直角坐标机器人简述
作者：沈阳力拓自动化控制技术有限公司杨树彬
德国BAHR公司直角坐标机器人中国总代理
直角坐标机器人概念：工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度间成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。
根据对于这一概念的分析，我们作如下阐述：
一、直角坐标机器人的特点：
1、多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。
2、自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行。
3、一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。
4、灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。
5、高可靠性、高速度、高精度。
6、可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。
二、直角坐标机器人的应用：
因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种，便批量的柔性化作业，对于稳定，提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代期着十分重要的作用。
三、直角坐标机器人的分类：
1，按用途分：焊接机器人、码垛机器人、涂胶（点胶）机器人、检测（监测）机器人、分拣（分类）机器人、装配机器人、排爆机器人、医疗机器人、特种机器人等。
2，按结构形式分：壁挂（悬臂）机器人、龙门机器人、倒挂机器人等
3 ，按自由度分：两坐标机器人、三坐标机器人、四坐标机器人、五坐标机器人、六坐标机器人。
还有其他一些分法，这里就不一一介绍了。
四、直角坐标机器人核心元件——直线定位单元
为了降低直角坐标机器人的成本，缩短产品的研发周期，增加产品的可靠性、提高产品性能，在欧美的许多国家都已将直角坐标机器人模块化，而直线定位单元（系统）则是模块化的最典型的产品。
一个完整的定位单元（系统）由几部分组成
1，定位体型材：作为轨道的安装支撑部分，该型材不同于一般的框架型材，它要求非常高的直线度，平面度。
2，运动轨道：安装在定位体型材上，直接支撑运动的滑块。一个定位体型材（系统）上，可能安装一根运动轨道，也可能安装多根运动轨道，轨道的特性及数量直接影响定位单元（系统）的力学特性。组成定位系统的轨道种类很，通用的有直线滚珠轨道，直线圆柱钢轨道。 3，运动滑块：由负载安装板、轴承架、滚轮组（滚珠组）、除尘刷、润滑腔、密封盖组成。运动滑块与轨道通过滚轮或滚珠藕合在一起。实现运动的导向。
4，传动元件：通用的传动元件有同步带、齿形带、丝杠、滚珠丝杠、齿条、直线电机等。
5、轴承及轴承座：用于安装传动元件及驱动元。
五、直角坐标机器人驱动元件——电机驱动系统
直线定位单元（系统）之所以能够实现精确的运动定位，是由电机驱动系统决定的。
常用的驱动系统有：
交流/支流伺服电机驱动系统、步进电机驱动系统、直线伺服电机/直线步进电机驱动系统。每一个驱动系统都由电机和驱动器两部分组成。驱动器的作用是将弱电信号放大，将其加载在驱动电机的强电上，驱动电机。电机则是将电信号转化成精确的速度及角位移。
在要求高动态，高速运行状态、大功率驱动等场合多用交流/支流伺服电机系统作为驱动；在要求低动态，低速运行状态、小功率驱动等场合可用步进电机系统作为驱动；而在在要求极高动态，高速运行状态、高定位精度等场合才会用到直线伺服系统驱动。
六，直角坐标机器人的灵魂——控制器
为实现机器人的灵活多变的运动功能、迅速的反应处理功能，机器人必须要有一个大脑——控制器。
控制器的功能是指令源，它可以根据编号的程序时时发出控制指令、时刻接受反馈信号、时刻判断处理信息。
根据功能的不同，控制器可以有很多种：
1、工控机与运动控制卡的组合：运动控制卡借用计算机的资源，利用自身的运动控制功能实现控制。
2、脱机运动控制卡：借用计算机编好程序，可将程序自我存储，脱机运行。
3、PLC-借用计算机编好程序，可将程序自我存储，脱机运行。
4、专用控制器。
七，直角坐标机器人的终端设备——操作工具
直角坐标机器人的终端设备应用途不同，可以装配各种各样的操作工具：
如焊接机器人的终端操作工具是焊枪：码垛机器人终端操作工具是抓手；涂胶（点胶）机器人终端操作工具是胶枪、检测（监测）机器人终端操作工具是相机或激光。
多自由度直角坐标型码垛机器人本体结构设计 Body structure design of rectangular coordinate palletizing robot with the multi-degree freedom 学生姓名学号 所在学院班级 所在专业机械设计制造及其自动化 申请学位学士 指导教师职称 副指导教师职称 答辩时间
目录 设计总说明 ............................................................... I INTRODUCTION ............................................................ II 1 绪论 . (1) 1.1 码垛机器人的发展状况 (1) 1.2 研究目的及意义 (1) 2 课题内容及要求 (2) 2．1 研究目标、内容及拟解决的关键问题 (2) 2.2 参数要求 (2) 3 总体机构设计 (3) 3.1 机械抓手设计 (6) 3.1.1 方案选择 (6) 3.1.2 力学分析 (7) 3.1.3 气缸选择 (9) 3.2 丝杆螺母副的计算与选型 (9) 3.2.1 Z轴滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9) 3.2.2 x轴和y轴滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (12) 3.3 各轴驱动电机选型 (12) 3.3.1 Z旋转轴电机的选择 (13) 3.3.2 Z轴步进电机的计算与选型 (15) 3.3.3 x轴和y轴步进电机的选用 (17) 3.4 直线滚动导轨副的计算与选型 (18) 3.5 轴承的选用 (20) 3.5.1 Z旋转轴轴承的选用 (20) 3.5.2 Z轴滚珠丝杠下端单向推力球轴承的计算与选型 (20) 3.5.3 其他轴承的选用 (21) 3.6 锥齿轮传动的计算与选型 (23) 4 总体支架的受力分析 (25) 总结 (29) 鸣谢 (30) 参考文献 (31)
直角坐标机器人结构设计 摘要 随着现代工业的不断发展，不但使传统工业的生产发生了根本性的变化，而且也对人类社会的生产产生了重大的影响。机器人作为现代工业生产的一种工具，不仅大大的提高了生产力，而且把人从各种生产环境中解放出来。目前，许多国家的工业机器人技术得到很好的发展，我国也在进行深入的研究和开发。本文主要是设计一个搬运工件的直角坐标机器人，它可以应用在自动化生产线上与人工相比具有速度快、定位精度准确的特点，具有很强的实用性能。作为直角坐标机器人结构设计，本文用了第二、三、四章详细阐述了设计过程，第五章简要介绍了机器人的控制部分，第六对机器人进行了效果分析，并总结了直角坐标机器人的特点。设计不拘泥于常规，使产品具有更广阔的发展空间，必将成为机器人的发展趋势。
Cartesian Robot Design Abstract With the continuous development of modern industry,not only the production of traditional industries has undergone a fundamental change, but also the production of human society has had a major impact. Robot as a tool of modern industrial production, not only greatly increase the productivity and the production environment from a variety of liberation. Currently, many countries have very good industrial robot technology development, China is also in-depth research and development. Porters of this paper is to design a piece of the Cartesian coordinate robot, which can be used in automated production lines and artificial compared to fast, accurate positioning accuracy characteristics,with strong practical performance.As the design of the right-angle coordinate robot,the text uses the second the third and the forth chapters to say the process of the design.The five chapter briefly describes some of the robot's control. The sixth chapters carried out effectiveness analysis and summarizes the characteristics of a Cartesian coordinate robot.The design makes the products have much more development,which must be the current of robot's development. Key words: Straight line Cartesian coordinate Structure
机器人的结构形式及各类结构的特点 摘要：如今机器人已被广泛应用于机械、印刷机械、汽车工业、食品生产工业、药品生产工业、电子工业、机器制造业和化妆品生产等行业，不同领域因其需要的多样性和特殊性，也导致机器人在结构形式上存在多样性和特殊性。 关键字：结构形式，结构坐标系 2011302590173 刘亚辉 遥感信息工程学院
一、引言 机器人按ISO 8373定义为：位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、多功能多用处、末端操作器的位置要在3个或3个以上自由度内可编程的工业自动化设备。这里自由度就是指可运动或转动的轴。工业机器人按其结构形式及编程坐标系主要分类为关节型机器人、移动机器人、水下机器人和直角坐标机器人等。按主要功能特征及应用分为移动机器人、水下机器人、洁净机器人、直角坐标机器人、焊接机器人、手术机器人和军用机器人等。机器人学涉及到机器人结构，机器人视觉，机器人运动规划，机器人传感器，机器人通讯和人工智能等许多方面，不同用处的机器人涉及到不同的学科，下面仅对这些机器人的结构和应用进行简单介绍。 机器人按照结构坐标系特点方式分类可分为：直角坐标机器人，圆柱坐标型机器人，极坐标机器人，多关节机器人等。 机器人按照机身结构特点可分为：升降回转型机身结构，俯仰型机身结构，直移型机身结构，类人机器人机身结构等。 二、各种结构坐标系 1、直角坐标系机器人 直角坐标型机器人结构如图所示，它主要是以直线运动轴为主，各个运动轴通常对应直角坐标系中的X轴，Y轴和Z轴，一般X轴和Y轴是水平面内运动轴，Z轴是上下运动轴。在一些应用中Z轴上带有一个旋转轴，或带有一个摆动轴和一个旋转轴。在绝大多数情况下直角坐标机器人的各个直线运动轴间的夹角为直角。 直角坐标型机械手可以在三个互相垂直的方向上作直线伸缩运动，这类机械手各个方向的运动是独立的，计算和控制比较方便，但占地面积大，限于特定的应用场合，有较多的局限性。 2、圆柱坐标机器人 圆柱坐标型机器人的结构如下图所示，R、θ和x为坐标系的三个坐标，其中R、是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。如果机器人手臂的径向坐标R保持不变，机器人手臂的运动将形成一个圆柱表面。
直角坐标机器人 直角坐标机器人主要由一些直线运动单元，驱动电机，控制系统和末端操作器组成。针对不同的应用，可以方便快速组合成不同维数，各种行程和不同带载能力的壁挂式、悬臂式、龙门式或倒挂式等各种形式的直角坐标机器人。从简单的二维机器人到复杂的五维机器人就有上百种结构形式的成功应用案例。从食品生产到汽车装配等各行各业的自动化生产线中，都有各式各样的直角坐标机器人和其它设备共同严格同步协调的工作。可以说直角坐标机器人几乎能胜任所有的工业自动化任务。下面是其主要特点： 1任意组合成各种结构样式，带载能力和尺寸的机器人， 2采用多根直线运动单元级连和齿轮齿条传动，可以形成几十米的超大行程机器人。 3采用多根直线运动单元平连及各带多滑块结构时其负载能力可增加到数吨。 4 其最大运行速度可达到每秒8米，加速度可达到每秒4米。 5 重复定位精度可达到0.05mm~0.01mm。 6 采用带有RTCP功能的五轴或五轴以上数控系统能完成非常复杂轨迹的工作。 直角坐标机器人的选型 1 使用要求分析 对于选型的人员首先要有物理运动学基础，材料力学基础，伺服驱动使用和数控系统的应用经验，但最主要是把问题和要求等介绍很清楚。对于简单任务和有经验的工程师通过电话和邮件就可以沟通好，而对复杂的任务要到现场双方共同分析和制定任务描述，给出具体合理的要求。下面是主要的数据和信息： 机器人的工作任务， 手抓和负载的总重量， 一个完整的工作周期是多少秒，可能分解成的子运动及对应的时间， 运动和取抓过程中与其它设备的同步/握手要求， 各个运动轴的有效运动长度及允许的最大运行速度， 机器人工作周围空间上的限制， 使用环境有粉末，高温，湿度等特殊防护要求， 2 机器人结构形式选择 根据前面“使用要求分析”中获得的信息资料来选择机器人的结构形式。原则上尽可能选择龙门式直角坐标机器人，但有时受工作空间限制必须选择悬臂式。在食品搬运和玻璃切割等项目中会产生大量粉末,伤害运动轴里面的导轨，此时最好采用吊挂式机器人。有时根据负载及运动距离和空间限制必须选用挂臂式。根据机器人的工作任务来确定负载的运动位置精度要求，要考虑减速时晃动产生的位置误差。根据机器人的工作任务及其工作空间上的限制来确定运动轴数量及各自运动行程。 3 规划运动轨迹及计算运动速度 根据机器人的工作任务和空间限制来规划运动轨迹。尽可能减少运动距离，对工作周期要求严的应用要尽可能运用多轴同时运动来减少运动时间和降低运动速度。抓取负载后运动速度要低，空载返回原始点时要快。负载大时加速度和减速度要小，尽可能避免产生巨大的冲击力。根据上面的原则给出各段运动的速度，加速度和减速度。各个运动段间尽可能平稳变速以保证工作周期,减少冲击力和运行噪音。在运动速度分配时要充分考虑各个运动过程与其它设备间的同步协调时间，而且规划的运动时间要比用户要求的时间短些。 4 受力分析 根据速度分析得出各个轴的最大加速度和减速度。然后再计算出多轴同时运动时产生的合成最大减速度。选择独立运动的减速度和同时运动时合成减速度二者中大的减速度，根据这个
沈阳工程学院 课程设计 设计题目：三自由度微型直角坐标工业机器人模型设计 中文摘要 直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。 大型的直角坐标机器人也称桁架机器人或龙门式机器人是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。近年来随着工业机器人的不断发展，工业机器人不断在工业领域得到广泛的应用，尤其是结构简单的直角坐标机器人，本次设计我主要是对三自由度的直角坐标机器人进行设计，完成一个大概的设计，在设计中我采用了各种光电传感器，还采用了C8051F系列单片机作为本次设计的主控芯片,各种算法的实现就是使用这款芯片实现的。随着直角坐标机器人的应用越来越广泛，直角坐标机器人的设计工作日益显得重要。成功的设计一台直角坐标机器人涉及到很多方面的工作，包括机械结构、动力驱动、伺服控制等等。 关键词：三自由度直角坐标机器人单片机硬件软件 - I -
目录 中文摘要...................................................................................................................................................... I 目录 .................................................................................................................................................................. I I 1设计任务描述.. (1) 2 设计思路 (2) 2.1系统总体结构的设计 (2) 2.2系统各环节设计 (2) 3 设计方框图 (3) 4 直角坐标机器人的硬件设计 (4) 4.1单片机最小系统电路设计............................................................................. 错误!未定义书签。 4.2单片机稳压电源设计...................................................................................... 错误!未定义书签。 4.3直流电机驱动设计 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 4.4步进电机驱动设计 (6) 4.5机械结构部分 (7) 4.6传感器选择 (8) 5直角坐标机器人的控制设计 (10) 5.1 示教再现功能 (10) 5.2运动控制功能 (10) 6 主要元器件介绍 (11) 7 小结 (12) 8 致谢 (13) 9.参考文献 (14) 附录 (15) - II -
中南大学直角坐标机器人用户手册
目录第一章概述 一、机械部分 二、驱动部分 三、控制系统 第二章设备操作流程 一、设备操作流程 二、常用人机界面说明 第三章驱动器参数设置及报警显示 一、驱动器参数设置 二、报警显示及处理 第四章异常情况及处理 第五章附件 码垛机器人易损件清单
第一章概述 BAHR直角机器人实验平台是基于德国BAHR公司的直角坐标机器人定位系统开发的专门进行各种搬运码垛的自动化设备。该设备主要有以下几个特点： 1、运行过程平稳，无冲击； 2、运行速度快，加减速过程平稳； 3、搬运载荷大，过载能力强； 4、实时通讯，灵活性强； 5、定位精确，采用伺服系统驱动； 6、自动化程度高，PLC运动控制； 7、通过触摸屏操作，简单易用。 BAHR码垛机器人系统主要由BAHR直线定位系统及相关机械结构连接件、数字伺服驱动系统（包括伺服驱动器及伺服电机）、三菱PLC运动控制及相关模块、三菱触摸屏操作四个部分组成。 一、机械部分： BAHR码垛机器人系统的机械核心部件是德国BAHR公司生产的同步齿型带驱动直线定位单元。根据码垛需要的情况，我们将整个运动过程分为X方向运动、Y方向运动，Z方向运动。关于德国BAHR直线定位系统的详细技术指标和结构性能请参考相关说明资料《BAHR直线定位系统选型手册》。 1、X轴定位单元： X轴定位系统单元由两根QLZ60系列定位系统组成，其中一根为同步带驱动的主定位系统，另一根是由同步轴连接辅助定位系统，具体技术指标如下： 1）、主定位系统： 型号：QLZ60 长度：1580㎜
运动行程：1300㎜ 滑块长度：152㎜ 同步带规格：5M25 2）、辅助定位系统： 型号：QLZ60 长度：1580㎜ 运动行程：1300㎜ 滑块长度：152㎜ 同步带规格：5M25 2．Y轴定位单元： Y轴定位单元由一根ELZ60系列定位系统组成， 型号：ELZ60 长度：1290㎜ 运动行程：1000㎜ 滑块长度：170㎜ 3、Z轴定位单元： Z轴定位单元由一根EGT40系列定位系统组成， 型号：EGT40 长度：870㎜ 运动行程：700㎜ 滑块长度：118㎜ 3、定位单元的连接： Y轴定位单元和Z轴定位单元之间由法兰机构规格尺寸可参考相关图纸。
机械手的设计要求 机械手总体结构的类型 工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。 1.直角坐标机器人结构 直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的.由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（μm级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。 直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。 2.圆柱坐标机器人结构 圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。 3. 球坐标机器人结构 球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。 4. 关节型机器人结构 关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这
种类型的机器人。 手臂的设计要求 机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则； 1.应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。 2.机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。 3.为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。目前，在国外，也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。碳纤维复合材料抗拉强度高，抗振性好，比重小（其比重相当于钢的1/4，相当于铝合金的2/3），但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故还未能在生产实际中推广应用。目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。在保证所需强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。 4.机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。 5.机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机器人的手臂时，应尽可能利用在机器人上安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。 6.机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。 腰座结构的设计要求
机器人的结构形式及各类结构的特点
机器人的结构形式及各类结构的特点 摘要：如今机器人已被广泛应用于机械、印刷机械、汽车工业、食 品生产工业、药品生产工业、电子工业、机器制造业和化妆品生产 等行业，不同领域因其需要的多样性和特殊性，也导致机器人在结 构形式上存在多样性和特殊性。 关键字：结构形式，结构坐标系 2011302590173 刘亚辉 遥感信息工程学院
一、引言 机器人按ISO 8373定义为：位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、多功能多用处、末端操作器的位置要在3个或3个以上自由度内可编程的工业自动化设备。这里自由度就是指可运动或转动的轴。工业机器人按其结构形式及编程坐标系主要分类为关节型机器人、移动机器人、水下机器人和直角坐标机器人等。按主要功能特征及应用分为移动机器人、水下机器人、洁净机器人、直角坐标机器人、焊接机器人、手术机器人和军用机器人等。机器人学涉及到机器人结构，机器人视觉，机器人运动规划，机器人传感器，机器人通讯和人工智能等许多方面，不同用处的机器人涉及到不同的学科，下面仅对这些机器人的结构和应用进行简单介绍。 机器人按照结构坐标系特点方式分类可分为：直角坐标机器人，圆柱坐标型机器人，极坐标机器人，多关节机器人等。 机器人按照机身结构特点可分为：升降回转型机身结构，俯仰型机身结构，直移型机身结构，类人机器人机身结构等。 二、各种结构坐标系 1、直角坐标系机器人 直角坐标型机器人结构如图所示，它主要是以直线运动轴为主，各个运动轴通常对应直角坐标系中的X轴，Y轴和Z轴，一般X轴和Y轴是水平面内运动轴，Z轴是上下运动轴。在一些应用中Z轴上带有一个旋转轴，或带有一个
直角坐标机器人简述 作者：沈阳力拓自动化控制技术有限公司杨树彬 德国BAHR公司直角坐标机器人中国总代理 直角坐标机器人概念：工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度间成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。 根据对于这一概念的分析，我们作如下阐述： 一、直角坐标机器人的特点： 1、多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。 2、自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行。 3、一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。 4、灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 5、高可靠性、高速度、高精度。 6、可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。 二、直角坐标机器人的应用： 因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种，便批量的柔性化作业，对于稳定，提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代期着十分重要的作用。 三、直角坐标机器人的分类： 1，按用途分：焊接机器人、码垛机器人、涂胶（点胶）机器人、检测（监测）机器人、分拣（分类）机器人、装配机器人、排爆机器人、医疗机器人、特种机器人等。 2，按结构形式分：壁挂（悬臂）机器人、龙门机器人、倒挂机器人等 3 ，按自由度分：两坐标机器人、三坐标机器人、四坐标机器人、五坐标机器人、六坐标机器人。 还有其他一些分法，这里就不一一介绍了。 四、直角坐标机器人核心元件——直线定位单元 为了降低直角坐标机器人的成本，缩短产品的研发周期，增加产品的可靠性、提高产品性能，在欧美的许多国家都已将直角坐标机器人模块化，而直线定位单元（系统）则是模块化的最典型的产品。 一个完整的定位单元（系统）由几部分组成 1，定位体型材：作为轨道的安装支撑部分，该型材不同于一般的框架型材，它要求非常高的直线度，平面度。 2，运动轨道：安装在定位体型材上，直接支撑运动的滑块。一个定位体型材（系统）上，可能安装一根运动轨道，也可能安装多根运动轨道，轨道的特性及数量直接影响定位单元（系统）的力学特性。组成定位系统的轨道种类很，通用的有直线滚珠轨道，直线圆柱钢轨道。 3，运动滑块：由负载安装板、轴承架、滚轮组（滚珠组）、除尘刷、润滑腔、密封盖组成。运动滑块与轨道通过滚轮或滚珠藕合在一起。实现运动的导向。 4，传动元件：通用的传动元件有同步带、齿形带、丝杠、滚珠丝杠、齿条、直线电机等。 5、轴承及轴承座：用于安装传动元件及驱动元。 五、直角坐标机器人驱动元件——电机驱动系统 直线定位单元（系统）之所以能够实现精确的运动定位，是由电机驱动系统决定的。
直角坐标机器人与关节机器人对比分析 摘要：主要介绍直角坐标机器人和关节机器人的特性，以及两种机器人的应用对比。 关键字：直角坐标机器人关节机器人 前言：现今工业机器人主要分两大类——直角坐标机器人和关节机器人，这两类机器人均适合用于诸多工业领域的机械自动化作业，比如，自动装配、喷漆、搬运码垛、焊接等工作。沈阳莱机机电多年从事机器人事业，本文是结合沈阳莱茵机电的经验及知识来主要介绍直角坐标机器人和关节机器人的特性，以及两种机器人的应用对比。这些对比分析来自我们的经验及认识，有其局限性，不充分，仅供朋友们参考。 一、直角坐标机器人 1、概念： 基于空间XYZ直角坐标系编程、有三轴及以上自由度，能够实现自动控制、可重复编程反复应用，适合不同任务的自动化设备。 它能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。 2、特点： 1）任意组合成各种样式，形成两轴到六轴不同结构形式。 2）超大行程：单根最多长度是6米，但可以多根方便地级连成超大行程，例如50米长。 3）负载能力强：通常是到200公斤，但当采用多根多滑块结构时其负载能力可增加到数吨。 4）高动态特性：轻负载时其最高运行速度每秒8米，加速度每秒5米。 5）高精度：重复定位精度可达到0.05mm～0.01mm。 6）扩展能力强：可以方便改变结构或通过编程来适合新的应用。 7）简单经济：编程简单类同数控铣床，易培训员工和维修，使其具有非常好的经济性。 8）寿命长：直角坐标机器人的寿命一般是10年以上，维护好可达40年。 9) 应用范围广：可以方便地装配多种形式和尺寸的手爪，可以胜任许多常见的工作，如焊接、切割，搬运、上下料、包装、码垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码和喷涂等任务。 图1是一个典型的3D直角坐标机器人，它由X轴,Y轴,Z轴及驱动电机组成。此外一个完整的机器人系统还需要控制系统和手抓 二、关节机器人 1、概念： 也称关节手臂机器人或关节机械手臂，有很高的灵活度，通常5~6轴，适合于几乎任何轨迹或角度的工作。
第一章绪论 1.1工业机器人研究的目的和意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统( FMS) 、自动化工厂( FA) 、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而且保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及的过程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 1.驱动方式的改变 20世纪70年代后期，日本安川电动机公司研制开发出了第一台全电动的工业机器人，而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动的机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液压驱动的机器人，成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、R V减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 2.信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人各个关节的驱动电动机的运动而实现
楼渊：四自由度圆柱坐标机器人设计 的。为了使机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算，并在此基础上向机器人的各个关节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，C P U的计算能力有了很大提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制20多个关节。机器人控制器性能的提高也进一步促进了工业机器人本身性能的提高，并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展，已经出现了多台机器人通过网络共享信息，并在此基础上进行协调控制的技术趋势。 3.传感器技术的发展 机器人技术发展初期，工业机器人只具备检测自身位置、角度和速度的内部传感器。近年来，随着信息处理技术和传感器技术的迅速发展，触觉、力觉、视觉等外部传感器已经在工业机器人中得到广泛应用。各种新型传感器的使用不但提高了工业机器人的智能程度，也进一步拓宽了工业机器人的应用范围。 1.2工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中。极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量的应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据所应用场合的不同以及对工件夹持的特殊要求，采取了多种形式的机械结构来完成对工件的夹紧和防止工件脱落的锁紧措施。在针对同样的目标任务，采取多种运动方式相结合的方式来达到预定的目的。驱动方面采用了一台工业机器人多种驱动方式的情况，有液压驱动，气压驱动，步进电机驱动，伺服电机驱动等等。愈来愈多的搬运机器人是采用混合驱动系统的，这样能够更好的发挥各驱动方式的优点，避免缺点。并且在它的控制精度方面和搬运效率方面有了很大的提高。在搬运机械手的控制方面，出现了多种控制方式。如：由原始的电控的机械手，
Cartesian Robot Design Abstract With the continuous development of modern industry,not only the production of traditional industries has undergone a fundamental change, but also the production of human society has had a major impact. Robot as a tool of modern industrial production, not only greatly increase the productivity and the production environment from a variety of liberation. Currently, many countries have very good industrial robot technology development, China is also in-depth research and development. Porters of this paper is to design a piece of the Cartesian coordinate robot, which can be used in automated production lines and artificial compared to fast, accurate positioning accuracy characteristics,with strong practical performance.As the design of the right-angle coordinate robot,the text uses the second the third and the forth chapters to say the process of the design.The five chapter briefly describes some of the robot's control. The sixth chapters carried out effectiveness analysis and summarizes the characteristics of a Cartesian coordinate robot.The design makes the products have much more development,which must be the current of robot's development. Key words: Straight line Cartesian coordinate Structure
直角坐标机器人 ROBOSTAR公司十多年来出厂的数千台各种专用机器人及生产线全部在正常工作，深受现代，三星，通用和LG、万都、SVA、天马公司等各行业用户的厚爱。 ROBOSTAR公司导轨机器人可以实现5m/s的高速运行动作,重复定位精度可达0.05mm,最大的负载能力为120KG的高性能指标.如果装备焊枪、各种通用手抓或专用工具。它可按需要在定义好的3D空间内可靠、精确和快速地定位，沿直线或圆弧插补运动。完成焊接、搬运和上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂等一系列工作。同时我公司提供与之配套的电机，减速机和控制系统。 线性导轨 线性导轨由精制铝型材、齿型带、直线滑动导轨和伺服电机等组成。作为运动框架和载体的精制铝型材其截面形状通过有限元分析法来优化设计，生产中的精益求精确保其强度和直线度。采用轴承光杠和直线滑动导轨作为运动导轨。运动传动机构采用齿型带，齿条或滚珠丝杠。各种导轨在各行业中经多年大量实用和不断完善使其在可靠性、降噪音、承载力、免维护等方面及整体性能均达到世界最优。 a) 龙门式导轨 导轨固定在一水平面上，滑块运动，电机不动，用于长距离运动。标准行程5600mm、特殊可达12米、负载1～90公斤、定位精度0.05mm、运行速度5米/秒。 b) 抓取式导轨 电机和滑块固定在一平面上，导轨运动，其导轨标准长度可达500mm。垂直进入工作空间，用于货物的抓取，搬运。 c) 望远镜式导轨 轻型导轨属于抓取式导轨，但其自身重量轻，适合特殊工作要求。 d) 轻型导轨电机固定在一平面上，滑块和导轨同时运动，其特点是运动快，体积小，运动长度增加一倍。进入工作空间，然后全部返回，用于货物的抓取，搬运。 二维、三维导轨机器人 二维、三维机器人，有龙门式和挂壁式等安装方式，其工作空间（最大8×8m），工作速度(最快5m/s)，载荷大小和手爪方式可选。此产品广泛适用于包装机械、印刷机械、汽车工业、食品生产工业、药品生产工业、电子工业、机器制造业和化妆品生产等行业。
直角坐标机器人的设计方法 直角坐标机器人概念： 工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。 典型直角坐标机器人图一 直角坐标机器人的特点： 1、自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角； 2、自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行； 3、一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。 4、灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 5、高可靠性、高速度、高精度。 6、可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。 直角坐标机器人的应用： 因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种、便批量的柔性化作业，对于稳定提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 直角坐标机器人的应用图二
随着直角坐标机器人的应用越来越广泛，直角坐标机器人的设计工作日益显得重要。成功的设计一台直角坐标机器人涉及到很多方面的工作，包括机械结构、动力驱动、伺服控制等等。沈阳力拓自动化控制技术有限公司有着多年直角坐标机器人技术应用、数控技术和产品研发经验，我们依托德国BAHR公司直线定位系统性及机械手臂开发出了价比优良的系列数控直角坐标机器人，被广泛地应用在汽车、电子、电器、检测、医疗、航天、食品等各个领域的生产线上。 下面我们就对直角坐标机器人的设计进行一个简要的阐述。 一、机器人设计特点： 1、机器人的设计是一个复杂的工作，工作量很大，涉及的知识面很多，往往需要多人完成。 2、机器人设计是面向客户的设计，不是闭门造车。设计者需要经常和用户在一起，不停分析用户要求，寻求解决方案。 3、机器人设计是面向加工的设计，再好的设计，如果工厂不能加工出产品，设计也是失败的，设计者需要掌握大量的加工工艺及加工手段。 4、机器人设计是一个不断完善的过程。 二、机器人设计流程： 1、使用要求的分析：每一个机器人都是根据特定的要求的产生而设计的，设计的第一步就是要将使用要求分析清楚，确定设计时需要考虑的参数，包括： 机器人的定位精度，重复定位精度； 机器人的负载大小，负载特性； 机器人运动的自由度数量，每自由度的运动行程； 机器人的工作周期或运动速度，加减速特性； 机器人的运动轨迹，动作的关联； 机器人的工作环境、安装方式； 机器人的运行工作制、运行寿命； 其他特殊要求； 2、本机械模型初建：机器人从机械结构分大体可分为龙门结构、壁挂结构，垂挂结构，根据安装空间的要求选择不同的结构，每种结构的力学特性、运动特性都是不一样的。后续的设计必须是基于一个确定的结构。 机器人的基本结构图三 3、运动性能计算：有关该性能的参数有：
直角坐标机器人与关节机器人对比分析 作者：沈阳莱茵机电有限公司 摘要：本文主要介绍直角坐标机器人和关节机器人的特性，以及两种机器人的应用对比。 关键字：直角坐标机器人关节机器人 前言：现今工业机器人主要分两大类——直角坐标机器人和关节机器人，这两类机器人均适合用于诸多工业领域的机械自动化作业，比如，自动装配、喷漆、搬运码垛、焊接等工作。沈阳莱机机电多年从事机器人事业，本文是结合沈阳莱茵机电的经验及知识来主要介绍直角坐标机器人和关节机器人的特性，以及两种机器人的应用对比。这些对比分析来自我们的经验及认识，有其局限性，不充分，仅供朋友们参考。 一、直角坐标机器人 1、概念： 基于空间XYZ直角坐标系编程、有三轴及以上自由度，能够实现自动控制、可重复编程反复应用，适合不同任务的自动化设备。 它能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。 2、特点： 1）任意组合成各种样式，形成两轴到六轴不同结构形式。 2）超大行程：单根最多长度是6米，但可以多根方便地级连成超大行程，例如50米长。 3）负载能力强：通常是到200公斤，但当采用多根多滑块结构时其负载能力可增加到数吨。 4）高动态特性：轻负载时其最高运行速度每秒8米，加速度每秒5米。 5）高精度：重复定位精度可达到0.05mm～0.01mm。 6）扩展能力强：可以方便改变结构或通过编程来适合新的应用。 7）简单经济：编程简单类同数控铣床，易培训员工和维修，使其具有非常好的经济性。 8）寿命长：直角坐标机器人的寿命一般是10年以上，维护好可达40年。 9) 应用范围广：可以方便地装配多种形式和尺寸的手爪，可以胜任许多常见的工作，如焊接、切割，搬运、上下料、包装、码垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码和喷涂等任务。 图1是一个典型的3D直角坐标机器人，它由X轴,Y轴,Z轴及驱动电机组成。此外一个完整的机器人系统还需要控制系统和手抓 二、关节机器人 1、概念： 也称关节手臂机器人或关节机械手臂，有很高的灵活度，通常5~6轴，适合于几乎任何轨迹或角度的工作。