工业机器人机械系统设计论文
工业机器人机械系统设计
———驱动机构 班级：11机电1班 姓名: 万营 学号：1110100127
工业机器人是21世纪重大高科技成果之一，机器人产品已在社会的许多领域得到广泛应用，为提高世界工业自动化水平发挥了重要作用。据最新报道，目前机器人的成本平均每年以大约4%的比例下降。机器人产业研究专家罗百辉表示，合适用工业机器人替换人工的领域包括：人力成本很高、对精确度要求很高的领域，人去不了或者由人工完成有损健康的工作。最显著的行业是汽车，这是一个成熟使用机器人进行生产制造的行业。同时他预测，2015年，国内智能制造装备产业销售收入将超过10000亿元，未来五年会实现三倍增长，2020年将超过30000亿元，已成为国家战略产业。
由以上可见，工业机器人将会在人类科技文明的发展史上发挥非常大的作用。而工业机器人的机械系统是机器人的支承基础和执行机构，机械系统的设计是机器人设计的一个重要内容，其结果直接决定着机器人工作性能的好坏。机械系统的设计主要包括总体设计、驱动机构、机身和臂部设计、腕部设计、手部设计和行走机构设计等内容。驱动结构是工业机器人机械系统的重要组成部分，用于把驱动元件的运动传递到机器人的关节和动作部位。
1.1驱动机构的驱动方式
常用驱动方式主要有：液压驱动、气压驱动和电气驱动 （1）驱动特点
液压驱动：功率大，结构简单、响应快，有较高的精度，需增设液压源，易产生液体泄漏。
气压驱动:能源、结构简单，与液压驱动相比，同体积条件下功率较小，速度不易控制。
电气驱动：能源简单，机构速度变化范围大、效率高，速度和位置精度高，使用方便、噪声低和控制灵活。
（2）驱动优点 液压驱动：易达到较高的单位面积压力，可获得较大的推力或转矩；介质可压缩性小，系统工作平稳可靠，可得到较高的位置精度；力、速度、方向容易实现自动控制；机械效率高，使用寿命长。
气压驱动:压缩空气粘度小，易达到高速；无污染，能在恶劣环境中工作；制造要求低，价格低廉，能实现过载自动保护，系统的安全性和柔软性高。
电气驱动：步进电动机，控制简单；直流伺服电动机，易于控制，有较理想的机械特性；交流伺服电动机，结构简单，运行可靠，可频繁启动、制动，没有无线电波干扰。
（3）驱动缺点
液压驱动：油液粘度易变化，影响系统的工作性能，温度过高还
易引起燃烧爆炸；造价高；需要相应的供油系统。
气压驱动：若要获得较大动力，结构就要相对增大；难以实现准确的位置控制；除水问题；噪声污染。
电气驱动：步进电动机，功率不大；直流伺服电动机，电刷易磨损，且易形成火花；交流伺服电动机，控制较复杂。
2.1驱动机构的种类
按实现的运动方式，驱动机构可分为直线驱动机构和旋转驱动机构两种。
2.1.1直线驱动机构
机器人采用的直线驱动方式包括直角坐标结构的x、y、z三个方向的驱动，圆柱坐标结构的径向驱动和垂直升降驱动，以及极坐标结构的径向伸缩驱动。
1.齿轮齿条装置 齿轮齿条装置是一种在工业 上广泛使用的将旋转运动转 换为直线运动的机构，它具 有高精度、高负荷、高刚性、 高速度等特点。该装置的回差较大。
2.普通丝杠
采用一个旋转的精密丝杠驱 动一个螺母沿丝杠轴向移动， 从而将丝杠的旋转运动转换 成螺母的直线运动。 效率低、精度低，回差大
3.滚珠丝杠
螺母槽里放置了很多滚珠，在丝杠传动过程中以滚 珠的滚动摩擦代替滑动摩檫， 传动效率高。通常采用两个 背靠背的双螺母来消除丝杠
和螺母之间的间隙。 工作特点：
传动效率高 、 运动可逆
刚度好、传动精度高
寿命长、工艺复杂
1-丝杠 2-螺母 3-滚珠 4-回程引导装置
4.液压（气压）缸
将液压泵（空气压缩机） 输出的压力能转化为机械能、 作直线往复运动的执行元件， 使用液压（气压）缸可以很 容易地实现直线运动。
2.1.2旋转驱动机构
多数普通电动机和伺服电动机都能直接产生旋转运动，但其输出力矩比所要求的力矩小，转速比所要求的转速高，因此需要采用下列传动结构。
1.齿轮链
是由两个或两个以上的齿轮组成的传动机构。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。会减小系统的等效转动惯量，齿轮间隙误差导致机器人手臂的定位误差增加。
2.同步带传动装置
用来传递平行轴间的运动或将回转运动转换成直线运动，在机器人中的作用主要为前者。传动时无滑动，传动比准确，传动平稳，制造安装要求严格。
3.谐波齿轮
谐波齿轮传动机构有刚性齿轮、谐波发生器和柔性齿轮三个主要零件组成。结构简单，体积小，传动比范围大，运动精度高，承载能力大，运动平稳，噪声小，齿轮间隙可以调整。
1.波发生器 2.柔性齿轮 3.刚性齿轮
4.摆线针轮传动减速器
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。其传动特点在于：轴向尺寸将大大缩小；刚性和抗冲击性高；传动平稳，使用寿命长；传动比范围大；合理设计可获得
高精度；传动效率高。 摆线针轮减速器实物