第3讲 工业机器人的机械结构文档.ppt

第三讲 机器人的机械结构 机器人的主要技术参数 机身和臂部机构 驱动机构 第一节 机器人的主要技术参数 自由度 操作机的自由度多，机构运动的灵活性大，通用性强，但机构的结构也更复杂，刚性变差。机构的自由度多于为完成生产任务所必需的自由度时，多余的自由度称为冗余自由度。设置冗余自由度使操作机具有一定的避障能力，在进行运动逆解时，使各关节的运动具有优选的条件。工业机器人一般多为4~6个自由度。 第一节 机器人的主要技术参数 工作空间 机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安置点所能达到的所有空间区域，不包括手部本身所能达到的区域。 工作空间的形状取决于机器人的构型，工作空间的大小取决于组成机器人各部件的自身尺寸和运动尺寸。 第一节 机器人的主要技术参数 工作速度 工作速度是指机器人在工作载荷条件下，匀速运动过程，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。 工作载荷 机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩来表示。 第一节 机器人的主要技术参数 控制方式 机器人用于控制轴的方式，使伺服还是非伺服，伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。 驱动方式 指的是关节执行器的动力源形式：电气驱动、液压驱动、气压驱动、其它驱动形式。 第一节 机器人的主要技术参数 精度、重复精度和分辨率 精度、重复精度、和分辨率用来定义机器人手部的定位能力。 精度 是一个位置量相对于其参照系的绝对度量。 重复精度 指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。 第一节 机器人的主要技术参数 分辨率 是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和分辨率不一定相关。 第二节 机身和臂部机构 机身 起连接、支承和传动的作用 既可以是固定式的，也可以是行走式的 臂部 支承腕部和手部，并带动它们在空间运动 在工作中直接承受腕、手和工件的静、动载荷，自身运动又较多，故受力复杂。 二、机身的典型结构 采用哪种自由度形式由机器人的总体设计来定 二、机身的典型结构 二、机身的典型结构 二、机身的典型结构 二、机身的典型结构 机身的典型结构 回转与升降机身 回转与俯仰机身 回转与俯仰机身 三、臂部的典型机构 臂部伸缩机构 臂部俯仰运动机构 手臂回转与升降机构 手臂回转与升降机构通常是通过臂部相对于立柱的运动机构来实现。常采用回转缸与升降缸单独驱动，适用于升降行程短而回转角度小于360°的情况，也有采用升降缸与气马达——锥齿轮传动的结构。 四、机身与臂部的配置形式 五、机身和臂部设计应注意的问题 根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸 ※采用封闭型空心截面的结构作为臂杆 ※适当减小壁厚，加大轮廓尺寸 提高支承刚度和接触刚度 ※支座的结构形状、底板的连接形式 ※提高配合面间的接触刚度，即保证配合表面的加工精度和表面粗糙度 合理布置作用力的位置和方向 四、机身和臂部设计应注意的问题 四、机身和臂部设计应注意的问题 四、机身和臂部设计应注意的问题 腰部机构的设计注意事项 机械手的腰部包括机座和腰关节，机座承受机器人全部重量，要有足够的强度和刚度，一般用铸铁或铸钢制造， 机座要有一定的尺寸以保证操作机的稳定，并满足驱动装置及电缆的安装。 腰关节是负载最大的运动轴，对末端执行器运动精度影响最大，故设计精度要求高。 腰部机构的设计注意事项 腰关节的轴可采用普通轴承的支承结构，其优点是结构简单、安装调整方便，但腰部高度较高。 现在大多数机器人的腰关节均采用大直径交叉滚子轴承支承的结构，既可使机座高度大大降低，又具有更好的支承刚度。 交叉滚子轴承 臂部机构的设计注意事项 臂部的作用是连结腰部和腕部，实现操作机在空间中的运动。 手臂的长度尺寸要满足工作空间的要求，由于手臂的刚度、强度直接影响机器人的整体运动刚度，同时又要灵活运动，故应尽可能选用高强度轻质材料，减轻其重量。 在臂体设计中，也应尽量设计成封闭形和局部带加强肋的结构，以增加刚度和强度。 第三节 驱动机构 直线驱动机构 第三节 驱动机构 第三节 驱动机构 旋转驱动机构 第三节 驱动机构 第三节 驱动机构 第三节 驱动机构 直线驱动和旋转驱动的选用和制动 第五节 腕部机构 腕部是臂部与手部的连接部件，起支承手部和改变手部姿态的作用．为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现