文档介绍：工业机器人机械系统设计指导教师:张付祥主要内容: : § 工业机器人总体设计§ 工业机器人传动部件设计§ 臂部设计§ 手腕设计§ 手部设计§ 机身及行走机构设计第4章工业机器人机械系统设计§ 工业机器人总体设计第4章工业机器人机械系统设计一、主体结构设计二、传动方式的选择三、模块化结构设计四、材料的选择五、平衡系统的设计主要内容: 第4章工业机器人机械系统设计一、主体结构设计主体结构设计的主要问题是: 选择由连杆件和运动副组成的坐标形式。使两物体直接接触而又能产生一定相对运动的联接,称为运动副。 1、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,大约占工业机器人总数的 14% 左右。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、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。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动及配合运动. 直角坐标机器人用途: 大型多工序生产现场的各环节自动化衔接,物流设备、搬运码跺设备(如: 食品行业、化妆品行业、电子设备、各种零部件)、涂料设备、点胶设备、无损检测设备、视觉检测设备、贴标设备、激光加工行业、焊接设备、跟踪模拟设备(军工)以及一些军品制造和防爆场合. 直角坐标式机器人的优缺点对照表优点优点缺点缺点(1) (1) 结构简单结构简单(2) (2) 容易编程容易编程(3) (3) 采用直线滚动导轨后,速度高, 采用直线滚动导轨后,速度高, 定位精度高定位精度高(4) (4) 在在X X、、Y Y和和Z Z坐标轴方向上的运坐标轴方向上的运动没有耦合作用,对控制系统设动没有耦合作用,对控制系统设计相对容易些。计相对容易些。(1) (1) 导轨面的防护比较困难,不能导轨面的防护比较困难,不能像转动关节的轴承那样密封得很像转动关节的轴承那样密封得很好好(2) (2) 导轨的支撑结构增加了机器人导轨的支撑结构增加了机器人的重量,并减少的有效工作范围。的重量,并减少的有效工作范围。(3) (3) 为了减少摩擦需要很长的直线为了减少摩擦需要很长的直线滚动导轨,价格高。滚动导轨,价格高。(4) (4) 结构尺寸与有效工作范围相比结构尺寸与有效工作范围相比显得庞大显得庞大(5) (5) 移动部件的惯量比较大,增加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。了驱动装置的尺寸和能量消耗。第4章工业机器人机械系统设计 2、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。手腕采用 2个自由度绕手臂纵向轴线转动与其垂直的水平轴线转动若手腕采用 3个自由度,则机器人自由度数目达到 6个,但手腕上的某个自由度将与主体上的回转自由度有部分重复。此类机器人大约占工业机器人总数的 47% 左右。图 4-6 圆柱坐标式机器人的优缺点对照表优点优点缺点缺点(1) (1) 除了简单的除了简单的““抓抓——放放””作业外还作业外还可以用在许多其它生产领域,与可以用在许多其它生产领域,与直角坐标式机器人相比增加了通直角坐标式机器人相比增加了通用性。用性。(2) (2) 结构紧凑结构紧凑(3) (3) 在垂直方向和径向有两个往复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。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当机器人开始腰转时可把手臂缩进去,在很大程度上减少的转动进去,在很大程度上减少的转动惯量,改善动力学载荷。惯量,改善动力学载荷。由于机身结构的缘故,手臂不能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抵达底部,减少了机器人的工作范围。范围。第4章工业机器人机械系统设计 3、球面坐标式机器人主体结构有三个自由度,绕垂直轴线(机身)、水平轴线(回转关节)的转动及手臂的伸缩。第4章工业机器人机械系统设计 4、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)用来确定末端操作器的姿态,大约占工业机器人总数的 25% 左右。第4章工业机器人机械系统设计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积小②具有很高的可达性。③转动关节易于封闭,由于轴承件是大量生产的标准件,则摩擦小、惯量小、可靠性好。④所需关节驱动力矩小,能量消耗较少。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、小臂舒展成一直线时虽能抵达很远的工作点,但机器人的结构