[科普]工业机器人的传动机构
工业机器人传动机构的要求_概述及解释说明
工业机器人传动机构的要求概述及解释说明1. 引言1.1 概述工业机器人作为现代制造业的重要组成部分，具有高效、灵活和精确等特点，已经被广泛应用于各个行业。
其中，机器人传动机构作为机器人运动的核心部件之一，对于机器人的性能和运动能力起着至关重要的作用。
因此，研究工业机器人传动机构的要求及其解释说明具有重要的理论意义和实际应用价值。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述：首先，在引言部分概述工业机器人传动机构的研究背景和意义，并明确文章主题。
接着，在第二部分中详细介绍工业机器人传动机构的要求，包括传动机构概述、功能要点和性能要求。
然后，在第三部分对常见的摩擦传动、齿轮传动和带传动等几种主要类型进行解释说明。
随后，在第四部分探讨了工业机器人传动系统优化方法，包括优化设计原则、材料选择与加工工艺优化以及控制与调节策略优化。
最后，在第五部分总结本文，并展望了未来的研究方向。
1.3 目的本文旨在全面了解和阐述工业机器人传动机构的要求及其解释说明。
通过对机器人传动机构功能、性能、类型以及优化方法等方面的深入探讨，进一步提高相关领域的研究水平，并为工业机器人设计与应用提供参考和指导。
同时，希望通过本文的撰写能够促进工业机器人传动技术的发展，推动制造业现代化进程。
2. 工业机器人传动机构的要求2.1 传动机构概述工业机器人的传动机构是指将电能转换为机械运动所必需的装置。
传动是通过将电机或发动机的旋转运动通过不同类型的传动元件传递给执行器，从而实现机器人运动和执行任务。
2.2 传动机构功能要点工业机器人传动机构需要具备以下功能要点：a) 力量传递：传动机构需要能够有效地将电能转化为力量，并将力量传输到执行器，以使其进行相应的运动。
b) 速度变换：工业机器人在不同的任务中往往需要不同的速度，因此，传动机构需要能够实现速度变换，以满足不同速度要求。
c) 运动控制：传动机构还需要具备良好的运动控制性能，以确保精准和可控的运动。
机器人构造传动PPT课件
链传动
组成：主动轮、从动轮、链条 原理：链与链轮轮齿之间的啮合实现平行轴 之间的同向传动。
设计：潘存云
链传动
特点
能获得准确的平均传动比，传动效率高，但瞬 时传动比不恒定 结构紧凑 可在高温、 油污、潮湿等恶劣环境下工作 传动平稳性差，有噪音，磨损后易发生跳齿和 脱链， 急速反向转动的性能差
带传动
适用范围
最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬 楼梯。
机器人的轮式行走机构
三轮式车体
两个驱动轮装在前两侧 从动轮装在后侧 不会出现悬空现象 稳定性不好
三轮行走机器人图例
机器人的轮式行走机构
四轮式车体
两个驱动轮装在前两侧 两个从动轮装在后两侧 不会出现悬空现象 稳定性好
机器人的轮式行走机构
对称四轮式车体
连杆传动
可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四 杆机构分为三种基本型式：
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
连杆传动
曲柄摇杆机构的应用
雷达天线俯仰角 调整机构
连杆传动
曲柄摇杆机构的应用
缝纫机的踏板 机构
连杆传动
曲柄摇杆机构的应用
契贝谢夫四足机器人
连杆传动
曲柄摇杆机构的应用
连杆传动
曲柄摇杆机构的三个特性
传动功率P (kW)为：
P FV 1000
F：有效拉力 V：带速，(m/s)
松边
F2 F2
n1
n2
F1 F1 主动轮 紧边
从动轮
带传动
摩擦型带传动的受力分析
当有效拉力跟带上总的摩擦力有关系： F>∑Ff
带与带轮之间出现显著的滑动，称为打滑。
经常出现打滑使带的磨
松边
损加剧、传动效率降
工业机器人机构及其机械原理
工业机器人机构及其机械原理一、工业机器人机构1.旋转关节：旋转关节允许连接的两个部件相对旋转。
其常见的工作方式有单自由度（DOF）和多DOF。
单DOF的旋转关节只能以一个轴向进行旋转；而多DOF旋转关节则可以在一个平面内进行多向旋转。
2.滑动关节：滑动关节允许两个部件在平行轴线上相对滑动。
与旋转关节不同，滑动关节是沿着直线路径进行移动的关节。
3.旋转-滑动关节：旋转-滑动关节结合了旋转关节和滑动关节的特点，可以实现旋转和滑动两种运动方式。
这种关节结构适用于需要在旋转和滑动两个方向上进行运动的任务。
除了关节，机器人的机构还包括其他附属装置，如力传感器、末端执行器等。
二、工业机器人机械原理1.驱动系统：驱动系统负责提供机器人关节运动所需的动力。
常见的驱动系统包括电动机和气动/液压驱动。
电动驱动广泛应用于工业机器人中，可以通过电能转换为机械能，驱动机器人的关节进行运动。
气动和液压驱动则适用于一些需要较大力矩和力量的机器人任务。
2.传动系统：传动系统负责传递动力和控制关节的运动。
常见的传动方式有齿轮传动、皮带传动、链传动等。
齿轮传动一般用于需要高精度的机器人任务，具有传动效率高、精度高等优点；皮带传动则适用于速度较高的机器人任务，具有运动平稳、噪声小等特点；链传动适用于承受大力矩的机器人任务。
3.执行系统：执行系统是机器人执行任务的最终部分，决定了机器人的实际功能。
执行系统包括末端执行器、夹持工具等。
末端执行器是机器人与工件进行接触的部分，可以根据不同的任务进行定制，如机器人手爪、机器人刷子等。
夹持工具是机器人用于抓取和固定工件的工具，可以根据工件的形状和尺寸进行设计。
5.10工业机器人传动装置-齿轮传动
➢ 相交轴齿轮的分类：
➢ 1）按轮齿方向分
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b)斜齿齿轮
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一、齿轮分类
微软雅黑，20，标题
微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排，
➢•交错轴齿轮传动可分为：
动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形式可自选，勿超出此区域
a)交错轴斜齿轮
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轮。
➢ 两轴平行齿轮的分类：
1）按轮齿方向分：
直齿轮
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微软雅黑，20，标题
• 微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排，
动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形式可自选，勿超出此区域
斜齿轮
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微软雅黑，20，标题
• 微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排，
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一、齿轮分类
微软雅黑，20，标题
微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排，
➢ •2）按轮齿啮合情况：
动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形式可自选，勿超出此区域
b)内啮合
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ10
一、齿轮分类
微软雅黑，20，标题
•➢微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排，
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一、齿轮分类
微软雅黑，20，标题
微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排，
➢ •交错轴齿轮传动可分为：
动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形式可自选，勿超出此区域
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工业机器人的传动
用被牢牢吸住。实际使用时, 往往采用如图2.16(b)所 示的盘式电磁铁, 衔铁是固定的, 衔铁内用隔磁材料 将磁力线切断, 当衔铁接触磁铁物体零件时, 零件被 磁化形成磁力线回路,并受到电磁吸力而被吸住。
图 2.16 电磁铁工作原理
图2.17所示为盘状磁吸附取料手的结构图。铁心1和磁 盘3之间用黄铜焊料焊接并构成隔磁环2,既焊为一体又将铁 心和磁盘分隔, 这样使铁心1成为内磁极, 磁盘3成为外磁极。 其磁路由壳体6的外圈, 经磁盘3、 工件和铁心, 再到壳体 内圈形成闭合回路, 以此吸附工件。铁心、磁盘和壳体均采 用8～10号低碳钢制成, 可减少剩磁, 少吸铁屑。盖5为用黄铜或铝板制成的隔磁材料,用以压住线 圈11, 防止工作过程中线圈的活动。挡圈7、8用以调整铁心 和壳体的轴向间隙, 即磁路气隙δ ,在保证铁心正常转动的 情况下,气隙越小越好,气隙越大， 则电磁吸力会显著地减 小,因此, 一般取δ ＝0.1～0.3 mm。 在机器人手臂的孔内 可做轴向微量地移动, 但不能转动。铁心1和磁盘3一起装在 轴承上, 用以实现在不停车的情况下自动上下料。
图 2.14 气流负压吸附取料手
3) 挤压排气式取料手
挤压排气式取料手如图2.15所示。其工作原理为: 取料时吸盘压紧物体, 橡胶吸盘变形, 挤出腔内多余 的空气,取料手上升, 靠橡胶吸盘的恢复力形成负压, 将物体吸住; 释放时,压下拉杆3, 使吸盘腔与大气相 连通而失去负压。 该取料手结构简单, 但吸附力小, 吸附状态不易长期保持。
图2.5(a)所示为单作用斜楔式回转型手部结构 简图。 斜楔向下运动, 克服弹簧拉力, 使杠杆手指 装着滚子的一端向外撑开, 从而夹紧工件; 斜楔向 上移动, 则在弹簧拉力作下使手指松开。 手指与斜 楔通过滚子接触可以减少摩擦力, 提高机械效率, 有时为了简化, 也可让手指与斜楔直接接触。 也有 如图2.5(b)所示的结构。
工业机器人技术基础5.7.3工业机器人传动装置-齿轮传动
二、齿轮传动的应用
• 双齿轮驱动有时被用来供主动的预紧力，从而消除齿隙滑移。
• 小直径（低齿数）齿轮、渐开线齿面齿轮，经常被应用于大型龙门式机器 人和轨道式机器人。 • 涡轮蜗杆传动偶 尔会被应用于低 速机器人或机器 人的末端操作齿轮齿条
一、齿轮分类
• 两轴不平行齿轮又可分为相交轴齿轮与交错轴齿轮两类。
• 相交轴齿轮的分类： • 1）按轮齿方向分
a)直齿齿轮
b)斜齿齿轮
一、齿轮分类
• 交错轴齿轮传动可分为：
a)交错轴斜齿轮
b)蜗轮蜗杆
一、齿轮分类
二、齿轮传动的应用
• 直齿轮或斜齿轮传 动可应用于机器人 手腕。
6
5
维护简便。
四、齿轮链传动
• 齿轮链传动的特点
• (2)缺点 精度不高的齿轮，传动时噪声、振动和冲击大，污染环境；
无过载保护作用；
制造某些具有特殊齿形或精度很高的齿轮时，工艺复杂，成本高； 不适宜用在中心距较大的场合。
五、齿轮齿条传动
• 常在机器人手臂的伸缩、升降及横向(或纵向)移动等直线运动中被用到。
三、齿轮传动比
四、齿轮链传动
• 两个或两个以上的齿轮组成的传动机构被称为齿轮链，它不但可以传递运
动角位移和角速度, 而且可以传递力和力矩。
T1 ɵ 1 N1
T2 N2
ɵ
2
四、齿轮链传动
• 使用齿轮链机构应注意两个问题： • 1） 齿轮链的引入使伺服系统就更加容易控制。 • 2） 在引入齿轮链的同时，由于齿轮间隙误差，将会导致机器人手臂的定位 误差增加，引起伺服系统的不稳定性。
工业机器人驱动方式、传动系统、传感器及控制系统
题目：1、工业串联机器人常用的驱动方式、传动系统、传感器类型，比较2、智能移动机器人的驱动方式、传动系统、传感器类型，比较3、现在机器人的控制系统、控制结构概述：机器人问世已有几十年，但没有一个统一的意见。
原因之一是机器人还在发展，另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。
也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。
美国机器人协会（RIA)：一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。
美国家标准局：一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。
1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。
日本工业标准局：一种机械装置，在自动控制下，能够完成某些操作或者动作功能。
英国：貌似人的自动机，具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。
中国：我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。
尽管各国定义不同，但基本上指明了作为“机器人”所具有的二个共同点：(1) 是一种自动机械装置，可以在无人参与下，自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性。
(2)可以再编程，程序流程可变，即具有柔性(适应性）。
机器人是20世纪人类伟大的发明，比尔•盖茨预言：机器人即将重复PC机崛起的道路，彻底改变这个时代的生活方式。
机器人学集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。
驱动方式现代工业机器人的驱动方式主要有三种：气动驱动、液压驱动和电动驱动。
气动驱动机器人气动驱动系统以压缩空气为动力源。
工业机器人内部机构详解
工业机器人内部机构详解今天给大家讲讲工业机器人内部结构的知识，教教大家控制、驱动、传动、执行等一些有关于机器人的基础知识。
大家可不要小瞧了这基础的内容，俗话说磨刀不误砍柴功，有了坚实的基础，对日后的学习和拓展都很有帮助的。
德国kuka工业机器人的主要内部结构构造一、机器人驱动装置概念：要使机器人运行起来, 需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置。
作用：提供机器人各部位、各关节动作的原动力。
驱动系统：可以是液压传动、气动传动、电动传动, 或者把它们结合起来应用的综合系统；可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。
1、电动驱动装置电动驱动装置的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高。
但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。
电动驱动装置又可分为直流(DC)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电机驱动。
直流伺服电机电刷易磨损，且易形成火花。
无刷直流电机也得到了越来越广泛的应用。
步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。
电动上电运行前要作如下检查：1）电源电压是否合适（过压很可能造成驱动模块的损坏）；对于直流输入的+/-极性一定不能接错，驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适（开始时不要太大）；2）控制信号线接牢靠，工业现场最好要考虑屏蔽问题（如采用双绞线）；3）不要开始时就把需要接的线全接上，只连成最基本的系统，运行良好后，再逐步连接；4）一定要搞清楚接地方法，还是采用浮空不接；5）开始运行的半小时内要密切观察电机的状态，如运动是否正常，声音和温升情况，发现问题立即停机调整。
2、液压驱动通过高精度的缸体和活塞来完成，通过缸体和活塞杆的相对运动实现直线运动。
优点：功率大，可省去减速装置直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。
缺点：需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温场合，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。
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[科普]工业机器人的传动机构
工业机器人现在越来越广泛的被应用于各大行业，那么他的结构有多少人关注呢…
工业机器人的驱动源通过传动部件来驱动关节的移动或转动,从而实现机身、手臂和手腕的运动。
因此,传动部件是构成工业机器人的重要部件。
根据传动类型的不同,传动部件可以分为两大类:直线传动机构和旋转传动机构。
一、直线传动机构
工业机器人常用的直线传动机构可以直接由汽缸或液压缸和活塞产生,也可以采用齿轮齿条、滚珠丝杠螺母等传动元件由旋转运动转换得到。
1.移动关节导轨
在运动过程中移动关节导轨可以起到保证位置精度和导向的作用。
移动关节导轨有五种:普通滑动导轨、液压动压滑动导轨、液压静压滑动导轨、气浮导轨和滚动导轨。
前两种导轨具有结构简单、成本低的优点,但是它必须留有间隙以便润滑,而机器人载荷的大小和方向变化很快,间隙的存在又将会引起坐标位置的变化和有效载荷的变化;另外,这种导轨的摩擦系数又随着速度的变化而变化,在低速时容易产生爬行现象等缺点。
第三种静压导轨结构能产生预载荷,能完全消除间隙,具有高刚度、低摩擦、高阻尼等优点,但是它需要单独的液压系统和回收润滑油的机构。
第四种气浮导轨的缺点是刚度和阻尼较低。
目前第五种滚动导轨在工业机器人中应用最为广泛, 轨的结构,用支承座支承,可以方便地与任何平面相连,此时套筒必须是开式的,嵌入在滑枕中,既增强刚度也方便了与其他元件的连接。
2. 齿轮齿条装置
齿轮齿条装置中,如果齿条固定不动,当齿轮转动时,齿轮轴连同拖板沿齿条方向做直线运动。
这样,齿轮的旋转运动就转换成拖板的直线运动。
拖板是由导杆或导轨支承的,该装置的回差较大。
3. 滚珠丝杠与螺母
在工业机器人中经常采用滚珠丝杠,这是因为滚珠丝杠的摩擦力很小且运动响应速度快。
由于滚珠丝杠螺母的螺旋槽里放置了许多滚珠,丝杠在传动过程中所受的是滚动摩擦力,摩擦力较小,因此传动效率高,同时可消除低速运动时的爬行现象;在装配时施加一定的预紧力,可消除回差。
如图2-17所示滚珠丝杠螺母里的滚珠经过研磨的导槽循环往复传递运动与动力。
滚珠丝杠的传动效率可以达到90%
4. 液(气)压缸
液(气)压缸是将液压泵(空压机)输出的压力能转换为机械能、做直线往复运动的执行元件,使用液(气)压缸可以容易地实现直线运动。
液(气)压缸主要由缸筒、缸盖、活塞、活塞杆和密封装置等部件构成,活塞和缸筒采用精密滑动配合,压力油(压缩空气)从液(气)压缸的一端进入,把活塞推向液(气)压缸的另一端,从而实现直线运动。
通过调节进入液(气)压缸液压油(压缩空气)的流动方向和流量可以控制液(气) 压缸的运动方向和速度。
二、旋转传动机构
一般电动机都能够直接产生旋转运动,但其输出力矩比所要求的力矩小,转速比要求的转速高,因此需要采用齿轮、皮带传送装置或其他运动传动机构,把较高的转速转换成较低的转速,并获得较大的力矩。
运动的传递和转换必须高效率地完成。
并且不能有损于机器人系统所需要的特性,包括定位精度、重复定位精度和可靠性等。
通过下列传动机构可以实现运动的传递和转换。
1.齿轮副
齿轮副不但可以传递运动角位移和角速度,而且可以传递力和力矩,如图2-18所示, 一个齿轮装在输入轴上,另一个齿轮装在输出轴上,可以得到齿轮的齿数与其转速成反比[式(2-1)],输出力矩与输入力矩之比等于输出齿数与输入齿数之比2. 同步带传动装置
在工业机器人中同步带传动主要用来传递平行轴间的运动。
同步传送带和带轮的接触面都制成相应的齿形,靠啮合传递功率,其传动原理如图2-19所示。
齿的节距用包络带轮时的圆节距t表示。
式中:n1 为主动轮转速(r/min);n2 为被动轮转速(r/min);z1为主动轮齿数;z2 为被动轮齿数。
同步带传动的优点:传动时无滑动,传动比准确,传动平稳;速比范围大;初始拉力小;轴与轴承不易过载。
但是,这种传动机构的制造及安装要求严格,对带的材料要求也较高,因而成本较高。
同步带传动适合于电动机和高减速比减速器之间的传动。
3. 谐波齿轮
目前工业机器人的旋转关节有60%~70%都使用谐波齿轮传动。
谐波齿轮传动由刚性齿轮、谐波发生器和柔性齿轮三个主要零件组成
工作时,刚性齿轮6固定安装,各齿均布于圆周上,具有外齿圈2的柔性齿轮5沿刚性齿轮的内齿圈3转动。
柔性齿轮比刚性齿轮少两个齿,所以柔性齿轮沿刚性齿轮每转一圈就反向转过两个齿的相应转角。
谐波发生器4具有椭圆形轮廓,装在其上的滚珠用于支承柔性齿轮,谐波发生器驱动柔性齿轮旋转并使之发生塑性变形。
转动时,柔性齿轮的椭圆形端部只有少数齿与刚性齿轮啮合,只有这样,柔性齿轮才能相对于刚性齿轮自由地转过一定的角度。
通常刚性齿轮固定,谐波发生器作为输入端,柔性齿轮与输出轴相连。
式中:z1 为柔性齿轮的齿数;z2 为刚性齿轮的齿数。
假设刚性齿轮有100个齿,柔性齿轮比它少两个齿,则当谐波发生器转50圈时,柔性齿轮转1圈,这样只占用很小的空间就可以得到1∶50的减速比。
通常将谐波发生器装在输入轴,把柔性齿轮装在输出轴,以获得较大的齿轮减速比。
4. 摆线针轮传动减速器
摆线针轮传动是在针摆传动基础上发展起来的一种新型传动方式,20世纪80年代日本研制出了用于机器人关节的摆线针轮传动减速器，它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两部分组成。
渐开线行星轮6与曲柄轴5连成一体,作为摆线针轮传动部分的输入。
如果渐开线中心轮7顺时针旋转,那么,渐开线行星齿轮在公转的同时还逆时针自转,并通过曲柄轴带动摆线轮做平面运动。
此时,摆线轮因受与之啮合的针轮的约束,在其轴线绕针轮轴线公转的同时,还将反方向自转,即顺时针转动。
同时,它通过曲柄轴推动行星架输出机构顺时针转动。