一 工业机器人总体设计
模块化结构设计
模块化工业机器人
由一些标准化,系列化的模块件通过具有特殊功能 由一些标准化, 的结合部用积木拼搭方式组成的工业机器人系统. 的结合部用积木拼搭方式组成的工业机器人系统.
模块化工业机器人的特点
经济性 灵活性
存在的问题
刚度比较差 整体重量偏重 模块针对性待提高
一 工业机器人总体设计
5,手部设计
概述 手部分类 手爪设计和选用的要求 普通手爪设计 6,机身及行走机构设计 机身设计 行走机构设计
4,手腕设计
概述 手腕分类 手腕设计举例
一
工业机器人总体设计
主体结构设计 关键是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式 工业机器人的坐标形式
直角坐标机器人 主体结构有三个自由度, 主体结构有三个自由度,全为伸缩 圆柱坐标机器人 主体结构有三个自由度,腰转,升降,伸缩 主体结构有三个自由度,腰转,升降, 球面坐标机器人 主体结构有三个自由度,转动,转动和伸缩 主体结构有三个自由度,转动, 关节坐标机器人 主体结构有三个自由度,全为转动 主体结构有三个自由度,
磁力吸盘设计
不需夹具,要求工件表面清洁,平整, 不需夹具,要求工件表面清洁,平整,干燥 只适合对工件要求不高或不考虑剩磁的影响, 只适合对工件要求不高或不考虑剩磁的影响,不 适合高温
真空式吸盘设计
要求工件表面清洁,平整,干燥, 要求工件表面清洁,平整,干燥,能气密 各类真空式吸盘举例
六 机身及行走机构设计
静压导轨: 静压导轨:将具有一定压力的润 滑油, 滑油,经节流器输入到导轨面上 的油腔,即可形成承载油膜, 的油腔,即可形成承载油膜,使导 轨面之间处于纯液体摩擦状态. 轨面之间处于纯液体摩擦状态. 优点是轨运动速度的变化对油膜 厚度的影响很小; 厚度的影响很小;载荷的变化对 油膜厚度的影响很小, 油膜厚度的影响很小,摩檫系数 仅为0.005左右,油膜抗振性好. 0.005左右 仅为0.005左右,油膜抗振性好. 缺点是导轨自身结构比较复杂需 要增加一套供油系统对润滑油的 清洁程度要求很高主要应用: 清洁程度要求很高主要应用:精 密机床的进给运动和低速运动导 轨.
行星减速器的主要特点如下: 行星减速器的主要特点如下: 体积小,重量轻,结构紧凑,传递功率大,承载能力高. (1)体积小,重量轻,结构紧凑,传递功率大,承载能力高. 由于行星齿轮传动是一种共轴线式传动形式, 由于行星齿轮传动是一种共轴线式传动形式,即具有同轴线传动 的特点.在结构上采用了对称分流传动结构,即用几个完全相同 的特点.在结构上采用了对称分流传动结构, 的行星轮均匀分布在中心轮圆周来共同分担载荷, 的行星轮均匀分布在中心轮圆周来共同分担载荷,并且合理地应 用了内啮合,充分地利用了空间的容积,从而缩小了径, 用了内啮合,充分地利用了空间的容积,从而缩小了径,轴向尺 使结构紧凑,而承载能力又高. 寸,使结构紧凑,而承载能力又高.因而行星齿轮传动在相同功 率和传动比的条件下, 率和传动比的条件下,可使其外部尺寸和重量只为普通齿轮传动 1/2-1/6. 的1/2-1/6. 传动效率高,工作可靠. (2)传动效率高,工作可靠.行星齿轮传动由于采用了对称 的分流传动结构, 的分流传动结构,使作用于中心轮和行星架等主要轴承上的作用 力互相平衡,有利于提高传动效率. 力互相平衡,有利于提高传动效率. 传动比大.适当选择传动类型和齿轮齿数, (3)传动比大.适当选择传动类型和齿轮齿数,便可利用少 数几个齿轮而获得很大的传动比. 数几个齿轮而获得很大的传动比. 由于行星齿轮传动具有上述优点, 由于行星齿轮传动具有上述优点,故目前行星齿轮减速器不 仅适用于告诉大功率,而且在低速大扭矩设备上也已广泛应用. 仅适用于告诉大功率,而且在低速大扭矩设备上也已广泛应用.
材料的选择
材料选择的基本要求
强度高 弹性模量大 重量轻 阻尼大 价格低
结构件材料介绍 碳素结构钢,合金结构钢, 碳素结构钢,合金结构钢,铝合金等合金材 纤维增强合金,陶瓷, 料,纤维增强合金,陶瓷,纤维增强复合材 料,粘弹性大阻尼材料
一 工业机器人总体设计
平衡系统设计
平衡系统的作用
安全 降低因构形变化而导致重力引起关节驱动力矩变化的峰值 降低因运动而导致惯性力矩引起关节驱动力矩变化的峰值 改进动力特性 使运行稳定, 使运行稳定,降低地面安装要求
机身设计
考虑因素:足够的刚度和稳定性,运动灵 考虑因素:足够的刚度和稳定性, 活,结构布置合理 回转与升降机身 回转与俯仰机身 机身驱动力(力矩)计算 机身驱动力(力矩)
行走机构设计
各类行走机构的简介
垂直升降运动驱动力计算
Pq = Fm + Fg + W
F m —— 各支承处的摩擦力 F g —— 启动时的总惯性力
动压导轨: 动压导轨:靠导轨之间的相对 运动产生的压力油膜将运动件 浮起,把两个导轨面隔离, 浮起,把两个导轨面隔离,形成 纯液体摩檫,其工作原理与动 纯液体摩檫,其工作原理与动 压轴承相同,形成导轨面间压 轴承相同, 力油膜的条件是: 力油膜的条件是:两导轨面之 间应有锲形间隙和一定的相对 速度, 速度,此外还需要有一定粘度 的润滑油流进锲形间隙 适用于主运动导轨
二
传动部件设计
传动件的定位和消隙 传动件的定位
电气开关定位,机械挡块定位,伺服定位系统 电气开关定位,机械挡块定位,
传动件的消隙
消隙齿轮 柔性齿轮 对称传动消隙 偏心机构消隙 齿廓弹性覆层消隙
二
传动部件设计
减速器 谐波传动机构
行星齿轮机构
与一般齿轮传动和蜗杆传动不同, 与一般齿轮传动和蜗杆传动不同,谐波传动其工作原理 是基于一种变形原理,即通过柔轮变形时其径向位移和 是基于一种变形原理, 切向位移间的转换关系,从而实现传动机构的力和运动 切向位移间的转换关系, 的转换. 的转换. 谐波齿轮传动是靠柔性齿轮(柔轮) 谐波齿轮传动是靠柔性齿轮(柔轮)所产生的可控弹性 变形来实现传递运动和动力的.它的基本构件有:柔轮, 变形来实现传递运动和动力的.它的基本构件有:柔轮, 波发生器和刚轮.三个构件中可任意固定一个,其余两 波发生器和刚轮.三个构件中可任意固定一个, 个一为主动,一为从动,可实现减速或增速( 个一为主动,一为从动,可实现减速或增速(固定传动 比),也可变换成两个输入,一个输出 ,组成差动传 ),也可变换成两个输入, 也可变换成两个输入 动.
当刚轮固定,波发生器为主动,柔轮为从动时, 当刚轮固定,波发生器为主动,柔轮为从动时,柔轮在 椭圆凸轮作用下产生变形,在波发生器长轴两端处的柔 椭圆凸轮作用下产生变形, 轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合;在短轴两端处的柔轮轮齿 轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合; 与刚轮轮齿完全脱开;在波发生器长轴与短轴区间,柔 与刚轮轮齿完全脱开;在波发生器长轴与短轴区间, 轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态,称为啮入;有 轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态,称为啮入; 的则逐渐退出啮合处于半脱开状态,称为啮出.由于波 的则逐渐退出啮合处于半脱开状态,称为啮出. 发生器的连续转动,使得啮入,完全啮合,啮出,完全 发生器的连续转动,使得啮入,完全啮合,啮出, 脱开这四种情况依次变化,循环不已. 脱开这四种情况依次变化,循环不已.由于柔轮比刚轮 的齿数少2 的齿数少2 ,所以当波发生器转动一周时,柔轮向相反 所以当波发生器转动一周时, 方向转过两个齿的角度,从而实现了大的减速比. 方向转过两个齿的角度,从而实现了大的减速比.
物料馈送器或存储装置
对手爪必需的最小,最大爪钳间的距离;必需的夹紧力; 对手爪必需的最小,最大爪钳间的距离;必需的夹紧力;其 它的不确定因素
机器人作业顺序 手爪和机器人的匹配
手爪的机械接口/ 手爪的机械接口/手爪自重
环境条件
普通手爪设计
机械式手爪设计
驱动:气动,液动,电动 驱动:气动,液动, 传动:运动要求和夹紧力要求 传动: 爪钳:形状,材料,与工件的接触面积 爪钳:形状,材料,
平衡系统设计的主要途径
质量平衡技术 弹簧力动部件设计
移动关节导轨及转动关节轴承 移动关节导轨
要求 类型:普通滑动导轨,液压动压移动导轨, 类型:普通滑动导轨,液压动压移动导轨,液压静压 移动导轨,气浮导轨, 移动导轨,气浮导轨,滚动导轨 应用实例
转动关节轴承
球轴承 专用轴承 特殊材料制作的轴承
三
臂部设计
臂部设计的基本要求
刚度高,导向性好,重量轻,运动平 刚度高,导向性好,重量轻, 稳,定位精度高
手臂的常用结构
直线运动机构 回转运动机构 臂部运动驱动力计算
四
概述
手腕设计
手腕可具有的自由度:翻转,俯仰,偏转 手腕可具有的自由度:翻转,俯仰, 设计的重点是手腕的大小和重量
手腕的分类
按自由度数目分类 按驱动方式分类
第四章 工业机器人 机械系统设计
1,工业机器人总体设计
主体结构设计
主 要 内 容
传动方式选择 模块化结构设计 材料选择 平衡系统设计
2,传动部件设计
移动关节导轨及转动关节轴承 传动件的定位及消隙 谐波传动 丝杠螺母副及其滚珠丝杠传动 其它传动
主要内容
3,臂部设计
臂部设计的基本要求 手臂的常用结构 臂部运动驱动力计算
W
—— 运动部件的总重力
回转运动驱动力计算
Mq = Mm + M g
M m —— 总摩擦阻力矩
M g —— 各回转运动部件总惯性力矩
升降立柱下降不卡死条件计算
∑G L L= ∑G
i i
i
—— 偏重力臂
M =W L
—— 偏重力矩 ——立柱支撑导套产生的 ——立柱支撑导套产生的 防止手臂倾斜的力矩
手腕设计举例
五
手部设计
手部与手腕相连处可拆卸 手部是工业机器人末端操作器 手部的通用性比较差 手部是一个独立部件
工业机器人手部特点
手部的分类 手部设计和选用要求 普通手爪设计