【推荐】工业机器人的总体设计方案136
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【推荐】工业机器人的总体设计方案1 36
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二、技术设计
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确定机器人的自由度及运动范围：
初步分析：机器人满足上面提出的条件，应该具备一个 旋转运动和两个直线运动。
仔细分析：还应该有一个附加旋转运动以对蛋进行定向
排列。因为当受臂移动和转动时，鸡蛋的取向会发生改 变。
确定技术参数为：
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运动速度确定举例
夹紧 工件
工作节拍5分钟
手臂 升降
伸缩 运动
回转 运动
每一个动作都由4个关节协同完成 综合分配每个关节的运动速度
速度分配的时候要计算加速度，保证动特性稳定
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伸缩运动：45.7~61.0cm 腰部旋转： ±90° 腕部旋转：360 ° 腕部垂直移动：50.8cm
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初步确定机器人的结构：
机械臂使用移动自由度时会引起机械臂的惯量变化所以一般较少采用 如果一定需要用移动自由度则一般选用直角坐标的结构或龙门架式
2．机器人运动形式的选择（1）：
根据机器人的运动参数确定其运动形 式，然后才能确定其结构。常见的运 动形式有以下几种：
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1 直角坐标型：机 器人的主体结构的 关节都是移动关节。
特点：
结构简单，刚度高。 关节之间运动相互
工作范围的确定：
要根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定
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运动速度的确定：
主要是根据生产需要的工作节拍分配每 个动作的时间，进而根据机械手各部位
的运动行程确定其运动速度。
定位精度的确定：
机器人的定位精度是根据使用要求确定 的。而要达到这样的精度取决于机器人 的定位方式、运动速度、控制方式、臂 部刚度、驱动方式、缓冲方法等。
明确机器人的目的和任 务：
从传送带拾取一个鸡蛋； 把蛋置于强光下照射，测定蛋
是否透光（有无胚胎生长） 根据蛋有无胚胎，把蛋放入废
品箱或包装箱内。
基本工作流程
分析机器人所在系统的工作环境：
分析工作车间的平面布置，相互间的位置 关系等。
机器人自由度，几个？
外部举轴，例几个示？ 图2：机器人与环境的关系
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4 SCARA机器人：
有3个旋转关节，其轴线 相互平行，在平面内进行 定位和定向。另一个是移 动关节。这种结构轻便、 响应快。
特点：
结构轻便，响应快； 适用于平面定位和在垂直
方向进行作的场合。
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1．机器人基本参数的确定（1）：
自由度的确定：在系统分析时已经确定了。 臂力的确定：
对于专用机器人来说：是针对专门的工作对象来 设计的，臂力主要根据被抓取物体的重量确定， 取1.5~3.0的安全系数。
对于工业机器人来说：具有一定的通用性，臂力 要根据被抓取物体的重量变化来确定。
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5 关节式机器人： 关节式机器人的主体结构的三个自由度腰转关节、 肩关节、肘关节全部是转动关节。
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独立，没有耦合作 用。 占地面积大，导轨 面防护比较困难。
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2 圆柱坐标型： 圆柱坐标式机器人 主体结构具有三个 自由度：腰转、升 降和伸缩。亦即具 有一个旋转运动和 两个直线运动。
特点：
通用性较强； 结构紧凑； 机器人腰转时将手
臂缩回，减少了转 动惯量。 受结构限制，手臂 不能抵达底部，减 少了工作范围。
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3 球面坐标式 （极坐标）： 机器人主体结构 具有三个自由度， 两个旋转运动和 一个直线运动。
特点：
工作范围较大； 占地面积小； 控制系统复杂
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分析系统的工作要求：
循环时间≤3.0s 每次循环有三种不同的运动：
移动到传送带并拾取一只鸡蛋； 移动到照射位置； 把鸡蛋放入纸箱或废品区。
一个循环中需要三次暂停：
闭合手爪0.2s；完成照射0.05s；开启手爪放蛋0.2s
每只鸡蛋重量≤85g；手爪重量≤370g 位置分辨率最低为1.27mm
3．拟定检测传感系统框图：
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图例：传感系统框图：
3．分析系统的工作要求，确定机器人的基 本功能和方案。
具体来说，确定机器人的自由度数，信息的存 储容量，计算机的功能水平，机器人的动作速 度，定位精度，机器人容许的运动空间的大小， 环境条件（如温度、是否存在振动），抓取工 件的重量、外形尺寸的大小，生产批量等。
举例：鸡蛋分检包装系统中的机器人（1）
2.1 工业机器人的总体设计
机器人总体设计的主要内容有：
确定基本参数， 选择运动方式， 手ຫໍສະໝຸດ Baidu配置形式，
位置检测，驱动和控制方式等。
进行结构设计，对各部件的强度、刚 度、动特性等进行必要的验算。
一、系统分析
1．根据机器人的使用场合，明确所使用机 器人的目的和任务。
2．分析机器人所在系统的工作环境，包括 机器人与已有设备的兼容性。
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二、技术设计
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确定机器人的自由度及运动范围：
初步分析：机器人满足上面提出的条件，应该具备一个 旋转运动和两个直线运动。
仔细分析：还应该有一个附加旋转运动以对蛋进行定向
排列。因为当受臂移动和转动时，鸡蛋的取向会发生改 变。
确定技术参数为：
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运动速度确定举例
夹紧 工件
工作节拍5分钟
手臂 升降
伸缩 运动
回转 运动
每一个动作都由4个关节协同完成 综合分配每个关节的运动速度
速度分配的时候要计算加速度，保证动特性稳定
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伸缩运动：45.7~61.0cm 腰部旋转： ±90° 腕部旋转：360 ° 腕部垂直移动：50.8cm
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初步确定机器人的结构：
机械臂使用移动自由度时会引起机械臂的惯量变化所以一般较少采用 如果一定需要用移动自由度则一般选用直角坐标的结构或龙门架式
2．机器人运动形式的选择（1）：
根据机器人的运动参数确定其运动形 式，然后才能确定其结构。常见的运 动形式有以下几种：
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1 直角坐标型：机 器人的主体结构的 关节都是移动关节。
特点：
结构简单，刚度高。 关节之间运动相互
工作范围的确定：
要根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定
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运动速度的确定：
主要是根据生产需要的工作节拍分配每 个动作的时间，进而根据机械手各部位
的运动行程确定其运动速度。
定位精度的确定：
机器人的定位精度是根据使用要求确定 的。而要达到这样的精度取决于机器人 的定位方式、运动速度、控制方式、臂 部刚度、驱动方式、缓冲方法等。
明确机器人的目的和任 务：
从传送带拾取一个鸡蛋； 把蛋置于强光下照射，测定蛋
是否透光（有无胚胎生长） 根据蛋有无胚胎，把蛋放入废
品箱或包装箱内。
基本工作流程
分析机器人所在系统的工作环境：
分析工作车间的平面布置，相互间的位置 关系等。
机器人自由度，几个？
外部举轴，例几个示？ 图2：机器人与环境的关系
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4 SCARA机器人：
有3个旋转关节，其轴线 相互平行，在平面内进行 定位和定向。另一个是移 动关节。这种结构轻便、 响应快。
特点：
结构轻便，响应快； 适用于平面定位和在垂直
方向进行作的场合。
【推荐】工业机器人的总体设计方案1 36
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1．机器人基本参数的确定（1）：
自由度的确定：在系统分析时已经确定了。 臂力的确定：
对于专用机器人来说：是针对专门的工作对象来 设计的，臂力主要根据被抓取物体的重量确定， 取1.5~3.0的安全系数。
对于工业机器人来说：具有一定的通用性，臂力 要根据被抓取物体的重量变化来确定。
【推荐】工业机器人的总体设计方案1 36
5 关节式机器人： 关节式机器人的主体结构的三个自由度腰转关节、 肩关节、肘关节全部是转动关节。
【推荐】工业机器人的总体设计方案1 36
【推荐】工业机器人的总体设计方案1 36 【推荐】工业机器人的总体设计方案1 36
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独立，没有耦合作 用。 占地面积大，导轨 面防护比较困难。
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2 圆柱坐标型： 圆柱坐标式机器人 主体结构具有三个 自由度：腰转、升 降和伸缩。亦即具 有一个旋转运动和 两个直线运动。
特点：
通用性较强； 结构紧凑； 机器人腰转时将手
臂缩回，减少了转 动惯量。 受结构限制，手臂 不能抵达底部，减 少了工作范围。
【推荐】工业机器人的总体设计方案1 36
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3 球面坐标式 （极坐标）： 机器人主体结构 具有三个自由度， 两个旋转运动和 一个直线运动。
特点：
工作范围较大； 占地面积小； 控制系统复杂
【推荐】工业机器人的总体设计方案1 36
分析系统的工作要求：
循环时间≤3.0s 每次循环有三种不同的运动：
移动到传送带并拾取一只鸡蛋； 移动到照射位置； 把鸡蛋放入纸箱或废品区。
一个循环中需要三次暂停：
闭合手爪0.2s；完成照射0.05s；开启手爪放蛋0.2s
每只鸡蛋重量≤85g；手爪重量≤370g 位置分辨率最低为1.27mm
3．拟定检测传感系统框图：
【推荐】工业机器人的总体设计方案1 36
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图例：传感系统框图：
3．分析系统的工作要求，确定机器人的基 本功能和方案。
具体来说，确定机器人的自由度数，信息的存 储容量，计算机的功能水平，机器人的动作速 度，定位精度，机器人容许的运动空间的大小， 环境条件（如温度、是否存在振动），抓取工 件的重量、外形尺寸的大小，生产批量等。
举例：鸡蛋分检包装系统中的机器人（1）
2.1 工业机器人的总体设计
机器人总体设计的主要内容有：
确定基本参数， 选择运动方式， 手ຫໍສະໝຸດ Baidu配置形式，
位置检测，驱动和控制方式等。
进行结构设计，对各部件的强度、刚 度、动特性等进行必要的验算。
一、系统分析
1．根据机器人的使用场合，明确所使用机 器人的目的和任务。
2．分析机器人所在系统的工作环境，包括 机器人与已有设备的兼容性。