第2章 工业机器人的机械结构

2.4 工业机器人手部结构
b 滑槽杠杆式抓取机构
2.4 工业机器人手部结构
c 双支点连接杠杆式
2.4 工业机器人手部结构
三、工业机器人的夹持式手部
1．夹钳式手部 （2）传动机构：2）平移型传动机构
平移型夹钳式手部是通过手指
的指面作直线往复运动或平面
移动来实现张开或闭合动作的
，常用于夹持具有平行平面的
2.4 工业机器人手部结构
一、工业机器人手部的特点 3．手部的通用性比较差 机器人手部通常是专用的装置，比如：一种手爪往往只能抓握一种或几种在 形状、尺寸、重量等方面相近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务。 4．手部是一个独立的部件 假如把手腕归属于手臂，那么机器人机械系统的三大件就是机身、手臂和手 部。手部对于整个工业机器人来说是完成作业好坏、作业柔性好坏的关键部 件之一。
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。
a）单臂回转式
b）双臂回转式
c）多臂回转式
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。
2.4 工业机器人手部结构
二、工业机器人手部的分类 1．按用途分类 （1）手爪 手爪具有一定的通用性，它的主要功能是：抓住工件—握持工件—释放工件。 （2）专用操作器 专用操作器也称作工 具，是进行某种作业 的专用工具，如机器 人涂装用喷枪、机器 人焊接用焊枪等。
2.4 工业机器人手部结构
二、工业机器人手部的分类 2．按夹持方式分类 手部按照夹持方式划分，可以分为外夹式、内撑式和内外夹持式三类。 3．按工作原理分类 （1）夹持类手部，通常又叫机械手爪，分靠摩擦力夹持和吊钩承重两种。 （2）吸附类手部：吸附类手部有磁力类吸盘和真空（气吸）类吸盘两种。 磁力类吸盘主要是磁力吸盘，有电磁吸盘和永磁吸盘两种。真空类吸盘 主要是真空式吸盘，根据形成真空的原理可分为真空吸盘、流负压吸盘 和挤气负压吸盘三种。
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。
《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
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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
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。
KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图
2.3 工业机器人腕部结构
二、柔顺手腕结构 柔顺手腕是顺应现代机器人装配作业产生的一项技术，它主要被应用于机器 人轴孔装配作业中。柔顺手腕可主动或被动的调整装配体之间的相对位姿， 补偿装配误差，以顺利完成装配作业。
移动摆动柔顺手腕
柔顺手腕动作过程
2.4 工业机器人手部结构
工件（如箱体等）。根据其结
构，可分平面平行移动机构和
直线往复移动Hale Waihona Puke 构两种类型。平移型传动机构
a）平面平行移动机构
b）直线往复移动机构
1-驱动器 2-驱动元件 3-主动摇杆 4-从动摇杆 5-手指
2.4 工业机器人手部结构
平面平行移动机构
2.4 工业机器人手部结构
三、工业机器人的夹持式手部 2．钩托式手部 它的主要特征是不靠夹紧力来夹持工件，而是利用手指对工件钩、托、捧等 动作来托持工件。
按形成压力差的原理，可分为真空吸附、气流负压气吸附、挤压排气式等 3种。
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。
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。
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。
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
钩托式手部 a)无驱动装置 b)有驱动装置 1-齿条 2-齿轮 3-手指 4-销子 5-液压缸 6、7-杠杆手指
2.4 工业机器人手部结构
三、工业机器人的夹持式手部 3．弹簧式手部 弹簧式手部靠弹簧力的作用将 工件夹紧，手部不需要专用的 驱动装置，结构简单。它的使 用特点是工件进入手指和从手 指中取下工件都是强制进行的 。由于弹簧力有限，故只适于 夹持轻小工件。
2.4 工业机器人手部结构
三、工业机器人的夹持式手部 1．夹钳式手部 由手指（手爪）和驱动机 构、传动机构及连接与支 承元件组成，能通过手爪 的开闭动作实现对物体的 夹持。
夹钳式手部的组成 1-手指 2-传动机构 3-驱动装置 4-支架 5-工件
2.4 工业机器人手部结构
三、工业机器人的夹持式手部 1．夹钳式手部 （1）手指 手指是直接与工件接触的 部件。手部松开和夹紧工 件，就是通过手指的张开 与闭合来实现的。
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
夹钳式手的指端 a) V形指 b) 平面指 c) 尖指 d) 特形指
2.4 工业机器人手部结构
三、工业机器人的夹持式手部 1．夹钳式手部 （2）传动机构：1）回转型传动机构 传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。根据手 指开合的动作特点分为回转型和平移型。回转型又分为一支点回转和多支点 回转。根据手爪夹紧是摆动还是平动，又可分为摆动回转型和平动回转型。
手部是装在机器人手腕末端法兰上直接抓握工件或执行作业的部件。机器人 的手部也叫末端执行器，它分为两类：手部和专用操作器。 一、工业机器人手部的特点 1．手部与手腕相连处可拆卸 根据夹持对象的不同，手部结构会有差异，通常一个机器人配有多个手部装 置或工具，因此要求手部与手腕处的接头具有通用性和互换性。 2．手部是机器人末端操作器 可以是类人的手爪，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机器人手腕上 的喷枪、焊枪等。
弹簧式手部 1-工件 2-套筒 3-弹簧片 4-扭簧 5-销钉 6-螺母 7-螺钉
2.4 工业机器人手部结构
四、工业机器人的吸附式手部 1．气吸附式手部 由吸盘、吸盘架及进排气系统组成，利用吸盘内的压力和大气压之间的压 力差而工作。具有结构简单、重量轻、使用方便可靠、对工件表面没有损 伤、吸附力分布均匀等优点。广泛应用于非金属材料或不可有剩磁的材料 的吸附。但要求物体表面较平整光滑，无孔无凹槽，冷搬运环境。
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。