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1、第四章第四章 工业机器人工业机器人机械系统设计机械系统设计主主要要内内容容1 1、工业机器人总体设计、工业机器人总体设计、工业机器人总体设计、工业机器人总体设计n n主体结构设计主体结构设计主体结构设计主体结构设计n n传动方式选择传动方式选择传动方式选择传动方式选择n n模块化结构设计模块化结构设计模块化结构设计模块化结构设计n n材料选择材料选择材料选择材料选择n n平衡系统设计平衡系统设计平衡系统设计平衡系统设计2 2、传动部件设计、传动部件设计、传动部件设计、传动部件设计n n移动关节导轨及转动关节轴承移动关节导轨及转动关节轴承移动关节导轨及转动关节轴承移动关节导轨及转动关节轴承n n
2、传动件的定位及消隙传动件的定位及消隙传动件的定位及消隙传动件的定位及消隙n n谐波传动谐波传动谐波传动谐波传动n n丝杠螺母副及其滚珠丝杠传动丝杠螺母副及其滚珠丝杠传动丝杠螺母副及其滚珠丝杠传动丝杠螺母副及其滚珠丝杠传动n n其它传动其它传动其它传动其它传动n n3 3、臂部设计、臂部设计、臂部设计、臂部设计n n臂部设计的基本要求臂部设计的基本要求臂部设计的基本要求臂部设计的基本要求n n手臂的常用结构手臂的常用结构手臂的常用结构手臂的常用结构n n臂部运动驱动力计算臂部运动驱动力计算臂部运动驱动力计算臂部运动驱动力计算n n4 4、手腕设计、手腕设计、手腕设计、手腕设计n n概述概述概述概
3、述n n手腕分类手腕分类手腕分类手腕分类n n手腕设计举例手腕设计举例手腕设计举例手腕设计举例主要内容主要内容n n5 5、手部设计、手部设计、手部设计、手部设计n n概述概述概述概述n n手部分类手部分类手部分类手部分类n n手爪设计和选用的要求手爪设计和选用的要求手爪设计和选用的要求手爪设计和选用的要求n n普通手爪设计普通手爪设计普通手爪设计普通手爪设计n n6 6、机身及行走机构设计、机身及行走机构设计、机身及行走机构设计、机身及行走机构设计n n机身设计机身设计机身设计机身设计n n行走机构设计行走机构设计行走机构设计行走机构设计一一 工业机器人总体设计工业机器人总体设计主体结构设计
4、主体结构设计主体结构设计主体结构设计n n关键是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式关键是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式关键是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式关键是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式n n工业机器人的坐标形式工业机器人的坐标形式工业机器人的坐标形式工业机器人的坐标形式w w直角坐标机器人直角坐标机器人直角坐标机器人直角坐标机器人n n主体结构有三个自由度，全为伸缩主体结构有三个自由度，全为伸缩主体结构有三个自由度，全为伸缩主体结构有三个自由度，全为伸缩w w圆柱坐标机器人圆柱坐标机器人圆柱坐标机器人圆柱坐标机器人n n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
5、度，腰转、升降、伸缩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、伸缩w w球面坐标机器人球面坐标机器人球面坐标机器人球面坐标机器人n n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、转动和伸缩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、转动和伸缩w w关节坐标机器人关节坐标机器人关节坐标机器人关节坐标机器人n n主体结构有三个自由度，全为转动主体结构有三个自由度，全为转动主体结构有三个自由度，全为转动主体结构有三个自由度，全为转动一一 工业机器人总体设计工业机器人总体设计n n传动方式选择传动方式选择n n选择驱动源和传动装
6、置与关节部件的连接、驱动方式选择驱动源和传动装置与关节部件的连接、驱动方式选择驱动源和传动装置与关节部件的连接、驱动方式选择驱动源和传动装置与关节部件的连接、驱动方式n n工业机器人的传动形式工业机器人的传动形式工业机器人的传动形式工业机器人的传动形式传动形式传动形式传动形式传动形式特征特征特征特征优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点直接连结传直接连结传直接连结传直接连结传动动动动直接装在关节上直接装在关节上直接装在关节上直接装在关节上结构紧凑结构紧凑结构紧凑结构紧凑需考虑电机自重，转需考虑电机自重，转需考虑电机自重，转需考虑电机自重，转动惯量大，能耗大动惯量大，能耗大动惯量大，能耗大动惯量大，能
7、耗大远距离连结远距离连结远距离连结远距离连结传动传动传动传动经远距离传动装置与关经远距离传动装置与关经远距离传动装置与关经远距离传动装置与关节相连节相连节相连节相连不需考虑电机自重，不需考虑电机自重，不需考虑电机自重，不需考虑电机自重，平衡性良好平衡性良好平衡性良好平衡性良好额外的间隙和柔性，额外的间隙和柔性，额外的间隙和柔性，额外的间隙和柔性，结构庞大，能耗大结构庞大，能耗大结构庞大，能耗大结构庞大，能耗大间接传动间接传动间接传动间接传动经速比远经速比远经速比远经速比远1111的传动装置的传动装置的传动装置的传动装置与关节相连与关节相连与关节相连与关节相连经济、对载荷变化不经济、对载荷变化不
8、经济、对载荷变化不经济、对载荷变化不敏感、便于制动设计、敏感、便于制动设计、敏感、便于制动设计、敏感、便于制动设计、方便一些运动转换方便一些运动转换方便一些运动转换方便一些运动转换传动精度低、结构不传动精度低、结构不传动精度低、结构不传动精度低、结构不紧凑、引入误差，降紧凑、引入误差，降紧凑、引入误差，降紧凑、引入误差，降低可靠性低可靠性低可靠性低可靠性直接驱动直接驱动直接驱动直接驱动不经中间关节或经速比不经中间关节或经速比不经中间关节或经速比不经中间关节或经速比=1=1=1=1的传动装置与关节相的传动装置与关节相的传动装置与关节相的传动装置与关节相连连连连传动精度高，振动小，传动精度高，振动
9、小，传动精度高，振动小，传动精度高，振动小，传动损耗小，可靠性传动损耗小，可靠性传动损耗小，可靠性传动损耗小，可靠性高，响应快高，响应快高，响应快高，响应快控制系统设计困难，控制系统设计困难，控制系统设计困难，控制系统设计困难，对传感元件要求高，对传感元件要求高，对传感元件要求高，对传感元件要求高，成本高成本高成本高成本高一一 工业机器人总体设计工业机器人总体设计n n模块化结构设计模块化结构设计n n模块化工业机器人模块化工业机器人模块化工业机器人模块化工业机器人n n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、系列化的模块件通过具有特殊功能由一些标准化、系列化的模块件通过具有
10、特殊功能由一些标准化、系列化的模块件通过具有特殊功能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。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。n n模块化工业机器人的特点模块化工业机器人的特点模块化工业机器人的特点模块化工业机器人的特点n n经济性经济性经济性经济性n n灵活性灵活性灵活性灵活性n n存在的问题存在的问题存在的问题存在的问题n n刚度比较差刚度比较差刚度比较差刚度比较差n n整体重量偏重整体重量偏重整体重量偏重整体重量偏重n n模块针对性待提高模块针对性待提高模块针对性待提高模块针对性待提高一
11、一 工业机器人总体设计工业机器人总体设计n n材料的选择材料的选择n n材料选择的基本要求材料选择的基本要求材料选择的基本要求材料选择的基本要求n n强度高强度高强度高强度高n n弹性模量大弹性模量大弹性模量大弹性模量大n n重量轻重量轻重量轻重量轻n n阻尼大阻尼大阻尼大阻尼大n n价格低价格低价格低价格低n n结构件材料介绍结构件材料介绍结构件材料介绍结构件材料介绍 碳素结构钢、合金结构钢、铝合金等合金材碳素结构钢、合金结构钢、铝合金等合金材碳素结构钢、合金结构钢、铝合金等合金材碳素结构钢、合金结构钢、铝合金等合金材料、纤维增强合金、陶瓷、纤维增强复合材料、纤维增强合金、陶瓷、纤维增强复合
12、材料、纤维增强合金、陶瓷、纤维增强复合材料、纤维增强合金、陶瓷、纤维增强复合材料、粘弹性大阻尼材料料、粘弹性大阻尼材料料、粘弹性大阻尼材料料、粘弹性大阻尼材料一一 工业机器人总体设计工业机器人总体设计n n平衡系统设计平衡系统设计n n平衡系统的作用平衡系统的作用平衡系统的作用平衡系统的作用n n安全安全安全安全n n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构形变化而导致重力引起关节驱动力矩变化的峰值n n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降低因运动而导致惯性力矩
13、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n n改进动力特性改进动力特性改进动力特性改进动力特性n n使运行稳定，降低地面安装要求使运行稳定，降低地面安装要求使运行稳定，降低地面安装要求使运行稳定，降低地面安装要求n n平衡系统设计的主要途径平衡系统设计的主要途径平衡系统设计的主要途径平衡系统设计的主要途径n n质量平衡技术质量平衡技术质量平衡技术质量平衡技术n n弹簧力平衡技术弹簧力平衡技术弹簧力平衡技术弹簧力平衡技术n n可控力平衡技术可控力平衡技术可控力平衡技术可控力平衡技术二二 传动部件设计传动部件设计
14、n n移动关节导轨及转动关节轴承移动关节导轨及转动关节轴承n n移动关节导轨移动关节导轨n n要求要求要求要求n n类型：普通滑动导轨、液压动压移动导轨、液压静压类型：普通滑动导轨、液压动压移动导轨、液压静压类型：普通滑动导轨、液压动压移动导轨、液压静压类型：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、滚动导轨移动导轨、气浮导轨、滚动导轨移动导轨、气浮导轨、滚动导轨移动导轨、气浮导轨、滚动导轨n n应用实例应用实例应用实例应用实例n n转动关节轴承转动关节轴承n n球轴承球轴承球轴承球轴承n n专用轴承专用轴承专用轴承专用轴承n n特殊材料制作的轴承特殊材料制作的轴承特殊材料制
15、作的轴承特殊材料制作的轴承w w动压导轨动压导轨动压导轨动压导轨：靠导轨之间的相对：靠导轨之间的相对：靠导轨之间的相对：靠导轨之间的相对运动产生的压力油膜将运动件运动产生的压力油膜将运动件运动产生的压力油膜将运动件运动产生的压力油膜将运动件浮起浮起浮起浮起,把两个导轨面隔离把两个导轨面隔离把两个导轨面隔离把两个导轨面隔离,形成形成形成形成纯液体摩檫，其工作原理与纯液体摩檫，其工作原理与纯液体摩檫，其工作原理与纯液体摩檫，其工作原理与动动动动压压压压轴承相同轴承相同轴承相同轴承相同,形成导轨面间压形成导轨面间压形成导轨面间压形成导轨面间压力油膜的条件是力油膜的条件是力油膜的条件是力油膜的条件是:
16、两导轨面之两导轨面之两导轨面之两导轨面之间应有锲形间隙和一定的相对间应有锲形间隙和一定的相对间应有锲形间隙和一定的相对间应有锲形间隙和一定的相对速度速度速度速度,此外还需要有一定粘度此外还需要有一定粘度此外还需要有一定粘度此外还需要有一定粘度的润滑油流进锲形间隙的润滑油流进锲形间隙的润滑油流进锲形间隙的润滑油流进锲形间隙适用于主运动导轨适用于主运动导轨适用于主运动导轨适用于主运动导轨w w静压导轨静压导轨静压导轨静压导轨：将具有一定压力的润：将具有一定压力的润：将具有一定压力的润：将具有一定压力的润滑油滑油滑油滑油,经节流器输入到导轨面上经节流器输入到导轨面上经节流器输入到导轨面上经节流器输入
17、到导轨面上的油腔的油腔的油腔的油腔,即可形成承载油膜即可形成承载油膜即可形成承载油膜即可形成承载油膜,使导使导使导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优点是轨运动速度的变化对油膜优点是轨运动速度的变化对油膜优点是轨运动速度的变化对油膜厚度的影响很小；载荷的变化对厚度的影响很小；载荷的变化对厚度的影响很小；载荷的变化对厚度的影响很小；载荷的变化对油膜厚度的影响很小油膜厚度的影响很小油膜厚度的影响很小油膜厚度的影响很小,摩檫系数摩檫系数摩檫系数摩檫系数仅为仅为仅为仅为0.0050.0050.005
18、0.005左右左右左右左右,油膜抗振性好。油膜抗振性好。油膜抗振性好。油膜抗振性好。缺点是导轨自身结构比较复杂需缺点是导轨自身结构比较复杂需缺点是导轨自身结构比较复杂需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要增加一套供油系统对润滑油的要增加一套供油系统对润滑油的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:精精精精密机床的进给运动和低速运动导密机床的进给运动和低速运动导密机床的进给运动和低速运动导密机床的进给运动和低速运动导轨。轨。轨。轨。二二 传动部件设计传动部件设计n n传动件的定位和消隙传动
19、件的定位和消隙n n传动件的定位传动件的定位n n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、伺服定位系统电气开关定位、机械挡块定位、伺服定位系统电气开关定位、机械挡块定位、伺服定位系统n n传动件的消隙传动件的消隙n n消隙齿轮消隙齿轮消隙齿轮消隙齿轮n n柔性齿轮柔性齿轮柔性齿轮柔性齿轮n n对称传动消隙对称传动消隙对称传动消隙对称传动消隙n n偏心机构消隙偏心机构消隙偏心机构消隙偏心机构消隙n n齿廓弹性覆层消隙齿廓弹性覆层消隙齿廓弹性覆层消隙齿廓弹性覆层消隙二二 传动部件设计传动部件设计n n减速器减速器n n谐波传动机构谐波传动机构n n行星齿轮机构行星齿轮机
20、构行星齿轮机构行星齿轮机构与一般齿轮传动和蜗杆传动不同，谐波传动其工作原理与一般齿轮传动和蜗杆传动不同，谐波传动其工作原理与一般齿轮传动和蜗杆传动不同，谐波传动其工作原理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，即通过柔轮变形时其径向位移和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，即通过柔轮变形时其径向位移和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，从而实现传动机构的力和运动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，从而实现传动机构的力和运
21、动的转换。的转换。的转换。的转换。谐波齿轮传动是靠柔性齿轮（柔轮）所产生的可控弹性谐波齿轮传动是靠柔性齿轮（柔轮）所产生的可控弹性谐波齿轮传动是靠柔性齿轮（柔轮）所产生的可控弹性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、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，其余两波发生器和刚轮。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
22、意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动个一为主动、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，一个输出比），也可变换成两个输入，一个输出比），也可变换成两个输入，一个输出比），也可变换成两个输入，一个输出 ，组成差动传，组成差动传，组成差动传，组成差动传动。动。动。动。当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时，柔轮在当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时，柔轮在当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时，柔轮在当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时，柔
23、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，在波发生器长轴两端处的柔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，在波发生器长轴两端处的柔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；在短轴两端处的柔轮轮齿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；在短轴两端处的柔轮轮齿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，柔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，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的
24、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；有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；有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。由于波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。由于波发生器的连续转动，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、完全发生器的连续转动，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、完全脱开这四种情况依次变化，循环不已。由于柔轮比
25、刚轮脱开这四种情况依次变化，循环不已。由于柔轮比刚轮脱开这四种情况依次变化，循环不已。由于柔轮比刚轮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的齿数少的齿数少的齿数少2 2 2 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，柔轮向相反，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，柔轮向相反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。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。与一般齿轮传动比较，它有以下特点：与一般齿轮传动比较，它有以下特点：与一般齿轮
26、传动比较，它有以下特点：与一般齿轮传动比较，它有以下特点：（1 1 1 1）传动比大，且范围广。单级传动的传动比为）传动比大，且范围广。单级传动的传动比为）传动比大，且范围广。单级传动的传动比为）传动比大，且范围广。单级传动的传动比为50320503205032050320，复波传动的传动比可达，复波传动的传动比可达，复波传动的传动比可达，复波传动的传动比可达107107107107。（2 2 2 2）同时参加啮和的齿数多，承载能力高。传递公称）同时参加啮和的齿数多，承载能力高。传递公称）同时参加啮和的齿数多，承载能力高。传递公称）同时参加啮和的齿数多，承载能力高。传递公称力矩时，同时参加啮和
27、的齿数可达到总齿数的力矩时，同时参加啮和的齿数可达到总齿数的力矩时，同时参加啮和的齿数可达到总齿数的力矩时，同时参加啮和的齿数可达到总齿数的30%40%30%40%30%40%30%40%。（3 3 3 3）体积小，重量轻。在传动比和承载条件相同的情）体积小，重量轻。在传动比和承载条件相同的情）体积小，重量轻。在传动比和承载条件相同的情）体积小，重量轻。在传动比和承载条件相同的情况下，谐波齿轮传动比一般齿轮传动的体积和重量减小况下，谐波齿轮传动比一般齿轮传动的体积和重量减小况下，谐波齿轮传动比一般齿轮传动的体积和重量减小况下，谐波齿轮传动比一般齿轮传动的体积和重量减小1/31/21/31/21
28、/31/21/31/2左右。左右。左右。左右。（4 4 4 4）运动精度高，回差小。）运动精度高，回差小。）运动精度高，回差小。）运动精度高，回差小。（5 5 5 5）传动效率高，一般单级传动效率为）传动效率高，一般单级传动效率为）传动效率高，一般单级传动效率为）传动效率高，一般单级传动效率为70%-90%70%-90%70%-90%70%-90%。（6 6 6 6）可向密闭空间传递运动和动力，这一点是其它任）可向密闭空间传递运动和动力，这一点是其它任）可向密闭空间传递运动和动力，这一点是其它任）可向密闭空间传递运动和动力，这一点是其它任何机械传动无法实现何机械传动无法实现何机械传动无法实现何
29、机械传动无法实现行星减速器的主要特点如下：行星减速器的主要特点如下：行星减速器的主要特点如下：行星减速器的主要特点如下：（1 1 1 1）体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高。）体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高。）体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高。）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，即具有同轴线传动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
30、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，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，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，即用几个完全相同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、轴向尺用了内啮合，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、轴向尺用了内啮合，充分
31、地利用了空间的容积，从而缩小了径、轴向尺寸，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，可使其外部尺寸和重量只为普通齿轮传动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的的的的1/2-1/61/2-1/61/2-1/61/2-1/6。（2 2 2 2）传动效率高，工作可靠。行星齿
32、轮传动由于采用了对称）传动效率高，工作可靠。行星齿轮传动由于采用了对称）传动效率高，工作可靠。行星齿轮传动由于采用了对称）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，使作用于中心轮和行星架等主要轴承上的作用的分流传动结构，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。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。（3 3 3 3）传动比大。适当选择传动类型和齿轮齿数，便可利用少）传动比大。
33、适当选择传动类型和齿轮齿数，便可利用少）传动比大。适当选择传动类型和齿轮齿数，便可利用少）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。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，故目前行星齿轮减速器不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。仅适用于告诉大功率，而
34、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。三三 臂部设计臂部设计n n臂部设计的基本要求臂部设计的基本要求n n刚度高、导向性好、重量轻、运动平稳、刚度高、导向性好、重量轻、运动平稳、刚度高、导向性好、重量轻、运动平稳、刚度高、导向性好、重量轻、运动平稳、定位精度高定位精度高定位精度高定位精度高n n手臂的常用结构手臂的常用结构n n直线运动机构直线运动机构直线运动机构直线运动机构n n回转运动机构回转运动机构回转运动机构回转运动机构n n臂部运动驱动力计算臂部运动驱动力计算臂部运动驱动力计算臂部运动驱动力计算四四 手腕设计手腕设计n n概述概述
35、n n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、偏转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、偏转n n设计的重点是手腕的大小和重量设计的重点是手腕的大小和重量设计的重点是手腕的大小和重量设计的重点是手腕的大小和重量n n手腕的分类手腕的分类n n按自由度数目分类按自由度数目分类按自由度数目分类按自由度数目分类n n按驱动方式分类按驱动方式分类按驱动方式分类按驱动方式分类n n手腕设计举例手腕设计举例五五 手部设计手部设计n n工业机器人手部特点工业机器人手部特点n n手部与手腕相连处可拆卸手部与手腕相连处可拆卸手部与手腕相连处可拆卸手部与手
36、腕相连处可拆卸n n手部是工业机器人末端操作器手部是工业机器人末端操作器手部是工业机器人末端操作器手部是工业机器人末端操作器n n手部的通用性比较差手部的通用性比较差手部的通用性比较差手部的通用性比较差n n手部是一个独立部件手部是一个独立部件手部是一个独立部件手部是一个独立部件n n手部的分类手部的分类n n手部设计和选用要求手部设计和选用要求n n普通手爪设计普通手爪设计手部设计和选用要求手部设计和选用要求被抓握的对象物被抓握的对象物n n几何参数：工件尺寸；抓握表面数目、位置和方向；夹持表几何参数：工件尺寸；抓握表面数目、位置和方向；夹持表几何参数：工件尺寸；抓握表面数目、位置和方向；夹
37、持表几何参数：工件尺寸；抓握表面数目、位置和方向；夹持表面间的距离和几何形状；面间的距离和几何形状；面间的距离和几何形状；面间的距离和几何形状；n n机械特性：质量、材料、表面温度等机械特性：质量、材料、表面温度等机械特性：质量、材料、表面温度等机械特性：质量、材料、表面温度等物料馈送器或存储装置物料馈送器或存储装置物料馈送器或存储装置物料馈送器或存储装置n n对手爪必需的最小、最大爪钳间的距离；必需的夹紧力；其对手爪必需的最小、最大爪钳间的距离；必需的夹紧力；其对手爪必需的最小、最大爪钳间的距离；必需的夹紧力；其对手爪必需的最小、最大爪钳间的距离；必需的夹紧力；其它的不确定因素它的不确定因素
38、它的不确定因素它的不确定因素机器人作业顺序机器人作业顺序机器人作业顺序机器人作业顺序手爪和机器人的匹配手爪和机器人的匹配手爪和机器人的匹配手爪和机器人的匹配n n手爪的机械接口手爪的机械接口手爪的机械接口手爪的机械接口/手爪自重手爪自重手爪自重手爪自重环境条件环境条件普通手爪设计普通手爪设计机械式手爪设计机械式手爪设计n n驱动：气动、液动、电动驱动：气动、液动、电动驱动：气动、液动、电动驱动：气动、液动、电动n n传动：运动要求和夹紧力要求传动：运动要求和夹紧力要求传动：运动要求和夹紧力要求传动：运动要求和夹紧力要求n n爪钳：形状、材料、与工件的接触面积爪钳：形状、材料、与工件的接触面积爪
39、钳：形状、材料、与工件的接触面积爪钳：形状、材料、与工件的接触面积磁力吸盘设计磁力吸盘设计磁力吸盘设计磁力吸盘设计n n不需夹具，要求工件表面清洁、平整、干燥不需夹具，要求工件表面清洁、平整、干燥不需夹具，要求工件表面清洁、平整、干燥不需夹具，要求工件表面清洁、平整、干燥n n只适合对工件要求不高或不考虑剩磁的影响，不只适合对工件要求不高或不考虑剩磁的影响，不只适合对工件要求不高或不考虑剩磁的影响，不只适合对工件要求不高或不考虑剩磁的影响，不适合高温适合高温适合高温适合高温真空式吸盘设计真空式吸盘设计真空式吸盘设计真空式吸盘设计要求工件表面清洁、平整、干燥、能气密要求工件表面清洁、平整、干燥、
40、能气密要求工件表面清洁、平整、干燥、能气密要求工件表面清洁、平整、干燥、能气密各类真空式吸盘举例各类真空式吸盘举例各类真空式吸盘举例各类真空式吸盘举例六六 机身及行走机构设计机身及行走机构设计n n机身设计机身设计n n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、运动灵考虑因素：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、运动灵活、结构布置合理活、结构布置合理活、结构布置合理活、结构布置合理n n回转与升降机身回转与升降机身回转与升降机身回转与升降机身n n回转与俯仰机身回转与俯仰机身回转与俯仰机身回转与俯仰机身n n机身驱动力（力矩）计算机身驱动力（力矩）计
41、算机身驱动力（力矩）计算机身驱动力（力矩）计算n n行走机构设计行走机构设计n n各类行走机构的简介各类行走机构的简介各类行走机构的简介各类行走机构的简介垂直升降运动驱动力计算垂直升降运动驱动力计算垂直升降运动驱动力计算垂直升降运动驱动力计算 各支承处的摩擦力各支承处的摩擦力各支承处的摩擦力各支承处的摩擦力 启动时的总惯性力启动时的总惯性力启动时的总惯性力启动时的总惯性力 运动部件的总重力运动部件的总重力运动部件的总重力运动部件的总重力回转运动驱动力计算回转运动驱动力计算回转运动驱动力计算回转运动驱动力计算 总摩擦阻力矩总摩擦阻力矩总摩擦阻力矩总摩擦阻力矩 各回转运动部件总惯性力矩各回转运动部件总惯性力矩各回转运动部件总惯性力矩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升降立柱下降不卡死条件计算升降立柱下降不卡死条件计算升降立柱下降不卡死条件计算 偏重力臂偏重力臂偏重力臂偏重力臂 偏重力矩偏重力矩偏重力矩偏重力矩立柱支撑导套产生的立柱支撑导套产生的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防止手臂倾斜的力矩防止手臂倾斜的力矩防止手臂倾斜的力矩不卡死条件不卡死条件不卡死条件不卡死条件