工業(yè)機器人機械系統(tǒng)設計

1、2 2 22-2-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31主要內容主要內容 5.1工業(yè)機器人總體設計工業(yè)機器人總體設計 5.2傳動部件設計傳動部件設計 5.3臂部設計臂部設計 5.4手腕設計手腕設計 5.5手部設計手部設計 5.6機身及行走機構設計機身及行走機構設計3 3 33-3-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/315.1工業(yè)機器人總體設計工業(yè)機器人總體設計 一、主體結構設計一、主體結構設計 工業(yè)機器人坐標形式有：工業(yè)機器人坐標形式有： 直角坐標式直角坐標式 圓柱坐標式圓柱坐標式 球面坐標式球面坐標式(極坐標式極坐標式) 關節(jié)坐標式。關節(jié)坐標式。 4 4

2、44-4-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 1.直角坐標式機器人直角坐標式機器人 一般直角坐標式機器人的手臂能垂一般直角坐標式機器人的手臂能垂直上下移動直上下移動(Z方向運動方向運動)，并可沿滑架，并可沿滑架和橫梁上的導軌進行水平面內二維移和橫梁上的導軌進行水平面內二維移動動(x和和y方向運動方向運動)。 直角坐標式機器人主要用于生產(chǎn)設直角坐標式機器人主要用于生產(chǎn)設備的上下料，也可用于高精度的裝配備的上下料，也可用于高精度的裝配和檢測作業(yè)。和檢測作業(yè)。 直角坐標式機器人主體結構具有三直角坐標式機器人主體結構具有三個自由度，而手腕自由度的多少可視個自由度，而手腕自由度的多

3、少可視用途而定。用途而定。直角坐標機器人演示直角坐標機器人演示直角坐標機器人應用直角坐標機器人應用5 5 55-5-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 直角坐標式機器人的優(yōu)點是：直角坐標式機器人的優(yōu)點是： (1)結構簡單。結構簡單。 (2)容易編程。容易編程。 (3)采用直線滾動導軌后，速度采用直線滾動導軌后，速度高，定位精度高。高，定位精度高。 (4)在在x，y和和z三個坐標軸方向三個坐標軸方向上的運動沒有耦合作用，對控制上的運動沒有耦合作用，對控制系統(tǒng)設計相對容易些。系統(tǒng)設計相對容易些。6 6 66-6-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 直角坐

4、標式機器人主要缺點是：直角坐標式機器人主要缺點是： (1)導軌面的防護比較困難。導軌面的防護比較困難。 (2)導軌的支承結構增加了機器人的重量，導軌的支承結構增加了機器人的重量，并減少了有效工作范圍。并減少了有效工作范圍。 (3)為了減少摩擦需要用很長的直線滾動導為了減少摩擦需要用很長的直線滾動導軌，價格高。軌，價格高。 (4)結構尺寸與有效工作范圍相比顯得龐大。結構尺寸與有效工作范圍相比顯得龐大。 (5)移動部件的慣量比較大，增加了驅動裝移動部件的慣量比較大，增加了驅動裝置的尺寸和能量消耗。置的尺寸和能量消耗。7 7 77-7-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 起重機

5、臺架式直角坐標機器人的應用越來起重機臺架式直角坐標機器人的應用越來越多，在直角坐標機器人中的比重正在增加。越多，在直角坐標機器人中的比重正在增加。8 8 88-8-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 2圓柱坐標式機器人圓柱坐標式機器人 圓柱坐標式機器人主體結圓柱坐標式機器人主體結構具有三個自由度：腰轉，構具有三個自由度：腰轉，升降，手臂伸縮。升降，手臂伸縮。 手腕通常采用兩（三）個手腕通常采用兩（三）個自由度，繞手臂縱向軸線自由度，繞手臂縱向軸線轉動和與其垂直的水平軸轉動和與其垂直的水平軸線轉動。線轉動。9 9 99-9-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10

6、/31 圓柱坐標式機器人的優(yōu)點：圓柱坐標式機器人的優(yōu)點： （1）除了簡單的）除了簡單的“抓一放抓一放”作業(yè)外還可以用在許多其它生作業(yè)外還可以用在許多其它生產(chǎn)領域。產(chǎn)領域。 (2)結構緊湊。結構緊湊。 (3)在垂直方向和徑向有兩個在垂直方向和徑向有兩個往復運動，可采用伸縮套筒式往復運動，可采用伸縮套筒式結構。當機器人開始腰轉時可結構。當機器人開始腰轉時可把手臂縮進去，在很大程度上把手臂縮進去，在很大程度上減少了轉動慣量，改善動力學減少了轉動慣量，改善動力學載荷。載荷。10101010-10-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31圓柱坐標式機器人的缺點：圓柱坐標式機器人的缺點：主

7、要是由于機身結構的緣故，主要是由于機身結構的緣故，手臂不能抵達底部，減少了手臂不能抵達底部，減少了機器人的工作范圍。機器人的工作范圍。11111111-11-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/313球面坐標式機器人球面坐標式機器人 球面坐標式機器人具有較大的球面坐標式機器人具有較大的工作范圍，設計和控制系統(tǒng)比較工作范圍，設計和控制系統(tǒng)比較復雜。復雜。 在這類機器人中最出名的一種在這類機器人中最出名的一種產(chǎn)品是美國產(chǎn)品是美國unimation公司的公司的Unimation 機器人，它的結構簡機器人，它的結構簡圖如圖所示。圖如圖所示。 機器人主體結構有三個自由度，機器人主體結構有

8、三個自由度，繞垂直軸線繞垂直軸線(柱身柱身)轉動、水平軸線轉動、水平軸線(關節(jié)關節(jié)6) 的轉動、手臂伸縮的移動的轉動、手臂伸縮的移動關節(jié)關節(jié)2，其最大行程決定了球面最，其最大行程決定了球面最大半徑，機器人實際工作范圍的大半徑，機器人實際工作范圍的形狀是個不完全的球缺。形狀是個不完全的球缺。12121212-12-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/314關節(jié)坐標式機器人關節(jié)坐標式機器人 關節(jié)坐標式機器人主體結構的三個自由度腰轉關節(jié)、關節(jié)坐標式機器人主體結構的三個自由度腰轉關節(jié)、肩關節(jié)、肘關節(jié)全部是轉動關節(jié)，手腕的三個自由度肩關節(jié)、肘關節(jié)全部是轉動關節(jié)，手腕的三個自由度上的轉動關

9、節(jié)上的轉動關節(jié)(俯仰，偏轉和翻轉俯仰，偏轉和翻轉)用來最后確定末端用來最后確定末端操作器的姿態(tài)。操作器的姿態(tài)。 13131313-13-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 關節(jié)坐標式機器人的優(yōu)點：關節(jié)坐標式機器人的優(yōu)點： （1）結構緊湊，工作范圍大而安裝占地面）結構緊湊，工作范圍大而安裝占地面積小。積小。 (2)具有很高的可達性。具有很高的可達性。 (3)因為沒有移動關節(jié)，所以不需要導軌。因為沒有移動關節(jié)，所以不需要導軌。 (4)所需關節(jié)驅動力矩小，能量消耗較少。所需關節(jié)驅動力矩小，能量消耗較少。 14141414-14-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10

10、/31 關節(jié)坐標式機器人的缺關節(jié)坐標式機器人的缺點：點： (1)肘關節(jié)和肩關節(jié)軸線肘關節(jié)和肩關節(jié)軸線是平行的，當大小臂舒是平行的，當大小臂舒展成直線時雖能抵達很展成直線時雖能抵達很遠的工作點，但是機器遠的工作點，但是機器人結構剛度比較低。人結構剛度比較低。 (2)機器人手部在工作范機器人手部在工作范圍邊界上工作時有運動圍邊界上工作時有運動學上的退化行為。學上的退化行為。15151515-15-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31二、傳送方式的選擇二、傳送方式的選擇 傳動方式選擇傳動方式選擇是指選擇驅動源及傳動裝置與關節(jié)部件是指選擇驅動源及傳動裝置與關節(jié)部件的的連接形式連接形

11、式和和驅動方式驅動方式。 基本的連接形式和驅動方式有如下幾種：基本的連接形式和驅動方式有如下幾種： （1）直接連接傳動。）直接連接傳動。驅動源或帶有機械傳動裝置直驅動源或帶有機械傳動裝置直接與關節(jié)相連。接與關節(jié)相連。 （2）遠距離連接傳動。）遠距離連接傳動。驅動源通過遠距離機械傳動驅動源通過遠距離機械傳動后與關節(jié)相連。后與關節(jié)相連。 （3）間接驅動。）間接驅動。驅動源經(jīng)一個速比遠大于驅動源經(jīng)一個速比遠大于1的機械傳的機械傳動裝置與關節(jié)相連。動裝置與關節(jié)相連。 （4）直接驅動。）直接驅動。驅動源不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)或經(jīng)過一個驅動源不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)或經(jīng)過一個速比等于速比等于1的機械傳動這樣的中間環(huán)節(jié)與關節(jié)

12、相連。的機械傳動這樣的中間環(huán)節(jié)與關節(jié)相連。16161616-16-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31(a)直接連接傳動，間接驅動直接連接傳動，間接驅動(b)直接連接傳動，直接驅動直接連接傳動，直接驅動(c)遠距離連接傳動，間接驅動遠距離連接傳動，間接驅動(d)遠距離連接傳動，直接驅動遠距離連接傳動，直接驅動17171717-17-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/311直接連接傳動的特點直接連接傳動的特點 優(yōu)點：優(yōu)點：驅動電機直接裝在關節(jié)上、結構緊湊。驅動電機直接裝在關節(jié)上、結構緊湊。 缺點：缺點：電機比較重，腰轉時大臂關節(jié)電機和電機比較重，腰轉時大臂關

13、節(jié)電機和小臂關節(jié)電機隨之運動；大臂轉動時小臂關節(jié)小臂關節(jié)電機隨之運動；大臂轉動時小臂關節(jié)電機也隨之運動。不僅增加了能量消耗，而且電機也隨之運動。不僅增加了能量消耗，而且增大了轉動慣量從動力學觀點來看對系統(tǒng)相增大了轉動慣量從動力學觀點來看對系統(tǒng)相有損害。有損害。 克服的辦法：克服的辦法：把肘關節(jié)電機、肩關節(jié)電機都把肘關節(jié)電機、肩關節(jié)電機都放到機器人的基礎部件上，通過遠距離的機械放到機器人的基礎部件上，通過遠距離的機械傳動把電機動力傳給肘和肩關節(jié)。傳動把電機動力傳給肘和肩關節(jié)。 18181818-18-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 2遠距離連接傳動遠距離連接傳動 遠距離

14、連接傳動機器人遠距離連接傳動機器人的主要優(yōu)點：的主要優(yōu)點： (1)克服了直接連接克服了直接連接傳動的缺點。傳動的缺點。 (2)可以把電機作為可以把電機作為一個平衡質量，獲得平一個平衡質量，獲得平衡性良好的機器人主體衡性良好的機器人主體結構。結構。19191919-19-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 2遠距離連接傳動遠距離連接傳動 遠距離連接傳動機器人遠距離連接傳動機器人的主要缺點：的主要缺點： (1)遠距離傳動產(chǎn)生額遠距離傳動產(chǎn)生額外的間隙和柔性，影響外的間隙和柔性，影響機器人的精度。機器人的精度。 (2)增加能量消耗。增加能量消耗。 （3）結構龐大，傳動）結構龐大

15、，傳動裝置占據(jù)了機器人其它裝置占據(jù)了機器人其它子系統(tǒng)所需要的空間。子系統(tǒng)所需要的空間。 20202020-20-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 圖所示圖所示SCARA機器人采用機器人采用了一種折哀的方案：了一種折哀的方案： 因為手腕離機器人基礎件因為手腕離機器人基礎件最遠，把手腕電機從手腕處最遠，把手腕電機從手腕處移到基礎件附近安裝，中間移到基礎件附近安裝，中間采用同步帶傳動；采用同步帶傳動； 因基礎件附近空間已經(jīng)比因基礎件附近空間已經(jīng)比較狹窄，并且臂較狹窄，并且臂1的剛性也的剛性也比較好，肘關節(jié)電機就直接比較好，肘關節(jié)電機就直接裝在肘關節(jié)上。裝在肘關節(jié)上。21212

16、121-21-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/313間接驅動機器人間接驅動機器人 間接驅動機器人是驅動電機和關節(jié)之間間接驅動機器人是驅動電機和關節(jié)之間有一個速比遠大于有一個速比遠大于1的機械傳動裝置。的機械傳動裝置。 使用機械傳動裝置的理由是：使用機械傳動裝置的理由是： (1)工業(yè)機器人關節(jié)轉軸的速度不高，而關節(jié)工業(yè)機器人關節(jié)轉軸的速度不高，而關節(jié)驅動力矩要求比較大。一般電機滿足不了這個驅動力矩要求比較大。一般電機滿足不了這個要求，所以需要采用速比較大、傳動效率較高要求，所以需要采用速比較大、傳動效率較高的機械傳動裝置作為電機和關節(jié)之間傳遞力矩的機械傳動裝置作為電機和關節(jié)之

17、間傳遞力矩和速度的中間環(huán)節(jié)。和速度的中間環(huán)節(jié)。 (2)用于直接驅動的高轉矩低速電機雖然已經(jīng)用于直接驅動的高轉矩低速電機雖然已經(jīng)開發(fā)出來，但是電機價格高，并且轉矩體積開發(fā)出來，但是電機價格高，并且轉矩體積比和轉矩重量比還比較小。比和轉矩重量比還比較小。22222222-22-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/313間接驅動機器人間接驅動機器人 (3)直接驅動對載荷變化十分敏感。直接驅動對載荷變化十分敏感。 (4)采用機械傳動裝置后，可選用高速低轉采用機械傳動裝置后，可選用高速低轉矩電機，對制動器設計和選用十分有利，制動矩電機，對制動器設計和選用十分有利，制動器尺寸小。器尺寸小。

18、 (5)可以通過機械傳動裝置解決可能出現(xiàn)的可以通過機械傳動裝置解決可能出現(xiàn)的傾斜軸之間、平行軸之間以及轉動傾斜軸之間、平行軸之間以及轉動-移動之間移動之間的運動轉換。的運動轉換。 23232323-23-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/314直接驅動機器人直接驅動機器人 直接驅動機器人也叫作直接驅動機器人也叫作DD機器人機器人(Direct Drive Robot)簡稱簡稱DDR。 DD機器人一般指驅動電機通過機械接口機器人一般指驅動電機通過機械接口直接與關節(jié)連接，也包括一種采用速比等于直接與關節(jié)連接，也包括一種采用速比等于l的鋼帶傳動的直接驅動機器人。的鋼帶傳動的直接驅動

19、機器人。 DD機器人的特點機器人的特點是驅動電機和關節(jié)之間是驅動電機和關節(jié)之間沒有速度和轉矩的轉換。沒有速度和轉矩的轉換。24242424-24-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 DD機器人與間接驅動機器人相比如下優(yōu)點：機器人與間接驅動機器人相比如下優(yōu)點： (1)機械傳動精度高。機械傳動精度高。 (2)振動小，結構剛度好。振動小，結構剛度好。 (3)機械傳動損耗小。機械傳動損耗小。 (4)結構緊湊、可靠性高。結構緊湊、可靠性高。 (5)電機峰值轉矩大，電氣時間常數(shù)小，短電機峰值轉矩大，電氣時間常數(shù)小，短時間內可以產(chǎn)生很大轉矩，響應速度快，調速時間內可以產(chǎn)生很大轉矩，響應

20、速度快，調速范圍寬。范圍寬。25252525-25-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 目前主要存在的問題是：目前主要存在的問題是： (1)載荷變化、耦合轉矩及非線性轉矩對驅動載荷變化、耦合轉矩及非線性轉矩對驅動及控制影響顯著，使控制系統(tǒng)設計困難和復雜。及控制影響顯著，使控制系統(tǒng)設計困難和復雜。 (2)對位置、速度的傳感元件提出了相當高的對位置、速度的傳感元件提出了相當高的要求。要求。 (3)電機的轉矩重量比，轉矩體積比不大，電機的轉矩重量比，轉矩體積比不大，需開發(fā)小型實用的需開發(fā)小型實用的DD電機。電機。 (4)電機成本高。電機成本高。26262626-26-工業(yè)機器人

21、技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31三、模塊化結構設計三、模塊化結構設計 1.模塊化工業(yè)機器人模塊化工業(yè)機器人 模塊化機器人是由一些模塊化機器人是由一些標準化、系列化的模塊標準化、系列化的模塊件通過具有特殊功能的件通過具有特殊功能的結合部用積木拼搭的方結合部用積木拼搭的方式組成一個工業(yè)機器人式組成一個工業(yè)機器人系統(tǒng)。系統(tǒng)。 模塊化設計模塊化設計是指是指基本?；灸K設計塊設計和和結合部設計結合部設計。 模塊化機器人演示模塊化機器人演示27272727-27-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/312模塊化工業(yè)機器人的特點模塊化工業(yè)機器人的特點 (1)經(jīng)濟性：經(jīng)濟性：

22、采用批量制造技術來生產(chǎn)標準化系列化的工業(yè)機器人采用批量制造技術來生產(chǎn)標準化系列化的工業(yè)機器人模塊，自由拼裝工業(yè)機器人，滿足用戶經(jīng)濟性好和基模塊，自由拼裝工業(yè)機器人，滿足用戶經(jīng)濟性好和基本功能全的要求。本功能全的要求。 (2)靈活性。靈活性。 其主要體現(xiàn)在：其主要體現(xiàn)在： 1)可根據(jù)工業(yè)機器人所要實現(xiàn)的功能來決定模塊的數(shù)可根據(jù)工業(yè)機器人所要實現(xiàn)的功能來決定模塊的數(shù)量，機器人的自由度可以方便地增減。量，機器人的自由度可以方便地增減。 2)為了擴大工業(yè)機器人的工作范圍，可更換具有更長為了擴大工業(yè)機器人的工作范圍，可更換具有更長長度的手臂模塊或加接手臂模塊。長度的手臂模塊或加接手臂模塊。 3)能不斷對

23、現(xiàn)規(guī)模塊化工業(yè)機器人更新改造。能不斷對現(xiàn)規(guī)模塊化工業(yè)機器人更新改造。機器人演示機器人演示28282828-28-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/313.模塊化工業(yè)機器人所存在的問題模塊化工業(yè)機器人所存在的問題 (1)模塊化工業(yè)機器人整個機械系統(tǒng)的剛度模塊化工業(yè)機器人整個機械系統(tǒng)的剛度比較差。比較差。 (2)因為有許多機械接口及其它連接附件，因為有許多機械接口及其它連接附件，所以模塊化工業(yè)機器人的整體重量有可能增加。所以模塊化工業(yè)機器人的整體重量有可能增加。 (3)雖然功能模塊有多種多樣，但是雖然功能模塊有多種多樣，但是尚未真尚未真正正做到根據(jù)作業(yè)對象就可以合理進行模塊化分做

24、到根據(jù)作業(yè)對象就可以合理進行模塊化分析和設計。析和設計。29292929-29-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31四、材料的選擇四、材料的選擇 正確選用結構件材料不僅可降低機器人的成正確選用結構件材料不僅可降低機器人的成本價格，更重要的是可適應機器人的高速化、本價格，更重要的是可適應機器人的高速化、高載荷化及高精度化，滿足其靜力學及動力學高載荷化及高精度化，滿足其靜力學及動力學特性要求。特性要求。 30303030-30-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31選擇的基本要求：選擇的基本要求：(1) 強度高。強度高。 (2) 彈性模量大。彈性模量大。(3)

25、 重量輕。重量輕。 (4) 阻尼大。阻尼大。 (5) 材料價格低。材料價格低。 31313131-31-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31五五.平衡系統(tǒng)設計平衡系統(tǒng)設計 1工業(yè)機器人平衡系統(tǒng)的作用工業(yè)機器人平衡系統(tǒng)的作用 在工業(yè)機器人設計中采用平衡系統(tǒng)的理由是：在工業(yè)機器人設計中采用平衡系統(tǒng)的理由是： (1)安全。安全。 根據(jù)機器人動力學方程知道，關節(jié)驅動力矩項包括重根據(jù)機器人動力學方程知道，關節(jié)驅動力矩項包括重力矩項，即各連桿質量對關節(jié)產(chǎn)生重力矩。力矩項，即各連桿質量對關節(jié)產(chǎn)生重力矩。 因為重力是永恒的，即使機器人停止了運動重力矩因為重力是永恒的，即使機器人停止了運動重

26、力矩項仍然存在。這樣，當機器人完成作業(yè)切斷電源后，項仍然存在。這樣，當機器人完成作業(yè)切斷電源后，機器人機構會因重力而失去穩(wěn)定。機器人機構會因重力而失去穩(wěn)定。 平衡系統(tǒng)是為了防止機器人因動力源中斷而失穩(wěn)，引平衡系統(tǒng)是為了防止機器人因動力源中斷而失穩(wěn)，引起向地面起向地面“例塌例塌”的趨勢。的趨勢。32323232-32-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 1工業(yè)機器人平衡系統(tǒng)的作用工業(yè)機器人平衡系統(tǒng)的作用 (2)借助平衡系統(tǒng)能降低因機器人重力引起關借助平衡系統(tǒng)能降低因機器人重力引起關節(jié)驅動力矩變化的峰值。節(jié)驅動力矩變化的峰值。 (3)借助平衡系統(tǒng)能降低因機器人運動而導致借助平

27、衡系統(tǒng)能降低因機器人運動而導致慣性力矩引起關節(jié)驅動力矩變化的峰值。慣性力矩引起關節(jié)驅動力矩變化的峰值。 (4)借助平衡系統(tǒng)能減少動力學方程中內部耦借助平衡系統(tǒng)能減少動力學方程中內部耦合項和非線性項，改進機器人動力特性。合項和非線性項，改進機器人動力特性。 (5)借助平衡系統(tǒng)能減小機械臂結構柔性所引借助平衡系統(tǒng)能減小機械臂結構柔性所引起的不良影響。起的不良影響。 (6)借助平衡系統(tǒng)能使機器人運行穩(wěn)定，降低借助平衡系統(tǒng)能使機器人運行穩(wěn)定，降低地面安裝要求。地面安裝要求。 33333333-33-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 2平衡系統(tǒng)設計的主要途徑平衡系統(tǒng)設計的主要途徑

28、 （1） 質量平衡技術；質量平衡技術； （2） 彈簧力平衡技術；彈簧力平衡技術； （3） 可控力平衡技術?？煽亓ζ胶饧夹g。 34343434-34-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 （1) 質量平衡技術質量平衡技術 通常采用平行四邊形機構構成平衡系統(tǒng)。通常采用平行四邊形機構構成平衡系統(tǒng)。其原理是在系統(tǒng)中增加一個質量，與原構件其原理是在系統(tǒng)中增加一個質量，與原構件的質量形成一個力的平衡，該平衡系統(tǒng)不隨的質量形成一個力的平衡，該平衡系統(tǒng)不隨機器人位姿的變化而失去平衡。機器人位姿的變化而失去平衡。35353535-35-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31

29、333m O GSVm0M 332222323mSVm O BmO Vm O Gm O O2223232m O Gm O OO Vm36363636-36-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/315.2傳動部件設計傳動部件設計 37373737-37-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 用戶要求機器人速度高、加速度用戶要求機器人速度高、加速度(減速度減速度)特性特性好、運動平穩(wěn)、精度高、承載能力大。這在很好、運動平穩(wěn)、精度高、承載能力大。這在很大程度上決定于傳動部件設計的合理性和優(yōu)劣，大程度上決定于傳動部件設計的合理性和優(yōu)劣，所以，關節(jié)傳動部件的設計是工業(yè)

30、機器人設計所以，關節(jié)傳動部件的設計是工業(yè)機器人設計的關鍵之一。的關鍵之一。5.2傳動部件設計傳動部件設計 38383838-38-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31一、移動關節(jié)導軌及傳動關節(jié)軸承一、移動關節(jié)導軌及傳動關節(jié)軸承 (一一)移動關節(jié)導軌移動關節(jié)導軌 1工業(yè)機器人對移動導軌的要求工業(yè)機器人對移動導軌的要求 (1)間隙小或能消除間隙；間隙小或能消除間隙； (2)在垂直于運動方向上的剛度高；在垂直于運動方向上的剛度高； (3)摩擦系數(shù)低并不隨速度變化，摩擦系數(shù)低并不隨速度變化， (4)高阻尼；高阻尼； (5)移動導軌和其輔助元件尺寸小、慣量低。移動導軌和其輔助元件尺寸

31、小、慣量低。 39393939-39-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 移動關節(jié)導軌有五種：移動關節(jié)導軌有五種： (1)普通滑動導軌普通滑動導軌 (2)液壓動壓滑動導軌液壓動壓滑動導軌 (3)液壓靜壓滑動導軌液壓靜壓滑動導軌 (4)氣浮導軌氣浮導軌 (5) 滾動導軌。滾動導軌。 40404040-40-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 普通滑動導軌、液壓動壓滑動導軌的特點：普通滑動導軌、液壓動壓滑動導軌的特點： 具有結構簡單、成本低的優(yōu)點具有結構簡單、成本低的優(yōu)點 但是它必須留有間隙以便潤滑，而機器人載荷但是它必須留有間隙以便潤滑，而機器人載荷的

32、大小和方向變化很快，間隙的存在又將會引的大小和方向變化很快，間隙的存在又將會引起坐標位置的變化和有效載荷的變化；起坐標位置的變化和有效載荷的變化； 另外這種導軌的摩擦系數(shù)又隨著速度的變化另外這種導軌的摩擦系數(shù)又隨著速度的變化而變化，在低速時，容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象等缺點而變化，在低速時，容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象等缺點 41414141-41-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 液壓靜壓滑動導軌的特點：液壓靜壓滑動導軌的特點： 靜壓導軌結構能產(chǎn)生預載荷，能完全消除間隙，靜壓導軌結構能產(chǎn)生預載荷，能完全消除間隙，具有高剛度、低摩擦、高阻尼等優(yōu)點，但是它具有高剛度、低摩擦、高阻尼等優(yōu)點，但是

33、它需要單獨的液壓系統(tǒng)和回收潤滑油的機構。需要單獨的液壓系統(tǒng)和回收潤滑油的機構。 42424242-42-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 氣浮導軌的特點：氣浮導軌的特點： 不需回收潤滑油的，但是它的剛度和阻尼較低，不需回收潤滑油的，但是它的剛度和阻尼較低，并且對制造精度和環(huán)境的空氣條件并且對制造精度和環(huán)境的空氣條件(過濾和干過濾和干燥燥)要求較高。要求較高。 43434343-43-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 滾動導軌的特點：滾動導軌的特點： 1）摩擦小，特別是不隨速）摩擦小，特別是不隨速度變化；度變化； 2）尺寸??；）尺寸?。?3）剛度高

34、，承載能力大；）剛度高，承載能力大； 4）精度和精度保持性高；）精度和精度保持性高； 5）潤滑簡單；）潤滑簡單； 6）容易制造成標準件；）容易制造成標準件； 7）滾動導軌易加頂載，消）滾動導軌易加頂載，消除間隙、增加剛度。除間隙、增加剛度。44444444-44-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 滾動導軌在工業(yè)機器人機械系統(tǒng)中也存在缺點：滾動導軌在工業(yè)機器人機械系統(tǒng)中也存在缺點： （1）阻尼低；）阻尼低； （2）對臟物比較敏感。）對臟物比較敏感。45454545-45-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 (二二)轉動關節(jié)軸承轉動關節(jié)軸承 球軸承是機

35、器人和機械手結構中最常用的軸承。球軸承是機器人和機械手結構中最常用的軸承。它能承受徑向和軸向載荷，摩擦較小，對軸和它能承受徑向和軸向載荷，摩擦較小，對軸和軸承座的剛度不敏感。軸承座的剛度不敏感。 46464646-46-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31二、傳動件的定位及消隙二、傳動件的定位及消隙 (一一) 傳動件的定位傳動件的定位 目前常用的定位方法：目前常用的定位方法： 電氣開關定位電氣開關定位 機械擋塊定位機械擋塊定位 伺服定位伺服定位 47474747-47-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/311電氣開關定位電氣開關定位 電氣開關定位電氣開關定

36、位是利用電氣開關是利用電氣開關(有觸點或無有觸點或無觸點觸點)作行程檢測元件，當機械手運行到定位作行程檢測元件，當機械手運行到定位點時，行程開關發(fā)信號，切斷動力源或接通制點時，行程開關發(fā)信號，切斷動力源或接通制動器，從而使機械手運行到定位點。動器，從而使機械手運行到定位點。 使用電氣開關定位的機械手其結構簡單、工使用電氣開關定位的機械手其結構簡單、工作可靠、維修方便，但由于受慣性力、油溫波作可靠、維修方便，但由于受慣性力、油溫波動和電控系統(tǒng)誤差等因素的影響，重復定位精動和電控系統(tǒng)誤差等因素的影響，重復定位精度比較低。度比較低。48484848-48-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016

37、/10/312機械擋塊定位機械擋塊定位 機械擋塊定位是在行程終點設置機械擋塊。機械擋塊定位是在行程終點設置機械擋塊。當機械手減速運動到終點時緊靠擋塊而定位。當機械手減速運動到終點時緊靠擋塊而定位。 若定位前緩沖較好、定位時驅動壓力未撤除，若定位前緩沖較好、定位時驅動壓力未撤除，在驅動壓力下將運動件壓在機械擋塊上，或驅在驅動壓力下將運動件壓在機械擋塊上，或驅動壓力將活塞壓靠在缸蓋上就能達到較高的定動壓力將活塞壓靠在缸蓋上就能達到較高的定位精度。位精度。 若定位時關閉驅動油路、去掉驅動壓力，機若定位時關閉驅動油路、去掉驅動壓力，機械手運動件不能緊靠在機械擋塊上，定位精度械手運動件不能緊靠在機械擋塊

38、上，定位精度就會減低，其減低的程度與定位前的緩沖效果就會減低，其減低的程度與定位前的緩沖效果和機械手的結構剛性等因素有關。和機械手的結構剛性等因素有關。 49494949-49-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/313伺服定位系統(tǒng)伺服定位系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)可以輸入指令控制位移的變化，從而可以輸入指令控制位移的變化，從而獲得良好的運動特性。它不僅適用于點位控制，獲得良好的運動特性。它不僅適用于點位控制，而且也適用于連續(xù)軌跡控制。而且也適用于連續(xù)軌跡控制。 開環(huán)伺服定位系統(tǒng)沒有行程檢測及反饋，是一開環(huán)伺服定位系統(tǒng)沒有行程檢測及反饋，是一種直接用脈沖頻率變化和脈沖數(shù)控制機器人速

39、種直接用脈沖頻率變化和脈沖數(shù)控制機器人速度和位移的定位方式。這種定位方式抗干擾能度和位移的定位方式。這種定位方式抗干擾能力差，定位精度較低。力差，定位精度較低。 閉環(huán)伺服定位系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，其抗干擾能閉環(huán)伺服定位系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，其抗干擾能力強，反應速度快，容易實現(xiàn)任意點定位。力強，反應速度快，容易實現(xiàn)任意點定位。 50505050-50-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 (二二)傳動件的消隙傳動件的消隙 傳動機構存在有間隙、也叫側隙。傳動機構存在有間隙、也叫側隙。 齒輪傳動的側隙齒輪傳動的側隙是指一對齒輪中一個齒輪固定是指一對齒輪中一個齒輪固定不動，另一個齒輪能夠作

40、出的最大的角位移。不動，另一個齒輪能夠作出的最大的角位移。 傳動的間隙，影響了機器人的重復定位精度和傳動的間隙，影響了機器人的重復定位精度和平穩(wěn)性。平穩(wěn)性。 對機器人控制系統(tǒng)來說對機器人控制系統(tǒng)來說，傳動間隙導致顯著的，傳動間隙導致顯著的非線性變化、振動和不穩(wěn)定。非線性變化、振動和不穩(wěn)定。 51515151-51-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 傳動間隙產(chǎn)生的主要原因有：傳動間隙產(chǎn)生的主要原因有： 由于制造及裝配誤差所產(chǎn)生的間隙；由于制造及裝配誤差所產(chǎn)生的間隙； 為適應熱膨脹而特意留出的間隙。為適應熱膨脹而特意留出的間隙。 消除傳動間隙的主要途徑有：消除傳動間隙的主要

41、途徑有： 提高制造和裝配精度；提高制造和裝配精度； 設計可調整傳動間隙的機構；設計可調整傳動間隙的機構； 設置彈性補償零件。設置彈性補償零件。 52525252-52-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/311.消隙齒輪消隙齒輪 消隙齒輪由具有相同齒輪參數(shù)的并只有一半齒消隙齒輪由具有相同齒輪參數(shù)的并只有一半齒寬的兩個薄齒輪組成，寬的兩個薄齒輪組成，利用彈簧的壓力使它們利用彈簧的壓力使它們與配對的齒輪兩側齒廓相接觸，與配對的齒輪兩側齒廓相接觸，完全消除了齒完全消除了齒側間隙。側間隙。53535353-53-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/311.消隙齒輪消隙齒

42、輪 圖圖(b)用螺釘用螺釘3將兩個薄齒輪將兩個薄齒輪1和和2連接在一起，連接在一起，代替代替(a)中的彈簧。中的彈簧。 54545454-54-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/312柔性齒輪消隙柔性齒輪消隙 圖（圖（a）所示為）所示為一種具有彈性一種具有彈性的柔性齒輪，的柔性齒輪，在裝配時對它在裝配時對它稍許加些預載稍許加些預載就能引起輪殼就能引起輪殼的變形從而的變形從而使每個輪齒的使每個輪齒的雙側齒廓都能雙側齒廓都能嚙合，消除了嚙合，消除了側隙。側隙。55555555-55-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/312柔性齒輪消隙柔性齒輪消隙 圖圖(b)所示

43、為所示為采用了徑向采用了徑向柔性齒輪，柔性齒輪，輪殼和齒圈輪殼和齒圈是剛性的，是剛性的，但與齒輪圈但與齒輪圈連接處具有連接處具有彈性。彈性。56565656-56-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/313偏心機構消隙偏心機構消隙 如圖所示的偏心機構實際上是如圖所示的偏心機構實際上是中心距調整機構中心距調整機構。特別是齒輪磨損等原因造成傳動間隙增加時，特別是齒輪磨損等原因造成傳動間隙增加時，最簡單的方法是調整中心距。最簡單的方法是調整中心距。 偏心消隙機構偏心消隙機構 57575757-57-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/314齒廓彈性覆層消隙齒廓彈性覆層

44、消隙 齒廓表面覆蓋有薄薄一層彈性很好的橡膠層，齒廓表面覆蓋有薄薄一層彈性很好的橡膠層，相嚙合的一對齒輪加以預載，可以完全消除嚙相嚙合的一對齒輪加以預載，可以完全消除嚙合側隙，如圖所示。合側隙，如圖所示。58585858-58-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31三、諧波傳動三、諧波傳動 機器人對減速器的要求如下：機器人對減速器的要求如下： (1)運動精度高，間隙小，以實現(xiàn)較高的重復運動精度高，間隙小，以實現(xiàn)較高的重復定位精度；定位精度； (2)回轉速度穩(wěn)定，無波動，運動副間摩擦小，回轉速度穩(wěn)定，無波動，運動副間摩擦小，效率高效率高; (3)體積小，重量輕，傳動扭矩大。體積小

45、，重量輕，傳動扭矩大。 59595959-59-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 減速器減速比減速器減速比n的選擇應當能最大限度地利用的選擇應當能最大限度地利用電機功率，即電機功率，即機械阻抗匹配。機械阻抗匹配。 工作臂的慣性矩工作臂的慣性矩 電機的慣性矩電機的慣性矩 三、諧波傳動三、諧波傳動 /amnIIaImI60606060-60-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 從現(xiàn)有的工業(yè)機器人來看，所選的電機功率總從現(xiàn)有的工業(yè)機器人來看，所選的電機功率總是偏大，減速比也過大。是偏大，減速比也過大。 當減速比大時，工作臂的慣性對電機影響小，當減速比大時

46、，工作臂的慣性對電機影響小，但電機速度容易飽和；但電機速度容易飽和； 當減速比小時，工作臂運動的反作用力對電機當減速比小時，工作臂運動的反作用力對電機影響大，這需要進行機構的動力學計算。影響大，這需要進行機構的動力學計算。 常用的減速器是常用的減速器是行星齒輪機構行星齒輪機構和和諧波傳動機構諧波傳動機構。 61616161-61-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31圖圖5.35 行星齒輪傳動行星齒輪傳動 圖圖5.35所示為行星齒輪傳動結構簡圖。行星齒輪所示為行星齒輪傳動結構簡圖。行星齒輪傳動尺寸小，慣量低；一級傳動比大，結構緊湊；傳動尺寸小，慣量低；一級傳動比大，結構緊湊；

47、載荷分布在若干個行星齒輪上，內齒輪也具有較載荷分布在若干個行星齒輪上，內齒輪也具有較高的承載能力。高的承載能力。行星齒輪傳行星齒輪傳動動畫演示動動畫演示62626262-62-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31圖圖5.36 諧波傳動諧波傳動 1剛輪；剛輪；2剛輪內齒圈；剛輪內齒圈；3輸入軸；輸入軸；4諧波發(fā)生器；諧波發(fā)生器；5軸；軸；6柔輪；柔輪；7柔輪齒圈柔輪齒圈 諧波發(fā)生器是在橢圓型凸輪的外周嵌入薄壁軸承制成諧波發(fā)生器是在橢圓型凸輪的外周嵌入薄壁軸承制成的部件。軸承內圈固定在凸輪上，外圈依靠鋼球發(fā)生彈的部件。軸承內圈固定在凸輪上，外圈依靠鋼球發(fā)生彈性變形，一般與輸入軸

48、相連。性變形，一般與輸入軸相連。三、諧波傳動三、諧波傳動 63636363-63-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31圖圖5.36 諧波傳動諧波傳動 1剛輪；剛輪；2剛輪內齒圈；剛輪內齒圈；3輸入軸；輸入軸；4諧波發(fā)生器；諧波發(fā)生器；5軸；軸；6柔輪；柔輪；7柔輪齒圈柔輪齒圈 柔輪是杯狀薄壁金屬彈性體，杯口外圓切有齒，底部柔輪是杯狀薄壁金屬彈性體，杯口外圓切有齒，底部稱為柔輪底，用來與輸出軸相連。稱為柔輪底，用來與輸出軸相連。三、諧波傳動三、諧波傳動 64646464-64-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31圖圖5.36 諧波傳動諧波傳動 1剛輪；剛輪

49、；2剛輪內齒圈；剛輪內齒圈；3輸入軸；輸入軸；4諧波發(fā)生器；諧波發(fā)生器；5軸；軸；6柔輪；柔輪；7柔輪齒圈柔輪齒圈 工作原理：工作原理：由于諧波發(fā)生器由于諧波發(fā)生器4的轉動使柔輪的轉動使柔輪6上的柔輪齒上的柔輪齒圈圈7與剛輪與剛輪1上的剛輪內齒圈上的剛輪內齒圈2相嚙合。輸入軸為相嚙合。輸入軸為3，如果，如果剛輪剛輪1固定，則軸固定，則軸5為輸出軸；如果軸為輸出軸；如果軸5固定，則剛輪固定，則剛輪1的的軸為輸出軸。軸為輸出軸。 諧波傳動諧波傳動演示演示65656565-65-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 如果剛輪如果剛輪1不轉動不轉動( )，諧波發(fā)生器，諧波發(fā)生器 為

50、輸入，為輸入，柔輪軸柔輪軸 為輸出，速比為為輸出，速比為 式中：負號表示柔輪向諧波發(fā)生器旋轉方向的反向旋式中：負號表示柔輪向諧波發(fā)生器旋轉方向的反向旋轉。轉。 代表輸入、輸出軸的角速度；代表輸入、輸出軸的角速度； 為剛輪為剛輪(圓形花鍵圓形花鍵輪輪)內齒圈內齒圈2的齒數(shù)，的齒數(shù)， 為柔輪齒圈為柔輪齒圈7的齒數(shù)。的齒數(shù)。 10353735527ZiZZ 2Z7Z三、諧波傳動三、諧波傳動 66666666-66-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 如果柔輪如果柔輪6靜止不轉動靜止不轉動( )，諧波發(fā)生器，諧波發(fā)生器 為為 輸入，則剛輪輸入，則剛輪(圓形花鍵輪圓形花鍵輪)1的軸

51、的軸 為為輸出，速比為輸出，速比為503()1()3231127ZiZZ三、諧波傳動三、諧波傳動 67676767-67-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 諧波傳動的優(yōu)點是：諧波傳動的優(yōu)點是： 尺寸小，慣量低；尺寸小，慣量低； 因為誤差均布在多個嚙合點上，傳動精度高；因為誤差均布在多個嚙合點上，傳動精度高； 因為加預載嚙合，傳動側隙非常??；因為加預載嚙合，傳動側隙非常??； 因為多齒嚙合，傳動具有高阻尼特性。因為多齒嚙合，傳動具有高阻尼特性。三、諧波傳動三、諧波傳動 68686868-68-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 諧波傳動的缺點是：諧波傳

52、動的缺點是： 柔輪的疲勞問題；柔輪的疲勞問題； 扭轉剛度低；扭轉剛度低； 以輸入軸速度以輸入軸速度2、4、6倍的嚙合頻率產(chǎn)生振倍的嚙合頻率產(chǎn)生振動；動； 諧波傳動與行星傳動相比具有較小的傳動間諧波傳動與行星傳動相比具有較小的傳動間隙和較輕的重量，但是剛度比行星減速器差。隙和較輕的重量，但是剛度比行星減速器差。69696969-69-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 例：有一諧波齒輪傳動，鋼輪齒數(shù)為例：有一諧波齒輪傳動，鋼輪齒數(shù)為200，柔，柔輪齒數(shù)為輪齒數(shù)為198，剛輪固定，柔輪輸出，求該諧，剛輪固定，柔輪輸出，求該諧波傳動的傳動比。波傳動的傳動比。70707070-7

53、0-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 課堂練習：有一諧波齒輪傳動，鋼輪齒數(shù)為課堂練習：有一諧波齒輪傳動，鋼輪齒數(shù)為200，柔輪齒數(shù)為，柔輪齒數(shù)為198，柔輪固定，剛輪輸出，柔輪固定，剛輪輸出，求該諧波傳動的傳動比。求該諧波傳動的傳動比。71717171-71-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31四、絲杠螺母副及滾珠絲杠傳動四、絲杠螺母副及滾珠絲杠傳動 滑動式絲杠螺母機構滑動式絲杠螺母機構是連續(xù)的面接觸，傳是連續(xù)的面接觸，傳動中不會產(chǎn)生沖擊，傳動平穩(wěn)，無噪聲，并且動中不會產(chǎn)生沖擊，傳動平穩(wěn)，無噪聲，并且能自鎖。因絲杠的螺旋升角較小，所以用較小能自鎖。因

54、絲杠的螺旋升角較小，所以用較小的驅動力矩可獲得較大的牽引力。的驅動力矩可獲得較大的牽引力。 絲杠螺母螺旋面之間的摩擦為滑動摩擦，絲杠螺母螺旋面之間的摩擦為滑動摩擦，故傳動效率低。故傳動效率低。 滾珠絲杠滾珠絲杠傳動效率高，而且傳動精度和定傳動效率高，而且傳動精度和定位精度均很高，傳動時靈敏度和平穩(wěn)性好。由位精度均很高，傳動時靈敏度和平穩(wěn)性好。由于磨損小，滾珠絲桿的使用壽命比較長，但成于磨損小，滾珠絲桿的使用壽命比較長，但成本較高。本較高。72727272-72-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 圖圖5.38為為滾珠絲杠的基本組成滾珠絲杠的基本組成：導向槽：導向槽4連接連

55、接螺母的第一圈和最后一圈，使其形成滾動體可螺母的第一圈和最后一圈，使其形成滾動體可以連續(xù)循環(huán)的導槽。以連續(xù)循環(huán)的導槽。圖圖5.38 滾珠絲杠的基本組成滾珠絲杠的基本組成1絲杠；絲杠；2螺母；螺母；3滾珠；滾珠；4導向槽導向槽滾珠絲杠演示滾珠絲杠演示73737373-73-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31圖圖5.39 絲杠螺母傳動的手臂升降機構絲杠螺母傳動的手臂升降機構圖圖5.39所示為所示為采用絲采用絲杠螺母傳動的手臂升杠螺母傳動的手臂升降機構。降機構。由電動機由電動機1帶動蝸桿帶動蝸桿2使蝸輪使蝸輪5回回轉，依靠蝸輪內孔的轉，依靠蝸輪內孔的螺紋帶動絲杠螺紋帶動絲杠4作

56、升作升降運動。為了防止絲降運動。為了防止絲杠的轉動，在絲杠上杠的轉動，在絲杠上端銑有花鍵與固定在端銑有花鍵與固定在箱體箱體6上的花鍵套上的花鍵套7組組成導向裝置。成導向裝置。1電動機；電動機；2蝸桿；蝸桿；3臂架；臂架；4絲杠；絲杠；5蝸蝸輪；輪；6箱體；箱體；7花鍵套花鍵套74747474-74-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31五、其他傳動五、其他傳動 1.活塞缸和齒輪齒條機構活塞缸和齒輪齒條機構 齒輪齒條機構是通過齒條的往復移動，帶動與齒輪齒條機構是通過齒條的往復移動，帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉，即實現(xiàn)手臂的回手臂連接的齒輪作往復回轉，即實現(xiàn)手臂的回轉運動。轉運

57、動。75757575-75-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/311.活塞缸和齒輪齒條機構活塞缸和齒輪齒條機構 圖所示為圖所示為手臂作回轉運動的手臂作回轉運動的結構。結構?；钊透變汕环謩e進活塞油缸兩腔分別進壓力油推動齒條活塞作往復壓力油推動齒條活塞作往復移動，與齒條嚙合的齒輪即移動，與齒條嚙合的齒輪即作往復回轉。由于齒輪與手作往復回轉。由于齒輪與手臂固聯(lián)，從而實現(xiàn)手臂的回臂固聯(lián)，從而實現(xiàn)手臂的回轉運動。轉運動。 76767676-76-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/31 圖所示為圖所示為氣壓傳動的齒輪齒條式增倍機構的手臂結氣壓傳動的齒輪齒條式增倍機構的

58、手臂結構。構。活塞桿活塞桿3左移時，與活塞桿左移時，與活塞桿3相聯(lián)接的齒輪相聯(lián)接的齒輪2也左移，也左移，并使運動齒條并使運動齒條l一起左移，由于齒輪一起左移，由于齒輪2與固定齒條相嚙合，因與固定齒條相嚙合，因而齒輪而齒輪2在移動的同時又在固定齒條上滾動，并將此運動在移動的同時又在固定齒條上滾動，并將此運動傳給傳給1，從而使，從而使1又向左移動一距離。因手臂固聯(lián)于齒條又向左移動一距離。因手臂固聯(lián)于齒條1上，上，所以手臂的行程和速度均為活塞桿所以手臂的行程和速度均為活塞桿3的行程和速度的兩倍。的行程和速度的兩倍。 圖圖5.46 氣缸和齒輪齒條增倍手臂機構氣缸和齒輪齒條增倍手臂機構1運動齒條；運動齒

59、條；2齒輪；齒輪；3活塞桿活塞桿77777777-77-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/312帶傳動與鏈傳動帶傳動與鏈傳動 1) 同步帶傳動同步帶傳動 同步帶的傳動面上有與帶輪嚙合的梯形齒。同同步帶的傳動面上有與帶輪嚙合的梯形齒。同步帶傳動時無滑動，初始張力小，被動軸的軸步帶傳動時無滑動，初始張力小，被動軸的軸承不易過載。因無滑動，它除了用做動力傳動承不易過載。因無滑動，它除了用做動力傳動外還適用于定位。外還適用于定位。 圖圖5.40 同步帶形狀同步帶形狀 78787878-78-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/312) 滾子鏈傳動滾子鏈傳動 滾子鏈傳動

60、屬于比較完善的傳動機構，由于噪滾子鏈傳動屬于比較完善的傳動機構，由于噪聲小，效率高，因此得到了廣泛的應用。聲小，效率高，因此得到了廣泛的應用。 但是，高速運動時滾子與鏈輪之間的碰撞會產(chǎn)但是，高速運動時滾子與鏈輪之間的碰撞會產(chǎn)生較大的噪聲和振動，只有在低速時才能得到生較大的噪聲和振動，只有在低速時才能得到滿意的效果。滿意的效果。79797979-79-工業(yè)機器人技術基礎工業(yè)機器人技術基礎2016/10/313繩傳動與鋼帶傳動繩傳動與鋼帶傳動 1) 繩傳動繩傳動 繩傳動廣泛應用于機器人的手爪開合傳動，特繩傳動廣泛應用于機器人的手爪開合傳動，特別適合有限行程的運動傳遞。別適合有限行程的運動傳遞。 繩