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機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)輔導(dǎo)資料十六
主 題： 第四章 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)（第 2 節(jié)）
學(xué)習(xí)時(shí)間： 2012 年 1 月 16 日－ 2012 年 1 月 22 日
內(nèi) 容：
第二節(jié) 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、 工業(yè)機(jī)器人的手臂和機(jī)座
工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由 機(jī)座、手臂、手腕、末端執(zhí)行器和移動(dòng)裝置 組成。
工業(yè)機(jī)器人的手臂由動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件構(gòu)成， 用以支承和調(diào)整手腕和末端
執(zhí)行器的位置。 手臂部件一般具有 2-3 個(gè)自由度（回轉(zhuǎn)、俯仰、升降或伸縮） ，
包括驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
2、、定位導(dǎo)向裝置、支承連接件和檢測元件等。
（一）設(shè)計(jì)要求
1、手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求；
合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，減輕自重；
減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度；
提高運(yùn)動(dòng)的精確性和運(yùn)動(dòng)剛度。
2、機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
機(jī)座主要有回轉(zhuǎn)機(jī)座和升降機(jī)座兩種， 用以實(shí)現(xiàn)手臂的整體回轉(zhuǎn)或升降；
要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人工作時(shí)的穩(wěn)定性；
機(jī)座承受機(jī)器人全部重量和工作載荷，應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、剛度和承載
3、能力；
機(jī)座軸系及傳動(dòng)鏈的精度和剛度對(duì)末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)精度影響最大。
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（二）典型結(jié)構(gòu)
1、液壓驅(qū)動(dòng)圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)
液壓缸 2 驅(qū)動(dòng)的手臂伸縮、 擺動(dòng)液壓馬達(dá) 11 驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)和升降液壓缸驅(qū)動(dòng)
的升降三個(gè)運(yùn)動(dòng)。
圖 1 液壓驅(qū)動(dòng)圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人手臂
1- 活塞桿 2- 液壓缸 3- 手臂端部 4- 手臂支架 5-
4、 導(dǎo)軌
6- 中間支座 7 、9- 齒輪 8- 擋塊 10- 行程開關(guān) 11- 擺動(dòng)液壓馬達(dá)
2、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人手臂和機(jī)座結(jié)構(gòu)
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圖 2 GMF M-100 型機(jī)
5、器人手臂
直線移動(dòng)手臂的升降和伸縮運(yùn)動(dòng)由雙圓柱導(dǎo)軌導(dǎo)向和直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾
動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)。
回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由底部的回轉(zhuǎn)機(jī)座實(shí)現(xiàn)。
圖 3 PUMA 機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)
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1 、10- 大臂 2、3 、14 、15- 齒輪 4、13 、16- 偏心套 5- 大錐齒輪 6- 小錐齒輪
7 、11- 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 8,9- 錐齒輪
6、 12- 驅(qū)動(dòng)軸 17- 小臂 18- 機(jī)座
圖 4 帶諧波減速器的機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)
二、工業(yè)機(jī)器人的手腕
手腕是連接手臂和末端執(zhí)行器的部件， 其功能是在手臂和機(jī)座實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)
行器在作業(yè)空間的三個(gè)位置坐標(biāo)的基礎(chǔ)上， 再由手腕來實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器在作業(yè)空
間的三個(gè)姿態(tài)坐標(biāo)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、左右偏擺運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng) 即實(shí)現(xiàn)三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。
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