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工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

———驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 班級：11機(jī)電1班 姓名: 萬營 學(xué)號：1110100127

工業(yè)機(jī)器人是21世紀(jì)重大高科技成果之一，機(jī)器人產(chǎn)品已在社會(huì)的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為提高世界工業(yè)自動(dòng)化水平發(fā)揮了重要作用。據(jù)最新報(bào)道，目前機(jī)器人的成本平均每年以大約4%的比例下降。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究專家羅百輝表示，合適用工業(yè)機(jī)器人替換人工的領(lǐng)域包括：人力成本很高、對精確度要求很高的領(lǐng)域，人去不了或者由人工完成有損健康的工作。最顯著的行業(yè)是汽車，這是一個(gè)成熟使用機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)制造的行業(yè)。同時(shí)他預(yù)測，2015年，國內(nèi)智能制造裝備產(chǎn)業(yè)銷售收入將超過10000億元，未來五年會(huì)實(shí)現(xiàn)三倍增長，2020年將超過30000億元，已成為國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。

由以上可見，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)在人類科技文明的發(fā)展史上發(fā)揮非常大的作用。而工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是機(jī)器人設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容，其結(jié)果直接決定著機(jī)器人工作性能的好壞。機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括總體設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)身和臂部設(shè)計(jì)、腕部設(shè)計(jì)、手部設(shè)計(jì)和行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)是工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分，用于把驅(qū)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)傳遞到機(jī)器人的關(guān)節(jié)和動(dòng)作部位。

1.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式

常用驅(qū)動(dòng)方式主要有：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng) （1）驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)

液壓驅(qū)動(dòng)：功率大，結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快，有較高的精度，需增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏。

氣壓驅(qū)動(dòng):能源、結(jié)構(gòu)簡單，與液壓驅(qū)動(dòng)相比，同體積條件下功率較小，速度不易控制。

電氣驅(qū)動(dòng)：能源簡單，機(jī)構(gòu)速度變化范圍大、效率高，速度和位置精度高，使用方便、噪聲低和控制靈活。

（2）驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn) 液壓驅(qū)動(dòng)：易達(dá)到較高的單位面積壓力，可獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；介質(zhì)可壓縮性小，系統(tǒng)工作平穩(wěn)可靠，可得到較高的位置精度；力、速度、方向容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；機(jī)械效率高，使用壽命長。

氣壓驅(qū)動(dòng):壓縮空氣粘度小，易達(dá)到高速；無污染，能在惡劣環(huán)境中工作；制造要求低，價(jià)格低廉，能實(shí)現(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)，系統(tǒng)的安全性和柔軟性高。

電氣驅(qū)動(dòng)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制簡單；直流伺服電動(dòng)機(jī)，易于控制，有較理想的機(jī)械特性；交流伺服電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，可頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，沒有無線電波干擾。

（3）驅(qū)動(dòng)缺點(diǎn)

液壓驅(qū)動(dòng)：油液粘度易變化，影響系統(tǒng)的工作性能，溫度過高還

易引起燃燒爆炸；造價(jià)高；需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)。

氣壓驅(qū)動(dòng)：若要獲得較大動(dòng)力，結(jié)構(gòu)就要相對增大；難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的位置控制；除水問題；噪聲污染。

電氣驅(qū)動(dòng)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，功率不大；直流伺服電動(dòng)機(jī)，電刷易磨損，且易形成火花；交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制較復(fù)雜。

2.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類

按實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種。

2.1.1直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人采用的直線驅(qū)動(dòng)方式包括直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的x、y、z三個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向驅(qū)動(dòng)和垂直升降驅(qū)動(dòng)，以及極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向伸縮驅(qū)動(dòng)。

1.齒輪齒條裝置 齒輪齒條裝置是一種在工業(yè) 上廣泛使用的將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 換為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它具 有高精度、高負(fù)荷、高剛性、 高速度等特點(diǎn)。該裝置的回差較大。

2.普通絲杠

采用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的精密絲杠驅(qū) 動(dòng)一個(gè)螺母沿絲杠軸向移動(dòng)， 從而將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換 成螺母的直線運(yùn)動(dòng)。 效率低、精度低，回差大

3.滾珠絲杠

螺母槽里放置了很多滾珠，在絲杠傳動(dòng)過程中以滾 珠的滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩檫， 傳動(dòng)效率高。通常采用兩個(gè) 背靠背的雙螺母來消除絲杠

和螺母之間的間隙。 工作特點(diǎn)：

傳動(dòng)效率高 、 運(yùn)動(dòng)可逆

剛度好、傳動(dòng)精度高

壽命長、工藝復(fù)雜

1-絲杠 2-螺母 3-滾珠 4-回程引導(dǎo)裝置

4.液壓（氣壓）缸

將液壓泵（空氣壓縮機(jī)） 輸出的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、 作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件， 使用液壓（氣壓）缸可以很 容易地實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。

2.1.2旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

多數(shù)普通電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)都能直接產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但其輸出力矩比所要求的力矩小，轉(zhuǎn)速比所要求的轉(zhuǎn)速高，因此需要采用下列傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。

1.齒輪鏈

是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它不但可以傳遞運(yùn)動(dòng)角位移和角速度，而且可以傳遞力和力矩。會(huì)減小系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，齒輪間隙誤差導(dǎo)致機(jī)器人手臂的定位誤差增加。

2.同步帶傳動(dòng)裝置

用來傳遞平行軸間的運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，在機(jī)器人中的作用主要為前者。傳動(dòng)時(shí)無滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)平穩(wěn)，制造安裝要求嚴(yán)格。

3.諧波齒輪

諧波齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有剛性齒輪、諧波發(fā)生器和柔性齒輪三個(gè)主要零件組成。結(jié)構(gòu)簡單，體積小，傳動(dòng)比范圍大，運(yùn)動(dòng)精度高，承載能力大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，齒輪間隙可以調(diào)整。

1.波發(fā)生器 2.柔性齒輪 3.剛性齒輪

4.擺線針輪傳動(dòng)減速器

由漸開線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)和擺線針輪行星減速機(jī)構(gòu)兩部分組成。其傳動(dòng)特點(diǎn)在于：軸向尺寸將大大縮?。粍傂院涂箾_擊性高；傳動(dòng)平穩(wěn)，使用壽命長；傳動(dòng)比范圍大；合理設(shè)計(jì)可獲得

高精度；傳動(dòng)效率高。 擺線針輪減速器實(shí)物