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机械制造造装备设设计辅导导资料十十六主 题：第四章工业机机器人设设计（第第2节）学习时间间：2012年1月16日20112年11月22日内 容：第二节 工业机器器人的机机械结构构系统设设计一、 工业机器器人的手手臂和机机座工业机器器人机械械结构系系统由机机座、手手臂、手手腕、末末端执行行器和移移动装置置组成。工业机器器人的手手臂由动动力关节节和连接接杆件构构成，用用以支承承和调整整手腕和和末端执执行器的的位置。 手臂部部件一般般具有22-3个自由由度（回回转、俯俯仰、升升降或伸伸缩），包包括驱动动装置、传传动机构构、定位位导向装装置、支支承连接接件和检检测元件件等。（一）设设计要求求 1、手臂臂结构设设计要求求l 手臂的结结构和尺尺寸应满满足机器器人完成成作业任任务提出出的工作作空间要要求； l 合理选择择手臂截截面形状状和高强强度轻质质材料，减减轻自重重； l 减小驱动动装置的的负荷，提提高手臂臂运动的的响应速速度； l 提高运动动的精确确性和运运动刚度度。2、机座座结构设设计要求求l 机座主要要有回转转机座和和升降机机座两种种，用以以实现手手臂的整整体回转转或升降降； l 要有足够够大的安安装基面面，以保保证机器器人工作作时的稳稳定性； l 机座承受受机器人人全部重重量和工工作载荷荷，应保保证足够够的强度度、刚度度和承载载能力； l 机座轴系系及传动动链的精精度和刚刚度对末末端执行行器的运运动精度度影响最最大。 （二）典典型结构构1、液压压驱动圆圆柱坐标标型机器器人手臂臂结构液压缸22驱动的的手臂伸伸缩、摆摆动液压压马达111驱动动的回转转和升降降液压缸缸驱动的的升降三三个运动动。图1 液液压驱动动圆柱坐坐标型机机器人手手臂1- 活塞杆 2-液液压缸 3-手手臂端部部 4-手臂支支架 55-导轨轨6-中间间支座 7、99-齿轮轮 8-挡块 10-行程开开关 111-摆摆动液压压马达2、电动动机驱动动机械传传动圆柱柱坐标型型机器人人手臂和和机座结结构图2 GGMF M-1100型型机器人人手臂直线移动动手臂的的升降和和伸缩运运动由双双圆柱导导轨导向向和直流流伺服电电机驱动动滚动丝丝杠实现现。回转运动动由底部部的回转转机座实实现。1活塞杆 2液压缸 3手臂端部 4手臂支架 5导轨 6中间机座 7、9齿轮 8挡块 10行程开关 11摆动液压马达图3 PPUMAA机器人人手臂的的结构1、100-大臂臂 2、33、144、155-齿轮轮 4、113、116-偏偏心套 5-大大锥齿轮轮 6-小锥齿齿轮7、111-驱动动电动机机 8,9-锥锥齿轮 12-驱动轴轴 177-小臂臂 188-机座座图4 带带谐波减减速器的的机器人人手臂关关节结构构二、工业业机器人人的手腕腕手腕是连连接手臂臂和末端端执行器器的部件件，其功功能是在在手臂和和机座实实现了末末端执行行器在作作业空间间的三个个位置坐坐标的基基础上，再再由手腕腕来实现现末端执执行器在在作业空空间的三三个姿态态坐标，回转运动、左右偏摆运动和俯仰运动即实现三个旋转自由度。图5 手手腕的自自由度1- 手臂 22-机械械接口（一）设设计要求求 l 手腕部件件的结构构力求紧紧凑，减减轻其质质量和体体积； l 自由度愈愈多，运运动范围围愈大，动动作灵活活性愈高高，机器器人对作作业的适适应能力力愈强； l 提高传动动刚度，尽尽量减少少反转误误差； l 对手腕回回转各关关节轴上上要设置置限位开开关和机机械挡块块，以防防止关节节超限造造成事故故。（二）手手腕的结结构1、用摆摆动液压压缸驱动动实现回回转运动动的手腕腕结构。图6 摆摆动液压压马达驱驱动的手手腕1- 活塞 22、4-油路 3、77-进、排排油孔 5-定定叶 66-动叶叶2、具有有两个自自由度的的机械传传动手腕腕结构3、具有有三个自自由度的的机械传传动手腕腕结构4、偏置置三自由由度机械械传动手手腕结构构三、工业业机器人人的末端端执行器器（一）分分类和设设计要求求根据用途途和结构构的不同同分为：机械式式夹持器器、吸附附式末端端执行器器和专用用工具三三类。设计末端端执行器器时，要要求：l 满足作业业需要的的足够的的夹持力力和所需需的夹持持位置精精度。l 尽可能使使末端执执行器结结构简单单、紧凑凑，质量量轻，以以减轻手手臂的负负荷。（二）机机械式夹夹持器的的结构与与设计 工业机器器人中应应用的机机械夹持持器多为为双指手手爪式； 按其手爪爪的运动动方式可可分为平平移型和和回转型型； 回转型手手爪又分分为单支支点回转转型和双双支点回回转型； 按夹持方方式可分分为外夹夹式和内内撑式；按驱动方方式可以以有电动动、液压压和气动动。图7 机机械式夹夹持器a) 单支点回回转型 b)双双支点回回转型 c)平平移型 d)内内撑型（三）吸吸附式末末端执行行器的结结构与设设计 吸附式末末端执行行器（又又称吸盘盘），有有气吸式式和磁吸吸式两种种。它们们分别是是利用吸吸盘内负负压产生生的吸力力或磁力力来吸住住并移动动工作的的。1、 气吸式吸吸盘l 挤压排气气式吸盘盘l 电流负压压式吸盘盘l 真空泵排排气式吸吸盘2磁吸式式吸盘分为电磁磁吸盘和和永磁吸吸盘本周要求求掌握的的内容如如下：了解：工工业机器器人的手手臂设计计要求，工工业机器器人的典典型结构构，工业业机器人人的手腕腕设计要要求，末末端执行行器的分分类。掌握：工工业机器器人的机机械结构构系统组组成、工工业机器器人的手手腕的自自由度、工工业机器器人的末末端执行行器。习题：1、判断断1) 自由度愈愈多，运运动范围围愈大，动动作灵活活性愈高高，机器器人对作作业的适适应能力力愈强。（ ）2) 尽可能使使末端执执行器结结构复杂杂，质量量重，以以加大手手臂的负负荷。（ ）习题答案案：1，判断断1) 对。2) 错。