第四章工业机器人设计ppt.ppt

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 有回转关节的角速度的矢量和。 4.3.2 工业机器人的静力分析 机器人进行作业时，其末端执行器上将作用有工作阻力（力矩），而机器人中的各驱动器则对各运动关节施加驱动力矩，驱使操作机运动。 进行机器人操作机设计时，往往首先进行初步的静力分析，为操作机的方案和结构设计提供依据。作用在操作机上的静力，是由末端执行器开始自上编号杆件向下编号杆件递推的。 4.3.3 工业机器人的动力分析 与运动学位姿问题类似，动力学分析也可分正问题和逆问题。 正问题用于机器人的运动分析和仿真研究。 逆问题是控制其设计的基本依据。 到目前为止，还没有一种算法在计算速度上能达到实时控制的要求，因而这个领域的研究工作十分活跃。 4.3.4 工业机器人的传动系统设计 机器人操作机是由若干个构件和关节组成的多自由度空间机构，其运动都是由驱动器经各种机械传动装置减速后驱动负载。 机器人中常用的机械传动机构有齿轮传动、蜗杆传动、滚珠丝杠传动、同步齿形带传动、链传动、行星齿轮传动等。 4.3.4 工业机器人的传动系统设计 （一）谐波齿轮减速装置 （1）工作原理 图16 齿发生器/17 （2）传动比计算 （3）谐波减速器在机器人中的应用 带杯形柔轮的谐波传动/18 带环形柔轮的谐波减速传动 （二）钢带传动装置 结构简单、传动效率高，是无间隙传动， 传动精度高。 4.3.5 驱动方式选择 工业机器人的驱动系统是带动操作机各运动副的动力源。 常用的驱动方式包括电动机驱动、液压、气动三种。 （一）电动机驱动方式 应用类型大致分为普通交、直流电动机驱动、 流伺服电动机驱动、交流伺服电动机驱动、步 进电动机驱动等。 优点：不需能量转换、控制灵活、使用方便、 噪声较低、起动力矩大等。 （二）液压和气压驱动方式 目前，简易经济型、重型机器人和喷漆机器人 考虑液压驱动方式，轻负荷的搬运，上、下料 点操作的工业机器人考虑气压驱动方式。 4.4 工业机器人的机械结构系统设计 一、工业机器人的手臂和机座 二、工业机器人的手腕 三、工业机器人的末端执行器 4.4.1 工业机器人的手臂和机座 工业机器人机械结构系统由机座、手臂、手腕、末端执行器和移动装置组成。 工业机器人的手臂由动力关节和连接杆件构成，用以支承和调整手腕和末端执行器的位置。 （一）设计要求 (1)手臂结构设计要求 手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任 务提出的工作空间要求； 合理选择手臂截面形状和高强度轻质材料， 减轻自重； 减小驱动装置的负荷，提高手臂运动的响应 速度； 提高运动的精确性和运动刚度。 4.4.1 工业机器人的手臂和机座 （一）设计要求 (2)机座结构设计要求 要有足够大的安装基面，以保证机器人工作 时的稳定性； 机座承受机器人全部重量和工作载荷，应保 证足够的强度、刚度和承载能力； 机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行 器的运动精度影响最大。 4.4.1 工业机器人的手臂和机座 （二）典型结构 电动机驱动机械传动圆柱坐标型机器人手臂和 机座结构 图25 PUMA机器人手臂的结构 图29 带谐波减速器的机器人手臂关节结构 图31 视频10、11、