机械制造装备设计 工业机器人new

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1、第四章工业机器人设计第一节概述第二节工业机器人运动功能设计第三节工业机器人传动系统设计第四节工业机器人的机械机构系统设计第五节工业机器人的设计第六节工业机器人在机械制造系统中的应用4.1概述一、工业机器人的定义及工作原理二、工业机器人的构成及分类三、工业机器人的主要特性表示方法四、工业机器人的基本设计方法4.1.1工业机器人的定义及工作原理（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

2、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。4.1.2工业机器人的构成及分类（一）工业机器人的构成操作机、驱动单元、控制装置操作机器人（二）工业机器人的分类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。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。还有按控制方式、机器人的功能水平等分类方式。按坐标形式分类4.1.3工业机器人的主要特性表示方法（

3、一）坐标系坐标系按右手确定关节坐标系的确定：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。（二）机械结构类型用结构坐标形式和自由度表示。（三）作业空间（四）其他特性用途、负载、速度、控制、分辨率等。机器人的工作空间4.1.4工业机器人的基本设计方法（一）工业机器人的设计方法与机床设计方法基本相同，但具体的设计内容、设计要求和设计技术有很大差别。机器人总体方案的设计可分为分析式设计和创成式设计。（二）设计内容与步骤总体设计：基本技术参数设计、总体方案设计详细设计：装配图设计、零件图设计、控制系统设计总体评价：检

4、测其是否能满足所需设计指标的要求4.2工业机器人运动功能设计一、工业机器人的位姿描述二、工业机器人运动方程三、工业机器人的运动功能设计四、工业机器人的工作空间解释五、工业机器人的轨迹解析4.2.1工业机器人的位姿描述工业机器人的位姿指其末端执行器在指定坐标系中的位置和姿态。（一）作业功能姿态描述法所谓用作业动作功能要求来描述机器人位姿，就是直接用末端执行器和机座之间的齐次坐标变换来描述。（二）运动功能姿态描述法坐标变换：坐标系采用右手系坐标运动矩阵：机器人各个关节的运动都是坐标运动，坐标运动可以用齐次坐标变换矩阵表示。机器

5、人末端执行器与机座之间的相对运动可以用运动矩阵来表示。三自由度机器人4.2.2工业机器人的运动方程机器人的位姿可以用运动功能矩阵[To,m]来描述，它可以展开为：[To,m]=[To,1][T1,2]…[Ti-1,i]…[Tn-1,n][Tn,Tm]此式是一个矩阵表达的方程式，也称机器人的位姿运动方程。若机器人各个关节运动量为已知，则可以根据上式求出末端执行器在基座坐标系中的位置和姿态。4.2.3工业机器人的运动功能设计机器人运动功能设计可采用分析式设计方法和创成式设计方法。（一）分析式设计方法步骤如下：（1）根据作业运动

6、功能的要求，确定机器人末端执行器应达到的位置和姿态，即建立作业功能位姿矩阵；（2）对作业动作功能进行分析，写出运动功能矩阵；（3）给出各关节运动量，求出机器人的实际工作空间及姿态，也可用作图法求解；（4）校核所求出的实际工作空间及姿态是否满足步骤（1）的设计要求。4.2.3工业机器人的运动功能设计（二）创成式设计方法步骤如下：（1）根据作业动作功能要求，建立作业功能位姿矩阵；（2）分析作业功能位姿矩阵的特征，设定相应的运动功能矩阵；（3）解方程式，即可得到运动功能方案。4.2.4工业机器人的工作空间解析机器人的运动功能及相

7、关尺寸参数确定后，给出各关节的运动范围可以通过解位姿运动方程式，求出机器人的实际工作空间，同时检验其姿态是否满足设计要求。由各关节的运动量求机器人的位置和姿态，称为机器人的正运动学解析。机器人的工作空间，还可以用作图法（下页）进行解析。作图法4.2.5工业机器人的轨迹解析当作业动作功能所要求机器人末端执行器的运动轨迹已知，即作业功能位置矩阵已知，则运动矩阵就确定了。各关节运动量的计算是机器人控制程序设计必需的。4.3工业机器人传动系统设计一、工业机器人的速度和加速度分析二、工业机器人的静力分析三、工业机器人的动力分析四、工

8、业机器人的传动系统设计五、驱动方式选择4.3.1工业机器人的速度和加速度分析（一）构件的速度和加速度分析机器人操作机是由若干构件通过其间的关节联接而成的。末端执行器上的参考点P相对于机座坐标系的的速度，可通过相应位置变量对时间的微分而得到。（二）较速度和角加速度分析在末端执行器上所夹持的工件角速度是所有