论机械手腕的结构设计

论机械手腕的结构设计

【摘要】当今时代，科技飞速发展，各类高科技产品层出不穷。像机器人这类高科技产品也在不断的进行技术的革新。对一个机器人而言，手腕是一个很关键的部位，它是连接末端执行器与手臂的关键，是连接手部和臂部的重要部件，具有改变或调整工件方位的作用。本文对机械手腕的结构设计进行了相关的研究，对整个设计工作和造型的过程进行了介绍和总结。

【关键词】机械手腕；结构设计；自由度；设计要求

引言

近代自动控制技术领域出现了机械手这样的一项新的技术，这种技术在近代机械制造生产中起着重要的作用。机械手的迅速发展是基于它的优越性被越来越多的人接受，它讷讷个够大大的改善工人劳动的条件，提高劳动生产率，加快现代工业实现自动化的步伐。为此这项技术受到了国家的高度重视，国家在这方面投入了很多的资金和科技人才进行研究。在我国，机器人的设计制造有了很快的发展，取得了可喜的成果，受到了机械工业的亲睐，并逐渐成为一门重要的学科。

1机械手腕的总体设计介绍

手腕是连接手臂和末端执行器的重要结构，是联接手部和臂部的部件。手腕的作用就是调整工件的方向，为此在设计上它具有独立的自由度。拥有独立的自由度后，可以使机器人的末端执行器能够处于空间中的任意方向，这就要求腕部能够实现空间三个坐标轴的旋转运动。这三个轴就相当于腕部运动的三个自由度。根据不同的设计要求，手腕的自由度不一定是三个自由度，可以是一个或者两个及多个。手腕自由度的设计和选用是和机器人的加工工艺、工件的位置放置、工件定位和其通用性等有密切关系的。

2机械手腕结构设计

2.1腕部的结构特点

腕部的结构通常采用的是转动方式，有的一些也会采用短距离的平移方式。这些结构设计是根据转动的特点不同来定的。用于手腕关节转动的可以分为弯转和滚转两种形式。

2.1.1单自由度手腕

单自由度的手腕主要是由两个不同的关节组成的来实现改变工件方位的。构成单自由度的手腕不能是相同的两个关节，必须是不同的两个关节的组合。如果两个关节是一样的，那么这两个关节的作用也会是一样的，就不能实现改变工件方位的作用，只能起到单自由度的作用。相邻关节转轴是具有平行或垂直关系的

手腕就是简单的手腕，也是现阶段工业机器人使用最多的手腕结构。

2.1.2二自由度手腕

二自由度手腕可以有两个关节组成，但这两个关节是有不同要求的。这两个关节不能够是一样的，这样功能就会重复，也就不能构成二自由度手腕。现今这种手腕结构在很多的机器人设计上都有应用。

2.1.3三自由度手腕

三自由度手腕也是有两个关节组成的，只是这两个关节的组合方式有很多种类，正是基于这种多种组合方式来实现翻转、俯仰及偏转功能的。目前比较流行的是BBR型的手腕。这种手腕在很多方面都用不同程度的应用。

2.1.4柔顺手腕结构

在进行紧密的装配过程中，由于装配零件之间的配合精度相当高，像工件的定位夹具，机器人手部的定位精度是无法完成的，这样就给装配工作带来了不变，为此需要手腕结构具有柔顺性。柔顺性装配技术可分为主动柔顺装配和被动柔顺装配两种不同的装配方式。根据实际问题的需要选择柔顺装配的方式，达到相应的技术要求。

2.2腕部的驱动结构

因为作业要求的不同，手腕的自由度和配置也会有很大的差别，所以手腕的驱动结构也会有所不同。手腕的驱动机构大体可以分为以下两类：

2.2.1直接驱动手腕

直接驱动手腕的驱动是直接安装在手腕上的，这种直接驱动手腕的主要要求是能否设计和加工出符合尺寸大小和重量要求的工件，所安装的驱动的马达要符合手腕结构的需要，即驱动电机或马达是否满足要求，其次就是驱动装置的性能要足够的好，确保手腕能够正常工作。

2.2.2远距离传动的手腕

有时候在进行作业时需要足够大的驱动力，这时所需的驱动装置就不能够设计的很小，小的驱动装置是无法满足强大驱动力的要求。为了减轻手腕的质量和达到驱动力的要求，就需要采用远距离的驱动方式，这样才能够实现三个自由度的运动要求。

2.3手腕内部结构设计

腕部的弯转关节内部轴承主要采用的是两个圆锥滚子轴承的结构，这种布局

主要是由于这部分将承受较大的轴向力，当手腕旋转到朝向的方向时，整个手腕的转向负载都将作用在这对轴承上，为此需要采用两个圆锥滚子轴承背靠背的布置结构。

3机械手腕结构设计要求

对于一个三自由度的机器人的手腕设计，需要在法兰固定在机器人的小臂上，再用三个直流电机进行驱动。手腕部分通过法兰和小臂结合在一起，实现腕部的回转运动和绕轴摆动，还有一部分去实现手抓的回转运动，各部分的设计之间都要紧密的联系在一起，确保是一个完整的手腕。如果手腕内部的某个环节没有按照要求设计，这不仅会影响这个手腕的功能，还会影响到整个机器人的工作状态，为此在设计时一定要严格按照相关的技术要求进行设计，这样才能够满足现实生活中的需要，设计出功能强大的机械手腕。

4结语

随着科学技术的发展，在将来的机器人的设计过程中将会有重大的突破，尤其是在机械手腕的机构上。机械手腕是机器人的重要组成部分，它在连接手和手臂上起着重要作用。为此需要在手腕结构上进行相关的研究，寻找最佳的手腕结构，使这种手腕结构能够适用于大多数的机械手。机械手腕机构设计研究在将来会是一个很热门的话题，这也将推动机器人设计制造的发展，为人类带来更大的利益。

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