• (1)导轨面的防护比较困难。
• (2)导轨的支承结构增加了机器人的重量， 并减少了有效工作范围。
• (3)为了减少摩擦需要用很长的直线滚动导 轨，价格高。
• (4)结构尺寸与有效工作范围相比显得庞大。
• (5)移动部件的惯量比较大，增加了驱动装 置的尺寸和能量消耗。
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• 起重机台架式直角坐标机器人的应用越来 越多，在直角坐标机器人中的比重正在增加。
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3．间接驱动机器人
• 间接驱动机器人是驱动电机和关节之间 有一个速比远大于1的机械传动装置。
• 使用机械传动装置的理由是：
• (1)工业机器人关节转轴的速度不高，而关节 驱动力矩要求比较大。一般电机满足不了这个 要求，所以需要采用速比较大、传动效率较高 的机械传动装置作为电机和关节之间传递力矩 和速度的中间环节。
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4．关节坐标式机器人
• 关节坐标式机器人主体结构的三个自由度腰转关节、 肩关节、肘关节全部是转动关节，手腕的三个自由度 上的转动关节(俯仰，偏转和翻转)用来最后确定末端 操作器的姿态。
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• 关节坐标式机器人的优点： • （1）结构紧凑，工作范围大而安装占地面
积小。
• (2)具有很高的可达性。 • (3)因为没有移动关节，所以不需要导轨。 • (4)所需关节驱动力矩小，能量消耗较少。
• (3)在垂直方向和径向有两个 往复运动，可采用伸缩套筒式 结构。当机器人开始腰转时可 把手臂缩进去，在很大程度上 减少了转动惯量，改善动力学 载荷。
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圆柱坐标式机器人的缺点： 主要是由于机身结构的缘故， 手臂不能抵达底部，减少了 机器人的工作范围。
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3．球面坐标式机器人
• (2)增加能量消耗。 • （3）结构庞大，传动
装置占据了机器人其它 子系统所需要的空间。
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• 图所示SCARA机器人采用 了一种折哀的方案：
• 因为手腕离机器人基础件 最远，把手腕电机从手腕处 移到基础件附近安装，中间 采用同步带传动；
• 因基础件附近空间已经比 较狭窄，并且臂1的刚性也 比较好，肘关节电机就直接 装在肘关节上。
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2．远距离连接传动
• 远距离连接传动机器人 的主要优点：
• (1)克服了直接连接 传动的缺点。
• (2)可以把电机作为 一个平衡质量，获得平 衡性良好的机器人主体 结构。
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2．远距离连接传动
• 远距离连接传动机器人 的主要缺点：
• (1)远距离传动产生额 外的间隙和柔性，影响 机器人的精度。
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(a)直接连接传动，间接驱动 (b)直接连接传动，直接驱动 (c)远距离连接传动，间接驱动 (d)远距离连接传动，直接驱动
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1．直接连接传动的特点
• 优点：驱动电机直接装在关节上、结构紧凑。 • 缺点：电机比较重，腰转时大臂关节电机和
小臂关节电机随之运动；大臂转动时小臂关节 电机也随之运动。不仅增加了能量消耗，而且 增大了转动惯量．从动力学观点来看对系统相 有损害。 • 克服的办法：把肘关节电机、肩关节电机都 放到机器人的基础部件上，通过远距离的机械 传动把电机动力传给肘和肩关节。
• 球面坐标式机器人具有较大的 工作范围，设计和控制系统比较 复杂。
• 在这类机器人中最出名的一种 产品是美国unimation公司的 Unimation 机器人，它的结构简 图如图所示。
• 机器人主体结构有三个自由度， 绕垂直轴线(柱身)转动、水平轴线 (关节6) 的转动、手臂伸缩的移动 关节2，其最大行程决定了球面最 大半径，机器人实际工作范围的 形状是个不完全的球缺。
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• 关节坐标式机器人的缺 点：
• (1)肘关节和肩关节轴线 是平行的，当大小臂舒 展成直线时虽能抵达很 远的工作点，但是机器 人结构刚度比较低。
• (2)机器人手部在工作范 围边界上工作时有运动 学上的退化行为。
ppt课件Biblioteka 14二、传送方式的选择
• 传动方式选择是指选择驱动源及传动装置与关节部件 的连接形式和驱动方式。
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1.直角坐标式机器人
• 一般直角坐标式机器人的手臂能垂 直上下移动(Z方向运动)，并可沿滑架 和横梁上的导轨进行水平面内二维移 动(x和y方向运动)。
• 直角坐标式机器人主要用于生产设 备的上下料，也可用于高精度的装配 和检测作业。
• 直角坐标式机器人主体结构具有三 个自由度，而手腕自由度的多少可视 用途而定。
• 基本的连接形式和驱动方式有如下几种：
• （1）直接连接传动。驱动源或带有机械传动装置直 接与关节相连。
• （2）远距离连接传动。驱动源通过远距离机械传动 后与关节相连。
• （3）间接驱动。驱动源经一个速比远大于1的机械传 动装置与关节相连。
• （4）直接驱动。驱动源不经过中间环节或经过一个 速比等于1的机械传动这样的中间环节与关节相连。
• (2)用于直接驱动的高转矩低速电机虽然已经 开发出来，但是电机价格高，并且转矩／体积 比和转矩／重量比还比较小。
直角坐标机器人演示
直角坐标机器人应用
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• 直角坐标式机器人的优点是：
• (1)结构简单。
• (2)容易编程。
• (3)采用直线滚动导轨后，速度 高，定位精度高。
• (4)在x，y和z三个坐标轴方向 上的运动没有耦合作用，对控制 系统设计相对容易些。
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• 直角坐标式机器人主要缺点是：
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2．圆柱坐标式机器人
• 圆柱坐标式机器人主体结 构具有三个自由度：腰转， 升降，手臂伸缩。
• 手腕通常采用两（三）个 自由度，绕手臂纵向轴线 转动和与其垂直的水平轴 线转动。
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• 圆柱坐标式机器人的优点：
• （1）除了简单的“抓一放” 作业外还可以用在许多其它生 产领域。
• (2)结构紧凑。
第五章 工业机器人机械系统设计
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主要内容
• 5.1工业机器人总体设计 • 5.2传动部件设计 • 5.3臂部设计 • 5.4手腕设计 • 5.5手部设计 • 5.6机身及行走机构设计
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5.1工业机器人总体设计
• 一、主体结构设计 • 工业机器人坐标形式有： • 直角坐标式 • 圆柱坐标式 • 球面坐标式(极坐标式) • 关节坐标式。