第四章工业机器人设计(机械制造装备设计第四版)
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第4章工业机器人机械系统设计
第4章 工业机器人机械系统设计 三、谐波传动 1、机器人对减速器的要求 运动精度高、间隙小，以实现较高的重复定位精度； 回转速度稳定，无波动，运动副间摩擦小，效率高；
体积小，重量轻，传动扭矩大。
2、 行星齿轮机构和谐波传动机构
第4章 工业机器人机械系统设计 谐波传动的特点： 优点：尺寸小、惯量低；传动精度高；传动侧隙小；具有 高阻尼特性。 缺点：柔轮的疲劳问题；扭转刚度低；以输入轴速度2、4、 6倍的啮合频率产生振动；刚度比行星齿轮差。 选型时就确定以下三项参数： (1) 传动比或输出转速（r/min)
角。m为可移动的平衡质量，它用来 平衡下臂和上臂的质量。杆SA、AB 与上臂、下臂铰接构成一个平行四边
形平衡系统。要使该机构平衡，满足
下面两个方程式即可。
图4-10 工业机器人用的平行四边形平衡机构
平衡与否只与可移动平衡质量m的大小和位置有关，与θ2、θ3无关， 这说明该平衡系统在机械臂的任何构形下都是平衡的。
殊功能的结合部用积木拼搭的方式组成一个工业机器人系统。
2、模块化工业机器人的特点 （1） 经济性
（2）灵活性
3、模块化工业机器人所存在的问题 （1）模块化工业机器人整个机械系统的刚度比较差。
（2）模块化工业机器人的整体重量有可能增加。
（3）尚未做到根据作业对象就可以合理进行模块化分析和设计。
第4章 工业机器人机械系统设计
轨进行水平面内二维移动（X、Y方向运动）。主体结构有3个自由度，
手腕自由度的数量视用途而定。
第4章 工业机器人机械系统设计
直角坐标机器人定义: 以单维直线运动单位为基础,搭建出空间多自由度、多方向的
运动机构,通常采用伺服驱动,可实现空间各方向直线运动的插补联
02209《机械制造装备设计备》统考资料20150810
02209《机械制造装备设计》备考提示本课程为自学考试四川省出题、西南科技大学主考，出题范围西南科技大学的自考题库为准。
本大纲及汇总资料根据近几年来的出题重点汇编，有很强的针对性。
请大家在备考的过程中，先根据习题边做边看书。
本次10月中旬考试，模拟题提前1周可以拿到。
《机械制造装备设计》备考试大纲一、课程性质、目的和要求《机械制造装备设计》是机械制造及自动化专业的主要专业课程。
通过学习，获得装备设计的基本理论、基本知识和方法；通过学习和课程设计，初步具备设计一般机械制造装备总体设计和部件设计的能力，具体要求是:1.获得机械制造装备设计的基本知识和理论，包括机械制造装备的构成、基本要求，传统设计的基础理论和设计方法，先进的设计原理和现代设计方法。
2.初步具备机械制造装备设计（总体和部件设计）的能力。
3.了解机械制造装备的技术现状和发展趋势。
本课程的先修课程为：工程力学、机械设计、机械工程材料、机械制造技术；后续课程为：其它专业课程、课程设计、毕业设计。
二、考核目标（考核知识点、考核要点）第一章绪论一、考核知识点（一）机械制造装备的作用。
（二）机械制造装备应具备的主要功能和分类。
二、考核要点1.识记：全新的生产制造模式的主要特征；制造装备的功能和分类。
2.领会：理解机械制造装备应满足的一般要求和柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材、绿色工程等要求。
第二章机械制造装备设计方法一、考核知识点（一）机械制造装备设计的类型创新设计、变形设计和模块化设计及应用场合（二）机械制造装备设计的方法系列化设计、模块化设计的概念、优缺点和作用；技术经济评价和可靠性评价的实质及其特点；产品造型、结构工艺性、标准化等评价的概念、内容和作用。
二、考核要点1.识记：装备设计的类型，实质及其区别；设计的各种方法及特点；设计评价的项目、实质及适用场合。
2.领会：装备设计方法评价的实质及特点和设计方法的基本知识。
第三章典型部件设计一、考核知识点（1）主轴部件设计主轴部件的基本要求和传动方式，主轴部件设计，主轴轴承。
机械制造装备设计第四版(关慧贞著)
机械制造装备设计》第四版思考题与习题答案第一章机械制造及装备设计方法1.为什么机械制造装备在国民经济发展中占有重要作用？答：制造业是国民经济发展的的支柱产业，也是科学技术发展的载体及其转化为规模生产力的工具与桥梁。
机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。
2.机械制造装备与其它工业装备相比，特别强调应满足哪些要求，为什么？答：机械制造装备与其它工业装备相比应具备的主要功能中，除了一般的功能要求外，应强调柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材节能、符合工业工程和绿色工程的要求；更加注重加工精度方面的要求、强度、刚度和抗振性方面的要求、加工稳定性方面的要求、耐用度方面的要求、技术经济方面的要求。
3.柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。
其柔性表现在哪里？答：即产品结构柔性化和功能柔性化。
产品结构柔性化是指产品设计时采用模块化设计方法和机电一体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，就可以快速地推出满足市场需求的，具有不同功能的新产品。
功能柔性化是指只需进行少量的调整，或修改软件可以方便地改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。
数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。
在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。
普通机床、组合机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度依次增高，其柔性表现在机床结构柔性化和功能柔性化，其中，柔性制造系统的柔性化程度最高。
4.如何解决用精密度较差的机械制造装备制造出精密度较高机械制造装备来？答：采用机械误差补偿技术或采用数字化技术分析各种引起加工误差的因素，建立误差的数学模型，将误差的数学模型存入计算机。
在加工时，由传感器不断地将引起误差的因素测出，输入计算机，算出将产生的综合误差，然而由误差补偿装置按算出的综合误差进行补偿。
第四章 工业机器人设计(机械制造装备设计 第四版)
机械制造装备设计
机械制造装备设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
▪ 坐标系按右手确定（右图）； ▪ 关节坐标系的确定（下图）； ▪ 确定基准状态； ▪ 关节坐标轴轴线位置的选取； ▪ 关节坐标方向的选取。
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
4.1.3工业机器人的主要特性表示方法 Ⅳ
❖ （二）机械结构类型 用结构坐标形式和自由度表示。 自由度是表示工业机器人动作灵 活程度的参数，以直线运动和回 转运动的独立运动数表示
机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
操作机 由末端执行器、手腕、 手臂及机座组成。
图4-1工业机器人系统的组成 1—机座 2—控制装置 3—操作机
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机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
图4-2PUMA机器人 操作机
a)结构简图 b)运动功能简图
机械制造装备设计
4.1.1工业机器人的定义及工作原理 Ⅳ
❖ （一）机器人的定义 ▪ 我国国家标准GB/T12643——90将工业机器人定义为 “是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度 的操作机 ，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各 种作业”。
❖ （二）工业机器人的基本工作原理 ▪ 工业机器人的基本工作原理：通过操作机上各运动构件 的运动，自动的实现手部作业的动作功能及技术要求。
机械制造装备设计
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机械制造装备设计
目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
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机械制造装备设计
▪ 坐标系按右手确定（右图）； ▪ 关节坐标系的确定（下图）； ▪ 确定基准状态； ▪ 关节坐标轴轴线位置的选取； ▪ 关节坐标方向的选取。
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机械制造装备设计
4.1.3工业机器人的主要特性表示方法 Ⅳ
❖ （二）机械结构类型 用结构坐标形式和自由度表示。 自由度是表示工业机器人动作灵 活程度的参数，以直线运动和回 转运动的独立运动数表示
机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
操作机 由末端执行器、手腕、 手臂及机座组成。
图4-1工业机器人系统的组成 1—机座 2—控制装置 3—操作机
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机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
图4-2PUMA机器人 操作机
a)结构简图 b)运动功能简图
机械制造装备设计
4.1.1工业机器人的定义及工作原理 Ⅳ
❖ （一）机器人的定义 ▪ 我国国家标准GB/T12643——90将工业机器人定义为 “是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度 的操作机 ，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各 种作业”。
❖ （二）工业机器人的基本工作原理 ▪ 工业机器人的基本工作原理：通过操作机上各运动构件 的运动，自动的实现手部作业的动作功能及技术要求。
机械制造装备设计第4章-2
简单 永磁吸盘：移动隔磁物
实现通断 电磁：通断电
2015/11/4
4.6 工业机器人在机械制造系统中的应用
各种工业机器人可以以单机形式使用，也可以作为生产 系统中的一个构成都分使用。随着社会偏求发展的变化， 工业生产向多品种小批量方向发展，对制造系统的柔性 要求越来越高。工业机器人的灵活性好，因此，在柔性 自动化制造系统中应用越来越多。
3）三自由度机械传动手腕
分离传动 回转：S轴经齿轮1-6传动 摆动：T轴直接驱动10 俯仰：B轴经齿轮15-11驱动9 俯仰与摆动有诱导运动关系 回转与摆动、俯仰有双重诱导运
动关系：一个本身驱动与三个诱 导运动的合成。 回转运动的构成：
假象运动--诱导运动
4）偏置三自由度机械传动手腕
机
床
工业机器人的手腕
床
设
手臂结构形式应根据其自由度数、运动形式、承受的载荷和 运动精度要求等因素来确定。
机器人手臂通常支承在机座上，机座主要有回转机座和升降 机座两种。用以实现手臂的整体回转或升降，机座可视为一 种特殊的手臂。
手臂结构设计要求
手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工 作空间要求。工作空间的形状和大小与手臂的长度、手 臂关节的转角范围密切相关。
吸附式末端执行器典型结构 1）气吸式吸盘
负压工作 大而薄、刚性差对
象：金属、塑料… 挤压排气式：简单
方便、吸力小 真空泵：吸力大、
复杂 气流负压吸盘：
需压缩空气—拉瓦 尔口，相当于真 空泵
5
2）磁吸式吸盘
对象必须为铁磁性物质 分电磁吸盘和永磁吸盘 永磁吸盘吸力小、结构
2015/11/4
驱动方式
液压驱动：动力大、易于实现直接驱动，但效率较低、 易泄漏。只用于少数负荷在1KN以上大型机器人中。
实现通断 电磁：通断电
2015/11/4
4.6 工业机器人在机械制造系统中的应用
各种工业机器人可以以单机形式使用，也可以作为生产 系统中的一个构成都分使用。随着社会偏求发展的变化， 工业生产向多品种小批量方向发展，对制造系统的柔性 要求越来越高。工业机器人的灵活性好，因此，在柔性 自动化制造系统中应用越来越多。
3）三自由度机械传动手腕
分离传动 回转：S轴经齿轮1-6传动 摆动：T轴直接驱动10 俯仰：B轴经齿轮15-11驱动9 俯仰与摆动有诱导运动关系 回转与摆动、俯仰有双重诱导运
动关系：一个本身驱动与三个诱 导运动的合成。 回转运动的构成：
假象运动--诱导运动
4）偏置三自由度机械传动手腕
机
床
工业机器人的手腕
床
设
手臂结构形式应根据其自由度数、运动形式、承受的载荷和 运动精度要求等因素来确定。
机器人手臂通常支承在机座上，机座主要有回转机座和升降 机座两种。用以实现手臂的整体回转或升降，机座可视为一 种特殊的手臂。
手臂结构设计要求
手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工 作空间要求。工作空间的形状和大小与手臂的长度、手 臂关节的转角范围密切相关。
吸附式末端执行器典型结构 1）气吸式吸盘
负压工作 大而薄、刚性差对
象：金属、塑料… 挤压排气式：简单
方便、吸力小 真空泵：吸力大、
复杂 气流负压吸盘：
需压缩空气—拉瓦 尔口，相当于真 空泵
5
2）磁吸式吸盘
对象必须为铁磁性物质 分电磁吸盘和永磁吸盘 永磁吸盘吸力小、结构
2015/11/4
驱动方式
液压驱动：动力大、易于实现直接驱动，但效率较低、 易泄漏。只用于少数负荷在1KN以上大型机器人中。
机械制造装备设计第4版教学课件ppt作者关慧贞第一章机械制造机装备设计方法
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
1.2 机械制造装备的主要功能
1.2.1 一般的功能要求 5．技术经济方面的要求 投入机械制造装备上的费用将分摊到产品成本中去。如产品 产量很大，分摊到每个产品的费用较少。反之，产品的产量 较少，甚至是单件，过大地在机械制造装备上投资，将大幅 度地提高产品的成本，削弱产品的市场竞争力。因此不应盲 目地追求机械制造装备的技术先进程度，无计划地加大投入， 而应该进行仔细的技术经济分析，确定机械制造装备设计和 选购方面的指导方针。
机械制造装备设计
机械制造装备设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
力主要取决于机械制造装备的先进程度。
“拿来主义”不能形成制造业的核心竞争力，发展先进的装备
制造技术刻不容缓，是实现向“制造强国”跨越的必由之路。
机床及其它制造装备是机械制造技术的重要载体。
大连理工大学 机械工程学院
共60页 第2页
机械制造装备设计
机床工业的战略地位
国际军事竞争的战略物资
高档数控机床对我国禁运: 2000年10月14日,美国参议院通过控制高技术 机床出口法案,美国商务部把数控机床列为对我 出口的20类敏感物资; 日本通产省禁止东芝公司龙门五面体加工中心、 安田公司高精度数控机床、森精机公司精密机床 、五轴联动数控机床出口到中国。
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
1.2 机械制造装备的主要功能
机械制造装备设计
1.2 机械制造装备的主要功能
1.2.1 一般的功能要求 5．技术经济方面的要求 投入机械制造装备上的费用将分摊到产品成本中去。如产品 产量很大，分摊到每个产品的费用较少。反之，产品的产量 较少，甚至是单件，过大地在机械制造装备上投资，将大幅 度地提高产品的成本，削弱产品的市场竞争力。因此不应盲 目地追求机械制造装备的技术先进程度，无计划地加大投入， 而应该进行仔细的技术经济分析，确定机械制造装备设计和 选购方面的指导方针。
机械制造装备设计
机械制造装备设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
力主要取决于机械制造装备的先进程度。
“拿来主义”不能形成制造业的核心竞争力，发展先进的装备
制造技术刻不容缓，是实现向“制造强国”跨越的必由之路。
机床及其它制造装备是机械制造技术的重要载体。
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共60页 第2页
机械制造装备设计
机床工业的战略地位
国际军事竞争的战略物资
高档数控机床对我国禁运: 2000年10月14日,美国参议院通过控制高技术 机床出口法案,美国商务部把数控机床列为对我 出口的20类敏感物资; 日本通产省禁止东芝公司龙门五面体加工中心、 安田公司高精度数控机床、森精机公司精密机床 、五轴联动数控机床出口到中国。
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机械制造装备设计
1.2 机械制造装备的主要功能
机械制造装备设计第4版教学课件ppt作者关慧贞第二章金属切削机床设计
主轴箱温升引起 的综合变形
2.1.2 机床模块化设计方法
选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 机床的运动学原 理
工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。
机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需 要的运动功能配置。
外圆磨床 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
2.1.1 机床设计应满足的基本要 求 • 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工 件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相 对于工件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动 态刚度、热态刚度。
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
滑台
立柱
底座
机床热变形及其补偿技术的研究
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
中空丝杆冷 却技术已得
到应用
4.3 机床热变形及其补偿技术的研究
机床热变形及其补偿技术的研究
2) 实时热补偿技术
机床在大空调厂房中，早、中、晚温度变化梯度较大，机床从冷却到 全热态过程中，机床的 坐标系原点存在漂移；钢件材料的热线张系数 和铝材料相差较大 (c) 解决方案 稳定机床工作的环境温度，搭建了二次恒温空调间，在加工前数小时 预热后不停机连续加工到完成，工件实测误差控制到0.05mm以内
机床热变形及其补偿技术的研究
笛卡尔直角坐标系
2.1.2 机床模块化设计方法
选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 机床的运动学原 理
工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。
机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需 要的运动功能配置。
外圆磨床 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
2.1.1 机床设计应满足的基本要 求 • 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工 件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相 对于工件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动 态刚度、热态刚度。
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
滑台
立柱
底座
机床热变形及其补偿技术的研究
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
中空丝杆冷 却技术已得
到应用
4.3 机床热变形及其补偿技术的研究
机床热变形及其补偿技术的研究
2) 实时热补偿技术
机床在大空调厂房中，早、中、晚温度变化梯度较大，机床从冷却到 全热态过程中，机床的 坐标系原点存在漂移；钢件材料的热线张系数 和铝材料相差较大 (c) 解决方案 稳定机床工作的环境温度，搭建了二次恒温空调间，在加工前数小时 预热后不停机连续加工到完成，工件实测误差控制到0.05mm以内
机床热变形及其补偿技术的研究
笛卡尔直角坐标系
机械制造装备设计_工业机器人(PDF53页)
4.4.1 工业机器人的手臂和机座
（一）设计要求
(2)机座结构设计要求 要有足够大的安装基面，以保证机器人工作时 的稳定性； 机座承受机器人全部重量和工作载荷，应保证 足够的强度、刚度和承载能力； 机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行器 的运动精度影响最大。
4.4.1 工业机器人的手臂和机座
（二）典型结构 电动机驱动机械传动圆柱坐标型机器人手臂和 机座结构。
4.2.3 工业机器人的运动功能设计
（二）创成式设计方法步骤如下：
（1）根据作业动作功能要求，建立作业功能位 姿矩阵； （2）分析作业功能位姿矩阵的特征，设定相应 的运动功能矩阵； （3）解方程式，即可得到运动功能方案。
4.2.4 工业机器人的工作空间解析
机器人的运动功能及相关尺寸参数确定后，给 出各关节的运动范围可以通过解位姿运动方程 式，求出机器人的实际工作空间，同时检验其 姿态是否满足设计要求。
4.5.1 工业机器人控制系统的构成
位置控制是机器人最基本的控制任务。 工业机器人控制系统的构成形式取决于机器人所 要执行的任务及描述任务的层次。 第一控制层次为人工智能级； 第二控制层为控制模式级。 动力学方面的困难在于： ¾因为模型参数的误差，建立精确的动力学模型 实际上是不可能的； ¾即使能够考虑这些误差，模型将包含数以千计 的参数，实时计算不可能； ¾控制对模型变换的响应。
（三）吸附式末端执行器的结构与设计 吸附式末端执行器（又称吸盘），有气吸式和 磁吸式两种。它们分别是利用吸盘内负压产生 的吸力或磁力来吸住并移动工作的。
（1）气吸式吸盘 挤压排气式吸盘 电流负压式吸盘 真空泵排气式吸盘 （2）磁吸式吸盘 分为电磁吸盘和永磁 吸盘
4.5 工业机器人的控制
一、工业机器人控制系统的构成 二、工业机器人的位置伺服控制 三、工业机器人其它控制方式 四、机器人智能技术
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▪ 坐标系按右手确定（右图）； ▪ 关节坐标系的确定（下图）； ▪ 确定基准状态； ▪ 关节坐标轴轴线位置的选取； ▪ 关节坐标方向的选取。
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4.1.3工业机器人的主要特性表示方法 Ⅳ
❖ （二）机械结构类型 用结构坐标形式和自由度表示。 自由度是表示工业机器人动作灵 活程度的参数，以直线运动和回 转运动的独立运动数表示
机械制造装备设计
4.1.1工业机器人的定义及工作原理 Ⅳ
❖ （一）机器人的定义 ▪ 我国国家标准GB/T12643——90将工业机器人定义为 “是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度 的操作机 ，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各 种作业”。
❖ （二）工业机器人的基本工作原理 ▪ 工业机器人的基本工作原理：通过操作机上各运动构件 的运动，自动的实现手部作业的动作功能及技术要求。
▪ 3、按控制方式、机器人的功能水平等分类方式。
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4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
图4-3机器人的机械结 构类型：
a)关节型 b)球坐标型 c)圆柱坐标型 d)直角坐标型
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机械制造装备设计 4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
• 2、按用途分类：焊接机器人、装配机器 人......
4 工业机器人的设计方法
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机械制造装备设计
4.1.4工业机器人的设计方法 Ⅳ
❖ （一）总体设计：
▪ 1、基本技术参数的选择（额定负载、额定速度、驱 动方式、用途、作业空间、性能指标）；
▪ 2、总体方案设计（运动功能方案设计、传动系统方 案设计、结构布局方案、参数设计、控制系统方案设 计、总体方案评价）
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目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
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机械制造装备设计
空间曲线焊接机器人
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机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
❖ 3、机器人按控制方式分类 ▪ 操作型机器人 能自动控制，可重复编程，多功能，有几个 自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。
▪ 程控型机器人 按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人 的机械动作。
▪ 示教再现型机器人 通过引导或其它方式，先教会机器人动 作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。
❖ （三）工作空间 工作空间是指工业机器人正常运行 时，手腕参考点能在空间活动的最 大范围。
❖ （四）其他特性 用途、负载、速度、控制、分辨 率等。
图4-6机器人的工作空间
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机械制造装备设计
4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理 2 工业机器人的构成及分类 3 工业机器人的主要特性表示方法
排爆机器人
有触觉的水下机器人
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机械制造装备设计
4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理
2 工业机器人的构成及分类
3 工业机器人的主要特性表示方法
4 工业机器人的设计方法
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机械制造装备设计
4.1.3工业机器人的主要特性表示方法 Ⅳ
❖ （一）坐标系
▪ 数控型机器人 不必使机器人动作，通过数值、语言等对机 器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。
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4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
▪ 感觉控制型机器人 利用传感器获取的信息控制机器人的 动作。
▪ 适应控制型机器人 机器人能适应环境的变化，控制其自 身的行动。
▪ 学习控制型机器人 机器人能“体会”工作的经验，具有一 定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。
▪ 智能机器人 以人工智能决定其行动的机器人。
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4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
双足仿人机器人
管道机器人
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4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
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机械制造装备设计
4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理 2 工业机器人的构成及分类 3 工业机器人的主要特性表示方法 4 工业机器人的基本设计方法
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机械制造装备设计 4.1.2工业机器人的构成及分类
工业机器人的构成：操作机 、驱动单元、控制装置 • 操作机是机器人的机械本体，也可称为主机。通常由末端
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4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
操作机 由末端执行器、手腕、 手臂及机座组成。
图4-1工业机器人系统的组成 1—机座 2—控制装置 3—操作机
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机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
图4-2PUMA机器人 操作机
a)结构简图 b)运动功能简图
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机械制造装备设计
4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
❖ （二）工业机器人的分类 ▪ 1、按机械结构类型分类：关节型机器人、球坐标型机器 人、圆柱坐标型机器人、直角坐标型机器人。
▪ 2、按用途分类：焊接机器人、冲压机器人、浇注机器人、 搬运机器人、装配机器人、喷漆机器人、切削加工机器 人、 检测机器人等。
执行器（又称手部）、手腕、手臂（又可分为大臂和小臂） 及机座（又称机身或立柱）组成。 • 驱动单元由驱动装置（如电动机、液压或气压装置）、减 速器和内部检测元件等组成，为操作机各运动部件提供动 力和运动。 • 控制装置由检测和控制两部分组成，用来控制驱动单元， 检测其运动参数并进行反馈。
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第四章：工业机器人设计
Ⅳ
第一节 概述 第二节 工业机器人的机械结构系统设计 第三节 工业机器人在机械制造系统中的应用
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4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理 2 工业机器人的构成及分类 3 工业机器人的主要特性表示方法 4 工业机器人的设计方法
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4.1.3工业机器人的主要特性表示方法 Ⅳ
❖ （二）机械结构类型 用结构坐标形式和自由度表示。 自由度是表示工业机器人动作灵 活程度的参数，以直线运动和回 转运动的独立运动数表示
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4.1.1工业机器人的定义及工作原理 Ⅳ
❖ （一）机器人的定义 ▪ 我国国家标准GB/T12643——90将工业机器人定义为 “是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度 的操作机 ，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各 种作业”。
❖ （二）工业机器人的基本工作原理 ▪ 工业机器人的基本工作原理：通过操作机上各运动构件 的运动，自动的实现手部作业的动作功能及技术要求。
▪ 3、按控制方式、机器人的功能水平等分类方式。
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4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
图4-3机器人的机械结 构类型：
a)关节型 b)球坐标型 c)圆柱坐标型 d)直角坐标型
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机械制造装备设计 4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
• 2、按用途分类：焊接机器人、装配机器 人......
4 工业机器人的设计方法
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4.1.4工业机器人的设计方法 Ⅳ
❖ （一）总体设计：
▪ 1、基本技术参数的选择（额定负载、额定速度、驱 动方式、用途、作业空间、性能指标）；
▪ 2、总体方案设计（运动功能方案设计、传动系统方 案设计、结构布局方案、参数设计、控制系统方案设 计、总体方案评价）
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目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
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空间曲线焊接机器人
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4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
❖ 3、机器人按控制方式分类 ▪ 操作型机器人 能自动控制，可重复编程，多功能，有几个 自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。
▪ 程控型机器人 按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人 的机械动作。
▪ 示教再现型机器人 通过引导或其它方式，先教会机器人动 作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。
❖ （三）工作空间 工作空间是指工业机器人正常运行 时，手腕参考点能在空间活动的最 大范围。
❖ （四）其他特性 用途、负载、速度、控制、分辨 率等。
图4-6机器人的工作空间
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4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理 2 工业机器人的构成及分类 3 工业机器人的主要特性表示方法
排爆机器人
有触觉的水下机器人
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4.1 概述
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1 工业机器人的定义及工作原理
2 工业机器人的构成及分类
3 工业机器人的主要特性表示方法
4 工业机器人的设计方法
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4.1.3工业机器人的主要特性表示方法 Ⅳ
❖ （一）坐标系
▪ 数控型机器人 不必使机器人动作，通过数值、语言等对机 器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。
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4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
▪ 感觉控制型机器人 利用传感器获取的信息控制机器人的 动作。
▪ 适应控制型机器人 机器人能适应环境的变化，控制其自 身的行动。
▪ 学习控制型机器人 机器人能“体会”工作的经验，具有一 定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。
▪ 智能机器人 以人工智能决定其行动的机器人。
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4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
双足仿人机器人
管道机器人
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4.1.2工业机器人的构成及分类 Ⅳ
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4.1 概述
Ⅳ
1 工业机器人的定义及工作原理 2 工业机器人的构成及分类 3 工业机器人的主要特性表示方法 4 工业机器人的基本设计方法
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机械制造装备设计 4.1.2工业机器人的构成及分类
工业机器人的构成：操作机 、驱动单元、控制装置 • 操作机是机器人的机械本体，也可称为主机。通常由末端
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4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
操作机 由末端执行器、手腕、 手臂及机座组成。
图4-1工业机器人系统的组成 1—机座 2—控制装置 3—操作机
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4.1.2工业机器人的构成及分类
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图4-2PUMA机器人 操作机
a)结构简图 b)运动功能简图
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4.1.2工业机器人的构成及分类
Ⅳ
❖ （二）工业机器人的分类 ▪ 1、按机械结构类型分类：关节型机器人、球坐标型机器 人、圆柱坐标型机器人、直角坐标型机器人。
▪ 2、按用途分类：焊接机器人、冲压机器人、浇注机器人、 搬运机器人、装配机器人、喷漆机器人、切削加工机器 人、 检测机器人等。
执行器（又称手部）、手腕、手臂（又可分为大臂和小臂） 及机座（又称机身或立柱）组成。 • 驱动单元由驱动装置（如电动机、液压或气压装置）、减 速器和内部检测元件等组成，为操作机各运动部件提供动 力和运动。 • 控制装置由检测和控制两部分组成，用来控制驱动单元， 检测其运动参数并进行反馈。
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第四章：工业机器人设计
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第一节 概述 第二节 工业机器人的机械结构系统设计 第三节 工业机器人在机械制造系统中的应用
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4.1 概述
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1 工业机器人的定义及工作原理 2 工业机器人的构成及分类 3 工业机器人的主要特性表示方法 4 工业机器人的设计方法
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