下载文档原格式
工业机器人机械系统设计工业机器人是近年来在多个行业中越来越普及和广泛应用的一种现代化技术设备。
它的出现极大地促进了生产效率、产品质量和安全性的提升，带动着各行各业的发展。
而机器人的机械系统设计则是工业机器人技术中至关重要的一环。
本文将对工业机器人机械系统设计进行详细介绍。
工业机器人机械系统设计是指利用机械学、材料学、控制学、电气学等多个学科知识设计和制造工业机器人的主要系统。
机械系统设计包括机器人的各个部分，如机身、关节、手臂、执行器、传动装置等，同时也要考虑多个因素对机械系统的影响。
这些因素包括机器人的负载，工作空间，精度、速度，稳定性等。
在进行机械系统设计过程中，首先需要确定机器人的工作要求和使用场景。
根据实际应用需要，确定机器人的工作负载、精度和速度等参数。
然后，根据工作负载的不同，设计关节的数量和类型，通常，工业机器人包括直线关节、旋转关节、球关节等多种类型。
同时，设计机器人的手臂、执行器等重要部位，在诸如重量、强度和刚度等方面考虑材料的选择，以确保机器人的稳定性和重复性。
机器人的传动系统也是机械系统设计的重要组成部分。
传动系统可以通过齿轮、链条、皮带等方式实现，旨在控制机器人的运动。
而在传动过程中，传动部件的精度，齿轮的间隙和螺旋程度、电机功率、传动速度等也需要被纳入考虑。
同时考虑到机器人在使用过程中产生的摩擦、热、粉尘和腐蚀等问题，需要对传动系统实现良好的润滑和维护。
工业机器人的控制系统和感知系统是机械系统设计中另外的两个重要组成部分。
控制系统实现对机器人的动作，通过传感器获取机器人的位置、方向、负载等信息,并且瞬间反映到控制系统上，实现对机器人的控制，以及通过编程实现的自主决策。
感知系统负责机器人与周围环境的互动，例如通过激光测距传感器检测物体的距离、拍摄摄像头进行视觉检测等，从而保证机器人能够正常工作，实现高效、准确的生产和操作任务。
当然，机械系统设计也要考虑到工业机器人的布局设计和结构设计。
国家开放大学《机器人技术及应用》章节测试参考答案第一章机器人技术与应用一、判断1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。
（√）2.19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。
（×）3.对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。
（√）4.所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。
（×）5.机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。
（×）6.机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。
（√）7.为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。
（√）8.轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。
（×）9.为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。
（√）10.履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。
（√）11.腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。
（√）12.机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。
（×）13.球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。
（√）14.可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。
（×）15.感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。
工业机器人机械系统设计工业机器人是一种用于自动化生产的机器人，广泛应用于制造业的各个领域。
其机械系统设计是其关键部分之一，涉及到机器人的机构、传动、运动学等方面。
下面将结合具体案例介绍工业机器人机械系统设计的一般步骤和要点，并对机械系统设计的一些关键技术进行探讨。
其次，机械结构设计是机器人机械系统设计的核心。
机械结构设计要考虑机器人的关节数量、连接方式、材料选择等。
通常机械结构设计会采用机械臂结构，根据机器人的运动要求，设计机械臂的长度、关节数量和角度等。
动力传动系统设计是机械系统设计的重要组成部分。
动力传动系统主要包括电机、减速器和传动机构。
根据机器人的负载需求和运动速度要求，选择合适的电机和减速器。
同时，传动机构的选择也要考虑机器人的运动方式，常见的传动机构有齿轮传动、带传动等。
运动学分析是机械系统设计的重要内容。
通过运动学分析，可以得到机器人的位形方程和运动轨迹。
运动学分析中需要考虑机器人的关节角度、关节速度和姿态等。
运动学分析中的关键技术包括正运动学和逆运动学。
正运动学是指根据机器人的关节角度，求解机器人末端的位置和姿态。
逆运动学是指根据机器人末端的位置和姿态，求解机器人的关节角度。
正逆运动学分析是机械系统设计中一个非常重要的环节，关系到机器人的运动控制和路径规划。
最后，机械系统设计还需要进行优化。
优化的目标主要包括机器人的精度、速度和稳定性等。
其中，机器人的精度是机械系统设计中一个非常关键的性能指标。
在优化设计中，可以采用材料优化、结构优化、动力学控制优化等方法。
综上所述，工业机器人机械系统设计是工业机器人设计的重要环节之一、机械系统设计的合理与否直接影响到机器人的性能和稳定性。
在机械系统设计中，需要综合考虑机器人的工作特点、负载要求、运动学特性等方面，通过合适的机械结构设计、动力传动系统设计和运动学分析，来实现机器人的自动化生产任务。
工业机器人机械系统设计机器人技术是利用计算机的记忆功能、编程功能来控制操作机自动完成工业生产中某一类指定任务的高新技术，是当今各国竞相发展的高技术内容之一。
它是综合了当代机构运动学与动力学、精密机械设计发展起来的产物，是典型的机电一体化产品，工业机器人由操作机和控制器两大部分组成。
操作机按计算机指令运动，可实现无人操作；控制器中计算机程序可依加工对象不同而从新设计，从而满足柔性生产的需要。
机器人应用领域广泛，包括建筑、医疗、采矿、核能、农牧渔业、航空航天、水下作业、救火、环境卫生、教育、娱乐、办公、家用、军用等方面，工业机器人在国内主要应用于危险、有毒、有害的工作环境以及产品质量要求高（超洁、同一性）的重复性作业场合，如焊接、喷涂上下料、插件、防爆等。
一、工业机器人的总体设计1．主体结构设计工业机器人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。
工业机器人的坐标形式主要有直角坐标式、圆柱坐标式、球面坐标式、关节坐标式等。
直角坐标式机器人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。
圆柱坐标式机器人主要有三个自由度：腰转，升降，手臂伸缩。
手腕常采用两个自由度，绕手臂纵向轴转动与垂直的水平轴线转动。
手腕若采用三个自由度，机器人总自由度达到六个。
球面坐标式机器人也叫极坐标式机器人，具有较大的工作范围，设计和控制系统比较复杂。
关节坐标式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（俯仰、偏转和翻转）用来最后确定末端操Cobra Series 桌面机器人Reach:600mm/800mmPayload:5.5kgRepeatability:0.02mmWeight:34/35kgDesingn Life:60 Million Cycles SmartModules 框架机器人Mas Stroke:2000mmMin Stroke:130mm Number of Axis: 1 to 3 Max Payload:60kg Max speed:1200mm/sec Repeatability:0.01mm Design Life:5000km Cartesian RobotsSize:600*450mm Payload:5.5kg Accuracy:0.025mm Weight:54kg Design Life:5000km直角坐标机器人工作台：2．传动方式传动方式选择是指选择驱动源及传动装置与关节部件的连接形式和驱动形式，主要包括：直接连接传动。
