(完整版)第2章工业机器人的机械结构
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工业机器人的机械结构
其它行走机器人
其它行走机器人
可以普通行走； 在管内把脚向上方伸，用管端面上的三个点支撑移动； 骑在管子上沿轴向或圆周移动；
第七节 机器人机械设计的基 本要求及影响因素
提高机器人性能指标的基本要求
机构定位精度和重复精度的影响因素
提高机器人性能指标的基本要求
保证工作循环的要求
足式行走机构
足式行走机构有很大的适应性； 尤其适于在有障碍物的通道行走；
对行走机器人的一般要求
首先机器人能够面对一个物体自行重新定位； 行走机器人应能够绕过其运行轨道上的障碍物；
计算机视觉系统是提供上述能力的方法之一 能够支持机器人的重量并具有保持稳定的能力；
增加机器人移动机构的重量和刚性√ 进行实时计算和施加所需平衡力 灵活性
车轮式行走机器人
（（e）a）一（个b驱）动两系个统驱和动两轮个和转两向个轮自位轮 （（f）c全）部一轮个都驱装动有系转统向和机转构向轮
车轮式行走机器人
四个轮子全装有转向机 如果机构器，人任本何体向方前向倾都倒能行走、 时，车拐轮弯的；接地点变得比 行重走心时更行车靠轮走前旋和，转转所；以弯能是够相稳互独立 上定下站台立的阶时；臂回转；
工业机器人的机械结构
手部机构 机器人的行走能力 机器人机械设计的基本要求及影响因素
第五节 手部(末端执行器)机构
抓紧和握紧（吸附）工件或夹持专用工具
（如喷枪、扳手、焊枪）进行操作的部件，模 仿人手，装在手臂前端。
（1）夹钳式取料手
（2）吸附式取料手
（3）专用操作器及转换器 （4）仿生多指灵巧手
(二)手部的传动机构
向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动 作。
根据手指开合的动作特点分为：回转型传动机 构和移动型传动机构。
第二章机器人的结构
• θ2。4为偏心套，用来调整齿轮传动间隙。
2020/3/27
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带谐波减速器的机器人手臂关节结构 1－臂座 2、11－法兰盘 3、12轴承 4－驱动电动机 5-柔轮 6－从动刚轮 7－波发生器 8－套筒
9－电磁制动器 10－驱动轴 13－手臂壳体
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• 图9-23所示为机器人手臂回转驱动装置的结构， 该装置直接安装在臂座1的支承法兰盘2和11上。 驱动电动机4的输出轴用键与驱动轴10相联；轴 10与套筒8用键联接，并一同转动。波发生器7与 套筒8用法兰盘刚性联接，套筒8通过键与固定在 支承法兰盘11上的电磁制动器9相联接。不动的柔 轮5通过支承法兰盘2固定在臂座上。带内齿圈的 从动刚轮6与手臂壳体13相固联。因此手臂壳体 与刚轮一起在轴承3和12上转动。这种伺服电动
重复性（Repeatability）或重复精度： o
o
在相同的位置指令下，机器人连续重
复若干次其位置的分散情况。它是衡
量一列误差值的密集程度，即重复度。
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5
工作空间（Working space）：机器人 手腕参考点或末端操作器安装点（不 包括末端操作器）所能到达的所有空 间区域，一般不包括末端操作器本身 所能到达的区域。
角度由其接触位置决定。夹持器的夹持动作，则 油经油路2进入的压力油驱动单作用液压缸的活塞 1来完成。腕部回转运动的位置控制可采用机械挡
块定位，用位置检测器检测。这种结构紧凑、体 积小，但最大回转角度小于360°，这种结构只 能实现一个腕部自由度。
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两自由度机械传动手腕 1、2、3、12、13－轴承 4、5－链轮 6、7－链条 8－手腕壳体
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带谐波减速器的机器人手臂关节结构 1－臂座 2、11－法兰盘 3、12轴承 4－驱动电动机 5-柔轮 6－从动刚轮 7－波发生器 8－套筒
9－电磁制动器 10－驱动轴 13－手臂壳体
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• 图9-23所示为机器人手臂回转驱动装置的结构， 该装置直接安装在臂座1的支承法兰盘2和11上。 驱动电动机4的输出轴用键与驱动轴10相联；轴 10与套筒8用键联接，并一同转动。波发生器7与 套筒8用法兰盘刚性联接，套筒8通过键与固定在 支承法兰盘11上的电磁制动器9相联接。不动的柔 轮5通过支承法兰盘2固定在臂座上。带内齿圈的 从动刚轮6与手臂壳体13相固联。因此手臂壳体 与刚轮一起在轴承3和12上转动。这种伺服电动
重复性（Repeatability）或重复精度： o
o
在相同的位置指令下，机器人连续重
复若干次其位置的分散情况。它是衡
量一列误差值的密集程度，即重复度。
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工作空间（Working space）：机器人 手腕参考点或末端操作器安装点（不 包括末端操作器）所能到达的所有空 间区域，一般不包括末端操作器本身 所能到达的区域。
角度由其接触位置决定。夹持器的夹持动作，则 油经油路2进入的压力油驱动单作用液压缸的活塞 1来完成。腕部回转运动的位置控制可采用机械挡
块定位，用位置检测器检测。这种结构紧凑、体 积小，但最大回转角度小于360°，这种结构只 能实现一个腕部自由度。
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两自由度机械传动手腕 1、2、3、12、13－轴承 4、5－链轮 6、7－链条 8－手腕壳体
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工业机器人的机械结构
重复精度
第一节 机器人的主要技术参数
分辨率
是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角 度。精度和分辨率不一定相关。
实 际 位 置 给定位置
反馈尺
重复 精度 精度
TBRU 分辨率
分辨率、精度、重复精度的关系
第二节 机身和臂部机构
一、机身和臂部的作用
机身
臂部
起连接、支承和传 动的作用 既可以是固定式的， 也可以是行走式的
链条链轮型回转机身
回转与俯仰机身
铰链连接
采用尾部耳环或中部 销轴与立柱连接
三、臂部的典型机构
臂部伸缩机构 臂部俯仰运动机构 手臂回转与升降机构
手臂回转与升降机构通常是通过臂部相对 于立柱的运动机构来实现。常采用回转缸与升 降缸单独驱动，适用于升降行程短而回转角度 小于360°的情况，也有采用升降缸与气马 达——锥齿轮传动的结构。
（4.）屈伸式
屈伸式机器人的臂部可以有大小臂组成，大小臂间有相对 运动，成为屈伸臂。
五、机身和臂部设计应注意的问题
＃刚度
根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸 ※采用封闭型空心截面的结构作为臂杆 ※适当减小壁厚，加大轮廓尺寸 提高支承刚度和接触刚度 ※支座的结构形状、底板的连接形式 ※提高配合面间的接触刚度，即保证配合表面的加工
手腕按自由度个数可分单自由度手腕，二自由度手腕 和三自由度手腕．采用几个自由度的手腕应根据机器 人的工作性能来确定。在有些情况下，腕部具有二个 自由度：回转和俯仰或回转和偏转。一些专用机械手 甚至没有腕部，但有的腕部为了特殊要求还有横向移 动的自由度。 结构要紧凑，质量较小，各运动轴采用分离传动。
第二章_机器人的机械结构分析
关节型搬运机器人
关节型焊接机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活 性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装 配作业。
SCARA型装配机器人
有较大的作业空间，结构紧凑较复杂，定位精度较低。
极坐标型机器人模型
2018/11/2
Unimate
机器人
第二章
机ห้องสมุดไป่ตู้人的机械结构
机器人的构型
4、关节坐标型 (3R) 对作业的适应性好，工作空间大，工作灵活，结构紧凑， 通用性强，但坐标计算和控制较复杂，难以达到高精度。
2018/11/2
关节型机器人模型
2、圆柱坐标型 (R2P)
结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较 简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动 惯量较大，定位精度相对较低。
圆柱坐标型机器人模型
2018/11/2
Verstran 机器人
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第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)
• 电动式
电源方便，响应快，驱动力较大，可以采用多种灵活的控制方案。
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
二、机器人的分类
1.按机器人的控制方式分类 （1）非伺服机器人 非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器 人的运动。 （2）伺服控制机器人 通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信 号比较后，得到误差信号，经放大后用以激发机器人 的驱动装置，进而带动手部执行装置以一定规律运动， 到达规定的位置或速度等，这是一个反馈控制系统。
第二章工业机器人的机械设计基础
相邻关节轴线垂直或水平
水平多关节机器人（ SCARA ）
l 结构特点 - 作业空间与占地面积比很大， 使用起来方便； - 沿升降方向刚性好，尤其适合 平面装配作业
SCARA-Selective Compliance Assembly Robot Arm
1978年由日本山梨大学牧野洋 教授首先提出
并联机器人 模拟器
定姿态达到的点所构成的体积空间。记作Wp (P)。
➢ 次工作空间：总工作空间中去掉灵活工作空间所余下的部分。记作Ws
(P)。
工作空间
工作空间的两个基本问题： 1、给出某一结构形式和结构参数的操作机以及关节变量的变化范围，求 工作空间。称为工作空间分析或工作空间正问题。 2、给出某一限定的工作空间，求操作机的结构形式、参数和关节变量的 变化范围。称工作空间的综合或工作空间逆问题。
等，医疗外科… 微动机构和微型机构：显微外科、细胞操作、误差补偿器. 加工设备：虚拟轴机床，很容易获得6轴联动，前两年研究
的较多，近年来，大家发现虚拟机床很难获得高的加工精 度，如天津大学的黄田教授等人进行了多年的研究，发现很 难超过20μ .
娱乐：《真实的谎言》中的拍摄施瓦辛格驾驶鹞式飞机，就 是在一个stewart平台上进行的.
主要内容
工业机器人常见构型 机器人基本概念与关键参数 机器人的运动学 机器人工作空间与轨迹规划 机器人静力学与动力学 机器人关键功能部件 机器人元器件与传动方式 机器人典型结构与运动 机器人设计与分析 机器人设计思想与设计方法
机器人组成
机器人是一个高度自动化的机电一体化设备。从控制观点来看，机器人系统 可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。
9. 示教再现：具有记忆再现功能的机器人。操作者预先进行逐步示教，机器人记 忆有关作业程序、位置及其他信息，然后按照再现指令，逐条取出解读，在一 定精度范围内重复被示教的程序，完成工作任务。
水平多关节机器人（ SCARA ）
l 结构特点 - 作业空间与占地面积比很大， 使用起来方便； - 沿升降方向刚性好，尤其适合 平面装配作业
SCARA-Selective Compliance Assembly Robot Arm
1978年由日本山梨大学牧野洋 教授首先提出
并联机器人 模拟器
定姿态达到的点所构成的体积空间。记作Wp (P)。
➢ 次工作空间：总工作空间中去掉灵活工作空间所余下的部分。记作Ws
(P)。
工作空间
工作空间的两个基本问题： 1、给出某一结构形式和结构参数的操作机以及关节变量的变化范围，求 工作空间。称为工作空间分析或工作空间正问题。 2、给出某一限定的工作空间，求操作机的结构形式、参数和关节变量的 变化范围。称工作空间的综合或工作空间逆问题。
等，医疗外科… 微动机构和微型机构：显微外科、细胞操作、误差补偿器. 加工设备：虚拟轴机床，很容易获得6轴联动，前两年研究
的较多，近年来，大家发现虚拟机床很难获得高的加工精 度，如天津大学的黄田教授等人进行了多年的研究，发现很 难超过20μ .
娱乐：《真实的谎言》中的拍摄施瓦辛格驾驶鹞式飞机，就 是在一个stewart平台上进行的.
主要内容
工业机器人常见构型 机器人基本概念与关键参数 机器人的运动学 机器人工作空间与轨迹规划 机器人静力学与动力学 机器人关键功能部件 机器人元器件与传动方式 机器人典型结构与运动 机器人设计与分析 机器人设计思想与设计方法
机器人组成
机器人是一个高度自动化的机电一体化设备。从控制观点来看，机器人系统 可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。
9. 示教再现：具有记忆再现功能的机器人。操作者预先进行逐步示教，机器人记 忆有关作业程序、位置及其他信息，然后按照再现指令，逐条取出解读，在一 定精度范围内重复被示教的程序，完成工作任务。
工业机器人技术基础 第2章 工业机器人的机械结构
和腕部相连处可拆卸
一个机器人有多个末端 执行器装置或工具
通用性较差
一种工具往往只能执行 一种作业任务
形态各异
是一个独立的部件
可以具有手指或无手指 可以有手爪或作业工具
手部是工业机器人机械系统 的三大部件之一
工业机器人末端执行器的特点
由于工业机器人所能完成的工作非常广泛，末端执行器很难做到标 准化，因此在实际应用当中，末端执行器一般都是根据其实际要完成的 工作进行定制。常用的有以下几种分类：
3、传动机构
驱动源的驱动力通过传动机 构驱动手指开合并产生夹紧力。 按其手指夹持工件时运动方式 的不同，可分为回转型和平移 型传动机构。
（1） 回转型
（2） 平移型
（1）回转型传动机构
夹钳式末端执行器中用得最多的 是回转型传动机构
其手指就是一对杠杆，一般再 与斜楔、滑槽、连杆、齿轮、 蜗轮蜗杆或螺杆等机构组成复 合式杠杆传动机构，用以改变 传动比和运动方向等
与夹钳式末端执行器 相比，结构简单，重 量轻、吸附力分布均 匀，对于薄片状物体 的搬运更具有优越性
适用场合
广泛应用于非金属材 料或不可剩磁的材料 的吸附，但要求物体 表面较平整光滑、无 孔、无凹槽
1、气吸附式末端执行器
气吸附式末端执行器由吸盘、吸盘架和气路组成，气吸附式末端执 行器按形成压力差的方法分类，可分为真空吸附、气流负压吸附、挤压 排气负气压吸附等。
内撑式
外夹式
移动式 回转式
二手指 多手指
2、驱动装置
驱动装置是向传动机构提 供动力的装置。通常采用气动、 液动、电动和电磁来驱动。如 图所示，为气压驱动的夹钳式 末端执行器，气缸4中的压缩 空气推动活塞5，使齿条1做 往复运动，经扇形齿轮2带动 平行四边形机构，使手指3平 行地快速张合。
(完整)工业机器人技术及应用(教案)2-工业机器人的机械结构和运动控制
第二章工业机器人的机械结构和运动控制章节目录2。
1 工业机器人的系统组成2。
1。
1 操作机2。
1。
2 控制器2。
1.3 示教器2。
2 工业机器人的技术指标学习目标导入案例课堂认知扩展与提高本章小结思考练习2.3 工业机器人的运动控制2.3.1 机器人运动学问题2。
3。
2 机器人的点位运动…2。
3.3 机器人的位置控制课前回顾何为工业机器人？工业机器人具有几个显著特点,分别是什么？工业机器人的常见分类有哪些，简述其行业应用。
学习目标认知目标*熟悉工业机器人的常见技术指标*掌握工业机器人的机构组成及各部分的功能＊了解工业机器人的运动控制能力目标＊能够正确识别工业机器人的基本组成*能够正确判别工业机器人的点位运动和连续路径运动导入案例国产机器人竞争力缺失关键技术是瓶颈众所周知,中国机器人产业由于先天因素，在单体与核心零部件仍然落后于日、美、韩等发达国家。
虽然中国机器人产业经过 30 年的发展，形成了较为完善的产业基础，但与发达国家相比，仍存在较大差距，产业基础依然薄弱，关键零部件严重依赖进口.整个机器人产业链主要分为上游核心零部件(主要是机器人三大核心零部件——伺服电机、减速器和控制系统，相当于机器人的“大脑")、中游机器人本体（机器人的“身体”)和下游系统集成商（国内 95% 的企业都集中在这个环节上）三个层面.课堂认知2.1 工业机器人的系统组成第一代工业机器人主要由以下几部分组成：操作机、控制器和示教器。
对于第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统,它们分别由传感器及软件实现。
工业机器人系统组成2。
1.1 操作机操作机（或称机器人本体）是工业机器人的机械主体，是用来完成各种作业的执行机构。
它主要由机械臂、驱动装置、传动单元及内部传感器等部分组成.关节型机器人操作机基本构造机器人操作机最后一个轴的机械接口通常为一连接法兰，可接装不同的机械操作装置，如夹紧爪、吸盘、焊枪等。
(1）机械臂关节型工业机器人的机械臂是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体。
机器人的机械结构ppt课件
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图为采用四根导向柱的臂伸缩结构．手臂的垂直伸缩 运动由油缸3驱动．其特点是行程长，抓重大．工件形 状不规则时，为了防止产生较大的偏重力矩，采用四根 导向柱．这种结构多用于箱体加工线上．
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三、机器人机身和臂部的配置形式（4种）
1. 横梁式 ① 单臂悬挂式 ② 双臂悬挂式 ③ 多臂悬挂 ④ 多用于自动化生产中，在工位间传送工 件
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18
圆柱坐标机器人： 1个回转运动，2个直线运动
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19
球坐标（极坐标）机器人： 2个转动， 1个直线运动
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关节坐标机器人：3个转动自由度
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SCARA机器人：2个旋转运动， 1个直线运动
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22
机器人 关节1 关节2 关节3 转动关节数
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4
按照应用领域
工业机器人、农业机器人、军事机器人、 医用机器人、空间机器人、水下机器人
按照驱动方式
•液压驱动：机构紧凑、力大、运行平稳，密封
要求高
•气压驱动：结构简单造价低，负荷能力小
•电动驱动：结构简单紧凑，控制灵活
•新型：记忆合金、人工肌肉、压电
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5
按控制方式分类(4种)
5、控制方式：机器人用于轴的控制方式，
伺服/非伺服,PTP/CP
6、驱动方式：关节执行器的动力源形式
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7、精度、重复精度、分辨率：用来定义机 器人手部的定位能力。
▪ 分辨率 指机器人每根轴能够实现的最小移动距离 或最小转动角度。
▪ 精度 指机器人到达指定点的精确程度。它与机器 人驱动器的分辨率及反馈装置有关。
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一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （1）单自由度回转运动手腕
回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构 1-回转油缸 2-定片 3-腕回转轴 4-动片 5-手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （2）双自由度回转运动手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （3）三自由度回转运动手腕
a）单臂回转式
b）双臂回转式
c）多臂回转式
பைடு நூலகம்
2.2 工业机器人臂部结构
二、机器人机身和臂部的配置 4．屈伸式配置 屈伸式机器人的臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂。
a）平面屈伸式
b）立体屈伸式
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 机器人的手臂由大臂、小臂（或多臂）构成。 1．手臂直线运动机构 机器人手臂的伸缩、升 降及横向（或纵向）移 动均属于直线运动，而 实现手臂往复直线活塞 和连杆机构等运动的机 构形式较多。
《工业机器人技术与应用》
第2章 工业机器人的机械结构
教学目标 1.熟悉工业机器人的常见技术指标 2.掌握工业机器人的机械结构及各部分的功能 3.正确分析工业机器人的传动机构及传动路线
目录页
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2.1 工业机器人机身结构 2.2 工业机器人臂部结构
2.3 工业机器人腕部结构
a）臂转R手腕
b）俯仰B手腕
c）偏转B手腕
d）T手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 1．手腕的分类 （2）二自由度手腕
二自由度手腕 a）BR手腕 b）BB手腕 c）RR手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 1．手腕的分类 （3）3自由度手腕
2.3 工业机器人腕部结构
2.2 工业机器人臂部结构
二、机器人机身和臂部的配置
机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体布局。
1．横梁式配置 机身设计成横梁式， 用于悬挂手臂部件通 常分为单臂悬挂式和 双臂悬挂式两种。具 有占地面积小、能有 效利用空间、动作简 单直观等优点。
a）单臂悬挂式
b）双臂悬挂式
2.2 工业机器人臂部结构
腕部关节配置图 a）臂转、腕摆、手转结构 b）臂转、双腕摆、手转结构
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 1．手腕的分类 （1）单自由度手腕 R关节：组成转动副关节的两个构件自身几何回转中心和转动副回转轴线重合 ，多数情况下，手腕的关节轴线与手臂的纵轴线共线。 B关节:组成转动副关节的两个构件自身几何回转中心和转动副回转轴线垂直 ，多数情况下，关节轴线与手臂及手的轴线相互垂直。
KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图
4．类人机器人型机身结构 类人机器人的机身上除装 有驱动臂部的运动装置外 ，还应装有驱动腿部运动 的装置和腰部关节。
2.1 工业机器人机身结构
2.1 工业机器人机身结构
没有手臂的双足机器人Cassie
2.2 工业机器人臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的作用是支撑腕部和 手部，并带动它们在空间运动，工业机器人腕部的空间位置及其工作空间 都与臂部的运动和臂部的参数有关。 一、机器人臂部的组成 机器人的手臂主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件 ，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。 根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同可分为：伸缩 型臂部结构，转动伸缩型臂部结构，屈伸型臂部结构，其他专用的机械传 动臂部结构。
2.1 工业机器人机身结构
2．回转与俯仰型机身机构 回转与俯仰型机器人的机身主要由实现手臂左右回转和上下俯仰运动的部 件组成，它用手臂的俯仰运动部件代替手臂的升降运动部件。
手臂俯仰驱动缸安置示意图
2.1 工业机器人机身结构
3．直移型机身结构 直移型机器人多为悬挂式的，其机身实际上就是悬挂手臂的横梁。为使手 臂能沿横梁平移，除了要有驱动和传动机构外，导轨是一个重要的构件。
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 3．臂部回转与升降机构
手臂回转与升降机构常采用回转缸与升降缸单独驱动，适用于升降行程短而 回转角度小于360°的情况，也有采用升降缸与气动马达-锥齿轮传动的结构。
2.3 工业机器人腕部结构
腕部是联接手臂和手部的结构部件，它的主要作用是确定手部的作业方向。 因此它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂的姿态调整。
要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，这三个回转方向为： 臂转：指腕部绕小臂轴线方向的旋转，也称作腕部旋转； 腕摆：指手部绕垂直小臂轴线方向进行旋转，腕摆分为俯仰和偏转， 其中同时具有俯仰和偏转运动的称作双腕摆； 手转：指手部绕自身的轴线方向旋转。
2.3 工业机器人腕部结构
腕部的结构多为上述三个回转方式的组合，组合的方式可以有多种形式，常 用的腕部组合方式有臂转—腕摆—手转结构，臂转—双腕摆—手转结构等。
1—手部 2—夹紧缸 3—油缸 4—导向柱 5—运行架 6—行走车轮 7—导轨 8—支座
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 2．臂部俯仰机构
机器人手臂的俯 仰运动一般采用 活塞（气）缸与 连杆机构联用来 实现。
铰接活塞缸实现手臂俯仰运动结构示意图 1—手部 2—夹紧缸 3—升降缸 4—小臂 5、7—摆动气缸 6—大臂 8—立柱
二、机器人机身和臂部的配置 2．立柱式配置 立柱式机器人多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，是一种常见的配 置形式。通常分为单臂式和双臂式两种。
具有占地面积小而工 作范围大的特点。
a）单臂式
b）双臂式
2.2 工业机器人臂部结构
二、机器人机身和臂部的配置 3．机座式配置 机身设计成机座式，这种机器人可以是独立的、自成系统的完整装置，可以 随意安放和搬动。
2.4 工业机器人手部结构
2.5 工业机器人驱动与传动
2.1 工业机器人机身结构
工业机器人机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部件。它是由 臂部运动（升降、平移、回转和俯仰）机构及有关的导向装置、支撑件等 组成。 1．回转与升降型机身结构 回转与升降型机身结构主要由实现臂部的回转和升降运动的机构组成。
回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构 1-回转油缸 2-定片 3-腕回转轴 4-动片 5-手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （2）双自由度回转运动手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （3）三自由度回转运动手腕
a）单臂回转式
b）双臂回转式
c）多臂回转式
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2.2 工业机器人臂部结构
二、机器人机身和臂部的配置 4．屈伸式配置 屈伸式机器人的臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂。
a）平面屈伸式
b）立体屈伸式
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 机器人的手臂由大臂、小臂（或多臂）构成。 1．手臂直线运动机构 机器人手臂的伸缩、升 降及横向（或纵向）移 动均属于直线运动，而 实现手臂往复直线活塞 和连杆机构等运动的机 构形式较多。
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第2章 工业机器人的机械结构
教学目标 1.熟悉工业机器人的常见技术指标 2.掌握工业机器人的机械结构及各部分的功能 3.正确分析工业机器人的传动机构及传动路线
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2.1 工业机器人机身结构 2.2 工业机器人臂部结构
2.3 工业机器人腕部结构
a）臂转R手腕
b）俯仰B手腕
c）偏转B手腕
d）T手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 1．手腕的分类 （2）二自由度手腕
二自由度手腕 a）BR手腕 b）BB手腕 c）RR手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 1．手腕的分类 （3）3自由度手腕
2.3 工业机器人腕部结构
2.2 工业机器人臂部结构
二、机器人机身和臂部的配置
机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体布局。
1．横梁式配置 机身设计成横梁式， 用于悬挂手臂部件通 常分为单臂悬挂式和 双臂悬挂式两种。具 有占地面积小、能有 效利用空间、动作简 单直观等优点。
a）单臂悬挂式
b）双臂悬挂式
2.2 工业机器人臂部结构
腕部关节配置图 a）臂转、腕摆、手转结构 b）臂转、双腕摆、手转结构
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 1．手腕的分类 （1）单自由度手腕 R关节：组成转动副关节的两个构件自身几何回转中心和转动副回转轴线重合 ，多数情况下，手腕的关节轴线与手臂的纵轴线共线。 B关节:组成转动副关节的两个构件自身几何回转中心和转动副回转轴线垂直 ，多数情况下，关节轴线与手臂及手的轴线相互垂直。
KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图
4．类人机器人型机身结构 类人机器人的机身上除装 有驱动臂部的运动装置外 ，还应装有驱动腿部运动 的装置和腰部关节。
2.1 工业机器人机身结构
2.1 工业机器人机身结构
没有手臂的双足机器人Cassie
2.2 工业机器人臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的作用是支撑腕部和 手部，并带动它们在空间运动，工业机器人腕部的空间位置及其工作空间 都与臂部的运动和臂部的参数有关。 一、机器人臂部的组成 机器人的手臂主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件 ，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。 根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同可分为：伸缩 型臂部结构，转动伸缩型臂部结构，屈伸型臂部结构，其他专用的机械传 动臂部结构。
2.1 工业机器人机身结构
2．回转与俯仰型机身机构 回转与俯仰型机器人的机身主要由实现手臂左右回转和上下俯仰运动的部 件组成，它用手臂的俯仰运动部件代替手臂的升降运动部件。
手臂俯仰驱动缸安置示意图
2.1 工业机器人机身结构
3．直移型机身结构 直移型机器人多为悬挂式的，其机身实际上就是悬挂手臂的横梁。为使手 臂能沿横梁平移，除了要有驱动和传动机构外，导轨是一个重要的构件。
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 3．臂部回转与升降机构
手臂回转与升降机构常采用回转缸与升降缸单独驱动，适用于升降行程短而 回转角度小于360°的情况，也有采用升降缸与气动马达-锥齿轮传动的结构。
2.3 工业机器人腕部结构
腕部是联接手臂和手部的结构部件，它的主要作用是确定手部的作业方向。 因此它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂的姿态调整。
要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，这三个回转方向为： 臂转：指腕部绕小臂轴线方向的旋转，也称作腕部旋转； 腕摆：指手部绕垂直小臂轴线方向进行旋转，腕摆分为俯仰和偏转， 其中同时具有俯仰和偏转运动的称作双腕摆； 手转：指手部绕自身的轴线方向旋转。
2.3 工业机器人腕部结构
腕部的结构多为上述三个回转方式的组合，组合的方式可以有多种形式，常 用的腕部组合方式有臂转—腕摆—手转结构，臂转—双腕摆—手转结构等。
1—手部 2—夹紧缸 3—油缸 4—导向柱 5—运行架 6—行走车轮 7—导轨 8—支座
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 2．臂部俯仰机构
机器人手臂的俯 仰运动一般采用 活塞（气）缸与 连杆机构联用来 实现。
铰接活塞缸实现手臂俯仰运动结构示意图 1—手部 2—夹紧缸 3—升降缸 4—小臂 5、7—摆动气缸 6—大臂 8—立柱
二、机器人机身和臂部的配置 2．立柱式配置 立柱式机器人多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，是一种常见的配 置形式。通常分为单臂式和双臂式两种。
具有占地面积小而工 作范围大的特点。
a）单臂式
b）双臂式
2.2 工业机器人臂部结构
二、机器人机身和臂部的配置 3．机座式配置 机身设计成机座式，这种机器人可以是独立的、自成系统的完整装置，可以 随意安放和搬动。
2.4 工业机器人手部结构
2.5 工业机器人驱动与传动
2.1 工业机器人机身结构
工业机器人机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部件。它是由 臂部运动（升降、平移、回转和俯仰）机构及有关的导向装置、支撑件等 组成。 1．回转与升降型机身结构 回转与升降型机身结构主要由实现臂部的回转和升降运动的机构组成。