（图纸+论文）机床上下料机械手设计（全套完整）

.气动执行机构多数情况下使用气缸直线气缸或摆动气缸。

直线气缸分单动式和双动式两类。

除个别用单动式气缸外如手爪机构上用的，多数采用双动气缸。

为实现端部缓冲，要选用双向端点位置缓冲的气缸。

气缸的结构形式以及与机器人机构的连接方式如法兰连接，尾部铰接，前端或中间铰接，气缸杆的螺纹连接或铰接等由设计机器人时根据结构要求而定。

气缸的内径，行程大小可根据对机器人的运动分析和动力分析进行计算。

为了确保气缸的密封要求，同时又要尽量降低摩擦力，密封材料要选用橡胶和氟化塑料组合的密封环。

无接触感应式气缸目前在气动系统中已获得广泛的应用，这种气缸在活塞上装有永久磁铁的磁环，通过磁感应，使在气缸外面安装的非接触磁性接近开关动作发讯，进行位置检测。

除了直线气缸外，机器人中用得比较多还有有限角摆动气缸，这种摆动缸多用于手腕机构上。

.制动器气动机器人的定位问题很大程度上是如何实现停点的制动。

气缸活塞的运动速度容许达.，如果气缸以的速度计算，电磁气阀以较大关闭时间计，那么气缸活塞两个停点的距离约为，两个停点的步长应大于这个数值。

对于小流量的电磁气阀，吸合关闭时间较小，停点的步长也要相应缩短。

因此对机器人个单自由度而言，停点数目最多个。

为增加定位点数，除采用多位置气缸外可采用制动的方法还有反压制动，制动装置制动。

.限位器气动机器人各运动轴的制动和定位点到位发讯，可由编程器发指令，或由限位开关发讯。

根据要求和条件，如果选用无接触感应式气缸，其限位开关是无接触接近开关，这种开关的反映时间小于，在机器人中应用比较理想。

当气缸活塞运动到定位点时，为保证定位精度，需要将运动轴锁紧。

常用的限位机构是由电磁阀控制的气缸带动锁紧机构插锁，滑块等将机器人运动机构锁定。

再启动时，事先打开锁紧机构。

机器人电动驱动系统这些年来，针对机器人，数控机床等自动机械而开发的各种类型的伺服电动机及伺服驱动器的大量出现，为机器人驱动系统的更新创造了条件。

由于高起动力矩大转矩低惯量的交直流电机在机器人中的应用，因此般情况下，负重在以下的工业机器人大多数采用电动驱动系统。

其驱动原理方块图如下所示在机器人驱动系统中应用的电动机大致可分为如下类型小惯量永磁直流伺服电动机，有刷绕组永磁直流伺服电动机，大惯量永磁直流伺服电动机力矩电机，反应式步进电机，同步式交流伺服电动机，异步式交流伺服电动机。

速度传感器多数用的是测速发电机，位置传感器多数用光电编码器。

伺服电动机可与测速发电机光电编码器制动器减速器相结合，实现部分组合由几种组合或全部组合，形成伺服电动机驱动单元。

为了提高机器人的传动精度，国外近几年开发了直接驱动电动机，并将多级旋转变压器组合在起，这种旋转变压器每转可达万个脉冲，这种直接驱动的电机驱动电机在快速高精度定位的装配机器人中已经得到应用。

.机器人驱动系统电机的选择机器人的驱动系统电机的选择要根据机器人的用途功能结构特点，结合各类电机自身的特点性能结构特点以及性能价格比等综合考虑进行。

根据机器人各运动轴所计算的要求电机的转速负载额定力矩加减速特性额定功率加速功率等参数选择电机型号。

有关各类驱动电动机主要特点及性能结构特点用途及使用范围适用的驱动器见表表名称主要特点及性能结构特点用途及使用范围驱动器小惯量直流永磁伺服电动机电机的惯量小，理论加速度大，快速反应性好，低速性好，调速比可达范围，但低速输出力矩不大，转子直径小，惯量小适用于对快速性要求严格而负载力矩不大的场合直流伺服驱动器变压驱动器有刷绕组永磁直流伺服电动机转动惯量小，快速响应性能好转子无铁损，效率高换向性能好，寿命长负载波动对转速影响小，输出力矩平稳。

无铁心，具有轴向平面间隙可频繁起制动正反转工作，响应迅速，适用于机器人，数控等直流伺服驱动器，变压驱动器大惯量永磁直流伺服电动机输出力矩大，转矩波动小，机械特性硬度大，可以长时间工作在堵转条件下又称力矩电机，其转子较粗适用于驱动力矩较大的场合，因可不用齿轮传动，消除了齿轮间隙直流伺服驱动器，变压驱动器表续表反应步进电机将电脉冲信号直接转换成转角，转角与脉冲数成正比，输出力矩也较大电机转子无转租，由永磁体构成转子磁极用于数字系统中作为执行元件，如数控机床机器人开环控制直工业机器人驱动系统的选择原则设计机器人时，驱动系统的选择，要根据机器人的用途作业要求机器人的性能规范控制功能维护的复杂程度运行的功耗性价比以及现有的条件等综合因素加以考虑。

在注意各类驱动系统特点的基础上，综合上述各因素，充分论证其合理性可行性经济性及可靠性后进行最终的选择。

般情况下.物料搬运包括上下料使用的有限点位控制的程序控制机器人，重负荷的选择液压驱动系统，中等负荷的可选电机驱动系统，轻负荷的可选气动驱动系统。

冲压机器人多采用气动驱动系统。

.用于点焊和弧焊及喷涂作业的机器人，要求具有点位和轨迹控制功能，需采用伺服驱动系统。

只有采用液压或电动伺服系统才能满足要求。

点焊弧焊机器人多采用电动驱动系统。

重负荷的任意点位控制的点焊及搬运机器人选用液压驱动系统。

机器人液压驱动系统液压系统自年在世界上第台机器人中应用到现在，已在工业机器人中获得了广泛的应用。

目前，虽然在中等负荷以下的工业机器人中大量采用电机驱动系统，但是在简易经济型重型的工业机器人和喷涂机器人中采用液压系统的还仍然占有很大的比例。

液压系统在机器人中所起的作用是通过电液转换元件把控制信号进行功率放大，对液压动力机构进行方向位置和速度的控制，进而控制机器人手臂按给定的运动规律动作。

液压动力机构多数情况下采用直线液压缸或摆动马达，连续回转的液压马达用得很少。

在工业机器人中，中小功率的液压驱动系统用节流调速的为多，大功率的用容积调速系统。

节流调速系统，动态特性好，但是效率低。

容积调速系统，动态特性不如前者，但效率高。

机器人液压驱动系统包括程序控制和伺服控制两类。

.程序控制机器人的液压系统这类机器人属非伺服控制的机器人，在只有简单搬运作业功能的机器人中，常常采用简易的逻辑控制装置或可编程控制器对机器人实现有限点位的控制。

这类机器人的液压系统设计要重视以下方面液压缸设计在确保密封性的前提下，尽量选用橡胶与氟化塑料组合的密封件，以减小摩擦阻力，提高液压缸的寿命。

定位点的缓冲与制动因为机器人手臂的运动惯量比较大，在定位点前要加缓冲与制动机构或锁定装置。

对惯量比较大的运动轴的液压缸两侧最好加设安全保护回路，防止因碰撞过载而损坏机械结构。

液压源应该加蓄能器，以利于多运动轴同时动作或加速运动提供瞬时能量储备。

.伺服控制机器人的液压系统具有点位控制和连续轨迹控制功能的工业机器人，需要采用电液伺服驱动系统。

其电液转换和功率放大元件有电液伺服阀，电液比例阀，电液脉冲阀等。

由以上各类阀件与液压动力机构可组成电液伺服马达，电液伺服液压缸，电液步进马达，电液步进液压缸，液压回转伺服执行器等各种电液伺服动力机构。

根据结构设计的需要，电液伺服马达和电液伺服液压缸可以是分离式，也可以是组合成为体。

如果是分离式的连接方式，要尽量缩短连接管路，这样可以减少伺服阀到液压机构间的管道容积，以增大液压固有频率。

在机器人的驱动系统中，常用的电液伺服动力机构是电液伺服液压缸和电液伺服摆动马达，也可以用电液步进马达。

液压回转执行器是种由伺服电机，步进电机或比例电磁铁带动的个安放在摆动马达或连续回转马达转子内的个回转滑阀，通过机械反馈，驱动转子运动的种电液伺服机构。

它可安装在机器人手臂和手腕的关节上，实现直接驱动。

它既是关节机构，又是动力元件。

机器人气动驱动系统气动机器人采用压缩空气为动力源，般从工厂的压缩空气站引到机器人作业位置，也可以单独建立小型气源系统。

由于气动机器人具有气源使用方便不污染环境动作灵活迅速工作安全可靠操作维修简便以及适宜在恶劣环境下工作等特点，因此它在冲压加工注塑及压铸等有毒或高温条件下作业，机床上下料，仪表及轻工行业中小型零件的输送和自动装配等作业，食品包装及运输，电子产品输送自动插接，弹药生产自动化等方面获得大量应用。

气动驱动系统在多数情况下是用于实现两位式的或有限点位控制的中小机器人中的。

这类机器人多是圆柱坐标型和直角坐标型或二者的组合型结构个自由度负荷在以下速度重复定位精度为.。

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控制装置目前多数选用可编程控制器。

在易燃易爆的场合下可采用气动逻辑元件组成控制装置。

气动驱动系统大体由以下几部分组成。

.气源由总压缩空气站提供。

除直接驱动型机器人以外，机器人各联杆及各关节的运动都是由驱动器经过各种机械传动机构进行驱动的。

机器人所采用的传动机构与般机械的传动机构相类似。

常用的机械传动机构主要有螺旋传动齿轮传动同步带传动高速带传动等。

由于传动部件直接影响着机器人的精度稳定性和快速响应能力，因此，应设计和选择满足传动间隙小，精度高，低摩擦体积小重量轻运动平稳响应速度快传递转矩大谐振频率高以及与伺服电动机等其它环节的动态性能相匹配等要求的传动部件。

在设计机器人的传动机构时要注意以下问题.为了提高机器人的运动速度及控制精度，要求机器人各运动部件的重量要轻，惯量要小。

因此，机器人的传动机构要力求结构紧凑，重量轻，体积小。

.在传动链及运动副中要采用间隙调整机构，以减小反向空回所造成的运动误差。

.系统传动部件的静摩擦力应尽可能小，动摩擦力应是尽可能小的正斜率，若为负斜率则易产生爬行，精度降低，寿命减小。

因此，要采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如滚珠丝杠副滚动导向支承等。

.缩短传动链，提高传动与支承刚度，如用预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动和支承刚度采用大扭矩宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接，以减小中间传动机构丝杠的支承设计采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。

.选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力。

.缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙减少支承变形等措施。

.适当的阻尼比，机械零件产生共振时，系统的阻尼越大，最大振幅就越小，且衰减越快但大阻尼也会使系统的失动量和反转误差增大，稳态误差增大，精度降低。

故在设计时要使传动机构的阻尼合适。

工业机器人常用的传动机构形式.齿轮传动机构在机器人中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮，圆锥齿轮，谐波齿轮，摆线针轮及蜗轮蜗杆传动等。

机器人系统中齿轮传动设计的些问题齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择。

齿轮传动部件是转矩转速和转向的变换器用于伺服系统的齿轮减速器是个力矩变换器。

齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间的位移及转矩转速的匹配要求，其输入电动机为高转速，低转矩，而输出则为低转速，高转矩。

故齿轮传动系统要有足够的刚度，还要求其转动惯量尽量小，以便在获得同加速度时所需的转矩小，即在同驱动功率时，其加速度响应最大。

齿轮的啮合间隙会造成传动死区失动量，若该死区是闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常使系统产生低频振荡，因此要尽量采用齿侧间隙小，精度高的齿轮为尽量降低制造成本，要采用调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙，从而提高传动精度和系统的稳定性。

各级传动比的最佳分配原则。

当计算出传动比后，为使减速系统结构紧凑，满足动态性能和提高传动精度的要求，要对各级传动比进行合理的分配，原则如下．输出轴转角误差最小原则。

为了提高齿轮传动系统的运动精度，各级传动比应按“先小后大”的原则分配，以便降低齿轮的加工误差安装误差及回转误差对输出转角精度的影响。

设齿轮传动中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角误差为，则式中第个齿轮所具有的转角误差第个齿轮的转轴至级输出轴的传动比。

则四级齿轮传动系统的各级齿轮的转角误差.换算到末级输出轴上的总转角误差为由此可知总转角误差主要取决于最末级齿轮的转角误差和传动比的大小。

因此，在设计中最末两级的传