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1、主要内容：主要内容：1、工业机器人机械系统设计准则设计准则、步骤及设计要点；2、液压、气动和电气三种驱动方式的特点、设计要点；3、工业机器人工作站气压传动系统的设计要点和常见故障；4、关节驱动电机驱动电机的类型、特点与选用；5、工业机器人主流驱动电机主流驱动电机-交流伺服电机的工作原理、选用和常见故障；6、工业机器人减速器的作用、选用注意事项；7、工业机器人主流减速器主流减速器-谐波齿轮减速器和RV减速器工作原理及特点；8、工业机器人流行动力传递方案流行动力传递方案分析-以安川机器人为例，对各个关节的驱动方式、机械传动方案及常见故障进行案例分析。第第2章章 工业机器人机械系统设计（工业机器人机
2、械系统设计（1）（1）最小运动惯量原则）最小运动惯量原则由于机器人运动部件多，运动状态经常改变，必然产生冲击和振动，采用最小运动惯量原则，可增加机器人运动平稳性，提高操作机动力学特性。为此，在设计时应注意在满足强度和刚度的前提下，尽量减小运动部件的质量，并注意运动部件对转轴的质心配置。2.1.1 机器人整机设计原则机器人整机设计原则（2）尺度规划优化原则）尺度规划优化原则当设计要求满足一定工作空间要求时，通过尺度优化以选定最小的臂杆尺寸，这将有利于机器人刚度的提高，使运动惯量进一步降低。（3）高强度材料选用原则）高强度材料选用原则由于机器人从手腕、小臂、大臂到机座是依次作为负载起作用的，选用高
3、强度材料以减轻零部件的质量是十分必要的。（4）刚度设计的原则）刚度设计的原则机器人设计中，刚度是比强度更重要的问题，要使刚度最大，必须恰当地选择杆件剖面形状和尺寸，提高支承刚度和接触刚度，合理地安排作用在臂杆上的力和力矩，尽量减少杆件的弯曲变形。（5）可靠性原则）可靠性原则 机器人操作机因机构复杂、环节较多，可靠性问题显得尤为重要。一般来说，元器件的可靠性应高于部件的可靠性，而部件的可靠性应高于整机的可靠性。可以通过概率设计方法设计出可靠度满足要求的零件或结构，也可以通过系统可靠性综合方法评定操作机系统的可靠性。（6）工艺性原则）工艺性原则机器人是一种高精度、高集成度的自动机械系统，良好的加工
4、和装配工艺性是设计时要体现的重要原则之一。仅有合理的结构设计而无良好的工艺性，必然导致机器人性能的降低和成本的提高。2.1.2 工业机器人总体设计（1）根据机器人的使用场合，明确采用机器人的目的和任务。（2）分析机器人所在系统的工作环境，包括与己有设备的兼容性。（3）认真分析系统的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。（4）进行必要的调查研究，搜集国内外的有关技术资料，进行综合分析，找出借鉴、选用之处和需要注意的问题。l 系系统分析统分析l 技术设计技术设计l 系统分析系统分析l技术设计技术设计1.机器人基本参数的确定机器人基本参数的确定自由度工作范围承载能力运动速度定位精度等2.机器人运机器
5、人运动形式的形式的选择直角坐标型圆柱坐标型极坐标型关节型SCARA型 确定驱动方式，选择运动部件和设计具体结构，绘制机器人总装图及主要零部件图。3.拟定定检测传感系感系统框框图选择合适的传感器，以便结构设计时考虑安装位置。4.确定控制系确定控制系统总体方案，体方案，绘制框制框图选择机器人的控制方式，确定控制系统类型，设计计算机控制硬件电路并编制相应控制软件。最后确定控制系统总体方案，绘制出控制系统框图，并选择合适的电器元件。5.机械机械结构构设计2.2 2.2 驱动机构（驱动机构（Drive MechanismDrive Mechanism）用来把驱动器（Actuators）的运动传递到关节和
6、动作部位。按实现的运动方式：n液压驱动n气压驱动n电气驱动分类：分类：按驱动方式：3种基本类型u直线驱动机构u旋转驱动机构2种2.2.1 三种驱动方式液压驱动液压驱动首先提问？1、工作介质？2、工作压力？4、液压元件的图形符号？5、直线运动的实现？3、液压元件的类型？6、旋转运动的实现？典型液压回路工作介质?压缩空气（Compressed Air）气压驱动气压驱动系统压力?小于0.7MPa典型气动回路图图 摩托车车架焊接机器人工作站气动系统原理图摩托车车架焊接机器人工作站气动系统原理图错误案例电气驱动电气驱动v 步进电机（步进电机（Stepping Motor）v 直流伺服电机（直流伺服电机（
7、DC Servo Motor）v 交流伺服电机交流伺服电机（AC Servo Motor 控制类电机p 压电元件(piezo electric actuator)p 形状记忆合金(shape memory alloy actuator)p 其它新型功能材料新型驱动元件（一）直线驱动机构（Linear Drives）1、机械装置q 齿轮齿条装置(Rack and Pinion)q 普通丝杠(Lead Screw)q 滚珠丝杠（Ball Screws;low friction rapid response）广泛使用2、液压驱动3、气压驱动Cylinders2.2.2 二种驱动机构（二）旋转驱动机构
8、（Rotary Drive）1、齿轮链(Gear Trains)：由两个或两个以上的齿轮组成的传动机构。传动误差大。2、同步皮带(Timing Belt)：带齿的皮带，teeth molded into the belt,flexibility,low cost。齿轮传动齿轮传动同步带传动同步带传动3、谐波齿轮减速器（Harmonic Drives）谐波发生器：谐波发生器：通常为椭圆形凸轮。其旋转起来后，会对周围的薄壁轴承（柔轮）造成周期性的波状挤压力。结构结构：刚轮、柔轮、谐波发生器三大件刚轮刚轮:刚性的不可形变的内齿型齿轮。柔轮柔轮:薄壳形元件，具有弹性的外齿型齿轮。随着内部 凸轮（波发生
9、器）转动，薄壁轴承的外环作椭圆形变形运动（弹性范围内）。刚轮的内齿圈柔轮的外齿谐波发生器装配好后工作原理：工作原理：当谐波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面从原始的圆形变为椭圆形。其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合；其余不同区段内的齿，有的处于啮入状态，有的处于啮出状态。当谐波发生器连续转动时，柔轮的变形部位也随之转动，使柔轮的齿依次进入啮合，然后再依次退出啮合，从而实现啮合传动。谐波发生器为主动件，柔轮为从动件，刚轮固定。柔轮和刚轮的齿距相同，但齿数比刚轮少2个，所以柔轮在啮合过程中，就必须相对刚轮转过两个齿距的角位移，这个角位移正是减速器输出轴的转动，从而实现了减速的目的1.结构简单，体积
10、小，重量轻。3.运动精度高和承载能力大。由于多齿啮合，与相同精度的普通齿轮相比，其运动精度能提高四倍左右。受载能力也大大提高。2.传动比范围大。单级谐波减速器传动比可在50300之间，优选在75250之间；4.运动平稳，无冲击，噪声小。5.齿侧间隙可以调整。特点：电机与减速器的连接4、RV(Rot-Vector)摆线针轮传动减速器摆线针轮传动减速器由渐开线圆柱齿轮行星减速机构和摆线针轮行星减速机构二部分组成。渐开线行星轮2与曲柄轴3连成一体，作为摆线针轮传动部分的输入。2、RV(Rot-Vector)摆线针轮传动减速器结构摆线针轮传动减速器结构2、RV(Rot-Vector)摆线针轮传动减速器
11、摆线针轮传动减速器-减速原理减速原理2、RV(Rot-Vector)摆线针轮传动减速器摆线针轮传动减速器-减速原理减速原理输入轴输出轴行星轮3个or2个，动力分流3个曲柄轴，偏心180度，安装摆线轮2个，两端轴承支撑在端盖上。轴承安装行星轮2个相同的摆线轮，齿数比针轮少一个。针轮（固定）传动比范围大 i=31171运动精度高、回差小、刚度大、抗冲击能力强体积小、结构紧凑传动效率高优点：日本住友重机械株式会社（Sumitomo Drive Technologies）是目前世界上生产摆线针轮减速器规模最大的企业之一。nRV减速器具有长期使用不需再加润滑剂、寿命长、刚度好、减速比大、低振动、高精度、保养便利等优点。缺点是重量重，外形尺寸较大。n谐波减速器的优点是重量较轻，外形尺寸较小，减速比范围大，精度高，但刚性较差。总结：总结：机器人上所用的减速器，常见的有RV减速器和谐波减速器。建议：建议：机器人设计中，一般1、2、3轴均采用RV减速器，4、5、6轴常用谐波减速器。谢谢观看！