工业机器人设计详解：机械结构与手腕设计

"大工11秋《机械制造装备设计》辅导资料十六，主要涵盖了第四章工业机器人设计的第二部分，讲解了工业机器人的机械结构系统设计，包括手臂、机座的设计要求和典型结构，以及手腕的功能和设计要点。学习时间为2012年1月16日至2012年1月22日。" 工业机器人的机械结构系统是其核心组成部分，主要由机座、手臂、手腕、末端执行器和移动装置构成。手臂由动力关节和连接杆件组成，它通过调整手腕和末端执行器的位置来完成各种作业。手臂通常具有2-3个自由度，包括回转、俯仰、升降或伸缩，并配备有驱动装置、传动机构、定位导向装置、支承连接件和检测元件等，以确保运动的精确性和刚度。 在设计过程中，手臂结构需要满足几个关键要求：首先，结构和尺寸要符合机器人作业任务的工作空间需求；其次，采用高强度轻质材料以减轻自重，降低驱动装置的负荷，提高运动速度；同时，提高运动精确性和刚度也是至关重要的。 机座的设计同样关键，分为回转机座和升降机座，用于整体回转或升降手臂。机座需有足够大的安装基面以保持稳定性，并能承受机器人及其负载的全部重量，确保足够的强度、刚度和承载能力。机座的精度和刚度直接影响末端执行器的运动精度。 资料中提到了两种典型结构：一种是液压驱动的圆柱坐标型机器人手臂，由液压缸驱动手臂的伸缩、摆动和回转；另一种是电动机驱动的机械传动圆柱坐标型，使用双圆柱导轨和直流伺服电机驱动滚动丝杠实现直线运动，回转则由底部的回转机座完成。 手腕作为连接手臂和末端执行器的部分，提供了额外的三个旋转自由度，即回转、左右偏摆和俯仰，进一步增强了末端执行器在作业空间的灵活性。在设计手腕时，应力求结构紧凑，减少质量和体积，以增加其运动的灵活性。 工业机器人的机械结构设计是综合考虑工作性能、结构紧凑性、运动精度和承载能力的重要环节，涉及到多个工程学科的综合应用，对于实现高效、精准的自动化生产起着关键作用。