工业机器人讲座分析.ppt

* 工业机器人技术讲座 天津大学机械工程学院 报告人：王刚 1、工业机器人 1.1 工业机器人重要性 现代制造业的三大支柱: NC（数控）机床 PLC（可编程逻辑控制器） 工业机器人 1.2 工业机器人分类 （1）按机构形式分类 直角坐标机器人 水平多关节机器人（SCARA） 垂直多关节机器人 串联机器人 并联机器人 steward并联机器人 δ和类δ并联机器人 Tricept并联机器人 混联机器人 （2）按作业形式分类 点焊机器人 弧焊机器人 喷涂机器人 搬运机器人 装配机器人 加工机器人 建筑机器人 图1.1 直角坐标机器人 图1.2 SCARA 图1.3 垂直多关节机器人 图1.4 空间并联机器人 图1.5 平面并联机器人 1.3 工业机器人的驱动 液压驱动 液压缸 液压马达 电液伺服阀+电液伺服板卡 电气驱动 直流、交流伺服电机+伺服驱动器 直接驱动电机 图1.6 混联机器人 1.4 关节伺服控制 目前，工业上使用的机器人，其关节控制使用交流伺服系统和交流伺服电动机，各关节的伺服控制框如图所示。由计算机控制系统发出指令脉冲与电机同轴的编码器反馈脉冲之差存在偏差计数器，因而偏差计数器保留着残余量，经PID调节（比例，微分，积分）经D/A变换成为速度给定。这个给定速度与电机 反馈速度之差作为控制量经PID调节，成为电流给定，经逆变器功率放大驱动电动机回转。 ①关节伺服控制由位置环，速度环，电流环三环嵌套。 ②在位置环和速度环内有PID调节。 ③逆变器采用PWM脉冲宽度调制。 图1.7 关节的伺服控制框 1.5 关节减速器 关节减速器的作用 力矩匹配 增力 速度匹配 减速 惯量匹配 负载惯量（等效）/电机转子惯量《K 常用的关节减速器 谐波减速器 刚轮——〉行星传动中心轮 柔轮——〉行星传动行星轮 波发生器——〉系杆 摆线减速器 针轮——〉行星传动中心轮 摆线轮——〉行星传动行星轮 转臂——〉系杆 1.6 机器人关节结构 1.6.1 回转关节的组成 原动件：伺服电机 传动系统：精密减速器，可为谐波齿轮传动，精密摆线传动，RV传动之一 关节轴承：十字交叉滚子轴承或深沟球轴承 图1.8 十字交叉滚子轴承 （1）回转关节的内部布局 同轴式： 电机轴与减速器输出轴共线，输出轴为实心轴，无需从内部穿引线缆。 偏置式： 电机轴与减速器输出轴不共线，输出轴为空心轴，便于从内部穿引线缆。 回转关节构件机构简图如下： 图1.9 回转关节构件机构简图 图1.11 回转关节模块实例一（谐波传动：刚轮固定，柔轮输出） 图1.10 谐波传动 图1.12 回转关节模块实例二（谐波传动：柔轮固定、刚轮输出） 图1.13 回转关节模块实例三（电机RV减速器同轴） 1.6.2 线性关节 （1）线性关节的功能 线性关节把伺服电机的回转运动转换为输出平台的线性运动。基座和输出平台分别联接两相邻机械构件。 （2）线性关节的组成 有两种线性关节模块实现方案： 传动系统：滚动螺杆、螺母 支承系统：滚动导轨 图1.14 线性关节方案1 方案1：原动件：伺服电机 图1.15 线性关节实例一 （滚珠丝杠+滚动导轨） 图1.16 丝杠导轨 方案2：原动件：伺服电机 传动系统：同步齿形带传动 支承系统：滚动导轨 图1.17 线性关节方案2 图1.18线性关节模块实例二（同步带+滚动导轨） 图1.19 齿形带 1.6.3 转移复合关节模块 （1）转移复合关节的功能： 转移复合关节提供沿某轴线的线性运动和绕轴线的回转运动。两个运动相互独立，这是一种两自由度关节。 （2）转移复合关节的组成： 有两种移转复合关节的实现方案 方案1：双杆方式 回转运动： 原动件：伺服电机1 传动系统：滚动花键及花键套 支承系统：深沟轴承 线性运动： 原动件：伺服电机2 传动系统：滚动螺杆及螺母 支承系统：深沟轴承 方案2：单杆方案 回转运动： 原动件：伺服电机1 传动系统：滚动花键滚动螺杆复合空心轴 支承系统：深沟轴承 线性运动： 原动件：伺服电机2 传动系统：滚动花键滚动螺杆复合空心轴 支承系统：深