典型的机电一体化系统解析

圆柱坐标系机器人
球坐标型机器人
直角坐标型机器人
关节型型机器人
仿人关节型机器人
平行四边形连杆关节型机器人
SCARA型机器人
并联机器人
（a）关节型
（b）球坐标型
（c）圆柱坐标型
（d）直角坐标型
工业机器人的坐标系
（a） PUMA机器人的坐标系 （a）基准装填 （b）坐标系
（b）
四、工业机器人的主要技术参数
二、 工业机器人系统结构
六自由度工业机器人的系统结构
工业机器人系统的组成 1—机座 2—控制装置 3—操作机
工业机器人的组成
三、工业机器人的分类
按机械结构和代表性的自由度构成可分成五种： ① 圆柱坐标型机器人； ② 球坐标型机器人； ③ 直角坐标型机器人； ④ 关节型机器人； ⑤ 并联机器人。 按用途和作业类别分： 焊接机器人、冲压机器人、浇注机器人、搬运机 械器人、装配机器人、喷漆机器人、切削机器 人、检测机器人、采掘机器人、水下机器人
二、工业机器人的手腕
手腕是联接手臂和末端执行器的部件。 功能是实现末端件在作业空间的三个姿态坐 标，即实现三个旋转自由度。 如图所示:回转运动（θ ）、左右摆动（ φ ） 和俯仰运动（ β ）

手腕的自由度 1——手臂 2——机械接口
1. 用摆动液压马达驱动实现回转运动的手腕结构
夹持动作由活塞完成，一个自由度




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额定负载：如抓取力、切削力 额定速度：机器人在额定负载、匀速运动过 程中，机械接口中心的最大速度。 自由度 一般具有四~六个自由度 程序编制与存储容量
在选用机器人时还应首先考虑其用途
机器人的工作空间
五、工业机器人的控制
机器人控制的基本原理 要使机器人按照人们的要求去完成特定的作业，需要 做下述几件事情： ① 告诉机器人要做什么； ② 机器人接受命令，并形成作业的控制策略； ③ 去完成作业； ④ 保证正确完成作业，并通报作业已完成。
示教
控制计算机
伺服驱动
传感器
机器人控制基本原理框图
六、工业机器人的机械结构
工业机器人的机械结构系统由机座、手臂、 手腕、末端执行器和移动装置组成。移动装置只 有在工作空间很大时才有。 一、工业机器人的手臂和机座 1. 液压驱动圆柱坐标型机器人手臂结构 具有手臂伸缩、回转和升降三个运动（自由度）
如图所示：手臂伸缩运动由液压缸2驱动，手臂 回转运动采用摆动液压马达11驱动，在中间机座 6的下面配置有升降液压缸
第九章
典型的机电一体化系统
机电一体化产品种类繁多，按产品的功能划分为以下几类: ⑴ 数控机械类 数控机床、工业机器人。其特点为执行 机构是机械装置。 ⑵ 电子设备类 线切割加工机床、超声波缝纫机。其特 点为执行机构是电子装置。 ⑶ 机电结合类 自动探伤机、CT扫描仪、自动售货机等。 其特点为执行机构是机械和电子装置的有机结合。 ⑷ 电液伺服类 液压伺服马达。其特点为执行机构是液 压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。 ⑸ 信息控制类 复印机、传真机等办公自动化设备。主 要特点为执行机构的动作完全由所接收的信息类控制。
GMF M——100型机器人手臂
3. PUMA机器人手臂的结构
PUMA机器人手臂的结构 a)大臂驱动机构 b)小臂驱动机构 1、10——大臂 2、3、5、6、8、9、14、15——齿轮 4、13、16——偏心套 7、 11——驱动电动机 12——驱动轴 17——小臂 18——机座
PUMA机器人机座的结构 1、3、4、5——齿轮 2——偏心套 6——伺服电动机
液压驱动圆柱坐标型机器人手臂 1——活塞杆 2——液压缸 3——手臂端部 4——手臂支架 5——导轨 6——中间 支架 7、9——齿轮 8——挡块 10——行程开关 11——摆动液压马达
2. 电动机驱动机械传动圆柱座标机器人手臂
其手臂的伸缩和回转运动都是采用双圆柱导轨导向 和直流伺服驱动滚珠丝杠来实现直线移动
5、 三 转 轴 手 腕 结 构
三轴承手腕 a)手腕装配结构图 b)手腕传动结构简图 1、2、3—电动机 4、5、6—空心传动轴 7、8、9、11、13、14—齿轮 10—壳体 12—机械接口法兰
三、工业机器人的末端执行器
根据其结构和用途的不同，可以分为机械式夹持 器、吸附式末端执行器和专用工具（如焊枪、喷 嘴、电磨头等）。 （一）机械式夹持器的结构 机械式夹持器多为双指爪式，其手指的运动为平 移或回转（单点支承或双点支承）
摆动液压马达驱动的手腕
2. 具有两个自由度的机械手传动手腕结构
手腕的回转运动θ ＝ θ
1
±θ 2 ，俯仰摆动β
两自由度机械传动手腕 1、2、3、12、13—轴承 4、5—链轮 6、7—链条 8—手腕壳体 9、 11—锥齿轮 10、14—轴 15—机械接口法兰盘
3. 具有三个自由度的机械手腕结构 手爪回转n7, 手腕偏摆n10=nT, 手腕俯仰n9
图9-3 JCS-018A立式加工中心
加工中心的技术发展方向 ： ⑴ 高精、高速、高效的加工 ⑵ 高可靠性 ⑶ 加强标准化和开放性 ⑷ 网络数控 ⑸ 智能化
9.3
工业机器人
一、工业机器人概述 机器人：模仿人的机器 工业机器人：用于生产的机器人 诞生于20世纪60年代 工作原理：通过机器人操作机上各构件的运动， 自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。
9.1 CNC机床
零 件 图 纸
数 控 程 序 编 制
机床本体
数 控 介 质
数 控 装 置
伺 服 机 构
执 行 元 件
执 行 机 构
零 件 成 品
位置检测装置
图9-l CNC机床加工过程原理
CNC(或加工中心)加工工艺过程
9.2 机械加工中心
1-X轴的直流伺服电动机；2-换刀机械手；3-数控柜；4-盘式刀库；5-主轴箱；6机床操作面板；7-驱动电源柜；8-工作台；9-滑座；10-床身
三自由度机械传动手腕 1、2、3、4、5、6、7、11、12、13、14、15—齿轮 8—手爪 9、10、16—壳体
4.偏置三自 由度机械传 动手腕机构 回转运动θ 俯仰运动φ 偏摆运动β
偏置三自由度机械传动手腕 a)装置外观图 b)传动机构简图
1、2、3、4、7、9—齿轮 5—机械接口 法兰盘 6—壳体 8—手腕架