工业机器人机械系统设计课件

2016/10/31
-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
• 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。
2016/10/31
-17-
171177
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。
第五章 工业机器人机械系统设计
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
2016/10/31
-2-
2 22
工业机器人技术基础
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。
2016/10/31
-5-
5 55
工业机器人技术基础
• 直角坐标式机器人主要缺点是：
• (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。
2016/10/31
-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。
2016/10/31
-1来自百度文库-
161166
工业机器人技术基础
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。
• （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。
2016/10/31
-15-
151155
工业机器人技术基础
(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
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-
131133
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。
• (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。
2016/10/31
-14-
141144
工业机器人技术基础
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。
• 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。
2016/10/31
-8-
8 88
工业机器人技术基础
• 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。
• (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。
2016/10/31
-11-
1111
工业机器人技术基础
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。
2016/10/31
-12-
121122
工业机器人技术基础
• 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
• 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。
2016/10/31
-6-
6 66
工业机器人技术基础
• 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。
2016/10/31
-7-
7 77
工业机器人技术基础
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。
直角坐标机器人演示
直角坐标机器人应用
2016/10/31
-4-
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。
2016/10/31
-9-
9 99
工业机器人技术基础
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。
2016/10/31
-10-
101100
工业机器人技术基础
3．球面坐标式机器人
• 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。