第四章工業(yè)機(jī)器人設(shè)計

1、機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院目 錄第一章第一章 機(jī)械制造及裝備設(shè)計方法機(jī)械制造及裝備設(shè)計方法第二章第二章 金屬切削機(jī)床設(shè)計金屬切削機(jī)床設(shè)計第三章第三章 典型部件設(shè)計典型部件設(shè)計第七章第七章 機(jī)械加工生產(chǎn)線總體設(shè)計機(jī)械加工生產(chǎn)線總體設(shè)計第五章第五章 機(jī)床夾具設(shè)計機(jī)床夾具設(shè)計第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計工業(yè)機(jī)器人設(shè)計第六章第六章 物流系統(tǒng)設(shè)計物流系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院第四章：工業(yè)機(jī)器人設(shè)計

2、第四章：工業(yè)機(jī)器人設(shè)計第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1 概述概述工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理1工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類2工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法3工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方法工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方法4機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.1工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理v（一）機(jī)器人的定義（一）機(jī)器人的定義我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1264390將工業(yè)機(jī)器人定義為“是一種能自

3、動控制、可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機(jī) ，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具，用以完成各種作業(yè)”。v（二）（二）工業(yè)機(jī)器人的基本工作原理工業(yè)機(jī)器人的基本工作原理工業(yè)機(jī)器人的基本工作原理：通過操作機(jī)上各運(yùn)動構(gòu)件的運(yùn)動，自動的實現(xiàn)手部作業(yè)的動作功能及技術(shù)要求。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理1工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類2工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法3工業(yè)機(jī)器人的基本設(shè)計方法工業(yè)機(jī)器人的基本設(shè)計方法44.1 概述概述機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué)

4、 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成：操作機(jī)工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成：操作機(jī) 、驅(qū)動單元、控制裝置驅(qū)動單元、控制裝置 操作機(jī)操作機(jī)是機(jī)器人的機(jī)械本體，也可稱為主機(jī)。通常由末端執(zhí)行器（又稱手部）、手腕、手臂（又可分為大臂和小臂）及機(jī)座（又稱機(jī)身或立柱）組成。驅(qū)動單元驅(qū)動單元由驅(qū)動裝置（如電動機(jī)、液壓或氣壓裝置）、減速器和內(nèi)部檢測元件等組成，為操作機(jī)各運(yùn)動部件提供動力和運(yùn)動?？刂蒲b置控制裝置由檢測和控制兩部分組成，用來控制驅(qū)動單元，檢測其運(yùn)動參數(shù)并進(jìn)行反饋。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.2工業(yè)機(jī)

5、器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類 操作機(jī)操作機(jī)由末端執(zhí)行器、手腕、手臂及機(jī)座組成。 圖圖4-1工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的組成1機(jī)座 2控制裝置 3操作機(jī)機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類圖圖4-2PUMA機(jī)器人機(jī)器人操作機(jī)操作機(jī) a)結(jié)構(gòu)簡圖 b)運(yùn)動功能簡圖機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類v（二）（二）工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類1、按機(jī)械結(jié)構(gòu)類型分類、按機(jī)械結(jié)構(gòu)類型分類：關(guān)節(jié)型機(jī)器人

6、、球坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、直角坐標(biāo)型機(jī)器人。 2、按用途分類、按用途分類：焊接機(jī)器人、沖壓機(jī)器人、澆注機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、切削加工機(jī)器人、 檢測機(jī)器人等。3、按控制方式、機(jī)器人的功能水平、按控制方式、機(jī)器人的功能水平等分類方式。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類圖4-3機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)類型： a)關(guān)節(jié)型 b)球坐標(biāo)型 c)圓柱坐標(biāo)型 d)直角坐標(biāo)型機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成

7、及分類 2、按用途分類、按用途分類：焊接機(jī)器人、裝配機(jī)器人.空間曲線焊接機(jī)器人空間曲線焊接機(jī)器人機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類v3 3、機(jī)器人按、機(jī)器人按控制控制方式分類方式分類操作型機(jī)器人操作型機(jī)器人 能自動控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運(yùn)動，用于相關(guān)自動化系統(tǒng)中。程控型機(jī)器人程控型機(jī)器人 按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動作。示教再現(xiàn)型機(jī)器人示教再現(xiàn)型機(jī)器人 通過引導(dǎo)或其它方式，先教會機(jī)器人動作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機(jī)器人數(shù)控型機(jī)器人 不

8、必使機(jī)器人動作，通過數(shù)值、語言等對機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.24.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類感覺控制型機(jī)器人感覺控制型機(jī)器人 利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動作。適應(yīng)控制型機(jī)器人適應(yīng)控制型機(jī)器人 機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動。學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人 機(jī)器人能“體會”工作的經(jīng)驗，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗用于工作中。智能機(jī)器人智能機(jī)器人 以人工智能決定其行動的機(jī)器人。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工

9、程學(xué)院4.1.24.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類雙足仿人機(jī)器人管道機(jī)器人機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.24.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類排爆機(jī)器人有觸覺的水下機(jī)器人機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理1工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類2工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法3工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方法工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方法44.1 概述概述機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué)

10、機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.3工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法v（一）（一）坐標(biāo)系坐標(biāo)系坐標(biāo)系按右手確定（右圖）； 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的確定（下圖）； 確定基準(zhǔn)狀態(tài)；關(guān)節(jié)坐標(biāo)軸軸線位置的選??；關(guān)節(jié)坐標(biāo)方向的選取。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.3工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法v（二）（二）機(jī)械結(jié)構(gòu)類型機(jī)械結(jié)構(gòu)類型 用結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式和自由度表示。自由度是表示工業(yè)機(jī)器人動作靈活程度的參數(shù)，以直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動的獨(dú)立運(yùn)動數(shù)表示 v（三）工（三）工作空間作空間 工工作空間是指工業(yè)機(jī)器人正常運(yùn)行時，手腕參考點(diǎn)能

11、在空間活動的最大范圍。v（四）（四）其他特性其他特性 用途、負(fù)載、速度、控制、分辨率等。 機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理1工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類2工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法工業(yè)機(jī)器人的主要特性表示方法3工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方法工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方法44.1 概述概述機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.1.4工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方法工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計方法v（一）（一）總體設(shè)計總體設(shè)計：1、基本技術(shù)參數(shù)的選擇、基本技術(shù)參數(shù)的選擇（額定負(fù)載、額定速度、

12、驅(qū)動方式、用途、作業(yè)空間、性能指標(biāo)）；2、總體方案設(shè)計、總體方案設(shè)計（運(yùn)動功能方案設(shè)計、傳動系統(tǒng)方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)布局方案、參數(shù)設(shè)計、控制系統(tǒng)方案設(shè)計、總體方案評價）（二）結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計（二）結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計 裝配圖設(shè)計、零件圖設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計；（三）（三） 總體評價總體評價 對總體設(shè)計方案進(jìn)行評價，預(yù)測其是否能滿足所需設(shè)計指標(biāo)的要求 機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座1工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕2工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器3機(jī)

13、械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座v 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)座、手臂、手腕、末端執(zhí)行器和移動裝置組成。v 工業(yè)機(jī)器人的手臂工業(yè)機(jī)器人的手臂由動力關(guān)節(jié)和連接桿件構(gòu)成，用以支承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器的位置。 手臂部件一般具有23個自由度（回轉(zhuǎn)、俯仰、升降或伸縮），包括驅(qū)動裝置、傳動機(jī)構(gòu)、定位導(dǎo)向裝置、支承連接件和檢測元件等。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座v（一）（一）設(shè)計要求設(shè)計要求

14、1、手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計要求、手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求；合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，減輕自重；減小驅(qū)動裝置的負(fù)荷，提高手臂運(yùn)動的響應(yīng)速度；提高運(yùn)動的精確性和運(yùn)動剛度。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座 2、機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計要求、機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計要求機(jī)座主要有回轉(zhuǎn)機(jī)座和升降機(jī)座兩種，用以實現(xiàn)手臂的整體回轉(zhuǎn)或升降；要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人工作時的穩(wěn)定性；機(jī)座承受機(jī)器人全部重量和工作載荷，應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力；機(jī)座軸系及傳動鏈的精度和剛度對

15、末端執(zhí)行器的運(yùn)動精度影響最大。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座v（二）（二）典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)1、液壓驅(qū)動圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)（圖、液壓驅(qū)動圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)（圖4-22），具有手臂），具有手臂伸縮（液壓缸伸縮（液壓缸2驅(qū)動）、回轉(zhuǎn)（擺動液壓馬達(dá)驅(qū)動）、回轉(zhuǎn)（擺動液壓馬達(dá)11驅(qū)動）和升降（驅(qū)動）和升降（6的下面升降液壓缸）三個運(yùn)動。的下面升降液壓缸）三個運(yùn)動。1活塞桿活塞桿 2液壓缸液壓缸 3手臂端部手臂端部 4手臂支架手臂支架 5導(dǎo)軌導(dǎo)軌6中間機(jī)座中間機(jī)座 7、9齒輪齒輪 8擋塊擋塊 10

16、行程開關(guān)行程開關(guān) 11擺動液壓馬達(dá)擺動液壓馬達(dá)機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座2、電動機(jī)驅(qū)動機(jī)械傳動圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人手臂和機(jī)座圖（圖4-23）。 GMF M-100型 機(jī)器人手臂。 手臂的升降和伸縮運(yùn)動由雙圓柱導(dǎo)軌導(dǎo)向和直流伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠實現(xiàn)直線移動。回轉(zhuǎn)運(yùn)動由底部的回轉(zhuǎn)機(jī)座實現(xiàn)。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座圖4-24采用環(huán)形軸承的機(jī)器人機(jī)座結(jié)構(gòu)1剛輪 2柔輪 3位置傳感器 4帶傳動 5殼體6軸

17、承 7電動機(jī) 8波發(fā)生器 9支座機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座圖4-25薄壁密封交叉滾子軸承的安裝方式a)軸承外圈回轉(zhuǎn) b)軸承內(nèi)圈回轉(zhuǎn)機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座圖4-26用普通軸承的機(jī)座支撐機(jī)構(gòu)1軸承 2手臂 3、6電動機(jī) 4機(jī)座5腰關(guān) 7諧波減速器 8、9、10齒輪 11基座機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手

18、臂和機(jī)座PUMA機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)圖（機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)圖（4-27）（直流伺服電）（直流伺服電機(jī)驅(qū)動、六自由度關(guān)節(jié)型）機(jī)驅(qū)動、六自由度關(guān)節(jié)型） a)大臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)大臂驅(qū)動機(jī)構(gòu) b)小臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)小臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)1、10大臂大臂 2、3、5、6、8、9、14、15齒輪齒輪 4、13、16偏心套偏心套 7、11驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動電動機(jī) 12驅(qū)動軸驅(qū)動軸 17小臂小臂 18座機(jī)座機(jī)機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.1工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座帶諧波減速器的機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖（帶諧波減速器的機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖（4-29）。）。（手臂殼體（手臂殼體

19、13與剛輪一起在軸承與剛輪一起在軸承3和和12上轉(zhuǎn)動）上轉(zhuǎn)動）1臂座臂座2、11法蘭盤法蘭盤3、12軸承軸承4驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電機(jī)5柔輪柔輪6從動剛輪從動剛輪7波發(fā)生器波發(fā)生器8套筒套筒9電磁制動器電磁制動器10驅(qū)動軸驅(qū)動軸13手臂殼體手臂殼體機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座1工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕2工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器34.2 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.2工業(yè)機(jī)器人的

20、手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕v手腕是連接手臂和末端執(zhí)行器的部件，其功能是在手臂和機(jī)座實現(xiàn)了末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個位置坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，再由手腕來實現(xiàn)末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個姿態(tài)坐標(biāo)，即實現(xiàn)三個旋轉(zhuǎn)自由度。 圖4-30手腕自由度 1手臂 2機(jī)械接口機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院v（一）（一）設(shè)計要求設(shè)計要求力求手腕部件的結(jié)構(gòu)緊湊，為減輕其質(zhì)量和體積；自由度愈多，運(yùn)動范圍愈大，動作靈活性愈高，機(jī)器人對作業(yè)的適應(yīng)能力愈強(qiáng)；提高傳動剛度，盡量減少反轉(zhuǎn)誤差；對手腕回轉(zhuǎn)各關(guān)節(jié)軸上要設(shè)置限位開關(guān)和機(jī)械擋塊，以防止關(guān)節(jié)超限造成事故。4.2.2工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手

21、腕機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院v（二）（二）手腕的結(jié)構(gòu)手腕的結(jié)構(gòu)用擺動液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的手腕結(jié)構(gòu)。 4.2.2工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕圖圖4-314-31用擺動液壓用擺動液壓缸驅(qū)動的手腕缸驅(qū)動的手腕1活塞2、4油路3進(jìn)油孔5定片6動片7排油孔機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院具有兩個自由度的機(jī)械傳動手腕結(jié)構(gòu)。4.2.2工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕1、2、3、12、13軸承4、5鏈輪6、7鏈條8手腕殼體9、11錐齒輪10、14軸15機(jī)械接口 法蘭盤機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大

22、學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院具有三個自由度的機(jī)械傳動手腕結(jié)構(gòu)。4.2.2工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕 1、2、3、4、5、6、7、11、12、13、14、15齒輪 8手抓 9、10、16殼體 產(chǎn)生手爪回轉(zhuǎn)、手腕偏擺和手腕俯仰三個運(yùn)動機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.2工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕 （1）手爪回轉(zhuǎn)運(yùn)動：當(dāng)B 、T軸不動，S軸以ns轉(zhuǎn)動時：snzzzzzzn6417527 （2）手腕偏擺運(yùn)動及其誘導(dǎo)運(yùn)動：當(dāng)B 、S軸不動，T軸以nT轉(zhuǎn)動時，手爪回轉(zhuǎn)運(yùn)動n7,和手腕俯仰運(yùn)動n9,Tnzzzzzzn2573467，Tnzzzzn1

23、4111312,9 （3）手腕俯仰運(yùn)動及其誘導(dǎo)運(yùn)動：當(dāng)S 、T軸不動，B軸以nB轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動殼體9實現(xiàn)俯仰運(yùn)動n9Bnzzzzn141115129Tnzzzzzzn1411715126, , ,7Bnzzzzzzn1411715126, ,7機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院偏置三自由度機(jī)械傳動手腕結(jié)構(gòu)。4.2.2工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕a)裝置外觀圖 b)傳動機(jī)構(gòu)簡圖 1、2、3、4、7、9齒輪5機(jī)械接口法蘭盤6殼體8手腕架機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院C I N C I N N A T T I MI

24、LACRON三轉(zhuǎn)軸手腕結(jié)構(gòu) 4.2.2工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕a)手腕結(jié)構(gòu)裝配圖 b)手腕傳動機(jī)構(gòu)簡圖 1、2、3電動機(jī)4、5、6空心傳動軸7、8、9、11、13、14齒輪10殼體12機(jī)械接口法蘭盤機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院PUMA機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)4.2.2工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人的手腕a)手臂手臂 b)手腕手腕 c)柔性聯(lián)軸器柔性聯(lián)軸器 1手腕手腕 2殼體殼體 3、4、11、12、13、14傳動齒輪傳動齒輪 5傳動軸傳動軸 6柔性柔性聯(lián)軸器聯(lián)軸器 7、8、9電動機(jī)電動機(jī) 10手臂外殼手臂外殼 15、16軸軸 17手腕機(jī)械接口手腕機(jī)械接口

25、 機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理工業(yè)機(jī)器人的定義及工作原理1工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類2工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器34.2 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院v（一）（一）分類和設(shè)計要求分類和設(shè)計要求 根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)的不同可以分為機(jī)械式夾持器、吸附式末端執(zhí)行器和專用工具三類。 4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器 設(shè)計末端執(zhí)行器時，要求：滿足作業(yè)需要的足夠的夾持力和所需的夾持位

26、置精度；盡可能使末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，質(zhì)量輕，以減輕手臂的負(fù)荷。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器v（二）（二）機(jī)械式夾持器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計機(jī)械式夾持器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的機(jī)械夾持器多為雙指手爪式；按其手爪的運(yùn)動方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型 ；回轉(zhuǎn)型手爪又分為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型 ；按夾持方式可分為外夾式和內(nèi)撐式； 按驅(qū)動方式可以有電動、液壓和氣動 。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器機(jī)械式夾持器

27、a)單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型b)雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型c)平移型d) 內(nèi)撐式機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器楔塊杠桿式回 轉(zhuǎn)型夾持器 1杠，2彈簧 3滾子，4楔塊 5驅(qū)動器 夾緊力FN和驅(qū)動力FP 之間的計算公式為：abcFpsin2FN機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器滑槽杠桿式回 轉(zhuǎn)型夾持器 1支架 2桿 3圓柱銷 4杠桿 夾緊力FN和驅(qū)動力FP 之間的計算公式為：abaFpN2cos2F機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭

28、大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器連桿杠桿式回 轉(zhuǎn)型夾持器 1桿 2連桿 3擺動鉗爪 4調(diào)整墊片 夾緊力FN和驅(qū)動力FP 之間的計算公式為：abcFptan2FN機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器齒輪齒條平行連桿 式平移型夾持器 1扇形齒輪，2齒條桿 3電磁式驅(qū)動器 4機(jī)座，5、6連桿 7鉗爪 夾緊力FN和驅(qū)動力FP 之間的計算公式為：aLRFpcos2FN機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)

29、機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器左右旋絲杠平移 型夾持器 1電動機(jī) 2絲杠 3導(dǎo)軌 4鉗爪桿 夾緊力FN和驅(qū)動力 矩T的計算公式為：tan0dTFN機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器內(nèi)撐連桿杠桿式 夾持器 1驅(qū)動器 2桿 3鉗爪 撐緊力FN和上推力FP 之間的計算公式為：tan3bcFFpN機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院v（三）（三）吸附式末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計吸附式末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 吸附式末端執(zhí)行器（又稱吸盤），吸附式末端執(zhí)行器（又稱吸盤），

30、有氣吸式和磁吸式兩種。它們分別是利用吸盤內(nèi)負(fù)壓產(chǎn)生的吸力或磁力來吸住并移動工作的。 1、氣吸式吸盤氣吸式吸盤擠壓排氣式吸盤電流負(fù)壓式吸盤 真空泵排氣式吸盤 2、磁吸式吸盤磁吸式吸盤分為電磁吸盤和永磁吸盤4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器氣吸式吸盤的結(jié)構(gòu)a)擠壓排氣式b)真空泵排氣式c)氣流負(fù)壓式d)特殊吸盤e)雙吸盤式吸頭1壓蓋2密封蓋3吸盤4工件 機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.2.3工業(yè)機(jī)器人的末端

31、執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器磁吸式吸盤1繞組2鐵心3工件4內(nèi)盤體5隔磁物6外盤面7盤體 機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.3 工業(yè)機(jī)器人在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用單機(jī)形式應(yīng)用單機(jī)形式應(yīng)用1機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用2工業(yè)機(jī)器人在極限作業(yè)中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人在極限作業(yè)中的應(yīng)用3機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.3.1單機(jī)形式應(yīng)用單機(jī)形式應(yīng)用v工業(yè)機(jī)器人是一種生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)時一般需要有外圍設(shè)備完成一些輔助工作。v單機(jī)形式工作的工業(yè)機(jī)器人如去鑄件飛邊、刮研、切削加工、焊接等機(jī)器人。

32、 v主要考慮的原則：主要考慮的原則： 首先應(yīng)能滿足作業(yè)內(nèi)容、工作空間、工作質(zhì)量及定位精度等技術(shù)參數(shù)要求； 同時考慮功能價格比，自由度多，價格昂貴。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院單機(jī)形式應(yīng)用單機(jī)形式應(yīng)用1機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用2工業(yè)機(jī)器人在極限作業(yè)中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人在極限作業(yè)中的應(yīng)用34.3 工業(yè)機(jī)器人在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.3.2機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用v（一）（一）選擇與布局設(shè)計原則選擇與布局設(shè)計原則： 滿足作業(yè)技術(shù)

33、參數(shù)要求；性價比好；滿足系統(tǒng)的生產(chǎn)節(jié)拍要求；在系統(tǒng)中，作業(yè)不發(fā)生干涉的約束條件下，優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人與前后相聯(lián)接設(shè)備之間的布置，從而減小機(jī)器人規(guī)格要求，減少制造系統(tǒng)的占地面積，縮短運(yùn)動路徑；機(jī)器人與系統(tǒng)中相聯(lián)接的裝備控制應(yīng)協(xié)調(diào)。機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院柔性加工單元中的機(jī)器人 4.3.2機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院車削加工單元中的機(jī)器人 4.3.2機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.3

34、.2機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用v（二）（二）工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用實例工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用實例柔性加工系統(tǒng)中的機(jī)器人 1拉床 2車床 3插齒機(jī) 4剃齒機(jī) 5塔式儲存架 6機(jī)器人 7去毛剃機(jī)機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.3.2機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用裝配系統(tǒng)中的機(jī)器人 1機(jī)器人 2軸承 3軸 4壓力機(jī) 5套 6墊圈 7法蘭 8螺母 9產(chǎn)品傳動帶機(jī)械制造裝備設(shè)計機(jī)械制造裝備設(shè)計湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4.3.2機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用裝配系統(tǒng)中的雙臂智能機(jī)器人 17固定式電視攝像機(jī)固定式電視攝像機(jī) 8可轉(zhuǎn)式電視攝像機(jī)可轉(zhuǎn)式電視攝像機(jī) 9抓握手臂抓握手臂 10感知手臂感知手臂 11、12、13吸塵器零部件吸塵器零部件 14吸塵器裝配成品吸塵器裝配