括谐波减速器的传动 误差9分、二关节还包括 同步带的传动误差。控制 精度包括编码器500线、 大臂的减速比1：80，小 臂的减速比1：63。因为 传感器安装在电机后面， 故控制精度主要包括传感 器码盘精度。
误差
小臂
滚珠丝杠传动的特点是：传动效率 高，磨损小。传动精度高使用寿命 长。
滚珠丝杠的主要参数和选择：参数 包括导程，丝杠工作长度，丝杠直 径。
根据运行的速度和驱动源的速度， 确定导程，根据负载情况和工作长 度确定丝杠的直径和长度。
在丝杠传动中，要注意丝杠的安装 方式，在高速、大负载、大行程的 结构中一定要考虑机构的振动和刚 度。核算丝杠的临界转速。（结构 包括单固定两边固定，（刻字机）） （对到向系统有要求，使丝杠不承 受弯距）
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（7）
（9）
（8）
教导程序主画面介绍
教导程序验证画面介绍
教导程序存储画面介绍
本次设计采用路径规划的原理来实 现教导方式 。触摸屏端通过对路径的分
析，设定相应的电机运动顺序，根据指 令系统自动生成一套工艺程序，并传输 到PLC端进行执行。同时在PLC中有相 应的程序储存区和数据存储区，PLC根 据程序存储区的指令来进行动作。而这 些程序是根据指令系统中的指令、根据 教导程序按一定的顺序组成的。同时 PLC端有两段程序数据存储区，一段为 主臂的程序存储区，另一端为副臂的程 序储存区。在工艺程序执行的时候两段
副臂下行：副臂下行进入模内的位置 （如图点7）
副夹水口：副臂夹取水口的位置（如 图点8）
副臂后行：副臂夹完水口，在模内准 备上行到模外的位置（如图点9）
副臂上行：主臂从模内上行到模外的 位置（如图点10）
（7）
副放水口：副臂放置水口的位置。 （9）
（8）
主臂运动顺序
主待机位→主臂下行→主取产品→ 主臂后行→主臂上行→装箱位置（
不良品位）
教导时主臂的定位顺序
主取产品→主臂后行，主臂下行→ 主待机位→主臂上行→装箱位置（
不良品位）
（3）
（5）（1）
（4） （2）
副臂运动顺序
（10）（6）
副待机位→副臂下行→副夹水口→ 副臂后行→副臂上行→副放水口
教导时副臂的定位顺序
副夹水口→副臂后行，副臂下行→
副待机位→副臂上行→副放水口
自动运行开始
PLC程序运行流程图
N0 判断程序传输是否正
确
在PLC端有相应的子程 序端来对应不同的指令 ，在PLC端实现的为对 于终端电机的具体执行 ，根据指令系统的要求 ，PLC系统相当与一个 控制器和运算器，根据 两段程序区的指令来进 行程序运行。下图为 PLC端程序运行的流程 图：
YES
程序运行状 态初始化
Addr MICO-LOC ：微调操作码
Addr+2
LOC
：位置参数
Addr+1
V
：速度参数
分块程序与显示
源程序→显示
触摸屏端的程序存储和调用是 以源程序为基本，源程序首先经 过分块程序，分成以位置为分界 的N个程序块，再调用分块制表程 序，挑出每个程序块中的位置信 息和动作信息，以待显示，最后 调用显示程序，把各个位置动作 信息显示出来。
教导程序源程序储存区
动作信息存储
（1）有时间参数动作：
格式：ACT ，TPAR
长度：2 words
Addr ACT ：动作操作码
Addr+1
TPAR ：时间参数
（2）无时间参数动作：
格式：ACT
长度：1 words
Addr ACT ：动作操作码
（3）微调动作
格式：MICO-LOC LOC V
长度：4 words
X轴速度 Z轴位置低位 Z轴位置高位
Z轴速度
翻平对应的位 翻直对应的位 翻直时间 . . .
教导程序源程序储存区
位置信息存储
存储结构如右： 长度：17 words
指令在内存中的存储格式为：
Addr LOC ：定位操作码 Addr+1 order ：运动顺序 Addr+2 XL ：X位置低字 Addr+3 XH ：X位置高字 Addr+4 XV ：X速度 Addr+5 YL ：Y位置低字 Addr+6 YH ：Y位置高字 Addr+7 YV ：Y速度 Addr+8 ZL ：Z位置低字 Addr+9 ZH ：Z位置高字 Addr+10 ZV ：Z速度 Addr+11 UL ：U位置低字 Addr+12 UH ：U位置高字 Addr+13 UV ：U速度 Addr+14 VL ：V位置低字 Addr+15 VH ：V位置高字 Addr+16 VV ：V速度
给出程序传 输错误提示
取主臂程序开始 取主臂程序指令码
将所取指令码进行比 较
YES 根据比较结果调用主臂 相应动作子程序NO并在子 程序中判断有无报警
NO
取副臂程序开始 取副臂程序指令码 将所取指令码进行比
较
根据比较结果调用副臂 YES 相 程应 序动 中作 判子 断程 有序 无NO并 报在 警子
NO
.
.
.
.
.
R2000
R3000
教导程序源程序储存区
例如主待机位执行翻 直和等候开模，主臂 程序存储区的值为
R1000 R1001 R1002
R1003 R1004
R1005 R1006 R1007
R1008 R1009 R1010 R1011 R1012
R1400 R1401
R1402 R1403 R1404
R2000
序存储区和副臂程序
存储区两块。每个位
.
.
置对应的分块程序储
. .
. .
存区，储存了该位置
. .
. .
的信息及该位置下的
.
.
动作信息。它是按照
R1399
R2399
位置动作的先后次序 来存储的。存储信息 类型可以分为两大类 ：位置信息，动作信 息。
主臂数据储 存区
副臂数据 储存区
.
.
.
.
.
.
.
R1405 R1406 R1407
R1408
R1409 R1410 R1411
Y轴动作指令码
1400 X轴动作指令码
1403 Z轴动作指令码
1406 复位指令码 1409
置位指令码 1410 带时间测试指令码 1411 等. 候指令 . . Y轴位置低位 Y轴位置高位
Y轴速度 X轴位置低位 X轴位置高位
+ 主臂后行：主臂取完塑件，在模内准备 上行到模外的位置（如图点4）
+ 主臂上行：主臂从模内上行到模外的位 置（如图点5）
+ 装箱位置：主臂放置产品的位置。
（3）
（5）（1）
（4） （2）
副臂的主要位置
副待机位：开始取件前副臂所处位置 ，是机械手副臂工艺程序开始也是工
（10）（6）
艺程序结束的位置（如图点6）
本次设计采用路径规划的原理来实现教导方式
取物点
L型取件
取物点
变形 L型取件
嵌件点
有嵌件式取件
取物点 嵌件点
变形有嵌件式取件
取物点
主臂的主要位置
+ 主待机位：开始取件前主臂所处位置， 是机械手主臂工艺程序开始也是工艺程 序结束的位置（如图点1）
+ 主臂下行：主臂下行进入模内的位置 （如图点2）
+ 主取产品：主臂取注塑件的位置（如图 点3）
判断产量是否到达 NO YES
退出自动运 行
在触摸屏端存储的是工艺程序的源程序，当
需要显示时，把源程序分解成为显示区程序，当 需要生成加工工艺程序的时候则生成执行代码传 输给PLC端执行。
源程序
执行代码
显示区
50个位置的分块程序
教导程序源程序储存
区
主臂程序储
副臂程序
存区
储存区
源程序区分为主臂程
R1000