文档介绍：第四章 工业机器人 机械系统设计
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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
其它传动
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3、臂部设计
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
主要内容
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
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一 工业机器人总体设计
主体结构设计
关键是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式
工业机器人的坐标形式
直角坐标机器人
主体结构有三个自由度，全为伸缩
圆柱坐标机器人
主体结构有三个自由度，腰转、升降、伸缩
球面坐标机器人
主体结构有三个自由度，转动、转动和伸缩
关节坐标机器人
主体结构有三个自由度，全为转动
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一 工业机器人总体设计
传动方式选择
选择驱动源和传动装置与关节部件的连接、驱动方式
工业机器人的传动形式
传动形式
特征
优点
缺点
直接连结传动
直接装在关节上
结构紧凑
需考虑电机自重，转动惯量大，能耗大
远距离连结传动
经远距离传动装置与关节相连
不需考虑电机自重，平衡性良好
额外的间隙和柔性，结构庞大，能耗大
间接传动
经速比远>1的传动装置与关节相连
经济、对载荷变化不敏感、便于制动设计、方便一些运动转换
传动精度低、结构不紧凑、引入误差，降低可靠性
直接驱动
不经中间关节或经速比=1的传动装置与关节相连
传动精度高，振动小，传动损耗小，可靠性高，响应快
控制系统设计困难，对传感元件要求高，成本高
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一 工业机器人总体设计
模块化结构设计
模块化工业机器人
由一些标准化、系列化的模块件通过具有特殊功能的结合部用积木拼搭方式组成的工业机器人系统。
模块化工业机器人的特点
经济性
灵活性
存在的问题
刚度比较差
整体重量偏重
模块针对性待提高
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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
弹性模量大
重量轻
阻尼大
价格低
结构件材料介绍
碳素结构钢、合金结构钢、铝合金等合金材料、纤维增强合金、陶瓷、纤维增强复合材料、粘弹性大阻尼材料
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一 工业机器人总体设计
平衡系统设计
平衡系统的作用
安全
降低因构形变化而导致重力引起关节驱动力矩变化的峰值
降低因运动而导致惯性力矩引起关节驱动力矩变化的峰值
改进动力特性
使运行稳定，降低地面安装要求
平衡系统设计的主要途径
质量平衡技术
弹簧力平衡技术
可控力平衡技术
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二 传动部件设计
移动关节导轨及转动关节轴承
移动关节导轨
要求
类型：普通滑动导轨、液压动压移动导轨、液压静压移动导轨、气浮导轨、滚动导轨
应用实例
转动关节轴承
球轴承
专用轴承
特殊材料制作的轴承
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动压导轨：靠导轨之间的相对运动产生的压力油膜将运动件浮起,把两个导轨面隔离,形成纯液体摩檫，其工作原理与动压轴承相同,形成导轨面间压力油膜的条件是:两导轨面之间应有锲形间隙和一定的相对速度,此外还需要有一定粘度的润滑油流进锲形间隙 适用于主运动导轨
静压导轨：将具有一定压力的润滑油,经节流器输入到导轨面上的油腔,即可形成承载油膜,使导轨面之间处于纯液体摩擦状态. 优点是轨运动速度的变化对油膜厚度的影响很小；载荷的变化对油膜厚度的影响很小,,油膜抗振性好。缺点是导轨自身结构比较复杂需要增加一套供油系统对润滑油的清洁程度要求很高主要应用:精密机床的进给运动和低速运动导轨。
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