湖南科技大学本科生毕业设计

α（转动组件-结构形式2） 270 5.角位移速度范围,（°）/s

A，B及C 1.36～120

α 90 6.X或Z线位移速度范围,m/s 0.008～0.5 7.最大绝对定位误差，mm 0.5 8.手臂最大伸距，mm 630

9.夹紧力，N 360～500 10.负载零件尺寸范围，mm

按外径 20～150 按内径 38～168 11.重量，kg 110 驱动方式：电机或者气动 安装方式：挂壁

动作类型：垂直多关节型

2.3 工业机器人的驱动方式选择

现代工业机器人只有三种驱动方式：气动驱动、液压驱动和电机驱动。他们的不同特点及使用范围如表所示：

表2.1 驱动方式的分类表

驱动类型

气动

适合小功率传动，可达较高速度，但高速时

传动性能

有冲击，气体具有可压缩性，阻尼效果差，故平稳性较差。 控制调节环节较简单，高速时要设置缓冲

控制性能

或者制动装置，低速不易控制，速度位置控制难以达到精确值，一般不能用于伺服控制。

快速响应性能

较高

很高

控制调节环节较简单，在高、低速下都可将位置、速度控制到精确值，常用伺服控制。

液压

适合中、大功率传动传动平稳、无冲击，可达较高速度，液体不可压缩，故响应性能良好。

电动

适合中、小功率传动，传动平稳、灵活、速度快。

直流伺服电机控制较简单，交流伺服电机控制较复杂，速度、位置都可控制到精确值，常用于伺服控制。

很高

- 9 -

湖南科技大学本科生毕业设计

0.3（节流调速）至0.6（容积调速） 防爆性能好，液压油

安全性能

防爆型能好

泄漏后有发生火灾的危险

执行机构（直线气缸、气压马达）可做成独立的标准件，易实现直接

结构性能

驱动；压力小（一般小于1Mpa），输出力小；密封问题不突出，泄漏对环境无污染，需要气压供给系统。

执行机构（直线缸、摆动缸）可做成独立的标准部件，易实现直接

电机是标准件，结构性能好，除特殊电机（直

效率 0.15 0.5

交流电机防爆性能好，直流电机电刷产生火花，不防爆

驱动；相同输出条件下，接驱动电机、大力矩电体积小、重量轻、惯性小；密封间隙很重要，泄漏影响工作性能和污染环境；需要油源占地面积大。

安装维护要求高，温

机）外；电机都要减速器，不能直接驱动，加减速器后体积、惯量变大。

安装要求不太高，能度升高时，油液粘度降在高温、多粉尘条件下

安装维护

工作；无发热、爆炸、

低，影响工作性能，需要冷却装置；油液要定

安装要求随传动方式而异无管路系统，维护方面；对直流电机要求定时调整、更换电刷及注意防爆问题。

火灾等问题；维护简单；期过滤、更换；密封件要求过滤水分及注意系

要定期更换；油液的泄

统润滑、防锈等问题。 漏影响工作性能，易发

生火灾。

成本

低

适用于小载荷（200N左右）的有限点位控制

应用

的上下料（搬运）机器人，如冲床上的快道上下料；手爪上应用尤其广泛。

高

适用于重负荷（1000N）的搬运、点焊等机器人，以及连续轨迹伺服控制喷漆机器人（具有防爆性能）等。

高

适用于中小符合（几十牛顿到几千牛顿）的搬运、焊接、喷漆（限交流电机）、装配、涂胶等各种伺服型机器人。

机器人驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求有： （1）驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高； （2）反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁的气动、止动，正、反转切换；

（3）驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小； （4）安全可靠；

- 10 -

湖南科技大学本科生毕业设计

（5）操作和维护方便；

本次毕业设计所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化，结构紧凑，具有很强的带负载能力，但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为了减小机构运动过程的冲击和振动，并且不降低控制精度，采用了齿形带传动。

齿形带传动是同步带的一种，用来传递平行轴间的运动或者将回转运动转换成直线运动，主要用于手臂、手腕、腰关节的传动。

齿形带传动与原理如图所示：

图2.2 齿形带传动原理图

齿形带传动运算公式为：

齿轮带的平均速度为：

va?z1.t.n1?z2.t.n2

i?n2z1? n1z2 （2.1）

（2.2）

根据任务书要求：设计手腕转动机构，机器人总体结构图，进行运动学分析。通过查上表分析易知在手臂转动，直线移动等机构中采用电动机驱动，在手腕转动机构中采用气动驱动方式，这样比较经济合理，降低了成本，并且达到设计要求。

- 11 -

湖南科技大学本科生毕业设计

2.4 工业机器人的运动学分析

2.4.1M10型工业机器人运动学简图：

图2.3 M10型工业机器人运动学简图

- 12 -