机械结构部分讲稿(胡旺宁)

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1、工业机器人设计——机械结构部分胡旺宁机械分析工程师2012-2-14huwangning@126.com内容介绍¢工业机器人分类¢典型结构组成及传动机构¢驱动-传动部件¢其他工业机器人分类ò按手臂机构的结构型式分一般工业机器人为6个自由度：¾直角坐标型前三个称为手臂机构；后三个¾圆柱坐标型称为手腕机构¾极坐标型¾垂直多关节型¾水平多关节型直角坐标机器人ò结构特点¾在直角坐标空间内解耦，空间轨迹易于求解；¾易于实现高定位精度；¾当具有相同的工作空间时，本体所占空间体积较大这也是大多数数控设备采用这种结构形式的原因圆柱坐标机器人ò结构特点¾在圆柱

2、坐标空间内解耦；¾能够伸入型腔式空间；¾相同工作空间，本体所占空间体积比直角坐标式要小；¾直线驱动部分密封、防尘较难极坐标机器人ò结构特点¾所占空间体积小，机构紧凑；¾往往需要将极坐标转化成我们习惯的直角坐标，轨迹求解较难；¾直线驱动同样存在密封、防尘问题垂直多关节机器人ò结构特点¾机构紧凑，动作灵活，工作空间大；¾能绕过基座周围的一些障碍物；¾适合电机驱动，关节密封、防尘比较容易相邻关节轴线垂直或平行水平多关节机器人（SCARA）ò结构特点¾作业空间与占地面积比很大，使用起来方便；¾沿升降方向刚性好，尤其适合平面装配作业SCARA-Sele

3、ctiveComplianceAssemblyRobotArm1978年由日本山梨大学牧野洋教授首先提出工业机器人结构形式应用占比机器人的产量（2002年）ò由2002年的产量统计可知，垂直多关节型机器人占日本分类产量/台国内生产总数的一半以上，直角坐标型机器8912其次是直角坐标型机器人、人水平多关节型机器人圆柱坐标型机器1949人极坐标型机器人132结构形式应用占比垂直多关节机器31547其他机器人人2%直角坐标型机器人并联机器人水平多关节机器514318%0%人直角坐标型机器人圆柱坐标型机器人水平多关节机器人圆柱坐标型机器人4%并联机器

4、人3011%极坐标型机器人垂直多关节机器人极坐标型机器人其他机器人889水平多关节机器人0%并联机器人总计48602其他机器人垂直多关节机器人65%摘自：日本机器人工业会的统计资料工业机器人分类ò按作业用途分¾物料搬运机器人¾焊接机器人¾喷涂机器人¾去毛刺机器人¾装配机器人¾其他物料搬运机器人ò主要应用领域¾压铸（树脂成型）¾冲压¾机床上下料¾码垛焊接机器人ò主要应用领域¾点焊¾弧焊¾激光焊接喷涂机器人ò主要应用领域¾普通喷涂¾涂胶去毛刺机器人ò两种工作方式¾工件固定在工作台上，机器人抓取工具（硬质合金刀具、毛刷、抛光砂带等）¾工具固定在工作

5、台上，机器人抓取工件装配机器人ò主要应用领域¾普通装配¾螺钉紧固¾汽车舣装其他机器人ò主要应用领域¾切割¾分拣（包装）典型结构组成ò为什么通用型工业机器人均选用6-DOF串联结构形式？¾一个运动物体在直角坐标系中的位姿（位置和姿态）可由6个自由度变量（3个平动、3个转动）来表示；¾6-DOF串联机器人抓取物体时，手臂机构（前3个自由度）决定物体的位置，手腕机构（后3个自由度）决定物体的姿态；¾6-DOF串联结构形式给机器人运动学计算带来了方便——可以将位置和姿态变量分开计算典型结构组成ò6-DOF串联机器人执行机构组成¾底座¾腰关节¾转座¾肩

6、关节¾大臂¾肘关节¾小臂¾腕部¾末端执行器（手爪）¾平衡装置关节传动机构ò腰关节¾腰关节为回转关节，既承受很大的轴向力、径向力，又承受倾覆力矩，且应具有较高的运动精度和刚度¾腰关节多采用高刚性的RV减速机传动。为方便走线，常采用中空型RV减速比？关节传动机构ò肩、肘关节¾肩、肘关节承受很大扭矩（肩关节同时承受来自平衡装置的弯矩）且应具有较高的运动精度和刚度；¾多采用高刚性的RV减速机传动。关节传动机构ò肩、肘关节关节传动机构ò手腕¾汇交型¾偏交型¾中空偏交型只要在其姿态能力范围内，任一给定姿态，三种结构方式都能实现关节传动机构ò中空偏交型手腕

7、¾主要应用在喷涂行业¾减少喷涂系统中空压机到机器人之间的辅助压缩空气管道¾杜绝喷枪软管和喷涂对象之间干涉¾减少附着在软管上的涂料的滴落关节传动机构ò偏交型手腕关节传动机构ò汇交型手腕¾应用最为广泛关节传动机构ò为什么一般情况下将减速机配置在关节传动链的最末端？¾减小细长轴（或套管）及有关传动齿轮的传递扭矩;¾有利于减小输出轴转角误差(末端减速机对前端传动链的转角误差有均化作用)转角误差的来源？1、细长轴扭转角2、齿轮齿侧间隙造成的回差关节传动机构ò电机配置位置¾对小负载机器人，5、6关节电机一般配置在小臂内部，5、6关节传动链之间有交叉耦合¾

8、对大负载机器人，4、5、6关节电机一般配置在肘关节附近，4、5、6关节传动链之间有交叉耦合关节传动机构ò诱导运动¾把某一杆件因另一杆件的被驱动而引起的运动，称作诱导