工业机器人第四章课后习题答案

第四章习题答案

1.工业机器人机械结构由哪些部分组成？

机器人的机械结构主要有机器人机械本体、末端执行器、驱动方式和传动装置组成。其

中机器人机械本体是整个机械结构的核心，主要由机座、臂部、腕部、手部或末端执行

器组成，

2.吸附式末端执行器的工作原理及其特点？

吸附式末端执行器靠吸附力取料，多用于大平面（单面接触无法抓取）、易碎（玻璃、

磁盘）、或微小的物体。根据吸附原理的不同，吸附式末端执行器可分为气吸附和磁吸附两

种。

3.夹钳式机器人手部由哪几部分组成？其运动是靠什么来进行驱动？

夹钳式末端执行器是工业机器人最常用的一种手部形式末端执行器，它通过手指的开闭

动作实现对物体的夹持，夹钳式末端执行器根据手指开合的动作特点，可分为回转型和平移

型。回转型手部又可分为单支点回转和多支点回转；另外，还可根据手爪夹紧是摆动还是平

动，将回转型手部分为摆动回转型和平动回转型。

4.工业机器人驱动系统主要是哪些？

工业机器人的驱动方式主要有三类：电动驱动（电动机）、液压驱动和气动驱动。

5.工业机器人传动装置主要有哪几个？

工业机器人的传动装置主要包含机器人轴承、齿轮传动（圆柱齿轮、锥齿轮、齿轮链、齿

轮齿条、蜗轮蜗杆传动等）、丝杠传动、行星齿轮传动和RV减速器外，还常用柔性元件

传动（谐波齿轮、绳传动和同步齿形带传动等）。

6.简述工业机器人气动驱动系统的结构组成及特点。

气动驱动式的工作原理与液压驱动式相同，靠压缩空气来推动气缸运动进而带动元件运

动。由于气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现伺服控制，能效比

较低，但其结构简单，成本低。适用于轻负载，快速驱动，精度要求较低的有限点位控制的

工业机器人中，如冲压机器人，或用于点焊等较大型通用机器人的气动平衡中，或用于装备

机器人的气动夹具。

7.简述磁吸附的工作原理。

磁吸附式取料手利用电磁铁通电后产生的电磁吸力进行取料，它仅能对铁磁物体起作用,

而不能对某些不允许有剩磁的零件使用，因此磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。

电磁铁的工作原理如图4-31(a)所示，当线圈1通电后，在铁心2内外产生磁场，磁力

线经过铁心，空气隙和衔铁3被磁化并形成回路。衔铁受到电磁吸力F的作用被牢牢吸住。

实际使用时，往往采用如图4-31(b)所示的盘式电磁铁，衔铁是固定的，衔铁内用隔磁材料

将磁力线切断，当衔铁接触磁铁物体零件时，零件被磁化形成磁力线回路并受到电磁吸力而

被吸住。

8.简述行星齿轮的工作原理及特点。

行星齿轮的结构很简单，有一大一小两个圆，两圆同心，在两圆之间的环形部分有另外几个

小圆，所有的圆中最大的一个是内齿环，其他四个小圆都是齿轮，中间那个叫太阳轮，另外

三个小圆叫行星轮。除了能像定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外，它们的转动轴还

随着蓝色的支架(称为行星架)绕其他齿轮的轴线转动。绕自己轴线的转动称为“自转”，绕

其他齿轮轴线的转动称为“公转”，就像太阳系中的行星那样，其特点如下：

①结构紧凑，承载能力大，工作平稳。

②大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高。

③行星齿轮传动中有些类型效率高，但传动比不大。另一些类型则传动比可以很大，但

效率较低；行星减速机的效率随传动比的增大而减小。

9.简述RV减速器的工作原理及特点。

RV减速器由两级减速组成，如图所示。

(1)第一级减速

伺服电机的旋转经由输入花键的齿轮传动到行星齿轮，从而使速度得到减慢。如果输入

花键的齿轮顺时针方向旋转，那么行星齿轮在公转的同时还有逆时针方向自转，而直接

与行星齿轮相连接的曲柄轴也以相同速度进行旋转，作为摆线针轮传动部分的输入。所

以说，伺服电机的旋转运动由输入花键的齿轮传递给行星轮，进行第一级减速。

(2)第二级减速

由于两个RV齿轮被固定在曲柄轴的偏心部位，所以当曲柄轴旋转时,带动两个相距180°

的RV齿轮作偏心运动。

此时RV齿轮绕其轴线公转的同时;由于RV齿轮在公转过程中会受到固定于针齿壳上的

针齿的作用力而形成与RV齿轮公转方向相反的力矩，于是形成反向自转，即顺时针转

动。此时RV齿轮轮齿会与所有的针齿进行啮合。当曲柄轴完整的旋转一周，RV齿轮会

旋转一个针齿的间距。

运动的输出通过两个曲柄轴使RV轮齿轮与刚性盘构成平行四边形的等角速度输出机构,

将摆线轮的转动等速传递给刚性盘及输出盘，以便完成了第二级减速。总减速比等于一

级减速比乘以第二级减速比。

10.简述谐波齿轮的工作原理及特点。

1.谐波传动系统的结构和工作原理

谐波传动系统由3个基本构件组成，如图4-65所示•

・钢轮

-柔轮

一波发生JS

图4-65谐波齿轮

图4-47中，刚轮：刚性的内齿轮。柔轮：薄壳形元件，具有弹性的外齿轮。波发生器：

凸轮(通常为椭圆形)和薄壁轴承组成，装在谐波发生器上的滚珠用于支撑柔性齿轮。谐

波发生器驱动柔性齿轮旋转并使之发生弹性变形，转动时柔性齿轮的椭圆形端部只有少

数齿与刚性齿轮啮合。

当波发生器发生连续转动时，柔轮齿在啮入--啮合一-啮出-一脱开这4种状态循环往

复不断地改变各自原来的啮合状态，如图4-66所示。这种现象称之为错齿运动，是这种

错齿运动，使减速器可以将输入的高速转动变为输出的低速转动。波发生器相对刚轮转

动一周时，柔轮相对刚轮的角位移为两个齿距。这个角位移正是减速器输出轴的转动,

从而实现了减速的目的。

图4-66谐波齿轮轮齿状态

任意固定三个构件中的一个，可使机构进行减速传动或增速传动作为减速器使用，通常

采用固定刚轮，谐波发生器装在输入轴上，柔性齿轮装在输出轴上，谐波齿轮传动的传

动比为：

i=-z"(Z2-Z1)

式中，Z1为柔轮的齿数，Z2为钢轮的齿数，负号表示柔轮的转向与波发生器的转向相反。

谐波齿轮传动的特点

(1)减速比高

单级同轴可获得1/30-1/320的高减速比。结构、构造简单，却能实现高速减速比装置。

(2)齿隙小

谐波驱动不同于普通的齿轮啮合，齿隙极小，对于控制器领域而言是不可缺的要素。

(3)精度高

多齿同时啮合，并且有两个180度对称的齿轮啮合，因此齿轮齿距误差和累计齿距误差

对旋转精度的影响较为平均，使位置精度和旋转精度达到极高的水准。

(4)零部件少，安装简便

三个基本零部件实现高减速比，而且它们都在同轴上，所以套件安装简便，造型简捷。

(5)体积小，重量轻

与以往的齿轮装置相比，体积为1/3,重量为1/2,却能获得相同的转矩容量和减速比，

实现小型轻量化。

(6)转矩容量高

柔轮材料使用疲劳强度大的特殊钢，与普通的传动装置不同。同时啮