工业机器人的传动
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。
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
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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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一、齿轮分类
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一、齿轮分类
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➢ •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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工业机器人技术基础5.7.7工业机器人传动装置同步带传动ppt课件
工业机器人的传动装置 ——同步带传动
主要内容
• 同步带传动工作原理 • 同步带传动的特点
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同步带
• 同步带往往应用于较小的机器人的传动机构和一些大机器人的轴上。
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一、同步带传动工作原理
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一、同步带传动工作原理
• 工作时, 它们相当于柔软的齿轮。 • 张紧力被惰轮或轴距的调整所控制。 • 在伺服系统中，输入传动的同步皮带可以放在伺服环外面。
5Leabharlann 二、同步带传动的特点（1）具有恒定的传动比； （2）具有缓冲、减振能 力，噪声低； （3）传动效率高； （4）维护保养方便； （5）速比范围大，具有 较大的功率传递范围； （6）可用于长距离传动
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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。
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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。
机器人传动方式
机器人传动方式1. 引言机器人传动方式是指机器人在工作过程中转换和传递动力的方式。
它直接影响到机器人的性能、精度、稳定性以及适应性。
不同的传动方式适用于不同的应用场景，选择合适的传动方式可以提高机器人的工作效率和可靠性。
2. 机器人传动方式的分类根据动力传递的方式，机器人传动方式可以分为以下几类：2.1 机械传动机械传动是最常见和最基础的传动方式之一。
它利用齿轮、链条、皮带等机械装置将动力从电动机传递到机器人的各个部分。
机械传动简单可靠，但由于传递过程中存在机械间隙和摩擦损耗，会影响机器人的精度和效率。
2.2 液压传动液压传动利用液体的流动和压力传递动力。
通过液压泵将液体压力传递给液压缸，从而推动机器人的执行机构。
液压传动具有承载能力大、传动平稳等优点，适用于对力量要求较高的应用场景。
2.3 气动传动气动传动是利用气体的流动和压力传递动力的一种方式。
通过气压驱动气动元件，实现机器人的运动和操作。
气动传动具有结构简单、响应速度快的特点，但承载能力较低，适用于对速度要求较高、对力量要求不太严格的应用场景。
2.4 电动传动电动传动是利用电能转换为机械能传递动力的方式。
通常使用电动机驱动机器人的执行机构，实现运动和操作。
电动传动具有响应速度快、精度高等优点，可以灵活控制运动的速度和力量，适用于对精度和稳定性要求较高的应用场景。
3. 选择机器人传动方式的考虑因素选择适合的机器人传动方式需要考虑以下因素：3.1 应用场景要求不同的应用场景对机器人的传动方式有不同的要求。
例如，需要高力量输出的应用场景可以选择液压传动；需要高速运动和响应的应用场景可以选择气动传动；需要高精度和稳定性的应用场景可以选择电动传动。
3.2 动力需求机器人在工作过程中所需要的动力大小和类型也是选择传动方式的考虑因素。
不同的传动方式有不同的功率和承载能力，需要根据实际需求进行选择。
3.3 控制要求机器人的控制要求也是选择传动方式的重要因素。
工业机器人驱动传动及传感系统组成
2.3.5 接近开关
接近开关也叫近接开关，又称无触点行程开关，它除可以完成行程控 制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测 速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自 动衔接等。它是一种非接触传感器。是用来代替传统的微动开关等机械式 触觉传感器的。由于接近开关不需要接触被测物体，所以其特点有工作可 靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环 境等。
运行性能不同： 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵
转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应 处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机 编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电 机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
绝对式编码器的工作原理如下图所示。左图示意了从发光管经过分光滤 镜等光学组件，通过编码盘的透射光被光学敏感器件检测到的原理。右图是 一个8位（256点分辨率）绝对式编码盘的示意图。编码盘具有8个同心圆，分 别代表8个有效位。黑色表示不透光，白色表示透光。发光管发出的光线经过 分光组件后变成8组平行光，穿过编码盘的光投射到光学敏感器件上就可以得 到编码盘当前的角度信息。
2.2.3 行星减速器
行星减速器，是比较典型的减速器之一，相对尺寸较小，容易获得大的 速比。特点是低噪音、高精度、安装简单效率高。
行星式齿轮减速机的传动机构是齿轮，其结构简图很简单，有一大一小 两个圆，两圆同心，在两圆之间的环形部分有另外三个小圆，所有的圆中最 大的一个是内齿环，其他四个小圆都是齿轮，中间那个叫太阳轮，另外三个 小圆叫行星轮，如图所示。电机带动减速机的太阳轮，太阳轮再驱动支撑在 内齿环上的行星轮，行星轮通过其与外齿环的啮合传动，驱动与外齿环相连 的输出轴，就达到了减速的目的，减速比与齿轮系的规格有关。
工业机器人运动原理
工业机器人的运动原理主要包括机械结构、传动系统和控制系统。
1. 机械结构：工业机器人的机械结构通常由基座、臂架、关节和末端执行器组成。
基座是机器人的底座，用于支撑机器人的整体结构。
臂架是连接基座和末端执行器的部分，通常由多个关节连接而成，可以实现多自由度的运动。
关节是机器人的关节连接点，通过电机和减速器驱动，实现机器人的关节运动。
末端执行器是机器人的工具或夹具，用于完成具体的任务。
2. 传动系统：工业机器人的传动系统主要包括电机、减速器和传动装置。
电机是驱动机器人运动的动力源，通常采用直流电机或交流伺服电机。
减速器用于减小电机的转速并增加扭矩，以提供足够的力矩来驱动机器人的运动。
传动装置用于将电机的旋转运动转换为机器人的线性或旋转运动，常见的传动装置包括齿轮传动、皮带传动和蜗轮蜗杆传动等。
3. 控制系统：工业机器人的控制系统主要包括传感器、控制器和编程系统。
传感器用于感知机器人周围的环境和工件的位置、姿态等信息，常见的传感器包括光电传感器、力传感器和视觉传感器等。
控制器是机器人的大脑，负责接收传感
器的信号并根据预设的程序和算法来控制机器人的运动。
编程系统用于编写机器人的运动轨迹和任务逻辑，通常采用离线编程或在线编程的方式。
通过机械结构、传动系统和控制系统的协同作用，工业机器人可以实现精确、高速、重复性的运动，完成各种生产任务。
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1) 真空吸附取料手
图2.11所示为真空吸附取料手的结构原理。其真空 的产生是利用真空泵, 真空度较高。主要零件为碟形橡 胶吸盘1, 通过固定环2安装在支承杆4上, 支承杆由螺 母5固定在基板6上。 取料时, 碟形橡胶吸盘与物体表 面接触, 橡胶吸盘在边缘既起到密封作用,又起到缓冲 作用, 然后真空抽气,吸盘内腔形成真空, 吸取物料。 放料时, 管路接通大气, 失去真空, 物体放下。为避免 在取、 放料时产生撞击, 有的还在支承杆上配有弹簧 缓冲。为了更好地适应物体吸附面的倾斜状况,有的在 橡胶吸盘背面设计有球铰链。真空吸附取料手有时还用 于微小无法抓取的零件, 如图2.12所示。
图 2.8 齿条齿轮杠杆式手部
(2) 平移型传动机构。平移型夹钳式手部是通过 手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或 闭合动作的, 常用于夹持具有平行平面的工件(如冰 箱等)。 其结构较复杂,不如回转型手部应用广泛。
① 直线往复移动机构:实现直线往复移动的机构 很多, 常用的斜楔传动、齿条传动、螺旋传动等均可 应用于手部结构。 如图2.9所示中，(a)为斜楔平移 机构, (b)为连杆杠杆平移结构, (c)为螺旋斜楔平移 结构。 它们既可是双指型的, 也可是三指(或多指) 型的; 既可自动定心, 也可非自动定心。
指端的形状通常有两类: V型指和平面指。如图2.3 所示的三种V型指的形状, 用于夹持圆柱形工件。如图 2.4所示的平面指为夹钳式手的指端,一般用于夹持方形 工件(具有两个平行平面), 板形或细小棒料。另外，尖指 和薄、长指一般用于夹持小型或柔性工件。 其中, 薄指 一般用于夹持位于狭窄工作场地的细小工件, 以避免和 周围障碍物相碰; 长指一般用于夹持炽热的工件, 以免热 辐射对手部传动机构的影响。
图2.7所示为双支点连杆杠杆式手部简图。 驱动杆2末端与连杆4由铰销3铰接, 当驱动杆2 作直线往复运动时, 则通过连杆推动两杆手指 各绕其支点作回转运动, 从而使手指松开或闭 合。
图 2.7 双支点连杆杠杆式手部
图2.8所示为齿轮齿条直接传动的齿轮杠杆式 手部的结构。 驱动杆2末端制成双面齿条,与扇齿 轮4相啮合, 而扇齿轮4与手指5固连在一起, 可绕 支点回转。驱动力推动齿条作直线往复运动, 即可 带动扇齿轮回转, 从而使手指松开或闭合。
2.1 机器人末端操作器
图2.1所示为人类手腕的两个B(Bend)关节。 在实际情 况中, 有许多时候并不一定需要这样复杂的多节人工指。
用在工业上的机器人的手我们一般称之为末端操作器, 它是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、 扳手、 焊具、 喷头等)并进行操作的部件。 它具有模仿人 手动作的功能, 并安装于机器人手臂的前端。
由于被握工件的形状、 尺寸、 重量、 材质及 表面状态等不同, 因此工业机器人末端操作器是多种 多样的, 并大致可分为以下几类:
(1) 夹钳式取料手； (2) 吸附式取料手； (3) 专用操作器及转换器； (4) 仿生多指灵巧手; (5) 其他手。
图手
2. 传动机构
传动机构是向手指传递运动和动力, 以实现夹紧和 松开动作的机构。该机构根据手指开合的动作特点分为 回转型和平移型。回转型又分为一支点回转和多支点回 转。根据手爪夹紧是摆动还是平动,又可分为摆动回转型 和平动回转型。
(1) 回转型传动机构。夹钳式手部中较多的是回转 型手部, 其手指就是一对杠杆,一般再同斜楔、滑槽、连 杆、齿轮、蜗轮蜗杆或螺杆等机构组成复合式杠杆传动 机构, 用以改变传动比和运动方向等。
2.1.2 吸附式取料手
1. 气吸附式取料手
气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间 的压力差而工作的。 按形成压力差的方法,可分为真空 吸附、气流负压气吸、挤压排气负压气吸式等几种。
气吸式取料手与夹钳式取料手相比, 具有结构简单, 重量轻, 吸附力分布均匀等优点,对于薄片状物体的搬 运更有其优越性(如板材、 纸张、 玻璃等物体), 广泛 应用于非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求 物体表面较平整光滑, 无孔无凹槽。
图 2.3 V型指端形状 (a) 固定V型； (b) 滚柱V型； (c) 自定位式V型
图 2.4 夹钳式手的指端
指面的形状常有光滑指面、齿形指面和柔性指面等。 光滑指面平整光滑, 用来夹持已加工表面, 避免已加工 表面受损。 齿形指面的指面刻有齿纹, 可增加夹持工件 的磨擦力,以确保夹紧牢靠, 多用来夹持表面粗糙的毛坯 或半成品。 柔性指面内镶橡胶、泡沫、石棉等物,有增 加磨擦力、保护工件表面、 隔热等作用, 一般用于夹持 已加工表面、炽热件,也适于夹持薄壁件和脆性工件。
夹钳式手部与人手相似, 是工业机器人广为应 用的一种手部形式。 它一般由手指(手爪)和驱动机 构、 传动机构及连接与支承元件组成, 如图2.2所示, 能通过手爪的开闭动作实现对物体的夹持。
图 2.2 夹钳式手部的组成
1. 手指
手指是直接与工件接触的部件。手部松开和夹紧工 件, 就是通过手指的张开与闭合来实现的。机器人的手 部一般有两个手指, 也有三个或多个手指,其结构形式常 取决于被夹持工件的形状和特性。
图 2.9 直线平移型手部
② 平面平行移动机构：图2.10所示为几种平面平 行平移型夹钳式手部的简图。 它们的共同点是: 都采 用平行四边形的铰链机构——双曲柄铰链四连杆机构, 以 实现手指平移。其差别在于分别采用齿条齿轮、 蜗杆蜗 轮、 连杆斜滑槽的传动方法。
图 2.10 四连杆机构平移型手部结构
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。
图 2.5 斜楔杠杆式手部
图2.6所示为滑槽式杠杆回转型手部简图, 杠杆 形手指4的一端装有V形指5,另一端则开有长滑槽。 驱动杆1上的圆柱销2套在滑槽内, 当驱动连杆同圆柱 销一起作往复运动时, 即可拨动两个手指各绕其支点 (铰销3)作相对回转运动, 从而实现手指的夹紧与松开 动作。
图 2.6 滑槽式杠杆回转型手部