涂胶机上的应用 要求：在汽车发动机盖上连续均布涂胶， 要求：在汽车发动机盖上连续均布涂胶， 涂胶曲线为空间三维曲线。共有两条涂胶曲线， 涂胶曲线为空间三维曲线。共有两条涂胶曲线度 每个曲线基本由直线和圆弧 空间夹角为 度 ,每个曲线基本由直线和圆弧 组成。 组成。 涂胶速度为100mm/s，回原点速度为500mm/s ，回原点速度为 涂胶速度为 最小圆弧半径： 最小圆弧半径：5mm 涂胶精度： 涂胶精度：0.1mm 涂胶行程： × × 。 涂胶行程：600×400×100。 该机器人由安装架、机器人定位系统、 该机器人由安装架、机器人定位系统、伺 服驱动系统、供胶系统及涂胶枪、 服驱动系统、供胶系统及涂胶枪、控制系统及 电控配电系统、安全防护装置等组成。 电控配电系统、安全防护装置等组成。 图4-4 涂胶机器人

　　主体结构设计的主要问题是：选择由连杆件 运动副组成的坐标形 连杆件和 主体结构设计的主要问题是：选择由连杆件和运动副组成的坐标形 式。 1、直角坐标式机器人 、 主要用于生产设备的上下料， 主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装配和检测 作业，大约占工业机器人总数的 左右。 作业，大约占工业机器人总数的14%左右。 左右 手臂能垂直上下移动（ 方向运动 方向运动）， 手臂能垂直上下移动（Z方向运动）， 并可沿滑架和横梁上的导轨进行水平面内 二维移动（ 、 方向运动）。主体结构有 方向运动）。 二维移动（X、Y方向运动）。主体结构有 3个自由度，手腕自由度的数量视用途而定。 个自由度，手腕自由度的数量视用途而定。 个自由度

　　表4.2 圆柱坐标式机器人的优缺点对照表 优点 (1)除了简单的“抓—放”作业外 (1)除了简单的 除了简单的“ 还可以用在许多其它生产领域， 还可以用在许多其它生产领域， 与直角坐标式机器人相比增加了 通用性。 通用性。 (2)结构紧凑 (2)结构紧凑 (3)在垂直方向和径向有两个往复 (3)在垂直方向和径向有两个往复 运动，可采用伸缩套筒式结构。 运动，可采用伸缩套筒式结构。 当机器人开始腰转时可把手臂缩 进去， 进去，在很大程度上减少的转动 惯量，改善动力学载荷。 惯量，改善动力学载荷。 缺点 由于机身结构的缘故，手臂不能 由于机身结构的缘故， 抵达底部， 抵达底部，减少了机器人的工作 范围。 范围。

　　一、主体结构设计 二、传动方式的选择 三、模块化结构设计 四、材料的选择 五、平衡系统的设计

　　而又能产生一定相 对运动的联接， 对运动的联接，称 为运动副。 为运动副。

　　码垛机上的应用 直角坐标机器人在码垛机上的使用 越来越多，其特点是负载范围大， 越来越多，其特点是负载范围大，小到 几公斤，大到几吨；运行速度快， 几公斤，大到几吨；运行速度快，且速 度可调整；动作灵活， 度可调整；动作灵活，可以完成复杂的 码垛任务；可靠性高，维护简单。 码垛任务；可靠性高，维护简单。 要求：按层码垛； 要求：按层码垛； 运动空间为三维，四自由度运动。 运动空间为三维，四自由度运动。

　　表4.1 直角坐标式机器人的优缺点对照表 优点 (1)结构简单 (1)结构简单 (2)容易编程 (2)容易编程 (3)采用直线滚动导轨后，速度高， (3)采用直线滚动导轨后 速度高， 采用直线滚动导轨后， 定位精度高 (4)在X、Y和Z坐标轴方向上的运 (4)在 动没有耦合作用， 动没有耦合作用，对控制系统设 计相对容易些。 计相对容易些。 缺点 (1)导轨面的防护比较困难，不能 (1)导轨面的防护比较困难， 导轨面的防护比较困难 像转动关节的轴承那样密封得很 好 (2)导轨的支撑结构增加了机器人 (2)导轨的支撑结构增加了机器人 的重量，并减少的有效工作范围。 的重量，并减少的有效工作范围。 (3)为了减少摩擦需要很长的直线)为了减少摩擦需要很长的直线 滚动导轨，价格高。 滚动导轨，价格高。 (4)结构尺寸与有效工作范围相比 (4)结构尺寸与有效工作范围相比 显得庞大 (5)移动部件的惯量比较大，增加 (5)移动部件的惯量比较大 移动部件的惯量比较大， 了驱动装置的尺寸和能量消耗。 了驱动装置的尺寸和能量消耗。

　　驱动源通过远距离机械传动装置与关节相连。 驱动源通过远距离机械传动装置与关节相连。

　　驱动源经一个速比大于1的机械传动装置与关节相连。 驱动源经一个速比大于 的机械传动装置与关节相连。 的机械传动装置与关节相连

　　行程： 方向 方向2200mm, Y方向 方向1500mm, Z方向 方向1200mm, 水平旋转：-900 水平旋转： 行程：X方向 方向 方向 能够和生产线融为一体，有良好的通讯。 能够和生产线融为一体，有良好的通讯。 最大负载重量为150Kg，额定负载125Kg。层与层间成 度角交叉排放。 ，额定负载 度角交叉排放。 最大负载重量为 。层与层间成90度角交叉排放 每垛共九层，垛高 每垛共九层，垛高1000mm。 。 最快码垛速度为1000mm/s，平均速度为 ，平均速度为500mm/s。 最快码垛速度为 。 码垛精度：1mm 码垛精度：

　　肘关节和肩关节轴线是平行的，当大、 ①肘关节和肩关节轴线是平行的，当大、小臂舒展成一直线时虽能 抵达很远的工作点，但机器人的结构刚度比较低； 抵达很远的工作点，但机器人的结构刚度比较低； 机器人手部在工作范围边界上工作时有运动学上的退化行为。 ②机器人手部在工作范围边界上工作时有运动学上的退化行为。

　　放大、旋转、特征提取、将扫描结果打印或上传给上位机、 放大、旋转、特征提取、将扫描结果打印或上传给上位机、位置标记 等。 6、机器人组成： 该机器人由安装架及显示器工作台、机器人定位系统、伺服驱动系统、末 、机器人组成： 该机器人由安装架及显示器工作台、机器人定位系统、伺服驱动系统、 端检测设备（相机）、控制系统等组成。 端检测设备（相机）、控制系统等组成。 ）、控制系统等组成

　　§ 4.1 工业机器人总体设计 § 4.2 工业机器人传动部件设计 § 4.3 臂部设计 § 4.4 手腕设计 § 4.5 手部设计 § 4.6 机身及行走机构设计

　　第4章 工业机器人机械系统设计 章 3、球面坐标式机器人 、 主体结构有三个自由度，绕垂直轴线（机身）、水 主体结构有三个自由度，绕垂直轴线（机身）、水 ）、 平轴线（回转关节）的转动及手臂的伸缩。 平轴线（回转关节）的转动及手臂的伸缩。

　　第4章 工业机器人机械系统设计 章 4、关节坐标式机器人 、 主体结构的三个自由度腰转关节、肩关节、 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，手腕的三个自由度上的转动关节（ 全部是转动关节，手腕的三个自由度上的转动关节（俯 仰、偏转和翻转）用来确定末端操作器的姿态，大约占 偏转和翻转）用来确定末端操作器的姿态， 工业机器人总数的25%左右。 左右。 工业机器人总数的 左右

　　2、圆柱坐标式机器人 、 主体结构具有三个自由度：腰转，升降，手臂伸缩。 主体结构具有三个自由度：腰转，升降，手臂伸缩。 手腕采用2个自由度 手腕采用 个自由度 绕手臂纵向轴线转动 与其垂直的水平轴线 圆柱坐标式机器人 示意图

　　若手腕采用3个自由度，则机器人自由度数目达到6个，但手 若手腕采用 个自由度，则机器人自由度数目达到 个 个自由度 腕上的某个自由度将与主体上的回转自由度有部分重复。 腕上的某个自由度将与主体上的回转自由度有部分重复。此类机 器人大约占工业机器人总数的47%左右。 左右。 器人大约占工业机器人总数的 左右

　　直角坐标机器人用途 大型多工序生产现场的各环节自动化衔接, 直角坐标机器人用途: 大型多工序生产现场的各环节自动化衔接 用途 物流设备、搬运码跺设备 如 食品行业 化妆品行业、电子设备、 食品行业、 物流设备、搬运码跺设备(如:食品行业、化妆品行业、电子设备、各 种零部件)、涂料设备、点胶设备、无损检测设备、视觉检测设备、 种零部件 、涂料设备、点胶设备、无损检测设备、视觉检测设备、贴 标设备、激光加工行业、焊接设备、跟踪模拟设备 军工 军工)以及一些军 标设备、激光加工行业、焊接设备、跟踪模拟设备(军工 以及一些军 品制造和防爆场合. 品制造和防爆场合

　　应用案例三： 应用案例三：三坐标壁挂机器人对液晶显示 器的检测 工作要求： 工作要求：

　　1、采用视觉系统对地上显示器进行检测。 、采用视觉系统对地上显示器进行检测。 2、检测范围： X ， Y ， Z 轴的有效行程分别为 、检测范围： 2500mm ，600mm 和 400mm 。在 Z 轴下端装配 可旋 转视觉像机。相机可旋转。 转视觉像机。相机可旋转。 3、 工件形状： 工件为电脑液晶显示器，该显示器有大 、 工件形状： 工件为电脑液晶显示器， 有小，工作台每次安装 个显示器 以备检测。 个显示器， 有小，工作台每次安装10个显示器，以备检测。 4、 定位精度及分辨率： 重复定位度为±0.025mm,系 、 定位精度及分辨率： 重复定位度为± 系 统分辨率0.01 mm 统分辨率 5、控制系统： 系统要求能够对检测数据要进行分析处 、控制系统： 理，包括显示出探伤扫描图像、滤波、增强、 包括显示出探伤扫描图像、滤波、增强、

　　第4章 工业机器人机械系统设计 章 传动方式的选择 二、 传动方式的选择

　　传动方式选择是选择驱动源及传动装置与关节部件的连接形式和驱 传动方式选择是选择驱动源及传动装置与关节部件的连接形式和驱 动方式。 动方式。 1、直接连接传动 、

　　驱动电机（或带有传动装置）直接与关节相连。 驱动电机（或带有传动装置）直接与关节相连。

　　第4章 工业机器人机械系统设计 章 关节坐标式机器人的优点： 关节坐标式机器人的优点：

　　结构紧凑， ①结构紧凑，工作范围大而安装占地面积小 具有很高的可达性。 ②具有很高的可达性。 转动关节易于封闭，由于轴承件是大量生产的标准件，则摩擦小、 ③转动关节易于封闭，由于轴承件是大量生产的标准件，则摩擦小、 惯量小、可靠性好。 惯量小、可靠性好。 所需关节驱动力矩小，能量消耗较少。 ④所需关节驱动力矩小，能量消耗较少。

　　直角坐标机器人定义 直角坐标机器人定义: 定义 以单维直线运动单位为基 搭建出空间多自由度、 础,搭建出空间多自由度、 搭建出空间多自由度 多方向的运动机构,通常采 多方向的运动机构 通常采 用伺服驱动,可实现空间各 用伺服驱动 可实现空间各 方向直线运动的插补联动 及配合运动. 及配合运动