《機(jī)械基礎(chǔ)》課件第10章 機(jī)電一體化

10.1機(jī)電一體化概述10.2機(jī)電一體化系統(tǒng)分析10.3機(jī)電一體化典型傳動(dòng)裝置及機(jī)器10.4工業(yè)機(jī)器人習(xí)題10第10章機(jī)電一體化10.1機(jī)電一體化概述10.1.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了縱向分化、橫向綜合的重要趨勢。機(jī)電一體化就是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相互交叉、滲透和綜合發(fā)展的產(chǎn)物，其組成涉及到機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)等。從某種意義上講，機(jī)電一體化已經(jīng)成為交叉學(xué)科和綜合技術(shù)的代名詞。1.基本組成要素

(1)微型計(jì)算機(jī)(包括大規(guī)模集成電路)

通過計(jì)算與控制實(shí)現(xiàn)智能功能，相當(dāng)于人的頭腦。

(2)傳感器通過信息流通實(shí)現(xiàn)感知功能，相當(dāng)于人的感覺器官。

(3)軟件實(shí)現(xiàn)信息功能，相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng)。圖10-1機(jī)器人(4)機(jī)械本體主體結(jié)構(gòu)為機(jī)器與機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作功能，相當(dāng)于人的軀體和四肢。機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)，例如機(jī)器人（見圖10-1），從各種感覺器官得到各種信息，通過神經(jīng)傳給神經(jīng)中樞，經(jīng)過思維處理，再經(jīng)過大腦指揮各部分動(dòng)作的執(zhí)行。2.相關(guān)技術(shù)要素

1）檢測傳感技術(shù)檢測各種物理量，將測得的各種參量轉(zhuǎn)換為電信號，并輸送到信息處理部分的功能器件統(tǒng)稱為檢測傳感元器件或裝置。傳感器是檢測部分的核心，它相當(dāng)于人的感覺器官。例如數(shù)控機(jī)床在加工過程中，利用力傳感器或聲發(fā)射傳感器等，將刀具磨損情況檢測出來，與給定值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)毒吣p到引起負(fù)荷轉(zhuǎn)矩增大并超過規(guī)定的最大允許值時(shí)，機(jī)械手就自動(dòng)地進(jìn)行更換，這是安全運(yùn)行與提高加工質(zhì)量的有力保障。2）信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)包括信息的輸入、交換、運(yùn)算、存儲和輸出等技術(shù)。它可以通過微機(jī)、單片機(jī)、單板機(jī)、可編程控制器或其他I/O等電子裝置來實(shí)現(xiàn)。信息處理部分相當(dāng)于人的大腦，指揮整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

3）自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補(bǔ)償、示教再現(xiàn)、檢索等技術(shù)。4）伺服傳動(dòng)技術(shù)伺服傳動(dòng)技術(shù)是指執(zhí)行系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)中的一些技術(shù)問題。伺服傳動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置，這部分相當(dāng)于人的手足，它直接執(zhí)行各種有關(guān)的操作，對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。5）精密機(jī)械技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械部分較一般的同類型機(jī)械，精度要求更高，要有更好的可靠性及維護(hù)性，同時(shí)要有更新穎的結(jié)構(gòu)，零部件要求模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化等。也就是說，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，對機(jī)械本體和機(jī)械技術(shù)本身都提出了新的要求，這種要求的核心就是精密機(jī)械技術(shù)。6）系統(tǒng)總體技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)不是幾種技術(shù)的簡單疊加，而是通過系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)使它們形成一個(gè)有機(jī)整體。系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案，再將各個(gè)功能與技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評價(jià)、優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。它通過所用技術(shù)的協(xié)調(diào)一致，來保證在給定環(huán)境條件下經(jīng)濟(jì)、可靠、高效益地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，并使操作、維修方便。

10.1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機(jī)械和電子要素組成的有機(jī)整體，具有滿足人們使用要求和目的的功能。機(jī)電一體化系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個(gè)要素組成。它們的功能相應(yīng)為:提供動(dòng)力、進(jìn)行檢測、主體結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)工藝動(dòng)作和進(jìn)行控制。

機(jī)電一體化產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)，核心問題是控制。在機(jī)電一體化的產(chǎn)品中，由于把電子器件的信息處理和控制功能，以及檢測、傳感器等有機(jī)地應(yīng)用到機(jī)械中去，使機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了前所未有的高性能(高精度、高效率、智能化)和多功能。1.機(jī)械主體機(jī)械主體部分包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)部件。為了充分發(fā)揮機(jī)電一體化的優(yōu)點(diǎn)，必須使機(jī)械主體部分達(dá)到高精度、輕量化和高可靠性。機(jī)械主體部分的高精度可以有利于機(jī)電一體化系統(tǒng)功能的高準(zhǔn)確度；運(yùn)動(dòng)部件的輕量化，不但可使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)小型化，減小所需動(dòng)力，同時(shí)也可以改善控制系統(tǒng)的響應(yīng)特性，提高靈敏度。2.傳感器傳感器的作用是將系統(tǒng)中控制對象的有關(guān)狀態(tài)參數(shù)，如力、位移、速度、溫度、氣味、顏色、流量等，轉(zhuǎn)換成可測信號或變換成相應(yīng)的控制信號，為有效地控制機(jī)電一體化系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。傳感器的種類繁多，在機(jī)械中常用的有位移傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、頻率傳感器等等。對于傳感器，它的主要評價(jià)指標(biāo)有可靠性、靈敏度、分辨率和微型化等。3.信息處理信息處理部分的作用是實(shí)現(xiàn)各種形式的信息變換、過程連接和數(shù)據(jù)采集等。信息處理部分包括微型計(jì)算機(jī)、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存儲器、可編程控制器和接口等。對于信息處理部分，主要要求是提高處理速度，提高可靠性和推行標(biāo)準(zhǔn)化等。信息處理部分由機(jī)電一體化系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)組成。4.驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置包括動(dòng)力源和執(zhí)行元件。其作用是為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供必要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并能接受電子控制裝置的指令，進(jìn)行自身的開、停、換向和變速等運(yùn)動(dòng)變換?，F(xiàn)在驅(qū)動(dòng)裝置主要采用各種電動(dòng)機(jī)，也有采用氣壓、液壓馬達(dá)。目前研制成具有編碼器和減速器的一體電機(jī)，適應(yīng)了數(shù)字控制的要求。對于驅(qū)動(dòng)裝置的主要要求是慣性小、動(dòng)力大、體積小、重量輕、精度和可靠性高、便于維修與安裝以及能用計(jì)算機(jī)控制等。5.執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置接受控制器的指令，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)某種特定的工藝動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是各種連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和組合機(jī)構(gòu)等，也有采用步進(jìn)電機(jī)等進(jìn)行直接步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本要求是能實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)，并具有一定的精度和靈敏度，傳遞必要的動(dòng)力，保證系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，減小慣性、提高傳動(dòng)剛度，減小摩擦和傳動(dòng)間隙等。6.接口接口是聯(lián)系機(jī)械主體、傳感器、微型計(jì)算機(jī)和執(zhí)行元件等進(jìn)行協(xié)調(diào)信息的裝置。它有數(shù)字接口、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換(D/A)接口、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D)接口、模擬/模擬接口等。它同樣要求小型化、標(biāo)準(zhǔn)化和高可靠性。10.2機(jī)電一體化系統(tǒng)分析

機(jī)電一體化系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成，由控制系統(tǒng)完成信息處理功能。機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)劣在很大程度上取決于控制系統(tǒng)的好壞。隨著高新技術(shù)引入機(jī)械行業(yè)，機(jī)械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)和變革。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，它不再是單一地完成系統(tǒng)間的連接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用性方面對機(jī)電一體化系統(tǒng)有著重要的影響。

機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，并利用其他高、新技術(shù)更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減少重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善性能的要求。機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品是數(shù)控機(jī)床，如圖10-2所示。圖10-2數(shù)控機(jī)床10.2.1機(jī)電一體化對機(jī)械傳動(dòng)的要求機(jī)械的主體能完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)。一部機(jī)器必須完成相互協(xié)調(diào)的若干機(jī)械運(yùn)動(dòng)。每個(gè)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)可由電機(jī)、傳動(dòng)件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成來完成，若干個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可以由計(jì)算機(jī)來協(xié)調(diào)與控制。這就使設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)的總體布局、機(jī)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)造型更加合理和多樣化。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，機(jī)械傳動(dòng)中的執(zhí)行、控制等機(jī)構(gòu)日益減少，其機(jī)器的結(jié)構(gòu)日益簡化。由于受當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平的限制，一些元器件目前還不能完全滿足需要，機(jī)械傳動(dòng)鏈不能完全取消。

機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置，不僅僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器，也成為伺服系統(tǒng)的組成部分。因此，要根據(jù)伺服系統(tǒng)的要求來進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)。近年來，控制電機(jī)不通過機(jī)械傳動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載——即“直接驅(qū)動(dòng)”（DD）技術(shù)得到發(fā)展，但一般都需要低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī)，并要考慮負(fù)載的非線性和耦合等因素對伺服電機(jī)的影響，從而增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。

影響機(jī)械傳動(dòng)鏈的動(dòng)力學(xué)性能的因素，一般有以下幾個(gè)。

(1)負(fù)載的變化。負(fù)載包括工作負(fù)載、摩擦負(fù)載等。

(2)傳動(dòng)鏈的慣性。慣性不但影響傳動(dòng)鏈的啟停特性，也影響控制的快速性、位移和速度偏差的大小等。

(3)傳動(dòng)鏈的固有頻率。固有頻率影響系統(tǒng)諧振和傳動(dòng)精度。

(4)間隙、摩擦、潤滑和溫升。間隙、摩擦、潤滑和溫升影響傳動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。10.2.2機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)分析一般認(rèn)為傳統(tǒng)機(jī)械由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱和控制系統(tǒng)幾部分組成。1984年美國機(jī)械工程師協(xié)會（ASME）提出的現(xiàn)代機(jī)械的定義為：“由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)?！庇纱丝梢?，現(xiàn)代機(jī)械應(yīng)是一個(gè)機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)，使核心是由計(jì)算機(jī)控制的，包括機(jī)、電、液、光等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。

由于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，使傳統(tǒng)意義上作為動(dòng)力源的電機(jī)也轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袆?dòng)力、變速與執(zhí)行等多重功能的伺服電機(jī)。伺服電機(jī)的伺服變速功能在很大程度上代替了機(jī)械傳動(dòng)中對傳動(dòng)比有嚴(yán)格要求的“內(nèi)聯(lián)系”傳動(dòng)鏈中調(diào)整速比的“置換機(jī)構(gòu)”，縮短了傳動(dòng)鏈；取代了執(zhí)行件之間的傳動(dòng)聯(lián)系，大大減少了傳動(dòng)件數(shù)量；簡化了結(jié)構(gòu)，使動(dòng)力件、傳動(dòng)件與執(zhí)行件向著一體化、小型化方向發(fā)展。機(jī)械系統(tǒng)的組成如圖10-3所示。圖10-3機(jī)械系統(tǒng)的組成

常用機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)件有齒輪、蝸桿、同步帶、鏈等。

1.齒輪機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中目前使用最多的是齒輪傳動(dòng)，其主要原因是齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比是常數(shù)，傳動(dòng)精度可做到零側(cè)隙無回差，強(qiáng)度大，能承受重載，結(jié)構(gòu)緊湊、摩擦力小、效率高。

2.蝸桿蝸桿傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)比較，主要缺點(diǎn)是摩擦系數(shù)較大，效率較低。新型蝸桿效率較高，但技術(shù)要求較高，成本高。3.同步帶同步帶傳動(dòng)可做到傳動(dòng)比準(zhǔn)確，效率高；工作平穩(wěn)，能吸收振動(dòng)；噪聲小，維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤滑。缺點(diǎn)是安裝帶輪中心距要求嚴(yán)格，在傳遞同樣的功率、轉(zhuǎn)速的條件下，結(jié)構(gòu)不如齒輪傳動(dòng)緊湊，常用于輕載工作條件。

4.鏈鏈傳動(dòng)由于其瞬時(shí)傳動(dòng)比不為常數(shù)，金屬鏈易產(chǎn)生沖擊噪聲，慣性較大，因此使用較少。10.2.3機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)近年來，由于機(jī)電一體化技術(shù)日益發(fā)展并廣泛應(yīng)用，機(jī)器中的傳動(dòng)、控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)目有減少趨勢，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)有簡化的可能。如繡花機(jī)、圓頭鎖眼機(jī)采用機(jī)電一體化技術(shù)之后，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡化，工作性能得以完善，機(jī)器的檔次和水平有較大提高。1.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)要求高精度、運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠。這不僅是機(jī)械傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)本身的問題，而且要通過控制裝置，使機(jī)械傳動(dòng)部分與伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能相匹配，要在設(shè)計(jì)過程中綜合考慮這三部分的相互影響。

對于伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，一般來說，應(yīng)達(dá)到高的機(jī)械固有頻率、高剛度、合適的阻尼、線性的傳遞性能和小慣量等。這都是保證伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性（精度、快速響應(yīng)和穩(wěn)定性）所必須的。應(yīng)考慮多種設(shè)計(jì)方案，對其進(jìn)行評價(jià)、優(yōu)選，反復(fù)比較，選出最佳方案。以數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)為例，可以有三種選擇：絲桿傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)（蝸桿——旋轉(zhuǎn)工作臺），如圖10-4所示。若絲桿行程大于4mm，由于剛度原因，則可選擇齒條傳動(dòng)。圖10-4數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)方案示例2.總傳動(dòng)比的確定用于伺服系統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)是減速系統(tǒng)，其輸入是高速、小轉(zhuǎn)矩，輸出是低速、大轉(zhuǎn)矩，用以使負(fù)載加速。要求齒輪系統(tǒng)不但有足夠的強(qiáng)度，還要有盡可能小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在同樣的驅(qū)動(dòng)功率下，其加速度響應(yīng)為最大。此外，齒輪副的嚙合間隙造成不明顯的傳動(dòng)死區(qū)。在閉環(huán)系統(tǒng)中，傳動(dòng)死區(qū)能使系統(tǒng)產(chǎn)生頻率振蕩。

在上述條件下，要使伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載產(chǎn)生的速度最大，可按下述方法選擇總傳動(dòng)比。（1）對于以提高傳動(dòng)精度和減小回程誤差為主的降速齒輪傳動(dòng)鏈，可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。對于升速傳動(dòng)鏈，則應(yīng)在開始幾級就增速。（2）對于啟動(dòng)頻繁，要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、動(dòng)態(tài)性能好的伺服降速傳動(dòng)鏈，可按最小等效傳動(dòng)慣量原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。對于負(fù)載變化齒輪裝置，各級傳動(dòng)比最好采用互質(zhì)的比數(shù)，避免同時(shí)嚙合。

（3）對于要求減輕重量的降速傳動(dòng)鏈，可按重量最輕原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。（4）對于傳動(dòng)比很大的齒輪傳動(dòng)鏈，應(yīng)把定軸輪系、行星輪系結(jié)合使用。若同時(shí)要求傳動(dòng)精確、功率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、體積小、重量輕等，就綜合運(yùn)用上述原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。10.3機(jī)電一體化典型傳動(dòng)裝置及機(jī)器10.3.1精密傳動(dòng)零件

在工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)中，為免除一般直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中因使用螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等傳動(dòng)副而出現(xiàn)的機(jī)械誤差，一些移動(dòng)關(guān)節(jié)可采用直線電機(jī)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。這種導(dǎo)軌在導(dǎo)軌盒內(nèi)裝有電機(jī)，它是由滾動(dòng)導(dǎo)軌與直線電機(jī)組成的復(fù)合體。機(jī)電一體化中精密傳動(dòng)零件有滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠等。1.滾動(dòng)導(dǎo)軌

滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)如圖10-5所示，其主要特性見表10-1。

圖10-5直線滾動(dòng)導(dǎo)軌（a)滾珠式;（b)滾柱式

表10-1滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的類型和特點(diǎn)1)直線導(dǎo)軌的特性直線導(dǎo)軌的特性如下：

(1)承載能力大，鋼球與圓弧滾道的接觸比平面接觸的載荷能力高13倍；

(2)剛性好，在制造時(shí)，預(yù)加載荷可獲得較高的系統(tǒng)剛度，能承受較大的切削力、沖擊與振動(dòng)；

(3)四方面承受載荷，全方位上的剛度值一致，具有良好的減振特性；(4)壽命長，由于是純滾動(dòng)，摩擦系數(shù)為滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50左右，主機(jī)消耗低，省電節(jié)能，便于機(jī)械小型化；

(5)傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，動(dòng)作輕便靈活，定位精度高，微量移動(dòng)靈敏準(zhǔn)確，便于機(jī)械小型化；

(6)有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力，配件加工精度要求不高，安裝使用方便。2)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的分類按滾動(dòng)體的形狀分，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌有滾珠式和滾柱式兩種，見圖10-5。滾柱式由于為線接觸，故其承載能力較高，但是摩擦力也較大，同時(shí)加工裝配也比較復(fù)雜，故目前使用較多的為滾珠式。按導(dǎo)軌截面形狀分，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌有矩形和梯形兩種。截面形狀為矩形時(shí)，導(dǎo)軌為四方向等載荷型。截面為梯形時(shí)，導(dǎo)軌能夠承受較大的垂直載荷，而其他方向的承載能力較低，但對安裝誤差的調(diào)節(jié)能力較大。3）壽命計(jì)算方法滾動(dòng)導(dǎo)軌的壽命計(jì)算方法和負(fù)荷承載能力的決定方法與滾動(dòng)軸承基本相同。

2.滾珠絲杠滾珠絲杠有如下特性：（1）運(yùn)動(dòng)可逆性。逆?zhèn)鲃?dòng)效率幾乎與正傳動(dòng)效率相同，既可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，又可將直線運(yùn)動(dòng)變成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以滿足一些特殊傳動(dòng)的平穩(wěn)性與靈敏性。（2）系統(tǒng)剛度高。通過給螺母組件施加預(yù)壓來獲得較高的系統(tǒng)高度，以滿足各種機(jī)械傳動(dòng)的要求，無爬行現(xiàn)象，始終保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與靈敏性。

（3）傳動(dòng)精度高。滾珠絲杠副經(jīng)過淬硬并精磨螺紋滾道，具有很高的進(jìn)給精度。由于摩擦小，絲杠副工作時(shí)的溫升變形小，容易獲得較高的定位精度。（4）傳動(dòng)效率高。效率達(dá)90%～95%左右，耗費(fèi)的動(dòng)力僅為滑動(dòng)絲桿的1/3，可使驅(qū)動(dòng)電機(jī)乃至機(jī)械整體小型化。

（5）使用壽命長。鋼球是在淬硬的滾道上作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，磨損極小，長期使用后仍能保證精度，工作壽命長，具有很高的可靠性，壽命一般要比滑動(dòng)絲杠高5～6倍。（6）應(yīng)用范圍廣。滾珠絲杠由于其獨(dú)特的性能而被廣泛采用，已成為數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)械、各種機(jī)械設(shè)備及各種機(jī)電一體化產(chǎn)品中不可缺少的重要元件。3.滾珠花鍵滾珠花鍵剛度高，比傳統(tǒng)花鍵動(dòng)作輕便靈活，定位準(zhǔn)確、精度高，移動(dòng)靈敏度高。滾珠花鍵結(jié)構(gòu)如圖10-6所示?；ㄦI軸的外圈均布3條凸起軌道，配有6條負(fù)荷滾珠列，相對應(yīng)有6條退出滾珠列。軌道槽截面為近似滾珠的凹圓形，以減少接觸應(yīng)力。承受轉(zhuǎn)矩時(shí)，3條負(fù)荷滾珠列自動(dòng)定心。反轉(zhuǎn)時(shí)還可用一個(gè)花鍵螺母向旋轉(zhuǎn)方向施加預(yù)緊力后鎖緊；外筒上開鍵槽以備連接其他傳動(dòng)件。保持架使?jié)L珠互不摩擦，且拆卸時(shí)不會脫落。用橡皮密封墊防塵，以提高使用壽命，通過油孔潤滑以減少磨損。這種花鍵用于機(jī)器人、機(jī)床、自動(dòng)搬運(yùn)車等各種機(jī)械。圖10-6滾珠花鍵10.3.2諧波齒輪減速器

1.諧波齒輪減速器的工作原理與特點(diǎn)

1）工作原理諧波齒輪減速器結(jié)構(gòu)如圖10-7所示。它主要由柔性齒輪g（柔輪）、剛性齒輪b（鋼輪）和波發(fā)生器H(裝在柔性齒輪g內(nèi))組成。柔輪可產(chǎn)生較大的彈性變形，轉(zhuǎn)臂H（波發(fā)生器）的外緣尺寸大于柔輪內(nèi)孔直徑，轉(zhuǎn)臂裝入柔輪內(nèi)孔后，柔輪即變成橢圓形。諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理如圖10-7（a）所示。

若將剛輪固定，當(dāng)高速軸帶動(dòng)波發(fā)生器H轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，外裝柔性軸承的波發(fā)生器H迫使柔輪g由圓環(huán)形變成橢圓形，橢圓長軸處的輪齒與剛輪相嚙合，而柔輪短軸兩端的齒與剛輪的齒脫開，其他各點(diǎn)則處于嚙合和脫離的過渡階段。當(dāng)高速軸帶動(dòng)波發(fā)生器和柔性軸承逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪上原來與剛輪嚙合的齒開始脫開，再轉(zhuǎn)向重新嚙合，這樣柔輪就相對于剛輪沿著與波發(fā)生器相反的方向旋轉(zhuǎn)，通過低速軸輸出運(yùn)動(dòng)，完成減速功能。若將柔輪固定，由剛輪輸出運(yùn)動(dòng)，其工作原理完全相同，只是剛輪的轉(zhuǎn)向?qū)⑴c波發(fā)生器的轉(zhuǎn)向相同。圖10-7諧波齒輪減速器2）工作特點(diǎn)諧波齒輪傳動(dòng)與一般齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)相比，有下列特性。

(1)承載能力大。在傳遞額定輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，諧波齒輪同時(shí)參加嚙合的齒對數(shù)多，可占總齒數(shù)的30%～40%。

(2)傳動(dòng)比大。單級諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為60～300。多級和復(fù)波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比更大，可達(dá)150～4000或更高。(3)傳動(dòng)精度高。在同樣的制造精度條件下，諧波齒輪的傳動(dòng)中，齒側(cè)間隙可調(diào)整到零，所以精度比一般齒輪的傳動(dòng)精度至少高一級。

(4)可用于化工系統(tǒng)中無泄露密封傳動(dòng)（如圖10-8所示），這是其他傳動(dòng)裝置不能實(shí)現(xiàn)的。圖10-8無泄露密封諧波齒輪傳動(dòng)(5)傳動(dòng)平穩(wěn)，基本上無沖擊振動(dòng)。

(6)傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)裝置的總效率為80%～90%。

(7)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，在傳動(dòng)比和承載能力相同的條件下，諧波齒輪減速器比一般齒輪減速器的體積和重量減少1/2～1/3。2.諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算諧波齒輪傳動(dòng)是行星傳動(dòng)的一種，其波發(fā)生器H相當(dāng)于行星輪系的轉(zhuǎn)臂，柔輪g相當(dāng)于行星輪，剛輪b相當(dāng)于中心輪。諧波齒輪傳動(dòng)的柔輪與剛輪的齒距相同，但齒數(shù)不等。通常采用剛輪與柔輪的齒數(shù)差等于波數(shù)，即

波數(shù)=Zb-Zg

由上式可見，雙波傳動(dòng)時(shí)的齒數(shù)差為2，三波時(shí)齒數(shù)差為3。一般常用的是雙波傳動(dòng)。在諧波齒輪傳動(dòng)中，為了在輸入一個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)能獲得確定的輸出運(yùn)動(dòng)，與行星齒輪傳動(dòng)一樣，在三個(gè)構(gòu)件中必須有一個(gè)固定的，而其余兩個(gè)有一個(gè)為主動(dòng)件，另一個(gè)為從動(dòng)件。一般常采用波發(fā)生器為主動(dòng)件。當(dāng)采用剛輪固定不動(dòng)，而主動(dòng)件(波發(fā)生器H)回轉(zhuǎn)時(shí)，柔輪與剛輪的嚙合區(qū)也就跟著發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。由于柔輪比剛輪少（Zb-Zg）個(gè)齒，所以當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周時(shí)，柔輪相對剛輪沿相反方向轉(zhuǎn)過(Zb-Zg)個(gè)齒的角度。即反轉(zhuǎn)周。因此，其傳動(dòng)比為

上式與漸開線少齒差行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比公式相同。諧波齒輪傳動(dòng)借助于波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞，故就其傳動(dòng)機(jī)理而言，既不同于剛性構(gòu)件的嚙合傳動(dòng)，同時(shí)也與一般常見的具有柔性構(gòu)件的傳動(dòng)(如帶傳動(dòng))有本質(zhì)區(qū)別。(10-1)3.單級諧波齒輪減速器的型號與品種規(guī)格

1）型號與品種規(guī)格由SJ2604—85《單級諧波齒輪減速器》標(biāo)準(zhǔn)，諧波齒輪減速器有10個(gè)機(jī)型，43個(gè)品種。柔輪內(nèi)徑表示機(jī)型號。25～50為小機(jī)型，柔輪和輸出軸為整體式。單級諧波齒輪減速的型號由產(chǎn)品代號、規(guī)格代號和精度等級三部分組成。型號示例：XBD100-125-250-Ⅱ。

XBD：產(chǎn)品代號，表示臥式雙軸伸型諧波器；100表示柔輪內(nèi)徑；125表示傳動(dòng)比；250表示輸出轉(zhuǎn)矩；Ⅱ表示精度等級為普通級。2）技術(shù)要求單級諧波齒輪減速器的技術(shù)要求如下：

(1)精密級和普通級的傳動(dòng)誤差和空程分別小于2′和6′；

(2)額定載荷下輸出軸的扭轉(zhuǎn)變形角不超過15′；

(3)傳動(dòng)比為63～125時(shí)，效率為80%～90%；傳動(dòng)比大于125時(shí)，效率為70%～80%；

(4)工作環(huán)境溫度為-40℃～+55℃，相對濕度為95%±3%（20℃），振動(dòng)頻率為10～500Hz，加速度為2g，掃頻循環(huán)次數(shù)為10次；

(5)額定轉(zhuǎn)速和額定載荷下使用壽命為10000h；

(6)噪聲不大于60dB。4.諧波齒輪的齒形諧波齒輪的齒形有三角形和漸開線形兩種。由于制造工藝方面的原因，漸開線齒形應(yīng)用較廣。基準(zhǔn)齒形角有20°、25°、28°36′和30°等。由于20°可沿用各種標(biāo)準(zhǔn)刀具，因此應(yīng)用較廣。諧波齒輪的齒輪傳動(dòng)與漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)的工作條件相似，為防止嚙合干涉，除采用短齒外，還應(yīng)用徑向變位。5.諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用由于諧波齒輪傳動(dòng)的側(cè)隙小、空程小、傳動(dòng)精度高、剛度曲線連續(xù)、體積小、噪聲低等一系列特點(diǎn)，因此廣泛用于各種機(jī)電一體化機(jī)械中，如機(jī)器人、機(jī)床、專用設(shè)備、儀器儀表、雷達(dá)、通訊設(shè)備、食品、石油化工、冶金機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備、食品機(jī)械和紡織機(jī)械等?？捎糜跇?biāo)準(zhǔn)系列諧波齒輪減速器，也可在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)只選用基本構(gòu)件。10.3.3機(jī)電一體化的典型機(jī)器

1.電子式照相機(jī)電子式照相機(jī)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。全自動(dòng)照相機(jī)用微型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)快門、變焦及卷片倒片，內(nèi)部裝有測光測距傳感器，用微處理機(jī)進(jìn)行信息處理及控制，對測光、測距、調(diào)光、調(diào)焦、曝光、卷片倒片、閃光及其他附件的控制都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

2.數(shù)控機(jī)床與加工中心數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床也是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，同時(shí)又是用于產(chǎn)品制造的機(jī)電一體化生產(chǎn)設(shè)備。3.點(diǎn)陣針式打印機(jī)早期的打印機(jī)采用機(jī)械式字模印字方式，其印字機(jī)構(gòu)為凸輪連桿式等，速度很低。尤其是漢字打印機(jī)，印字時(shí)要使用較重的活字運(yùn)動(dòng)，到1975年，活字僅2000個(gè)左右，印字速度2字/秒。之后開發(fā)的漢字點(diǎn)陣針式打印機(jī)，每個(gè)字用直徑0.2mm、節(jié)距0.159mm的24×24點(diǎn)陣表示。印字頭內(nèi)電磁線圈通電后吸引銜鐵，擊打打印機(jī)針使其飛行，撞擊印字媒體完成印字，稱為吸合式。

其印字速度較早期的凸輪連桿式提高了10多倍。而后又出現(xiàn)了釋放式（貯能式）印字頭，采用永久磁鐵吸引銜鐵(彈簧系統(tǒng))，使彈簧變形貯存勢能，當(dāng)打印脈沖送入線圈，產(chǎn)生與永久磁鐵磁場相反的磁場，釋放銜鐵（彈簧），打印針擊打印字媒體，使?jié)h字印字速度達(dá)120字/秒以上，字母、數(shù)字、漢字等文字個(gè)數(shù)達(dá)6000個(gè)以上?，F(xiàn)在，利用電致伸縮元件驅(qū)動(dòng)打印針的新型打印機(jī)，打印字母速度可達(dá)200～300字/秒。圖10-9為點(diǎn)陣針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖。圖10-9點(diǎn)陣針式打印機(jī)

圖10-10為菊花瓣型打印機(jī)印字頭的選字定位機(jī)構(gòu)。印字頭是一個(gè)形似菊花的選擇指印字輪。120個(gè)活字字符排列在選擇指外端。印字輪直接與120步/轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)連接。步進(jìn)電機(jī)按照選字指令，以1～60的任意步數(shù)，正、反向回轉(zhuǎn)選擇120個(gè)字符中的任一個(gè)，并把所要的字符轉(zhuǎn)到字錘位置，以±0.1mm的精確度定位；同時(shí)利用附加摩擦機(jī)構(gòu)，抑制印字頭的殘余振動(dòng)。

圖10-10菊花瓣型打印機(jī)的選字定位機(jī)構(gòu)4.繪圖機(jī)打印機(jī)作為電子計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備，輸出數(shù)據(jù)、字符和漢字，其輸出結(jié)果是離散的。繪圖機(jī)則具有文字、圖形、圖表等多種信息處理的智能化功能，在CAD/CAM系統(tǒng)以及EWS（EngineeringWorkStation）系統(tǒng)中作為輸出裝置使用。繪圖機(jī)可以繪制機(jī)械工程圖、立體圖、電路邊圖、集成電路掩膜圖、測繪圖、建筑圖、商業(yè)圖表等，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。既可繪制A4幅面到A0幅面的圖，也可以繪制2～5m的大幅面圖。

繪圖機(jī)大致分為兩類，一是利用紙與筆的相對運(yùn)動(dòng)進(jìn)行作圖的筆式繪圖機(jī)；另一類是繪圖紙沿縱向送進(jìn)，繪圖頭按橫向一列數(shù)據(jù)同時(shí)作圖的光柵式繪圖機(jī)。筆式繪圖機(jī)從20世紀(jì)60年代開始與CAD技術(shù)同步發(fā)展與提高?，F(xiàn)在光柵式及彩色噴墨繪圖機(jī)正在迅速發(fā)展。

筆式繪圖機(jī)按基本結(jié)構(gòu)分，有平臺型、紙動(dòng)型（滾筒型）等數(shù)種。使用率較高的A3以下幅面的小型機(jī)多為平臺型，大型機(jī)多為紙動(dòng)型。這兩種繪圖機(jī)的基本構(gòu)造如圖10-11和圖10-12所示。它們的機(jī)電一體化框圖如圖10-13所示。來自計(jì)算機(jī)主機(jī)的繪圖控制指令、圖形坐標(biāo)、文字等信息碼傳輸線路到達(dá)接口電路，經(jīng)必要的運(yùn)算處理后，對應(yīng)地變換為x軸和y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及筆上下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)線圈的指令脈沖，驅(qū)動(dòng)繪圖機(jī)構(gòu)完成繪圖動(dòng)作。圖10-11平臺型繪圖機(jī)圖10-12紙動(dòng)型繪圖機(jī)圖10-13筆式繪圖機(jī)的機(jī)電一體化框圖10.4工業(yè)機(jī)器人10.4.1工業(yè)機(jī)器人概述機(jī)器人發(fā)明于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)和原子能技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)器人得到進(jìn)一步研究和發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)生產(chǎn)中使用的機(jī)器人。在工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)之前，一種具有與人手相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其他操作的機(jī)械裝置——操作機(jī)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)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)。工業(yè)機(jī)器人與其他專用自動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于：專用自動(dòng)機(jī)是適用于大量生產(chǎn)的專用自動(dòng)化設(shè)備，而工業(yè)機(jī)器人是一種能適應(yīng)生產(chǎn)品種變更，具多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化設(shè)備。1.機(jī)器人的大腦機(jī)器人的大腦即計(jì)算機(jī)(包括微型計(jì)算機(jī)、大規(guī)模集成電路等)，通過計(jì)算與控制實(shí)現(xiàn)智能功能。所以電腦相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”，計(jì)算機(jī)的發(fā)展水平直接影響機(jī)器人的“成長”水平。2.機(jī)器人的軀體和四肢（1）機(jī)器是機(jī)器人的軀體和四肢，是機(jī)械的主體部分，包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作功能。機(jī)器人的軀體包括機(jī)身與機(jī)構(gòu)。如常見的機(jī)床、齒輪機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。（2）機(jī)器人的四肢：手部、手腕、手臂，是新型的現(xiàn)代概念。手部：機(jī)器人的手部包括手掌和手指，如圖10-14所示，其功能是抓、握、釋放工件，也可用作專用工具，如焊具、噴槍等。

手腕：如圖10-15所示，機(jī)器人的手腕是連接手部和手臂的部件，一般手腕由多個(gè)同軸或銷軸回轉(zhuǎn)副的關(guān)節(jié)組成。手臂：機(jī)器人的手臂有伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰等動(dòng)作，其結(jié)構(gòu)如圖10-16所示。圖10-14手部的結(jié)構(gòu)形式圖10-15手腕的自由度圖10-16手臂的結(jié)構(gòu)3.機(jī)器人的眼晴機(jī)器人的眼晴即機(jī)器視覺，一直是機(jī)器人研究領(lǐng)城中研究的熱點(diǎn)。目前最常用的機(jī)器人眼睛，是簡單地用攝像機(jī)輸入圖像，然后用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖像識別和分析。有些科學(xué)研究人員正在研究建立模擬生物眼的系統(tǒng)，這是與神經(jīng)計(jì)算機(jī)相配合的視覺系統(tǒng)。硅視網(wǎng)膜是新型機(jī)器眼。硅視網(wǎng)膜由一系列光學(xué)傳感器組成，每個(gè)傳感器覆蓋一小部分圖像區(qū)。硅視網(wǎng)模的功能與人眼的功能非常接近。法國最近研制成功的“蒼蠅眼機(jī)器人”，是第一個(gè)具有像蒼蠅復(fù)眼那種功能的視覺系統(tǒng)的機(jī)器人。4.機(jī)器人的鼻子在機(jī)器人的各種感覺中，對嗅覺的研究起步最晚，這是因?yàn)樾嵊X的判別難度極大。嗅覺不僅與探測對象的化學(xué)組成有關(guān)，而且也隨環(huán)境(溫度、濃度等)發(fā)生變化，因此很難將這種由簡單化學(xué)方法測量的結(jié)果同一定氣味聯(lián)系起來。但在近年來，科學(xué)家突破了這道難關(guān)，以致可給機(jī)器人安上鼻子。10.4.2機(jī)器人的組成目前，一個(gè)較完整的機(jī)器人，大致可劃分為下面幾個(gè)組成部分：操作機(jī)控制裝置和傳感系統(tǒng)等。如圖10-17所示。圖10-17機(jī)器人的組成

控制裝置包括人—機(jī)接口裝置（鍵盤示教盒、操作桿等），具存儲記憶功能的電子控制裝置（計(jì)算機(jī)PLC或其他可編程邏輯控制裝置），各種傳感器的信息放大、傳輸及信息處理裝置，速度位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（交直流PWM電—液伺服系統(tǒng)或其他繼電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等），與外部設(shè)備、傳感器、離線編程設(shè)備等通信的輸入/輸出接口以及各種電源裝置等。

傳感器：用于測量機(jī)器人自身的運(yùn)動(dòng)速度、位置及加速度的傳感器，稱內(nèi)部傳感器；用于感受和測量外部環(huán)境信息和作業(yè)對象工況的傳感器，稱外部傳感器。操作機(jī)：通常是由安裝在機(jī)體上的若干個(gè)回轉(zhuǎn)（移動(dòng)）關(guān)節(jié)桿件相互連接構(gòu)成的多自由度主動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的。人們力圖把它設(shè)計(jì)成能模擬人的手臂或肢體動(dòng)作功能的一種固定式或移動(dòng)式的機(jī)器。它可由操作者——電子式可編程控制裝置進(jìn)行控制。10.4.3工業(yè)機(jī)器人的類型工業(yè)機(jī)器人可按技術(shù)發(fā)展進(jìn)程、坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式、控制方式和用途等進(jìn)行分類。

1.按坐標(biāo)形式分類

(1)直角坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)形式的機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單，易達(dá)到高精度，坐標(biāo)計(jì)算及系統(tǒng)控制簡單，但其價(jià)格高，結(jié)構(gòu)尺寸龐大，使工作區(qū)間受到限制，能量消耗大，難以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)等。自由度多少視用途而定。圖10-18所示為起重機(jī)臺架直角坐標(biāo)機(jī)器人。圖10-18起重機(jī)臺架直角坐標(biāo)機(jī)器人(2)圓柱坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自由度——旋轉(zhuǎn)、升降和手臂伸縮(如圖10-19（a）所示)。其結(jié)構(gòu)緊湊，坐標(biāo)計(jì)算較簡單，可以做簡單的抓、放作業(yè)。如手腕采用圖10-19（b）所示的形式，可使機(jī)器人獲得六個(gè)自由度，從而增大機(jī)器人的應(yīng)用范圍。圖10-19圓柱坐標(biāo)機(jī)器人(3)球面坐標(biāo)形式：球面坐標(biāo)機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自由度（如圖10-20所示）。由于有繞立軸作回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)副，因此可獲得較大的工作區(qū)間，但其設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。初期的工業(yè)機(jī)器人常采用此種結(jié)構(gòu)形式。

(4)關(guān)節(jié)坐標(biāo)形式：圖10-21所示為關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人，其主體結(jié)構(gòu)也具有三個(gè)自由度。關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)主要由回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成。關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人在三維空間內(nèi)能最有效地決定任意位置，可使用于各類作業(yè)中，但其坐標(biāo)計(jì)算和控制較復(fù)雜、精度較低。它是目前工業(yè)中應(yīng)用最廣的一種機(jī)器人。圖10-20球面坐標(biāo)機(jī)器人圖10-21關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人2.按驅(qū)動(dòng)方式分類工業(yè)機(jī)器人按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式工業(yè)機(jī)器人、氣動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人和電動(dòng)工業(yè)機(jī)器人等。

3.按工業(yè)用途分類工業(yè)機(jī)器人按用途可分為噴涂機(jī)器人、焊接機(jī)器人和裝配機(jī)器人等。10.4.4工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用