第四章 工业机器人机械系统设计.ppt

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1、第四章工业机器人机械系统设计主要内容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

2、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

3、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

4、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

5、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,摩檫系数仅为0.005左

6、右,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。二传动部件设计传动件的定位和消隙传动件的定位电气开关定位、机械挡块定位、伺服定位系统传动件的消隙消隙齿轮柔性齿轮对称传动消隙偏心机构消隙齿廓弹性覆层消隙二传动部件设计减速器谐波传动机构行星齿轮机构与一般齿轮传动和蜗杆传动不同，谐波传动其工作原理是基于一种变形原理，即通过柔轮变形时其径向位移和切向位移间的转换关系，从而实现传动机构的力和运动的转换。谐波齿轮传动是靠柔性齿轮（柔轮）所产

7、生的可控弹性变形来实现传递运动和动力的。它的基本构件有：柔轮、波发生器和刚轮。三个构件中可任意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入，一个输出，组成差动传动。当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时，柔轮在椭圆凸轮作用下产生变形，在波发生器长轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合；在短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全脱开；在波发生器长轴与短轴区间，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态，称为啮入；有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态，称为啮出。由于波发生器的连续转动，使得

8、啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次变化，循环不已。由于柔轮比刚轮的齿数少2，所以当波发生器转动一周时，柔轮向相反方向转过两个齿的角度，从而实现了大的减速比。与一般齿轮传动比较，它有以下特点：　　（1）传动比大，且范围广。单级传动的传动比为50~320，复波传动的传动比可达107。　　（2）同时参加啮和的齿数多，承载能力高。传递公称力矩时，同时参加啮和的齿数可