《工业机器人机械结构》课件-第2章工业机器人本体结构

《工业机器人机械结构与维护》第2章工业机器人本体结构2.1工业机器人本体结构概述2.2MH6工业机器人本体结构2.3手腕后驱工业机器人结构2.1工业机器人本体结构概述

工业机器人由本体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。本体即基座和执行机构，包括腰部、臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。。2.1.1基本结构与特点2.1工业机器人本体结构概述

2.1.1基本结构与特点图2-1工业机器人本体结构示意图所有关节的伺服电动机、减速器等驱动部件都安装在各自的回转或摆动部位，除腕弯曲关节使用了同步带外，其他关节的驱动均无中间传动部件，称为直接传动结构，也称为前驱结构。2.1工业机器人本体结构概述

2.1.1基本结构与特点优点：传动系统结构简单、层次清晰，各个关节无相互牵连，不但可以简化本体的机械结构、减少零部件、降低生产制造成本、方便安装调试，而且可缩短中间传动部件间隙，因此，其精度髙、刚性好，安装方便。此外，由于机器人的所有驱动电动机，减速器都安装在本体内部，机器人的外形简洁，整体防护性能好，安装运输也非常方便。缺点：由于需要将驱动电动机、减速器等部件安装在机器人的各个关节部位，必然要求上臂、手腕等部件具有足够的安装空间，从而导致这些部件的外形较大、质量较重，惯性增大，造成机器人整体重心偏高，加重了驱动电动机和减速器的负载，不利于高速运动。另外，要将驱动电动机和减速器安装在机器人上臂、手腕内部的狭小空间内，因此限制了电动机和减速器的规格选择，同时也会造成散热条件差、检测、维修、保养较困难。因此，直接传动方式一般用于承载能力为10kg以下、作业范围1m以内的小型、轻量级机器人。2.1工业机器人本体结构概述

2.1.2手腕后驱结构与特点所谓手腕后驱结构就是驱动手腕回转、手腕弯曲和手回转运动的伺服电动机全部安装在机器人上臂的后端，通过安装在上臂内部的传动轴，将动力传递至手腕前端。手腕后驱结构型工业机器人可以满足大型、重载的工作要求，被广泛用应用于加工、搬运、装配、包装、焊接等多种用途，也是机器人目前最常用的一种结构。优点：手腕后驱结构很好的解决了驱动电动机和减速器安装空间小，散热条件差，检测、维修、保养困难等问题，提高了手腕运动的驱动力矩，而且还能使上臂的结构紧凑、整体重心后移（下移），改善上臂的作业灵活性和重力平衡性，使上臂运动更稳定。此外，由于驱动电机后置，就机器人本身来说，手腕回转关节以后就无须进行电气连接，手腕回转轴理论上可以无限旋转。2.1工业机器人本体结构概述

2.1.2手腕后驱结构与特点缺点：其机械传动系统相对较复杂、传动链长、传动刚性相对较差，故不适宜用于高精度定位的机器人。2.1工业机器人本体结构概述

2.1.3连杆驱动结构与特点连杆驱动结构形式的工业机器人主要应用于大型、重载搬运和码垛工作领域。这种结构的机器人其上臂、下臂和手腕弯曲通常采用平行四边形连杆结构，其上、下臂摆动的驱动机构安装在机器人的腰部；手腕弯曲的驱动机构安装在上臂的摆动部位；全部驱动电动机和减速器均为外置。为了提高重载稳定性，此种形式的机器人上、下臂通常需要配置液压（或气动）平衡系统。2.1工业机器人本体结构概述

2.1.3连杆驱动结构与特点优点：连杆驱动结构形式较好地解决了直接传动结构所存在的传动系统安装空间小、散热差，驱动电动机和减速器检测、维修、保养困难等问题。采用平行四边形连杆机构驱动，不仅可以加长上臂、下臂和手腕弯曲的驱动力臂、放大驱动力矩，同时，由于驱动机构安装位置下移，也可降低机器人重心、提高运动稳定性。缺点：连杆驱动结构形式其传动链长、传动间隙较大，定位精度较低，因此，适合于重载、定位精度要求不高的应用领域。2.1工业机器人本体结构概述

2.1.4腕部结构与特点机器人的腕部是臂部与末端执行器(手部或称手爪)之间的连接部件，起支承手部和改变手部空间姿态的作用。手腕一般有两种形式，即直接驱动和后驱动。驱动器安装在手腕运动关节的附近直接驱动关节运动，因而传动路线短，传动刚度好，但腕部的尺寸和质量大，惯量大驱动器安装在机器人的下臂、基座或上臂远端上，通过连杆、链条、传动轴或其他传动机构间接驱动腕部关节运动，因而手腕的结构紧凑，尺寸和质量小，对改善机器人的整体动态性能有好处，但传动设计稍复杂。2.1工业机器人本体结构概述

2.1.4腕部结构与特点工业机器人一般需要6个自由度才能使手部达到目标位置并处于期望的姿态。为了使手部能处于空间任意位置，要求腕部能实现对空间3个坐标轴x，y，z的转动，既具有翻转（roll）、俯仰（Pitch）和偏转(Yaw)3个自由度，如图2-4所示。按转动特点的不同，用于手腕关节的转动又可细分为回转和摆动两种。回转（Roll）R关节运动就是能够在4象限进行360°或接近360°转动的关节运动。摆动（Bend）B关节运动就是能在3象限进行270°以下转动的关节运动。2.1工业机器人本体结构概述

2.1.4腕部结构与特点BBR和BRR结构的手腕回转中心线相互垂直，并和三维空间的坐标轴一一对应，其操作简单、控制容易。但是，这种结构的手腕外形通常较大、结构相对松散，因此，多用于大型、重载的工业机器人。在机器人作业要求固定时，BBR结构的手腕也经常被简化为BR结构的2自由度手腕。回转中心线同样相互垂直，并和三维空间的坐标轴一一对应，其操作简单、控制容易，且结构紧凑、动作灵活。它是目前工业机器人最为常用的手腕结构。其手腕回转的驱动电动机基本上都安装在上臂后侧，但腕弯曲和手回转的电动机有直接驱动和后驱动两种安装形式。直接驱动结构的多用于中小规格机器人，后驱动结构可以适合各种规格的机器人。3R结构的手腕多采用锥齿轮传动，3个回转轴的回转范围通常不受限制，其结构紧凑、动作灵活，它可最大限度地改变执行器的姿态。但是，由于手腕上3个回转轴中心线相互不垂直，增加了控制的难度，因此，在通用工业机器人上使用相对较少。2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.1MH6工业机器人结构简述2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.1MH6工业机器人结构简述MH6工业机器人腰回转（S轴）、下臂摆动（L轴）、上臂摆动（U轴）、手腕回转（R轴，又称上臂回转）腕弯曲摆动（B轴）手回转（T轴）。图4-1谐波减速器组成2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.2MH6工业机器人基座结构与安装1．基座结构基座是整个机器人的支撑部分，它既是机器人的安装和固定部份，也是机器人电线电缆、气管、油管输入连接部分。MH6工业机器人的基座结构如图2-9所示。图2-9MH6工业机器人基座结构图1—基座体2—RV减速器3—螺钉4—润滑管5—盖6—螺钉7—管线连接盒8—螺钉2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.2MH6工业机器人基座结构与安装2．地面安装图2-10机器人地面安装2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.2MH6工业机器人基座结构与安装3．倒置和壁挂安装图2-11机器人倒置安装2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.3MH6工业机器人腰部结构1—伺服电动机2—RV

减速器输入轴

3—润滑管

4—电动机座

5—下臂安装端面

6—腰体图2-12腰部（S轴）传动系统结构2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.4MH6工业机器人下臂结构图2-13下臂（L轴）传动系统结构1—伺服电动机2、5、8、10、13、14、16—螺钉3—减速器输入轴4—弹簧垫圈6—堵塞7—下臂安装端面9—垫圈11—RV减速器12—弹簧垫圈15—盖板17—垫圈18—下臂体2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.5MH6工业机器人上臂结构图2-14上臂（U轴）传动系统结构1—伺服电动机

2、5、6、12、13、15-螺钉

3—减速器输入轴4—弹簧垫圈7—垫圈8—堵塞9—RV减速器10—下臂体14—垫圈16—盖板17—上臂体输出轴固定，针轮输出，输入轴输入。2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.6MH6工业机器人手腕结构1.手腕总体结构图2-15MH6手腕结构总图1—B轴伺服电动机2—T轴伺服电动机3—T轴同步带轮4—B轴支承及T轴传动部件5—T轴减速器6—安装法兰7—B轴同步带轮8—手腕回转体9—B轴减速器10—B轴摆动体2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.6MH6工业机器人手腕结构图2-16MH6末端执行器安装法兰2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.6MH6工业机器人手腕结构2.手腕回转R轴结构图2-17R轴传动系统结构1—防护罩2—伺服电动机3—电机座4—谐波减速器

5—轴承

6—过渡轴7—上臂体8—交叉滚子轴承

9—手腕回转体2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.6MH6工业机器人手腕结构3.手腕弯曲B轴结构图2-18B轴传动系统结构1—上臂体2—手腕回转体3—伺服电动机4、12、13、15、17、20、22、25—螺钉5—支承体6、8、10、18—轴承7—摆动体9—连接板11—谐波减速器14—侧端盖

16—卡簧

19、21—同步带轮23—同步带

24—防护罩图2-18B轴传动系统结构2.2MH6工业机器人本体结构

2.2.6MH6工业机器人手腕结构4.手回转T轴结构2.3手腕后驱工业机器人结构

手腕后驱型机器人的上臂为中空结构，其U轴、R轴、B轴和T轴的伺服电动机通常都安装在上臂后部，通过嵌套安装在上臂内部的R传动轴、B传动轴、T传动轴，将动力传递到手腕前端，从而实现末端执行器空间姿态的改变。如图2-20所示为一种手腕后驱型工业机器人外观图。手腕后驱结构很好的解决了驱动电动机和减速器安装空间小，散热条件差，检测、维修、保养困难等问题，提高了手腕运动的驱动力矩，而且还能使上臂的结构紧凑、整体重心后移（下移），改善上臂的作业灵活性和重力平衡性，使上臂运动更稳定。但是也存在结构复杂、传动链长、定位精度低等缺点。2.3手腕后驱工业机器人结构

2.3.1上臂结构图2-21上臂安装结构图1—下臂2-R轴伺服电动机3—B轴伺服电动机4—T轴伺服电动机5—上臂伺服电动机6—上臂体

7—R轴减速器8—上下臂连接体9—密封环10—上臂减速器2.3手腕后驱工业机器人结构

2.3.1上臂结构图2-22手腕3个传动轴在上臂中布置示意图1—R轴伺服电动机2—T轴伺服电动机3—B轴伺服电动机4、5、6、7、8、9—齿轮10—T轴11—B轴12—R轴2.3手腕后驱工业机器人结构

2.3.1上臂结构图2-23上臂组成图图2-24R轴三维结构图图2-25B轴三维结构图图2-26T轴三维结构图2.3手腕后驱工业机器人结构

2.3.1上臂结构图2-27上臂内部传动系统结构1-T轴同步带轮2-B轴同步带轮3-R轴同步带轮4-上下臂连接体5-上臂6-R轴7-B轴8-T轴9-B轴延伸轴10-R轴花键11、12、20、21、22、23、24、25-螺钉13手腕体14-刚轮15-CRB16-柔轮17-波发生器18-端盖19-输入轴2.3手腕后驱工业机器人结构

2.3.2手腕结构后驱手腕的机器人，其手腕通常如图2-28所示，一般由手腕体、B轴驱动部件、T轴中间传动部件、T轴回转减速部件、摆动体组成。图2-28手腕结构1—手腕体2—T轴中间传动部件3—T轴回转减速部件4—摆动体5—B轴传动部件2.3手腕后驱工业机器人结构

2.3.2手腕结构图2-29手腕单元的总体结构设计1—手腕体2—B轴输入轴3—T轴输入轴4—B/T传动轴组件

5—B轴减速摆动组件6—T轴中间传动组件7—T轴减速输出组件8-摆动体2.3手腕后驱工业机器人结构

2.3.2手腕