第四章工业机器人设计(机械制造装备设计第四版)
典型部件设计介绍(机械制造装备设计介绍第四版
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整理课件 大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计 3.1.3 主轴部件结构设计
（五）主轴
主支承轴颈
（1）主轴的构造
主轴的构造和形状主要取决于主轴
上所安装的刀具、夹具、传动件、
设计基准
轴承等零件的类型、数量、位置和
安装定位方法等。
（2）主轴的材料和热处理
普通机床主轴可选用中碳钢（如45
钢），调质处理后，在主轴端部、
机械制造装备设计 3.1.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置：两个方向的推 力轴承分别布置在前后两个支承 处。这类配置方案当主轴受热伸 长后，影响主轴轴承的轴向间隙 。为避免松动，可用弹簧消除间 隙和补偿热膨胀。常用于短主轴 ，如组合机床主轴。 （4）中间配置：两个方向的推 力轴承在前支承的后侧。这类配 置方案可减少主轴的悬伸量，并 使主轴的热膨胀向后；但前支承 结构较复杂，温升也可能较高。
（2）带传动： 同步齿形带是通过带上的齿形与带轮上 的轮齿相啮合传递运动和动力。同步齿形 带的齿形有两种:梯形齿和圆弧齿。
（3）电动机直接驱动方式：特点是主轴单元大 大简化了结构，有效地提高了主轴部件的 刚度，降低了噪声和振动；有较宽的调速 范围；有较大的驱动功率和扭矩；便于组 织专业化生产。广泛应用于精密机床、高 速加工中心和数控车床中。
机械制造装备设计
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4章工业机器人机械系统设计
第4章 工业机器人机械系统设计 三、谐波传动 1、机器人对减速器的要求 运动精度高、间隙小，以实现较高的重复定位精度； 回转速度稳定，无波动，运动副间摩擦小，效率高；
体积小，重量轻，传动扭矩大。
2、 行星齿轮机构和谐波传动机构
第4章 工业机器人机械系统设计 谐波传动的特点： 优点：尺寸小、惯量低；传动精度高；传动侧隙小；具有 高阻尼特性。 缺点：柔轮的疲劳问题；扭转刚度低；以输入轴速度2、4、 6倍的啮合频率产生振动；刚度比行星齿轮差。 选型时就确定以下三项参数： (1) 传动比或输出转速（r/min)
角。m为可移动的平衡质量，它用来 平衡下臂和上臂的质量。杆SA、AB 与上臂、下臂铰接构成一个平行四边
形平衡系统。要使该机构平衡，满足
下面两个方程式即可。
图4-10 工业机器人用的平行四边形平衡机构
平衡与否只与可移动平衡质量m的大小和位置有关，与θ2、θ3无关， 这说明该平衡系统在机械臂的任何构形下都是平衡的。
殊功能的结合部用积木拼搭的方式组成一个工业机器人系统。
2、模块化工业机器人的特点 （1） 经济性
（2）灵活性
3、模块化工业机器人所存在的问题 （1）模块化工业机器人整个机械系统的刚度比较差。
（2）模块化工业机器人的整体重量有可能增加。
（3）尚未做到根据作业对象就可以合理进行模块化分析和设计。
第4章 工业机器人机械系统设计
轨进行水平面内二维移动（X、Y方向运动）。主体结构有3个自由度，
手腕自由度的数量视用途而定。
第4章 工业机器人机械系统设计
直角坐标机器人定义: 以单维直线运动单位为基础,搭建出空间多自由度、多方向的
运动机构,通常采用伺服驱动,可实现空间各方向直线运动的插补联
(完整word版)机械制造装备设计第四章习题答案(关慧贞)
第四章工业机器人设计思考题与习题1.工业机器人的定义是什么？操作机的定义是什么？答：我国国家标准GT/T12643—1997《工业机器人词汇》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、多自由度操作机,能搬运物料、工件或夹持工具，用以完成各种作业”；将操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”.2.工业机器人由哪几部分组成？并比较它与数控机床组成的区别.答：工业机器人由操作机、驱动单元和控制装置组成。
数控机床一般由机床本体、伺服系统和数控装置组成。
二者组成的区别主要在于机械本体,机器人操作机通常由末端执行器、手腕、手臂和机座组成，而数控机床机械本体通常包含主运动部件、进给运动部件、支承部件、冷却润滑、排屑等部分。
3.工业机器人的基本功能和基本工作原理是什么？它与机床主要有何相同和不同之处？答：工业机器人基本功能是提供作业所需的运动和动力,其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求.在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有如下相同之处：二者的末端执行器都有位姿变化要求；二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。
二者的主要不同之处有:机床是以直角坐标形式运动为主，而机器人是以关节形式运动为主；机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低4.工业机器人的结构类型有哪几类？各种类型的特点如何？答:工业机器人的结构类型有如下四类:关节型机器人，其特点是关节一般为回转运动副，灵活性好,工作空间范围大(同样占地面积329情况下），但刚度和精度较低；球坐标型机器人，其特点是按球坐标形式动作（运动）,灵活性好,工作空间范围大，但刚度、精度较差;圆柱坐标型机器人，其特点是按圆柱坐标形式动作,灵活性较好，工作空间范围较大，刚度、精度较好;直角坐标型机器人，其特点是按直角坐标形式动作，刚度和精度高,但灵活性差，工作空间范围小。
机械制造装备设计第四版
机械制造装备设计第四版在机械制造这个领域，装备设计就像给机器穿衣服。
想想吧，衣服合不合身可是直接影响人的气质。
机械装备也是一样，如果设计得不合适，哪怕是再高大上的机器，也可能会让你哭笑不得。
哈哈，大家都知道，机器就像人一样，穿得好看，心情就好，做事也带劲儿。
机械制造装备设计，真的是个需要智慧和创意的活儿。
设计师们就像那些时尚界的大咖，得时刻关注潮流，还得考虑实用性，这可不是个简单的活儿。
设计师们就像在给机器做美容，咱们不仅要看外表，内部也得要搭配得当。
想象一下，如果你的机器外观像个艺术品，但里面的零件就像一团乱麻，那可真是让人心急如焚。
各个零件的相互配合，真的是一门艺术。
设计师们得把这些零件的特性考虑周全，不然就得“自作自受”，等着机器出毛病。
唉，遇到这样的问题，真是“欲哭无泪”。
再说说材料的选择，这也是一门大学问。
有些材料就像好酒，越陈越香；有些材料呢，可能一碰就碎。
设计师们得睁大眼睛，挑挑拣拣，选对材料可比选对象还要重要，真的是“千挑万选”。
不仅要考虑成本，还得考虑到使用环境，天气变化等等。
如果一个机器的设计是“天衣无缝”，那么材料选择就是“锦上添花”。
选好了，机器就能顺风顺水，反之则可能“事倍功半”。
说到这里，咱们还得聊聊工艺。
设计再好，工艺不到位，最后结果也不过是空中楼阁。
工艺就像是烹饪的火候，火候掌握得当，才能做出美味的菜；火候掌握不好，那就是“煮了也白煮”。
在机械制造中，工艺的每一个细节都得认真对待，稍有不慎，可能就会让整台机器“功亏一篑”。
设计师们的责任可真不小，要时刻保持警觉，生怕哪一步出了差错。
随着科技的发展，机械制造的设计也在不断进步。
这就像是跟上潮流的舞者，得不断学习新招式。
新技术、新材料层出不穷，设计师们可得时刻跟进。
就像做菜，总得尝试新食材，才能做出让人惊艳的美味。
未来的设计可能会引入更多智能化元素，让机器不仅能干活，还能“聪明”地做出决策，简直就是让人兴奋。
机械制造的设计也离不开团队合作。
郭四章工业机器人
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.2 工业机器人的触觉
为使机器人准确地完成工作，需时刻检测机器人与对象 物体的配合关系。机器人触觉可分成接触觉、接近觉、压觉、 滑觉和力觉五种，如图4.7所示。触头可装配在机器人的手 指上，用来判断工作中各种状况。
用接近觉可感知对象物体在附近，手臂减速慢慢接近物 体；用接触觉可知已接触到物体，控制手臂让物体到手指中 间，合上手指握住物体；用压觉控制握力。如果物体较重， 则靠滑觉来检测滑动，修正设定的握力来防止滑动；靠力觉 控制与被测物体自重和转矩相应的力，或举起或移动物体， 另外，力觉在旋紧螺母、轴与孔的嵌入等装配工作中也有广 泛的应用。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.7 机器人触觉
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.2.1 机器人的接触觉 1. 接触觉传感器 图4.8所示的接触觉传感器由微动开关组成，根据用途
不同配置也不同，一般用于探测物体位置、探索路径和安全 保护。这类配置属于分散装置，即把单个传感器安装在机械 手的敏感位置上。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.11 用表面矩阵触觉传感器引导随机搜索
第4章 工业机器人的环境感觉技术
每一步搜索过程由三部分组成： (1) 接触觉信息的获取、量化和对象表面形心位置的估 算； (2) 对象边缘特征的提取和姿势估算； (3) 运动计算及执行运动。 要判定搜索结果是否满足形心对中、姿势符合要求，则 还可设置一个目标函数，要求目标函数在某一尺度下最优， 用这样的方法可判定对象的存在和位姿情况。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.6 日立自主控制机器人工作示意图
第4章 工业机器人的环境感觉技术
从功能上看，这种机器人具有图形识别功能和决策规划 功能，前者可以识别一定的目标(如宏指令)、装配图纸、多 面体等；后者可以确定操作序列，包括装配顺序、手部轨迹、 抓取位置等。这样，只要对机器人发出类似于人的表达形式 的宏指令，机器人就会自动考虑执行这些指令的具体工作细 节。该机器人已成功地进行了印刷板检查和晶体管、电动机 等装配工作。
机械制造装备设计第四版(关慧贞著)
机械制造装备设计》第四版思考题与习题答案第一章机械制造及装备设计方法1.为什么机械制造装备在国民经济发展中占有重要作用？答：制造业是国民经济发展的的支柱产业，也是科学技术发展的载体及其转化为规模生产力的工具与桥梁。
机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。
2.机械制造装备与其它工业装备相比，特别强调应满足哪些要求，为什么？答：机械制造装备与其它工业装备相比应具备的主要功能中，除了一般的功能要求外，应强调柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材节能、符合工业工程和绿色工程的要求；更加注重加工精度方面的要求、强度、刚度和抗振性方面的要求、加工稳定性方面的要求、耐用度方面的要求、技术经济方面的要求。
3.柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。
其柔性表现在哪里？答：即产品结构柔性化和功能柔性化。
产品结构柔性化是指产品设计时采用模块化设计方法和机电一体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，就可以快速地推出满足市场需求的，具有不同功能的新产品。
功能柔性化是指只需进行少量的调整，或修改软件可以方便地改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。
数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。
在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。
普通机床、组合机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度依次增高，其柔性表现在机床结构柔性化和功能柔性化，其中，柔性制造系统的柔性化程度最高。
4.如何解决用精密度较差的机械制造装备制造出精密度较高机械制造装备来？答：采用机械误差补偿技术或采用数字化技术分析各种引起加工误差的因素，建立误差的数学模型，将误差的数学模型存入计算机。
在加工时，由传感器不断地将引起误差的因素测出，输入计算机，算出将产生的综合误差，然而由误差补偿装置按算出的综合误差进行补偿。
第四章-总体设计-工业机器人ppt课件
•
以上四种传动方式具体分析如下：
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
• 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，它是一种广泛使用的拟人 化的机器人，大约占工业机器人总数的25%左右。 下图所示为在航天工业方面使用的RMS机械臂,它 是最大的关节坐标式机器人。平面关节式机器人的 主体结构有三个转动关节，其轴线相互平行，在平 面内进行定位和定向，因此可认为是此类机器人的 一个特例。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
• 2.远距离连接传动 • 下图为一种远距离连接传动的机器人示意图。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
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
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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。
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4 工业机器人的设计方法
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机械制造装备设计
4.1.4工业机器人的设计方法 Ⅳ
❖ （一）总体设计：
▪ 1、基本技术参数的选择（额定负载、额定速度、驱 动方式、用途、作业空间、性能指标）；
▪ 2、总体方案设计（运动功能方案设计、传动系统方 案设计、结构布局方案、参数设计、控制系统方案设 计、总体方案评价）
▪ 3、按控制方式、机器人的功能水平等分类方式。
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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4-3机器人的机械结 构类型：
a)关节型 b)球坐标型 c)圆柱坐标型 d)直角坐标型
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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
• 2、按用途分类：焊接机器人、装配机器 人......
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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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
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4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
❖ （二）工业机器人的分类 ▪ 1、按机械结构类型分类：关节型机器人、球坐标型机器 人、圆柱坐标型机器人、直角坐标型机器人。
▪ 2、按用途分类：焊接机器人、冲压机器人、浇注机器人、 搬运机器人、装配机器人、喷漆机器人、切削加工机器 人、 检测机器人等。
大家好
1
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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
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▪ 数控型机器人 不必使机器人动作，通过数值、语言等对机 器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。
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4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
▪ 感觉控制型机器人 利用传感器获取的信息控制机器人的 动作。
▪ 适应控制型机器人 机器人能适应环境的变化，控制其自 身的行动。
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机械制造装备设计
4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理 2 工业机器人的构成及分类 3 工业机器人的主要特性表示方法 4 工业机器人的基本设计方法
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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
工业机器人的构成：操作机 、驱动单元、控制装置 • 操作机是机器人的机械本体，也可称为主机。通常由末端
▪ 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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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
第四章：工业机器人设计
Ⅳ
第一节 概述 第二节 工业机器人的机械结构系统设计 第三节 工业机器人在机械制造系统中的应用
Hale Waihona Puke 大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理 2 工业机器人的构成及分类 3 工业机器人的主要特性表示方法 4 工业机器人的设计方法
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排爆机器人
有触觉的水下机器人
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机械制造装备设计
4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理
2 工业机器人的构成及分类
3 工业机器人的主要特性表示方法
4 工业机器人的设计方法
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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
❖ （一）坐标系
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。
❖ （三）工作空间 工作空间是指工业机器人正常运行 时，手腕参考点能在空间活动的最 大范围。
❖ （四）其他特性 用途、负载、速度、控制、分辨 率等。
图4-6机器人的工作空间
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机械制造装备设计
4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理 2 工业机器人的构成及分类 3 工业机器人的主要特性表示方法
空间曲线焊接机器人
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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
❖ 3、机器人按控制方式分类 ▪ 操作型机器人 能自动控制，可重复编程，多功能，有几个 自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。
▪ 程控型机器人 按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人 的机械动作。
▪ 示教再现型机器人 通过引导或其它方式，先教会机器人动 作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。
执行器（又称手部）、手腕、手臂（又可分为大臂和小臂） 及机座（又称机身或立柱）组成。 • 驱动单元由驱动装置（如电动机、液压或气压装置）、减 速器和内部检测元件等组成，为操作机各运动部件提供动 力和运动。 • 控制装置由检测和控制两部分组成，用来控制驱动单元， 检测其运动参数并进行反馈。
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▪ 学习控制型机器人 机器人能“体会”工作的经验，具有一 定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。
▪ 智能机器人 以人工智能决定其行动的机器人。
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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
双足仿人机器人
管道机器人
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4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ