工业机器人结构设计.pdf

第25卷第6期
机电产品开发与创新
Vol 25. No6
2012年11月
Development Innovation of Machinery Electrical Products
Nov,,2012
文章编号:1002-6673(2012)06-013-03
工业机器人结构设计
朱同波,蔡凡,刘伟
(闽南理工学院,福建泉州362700
摘要:在了解工业机器人在国内外现状的基础上,根据工业机器人内部结构和工作原理,对机器人腕部
进行结构设计。为エ业上机器人的设计提供理论参考、设计参考和数据参考,为工业设计者提供设
计理论和设计实践的参考
关键词:机器人;结构设计;专用轴承;动力布置
中图分类号:TB47,TP242文献标识码:Adoi:10.3969/j.iss.1002-6673.2012.06.005
Industrial Robot Structure Design
ZHU Tong-bo, CAI Fan, LIU Wei
(Minnan University of Science and Technology, Quanzhou Fujian 362700, China)
Abstract: In the industrial robot in understanding situation at home and abroad, and on the basis of industrial robot according to internal
structure and working principle of the robot wrist structure design. On the design of the robot for industry to provide theoretical reference,
design reference data for reference, and industrial designers with design theory and design practice reference
Key words: robot; structure design; special bearing; power arrangement
0引言
2工业机器人结构系统
机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附2.1工业机器人构造
加值高,应用范围广,作为先进制造业的支撑技术和信
从功能角度分析可将机器人分解成四个部分:操作
息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起越来机、末端执行器、传感系统、控制器。
越重要的作用。从20世纪下半叶起,世界机器人产业
操作机:是由机座、手臂和手腕、传动机构、驱动
直保持着稳步增长的良好势头。根据发达国家产业系统等组成,其功能是使手腕具有某种工作空间,并调
发腰与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势,到」整手腕使末端执行器实现作业任务要求的动作。
2015年中国机器人市场的容量约达十几万台套
末端执行器:也叫工业机器人的手部,它是安装在
工业机器人的基本工作原理
工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。
感器系统:是指要机器人与人一样有效的完成工
工业机器人是一种生产装备,其基本功能是提供」作,必须对外界状况进行判断的感觉功能。与机器人控
作业所须的运动和动力,其基本工作原理是通过操作机制最紧密相关的是触觉。视党适合于检测对象是否存
上各运动构件的运动,自动地实现手部作业的动作功能在,检测其大概的位置、姿勢等状态。相比之下,触觉
及技术要求。因此在基本功能及基本工作原理上,工业协助视觉,能够检測出对象更细微的状态。
机器人与机床有相同之处:二者的末端执行器都有位置
控制器:机器人控制系统是机器人的大脑,是决定
变化要求,而且都是通过坐标运动来实现末端执行器的机器人功能和性能的主要因素。主要是控制工业机器人
位置变化要求。当然机器人也有其独特的要求,是按关在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动
节形式运动为主,同时机器人的灵活性要求很高,其刚」作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人
度、精度要求相对较低。
机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。在机器
收稿日期:2012-10-09
人中采用的控制系统有:点位的和轮廓的;同步的和异
作者简介:朱同波(1986-),男,教师。研究方向:机械设计步的;数字的和模拟的。可根据机器人的技术与经济要
制造;蔡凡(1986-),女,教师。研究方向:电子通信工程。
求及工艺任务的特点来选择控制系统的具体方案。
万方数括
开发与创新?
2.2主要结构尺寸
选择型号为 SGMAH-01A,额定功率为100W,额定转
根据AI-V6L型エ业机器人的主要参数进行设计,矩为0318Nm,额定转速为300min,重量为0.7kg的
主要结构尺寸如图1所示。机器人的工作范围见图2
交流伺服电动机。
2)B轴和T轴电机的选择。根据设计要求取相同型
号的电机,选择型号为 SGMAH-01A交流伺服电动机
3.4传动比的确定
(1)R轴总传动比的确定。角速度=400°/s。即=
6.98r/min。再求实际转速n:
60u_60x6.98-669 r/min
598
为转速(rmin)。最后求得总传动比:
图1主要结构尺寸
图2工作范
=14.99(取整1。=15
3腕部设计
(2)用同样的方法,可求得:B轴总传动比iaz=15
在设计中为减轻机器人本体的重量选用铸铝材料。
T轴总传动比ias=10。
3.1手腕结构的确定
(3)传动比的分配。传动比分配时要充分考虑到各级
手腕是联接手和末端执行器的部件,其功能是在
传动的合理性以及齿轮的结构尺寸,要做到结构合理。
手臂和机座实现了末端执行器在作业空间的三个位置坐
①R轴传动比分配:R轴总的传动比i1=15,该传动经
标(自由度)的基础上,再由手腕来实现末端执行器在:谐波减速器直接驱动小臂回转;②B轴传动比分配:B
作业空间的三个姿态(方位)坐标,即实现三个旋转自
轴总的传动比is2=15,该传动先经谐波减速器减速,
由度。通过机械接口,联接并支承末端执行器。根据机
再经两级传动,第一极传动为圆锥齿轮传动,传动比
器人的作业要求来决定其应具有的自由度数目。
i=1,第二极传动为同步齿形带传动,传动比i2=1;③
3.2基本参数的确定
T轴传动比分配:T轴总的传动比is=10,该传动经谐
确定了空间结构和手腕结构后,可确定手腕回转
波减速器减速再经三级传动。第一极传动为圆锥齿轮传
动,传动比i=1,第二极传动为同步带传动,传动比
手腕摆动及手腕旋转三个姿态的自由度。其参数见表1
(参数来于SSA2000工业机器人)。
=1,第三极传动为圆锥齿轮传动,传动比ix=1.35
3.5谐波减速器的选择
表1机器人的主要规格参数
谐波齿轮减速器是一种新型的机械传动变速机构。
手国」手略动「手定最大速度「与普通齿轮传动相比,具有体积小,重量轻结构简单
10-9566ao03」1:它与传动比相当的普通减速器比,其零作减少50第
手回的「ュxa0、体积和重量均减少左右或更多。传动比范围大(单级