工业机器人腕部结构设计
机器人手部设计
§4-5手部设计
一、概述 工业机器人的手部(Hand)也叫做末端操作器
(End-effector)，它是装在工业机器人手腕上直 接抓握工件或执行作业的部件。人的手有两种 含义：第一种含义是医学上把包括上臂、手腕 在内的整体叫做手；第二种含义是把手掌和手 指部分叫做手。工业机器人的手部接近于第二 种含义。
3.按手指或吸盘数目分 机械手爪可分为：二指手爪、多指手瓜。 机械手爪按手指关节分：单关节手指手爪、多关节手指手爪。 吸盘式手爪按吸盘数目分：单吸盘式手爪、多吸盘式手爪。 图4-49所示为一种三指手爪的外形图，每个手指是独立驱动的。
这种三指手爪与二指手瓜相比可以抓取像立方体、圆柱体、球体 等不同形状的物体。图4-50所示为一种多关节柔性手指手爪，它 的每个手指具有若干个被动式关节(PassivejointS)，每个关节不是 独立驱动。在拉紧夹紧钢丝绳后柔性手指环抱住物体，因此这种 柔性手指手爪对物体形状有一种适应性。但是，这种柔性手指并 不同于各个关节独立驱动的多关节手指。
工业机器人手部的特点：
(1)手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接 口，也可能有电、气、液接头，当工业机器人作业对 象不同时，可以方便地拆卸和更换手部。
(2)手都是工业机器人末端操作器。它可以像人手那 样具有手指，也可以是不具备手指的手；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 器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。
小型多关节工业机器人设计
工业机器人 的主要技术规格参数
参数 － ， １ 轴 轴 轴 轴 轴
结 构形式
数 控轴 数 最 大运 动 范 围Ｒ／ ｍｍ
多关节型式
５ 轴 ６ ９ ０
工 业 机 器 人 控
制 系 统 预 留 与 外 界
手部 负荷 质量／ ｋ ｇ 重复定位精 度／ ｍｍ 机械部 分重量／ ｋ ｇ 运动范 围 （ 。 ） 运动转速 （ 。 ／ ｓ ）
图２ 手腕外形轴侧投影
多关节装配工业机器人本体结构设计中 ，突破机械
传 统 设 计 观 念 ， 采 用 大 减 速 比 高 精 度 的 摆 线 减 速 机 ，通 过 伺 服 电动 机 直接 与 摆 线减 速 机相 联 接 ，驱
动工业机器人关节运动，改善工业机器人原有的传
通用机床研 究所所 长 赵 军
班
图３ 十字交叉滚子轴承结构
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（ ２ ）模块 化 设 计 为扩 大开 发 出 的工 业机 器 人 自身 通 用性 ，适应 不 同 自动化 生 产线 的要 求 ，将 交
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设 备 相 连 接 的 各 类 Ｉ ／ ０接 口 ，如 ： Ｉ ／ Ｏ Ｐ ｒ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ 插接头式 、
侧 投影 如 图２ 所示 。
小型 多 关节 工 业 机 器 人采 用 自制 复合 型 、高精 度十字交叉滚子轴承如图３ 所 示 ，因 轴 承 中 圆柱 滚 子在呈９ ０ 。 的Ｖ形 沟槽 滚 动 面 上 相互 垂 直 的 排 列 ， 轴 承 可承 受 径 向 负荷 、轴 向负 荷及 倾 覆 力矩 等 所 有 方 向 的 负 荷 。 内 外 圈 的 尺 寸 最 大 限 度地 小 型 化 ， 外 圈采 用两 体 分割 的 构造 ，轴 承预 紧 量 可调 整 ，通
工业机器人第四章-工业机器人结构设计
缺点
直接连结传动
直接装在关节上
结构紧凑
需考虑电机自重，转动惯量大，能耗大
远距离连结传动
经远距离传动装置与关节相连
不需考虑电机自重，平衡性良好
额外的间隙和柔性，结构庞大，能耗大
间接传动
经速比远>1的传动装置与关节相连
经济、对载荷变化不敏感、便于制动设计、方便一些运动转换
传动精度低、结构不紧凑、引入误差，降低可靠性
直接驱动
不经中间关节或经速比=1的传动装置与关节相连
传动精度高，振动小，传动损耗小，可靠性高，响应快
控制系统设计困难，对传感元件要求高，成本高
一 工业机器人总体设计
模块化结构设计 模块化工业机器人 由一些标准化、系列化的模块件通过具有特殊功能的结合部用积木拼搭方式组成的工业机器人系统。 模块化工业机器人的特点 经济性 灵活性 存在的问题 刚度比较差 整体重量偏重 模块针对性待提高
谐波齿轮传动是靠柔性齿轮（柔轮）所产生的可控弹性变形来实现传递运动和动力的。它的基本构件有：柔轮、波发生器和刚轮。三个构件中可任意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入，一个输出 ，组成差动传动。
当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时，柔轮在椭圆凸轮作用下产生变形，在波发生器长轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合；在短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全脱开；在波发生器长轴与短轴区间，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态，称为啮入；有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态，称为啮出。由于波发生器的连续转动，使得啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次变化，循环不已。由于柔轮比刚轮的齿数少2 ，所以当波发生器转动一周时，柔轮向相反方向转过两个齿的角度，从而实现了大的减速比。
工业机器人4[1].3_臂部手腕设计
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Pq Fm Fg
2、臂部回转运动驱动力矩的计算
臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩 与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。由于升速过程一 般不是等加速运动，故最大驱动力矩要比理论平均值大 一些，一般取平均的1.3倍。驱动力矩 M q (可N 按• m下) 式计 算：
此种传动机构的结构紧凑、轻巧、传动扭矩大， 能提高机械手的工作性能。在示教型的机械手中， 采用这类传动机构作手腕结构的比较多，但缺点 是手腕有一个“诱导运动”，因而要补偿。
下图为给图4-44所示手腕增加一个 3回60转 运动 后成为RBR三自由度手腕的传动示意图。当油缸1 中的活塞作左右移动时，通过链条、链轮2、锥齿 轮3和4带动花键轴5和6转动，而花键轴6与行星 架9连成一体，因而也就带动行星架作回转运动， 即为手腕所增加的作 的回36转0运动。
以由B关节和R关节组成许多种形式。此外，B关节 和R关节排列的次序不同，也会产生不同的效果， 也产生了其它形式的三自由度手腕。为了使手腕结 构紧凑，通常把两个B关节安装在一个十字接头上， 这对于BBR手腕来说大大减小了手腕纵向尺寸。
2.按驱动方式分类
(1)直接驱动手腕。
手腕因为装在手臂末端,所以必须设计得十分紧凑， 可以把驱动源装在手腕上。下图所示是Moog公司的 一种液压直接驱动的BBR手腕，设计紧凑巧妙。Ml、 M2 、M3是液压马达,直接驱动手腕的偏转、俯仰和翻转 三个自由度轴。这种直接驱动手腕的关键是能否选到 尺寸小、重量轻而驱动力矩大、驱动特性好的驱动电 机或液压驱动马达。
关节型工业机械手的结构设计毕业设计说明书[管理资料]
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毕业论文题目关节型工业机械手的结构设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0917班学生学号20090421170指导教师二〇一三年六月三日摘要关于该关节型工业机械手的具体研究方法。
本次设计工作首先对实体安川机器人进行了细致的研究，了解了其内部的具体结构，安川机器人的结构可分为六个轴系，然后根据六个轴系对其内部结构进行分解，以便了解各个零件之间的配合，这样就对安川机器人有了大体的了解。
下面就进行尺寸的测量，尺寸的测量只需要测量一下大体的外观尺寸，而内部尺寸可根据零件的配合进行合理的设计。
然后，进行计算（包括电机功率的计算，轴的设计，齿轮的参数计算），接着可依据相关资料，选取恰当的电机。
最后，可根据实体与之前所掌握的知识对机械手的结构进行设计分析。
关键词:伺服电机、机械手抓、移动旋转。
ABSTRACTHere is about the research method of the industrial manipulator joints. The design work on the real first AnChuan robot has carried on the detailed research, understand the internal structure of concrete, AnChuan robot structure can be divided into six axis, and then according to the six axis of its internal structure decomposition, in order to understand the cooperation between the various parts of the, thus for AnChuan robot have roughly understanding. Below is the size of the measurement, the size of the measurement only need to measure the general appearance of the size, and the internal dimension can be reasonable according to the parts of the design. Then, computing (including motor power calculation, the design of the shaft, the gear parameter calculation), then can according to relevant data, select the appropriate machine. Finally, according to the entity and prior knowledge on the structure of the manipulator design analysis.Keywords:servo motor rotate, manipulator grabbing and moving.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)机械手国内外发展现状 (1)多关节型工业机械手概述 (2)机械手组成与分类 (3) (3) (3)2机械手的设计方案 (4) (5)机械手设计方案 (5)方案特点 (6)电机的选型 (7)初步估算机械手的质量 (7) (8)计算电机功率 (10)锥齿轮设计 (10)齿轮精度、材料 (10)按齿面接触疲劳强度设计 (10)按齿根弯曲强度设计 (12)锥齿轮参数计算 (12)同步带轮的设计 (13)同步齿形带传动计算 (13)带轮几何尺寸的计算 (14)减速器的设计 (16)减速器减速比的计算 (16)减速器输出轴径的计算 (16)4 机械手各结构设计 (17)手爪结构的设计 (17)手爪的设计要求 (17)手爪的分类 (18)手部结构形式的确定 (18)手腕结构的设计 (18)手腕的设计要求 (18)手腕结构形式的确定 (19)手臂结构的设计 (19)手臂的设计要求 (19)手臂结构 (19)小臂结构形式的确定 (20)小臂后箱体的结构设计 (20)连接杆件的设计 (21)5 关键轴的校核 (21)腕部输入轴的结构 (21)轴的校核 (22)6 结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)1前言机械手国内外发展现状1962年，美国机械铸造公司试制成一台数控试教机械手。
喷涂机器人手腕分类
喷涂机器人手腕分类
在机器人手臂和手爪之间用于支撑和调整手爪的部件就叫机器人手腕。
机器人手腕主要用来确定被抓物体的姿态，一般采用三自由度多关节机构由旋转关节和摆动关节组成，三个关节可形成27种配置。
按照机器人手腕（4、5、6轴）结构形式的不同，喷涂机器人可分为正交球型手腕喷涂机器人、直线形非球型中空手腕喷涂机器人、斜交非球型中空手腕喷涂机器人。
一、正交球型手腕喷涂机器人
正交球型手腕结构喷涂机器人除了具备防爆功能外，其手腕结构与通用六轴关节型工业机器人相同，4、5、6轴为正交球型结构，即一个摆动轴、2个旋转轴，三个轴线相交于一点且两相邻关节的轴线垂直的喷涂机器人。
二、直线形非球型中空手腕喷涂机器人
直线形非球型中空手腕结构喷涂机器人4、5、6轴为三个回转轴，且三个回转轴可重合为一条直线。
三、斜交非球型中空手腕喷涂机器人
斜交非球型中空手腕结构喷涂机器人4、5、6轴为三个回转轴，且三个回转轴相交于两点的形式。
关节型机器人腕部结构设计(全套,CAD有图)
1前言1.1机器人的概念机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。
美国机器人工业协会提出的工业机器人定义为：“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机”。
英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。
我国的国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：“机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。
能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。
而将操作机定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。
机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使机器人进行作业而要求的外部设备组成。
1.1.1操作机操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。
通常由下列部分组成：a.末端执行器又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
b. 手腕是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有2～3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。
有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
c. 手臂它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。
手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。
手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。
d. 机座有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。
可分固定式和移动式两类。
1.1.2驱动单元它是由驱动器、检测单元等组成的部件，是用来为操作机各部件提供动力和运动的装置。
1.1.3控制装置它是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按规定的要求动作。
1.1.4人工智能系统它由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策－规划智能系统。
智能机器人-工业机器人腕部结构设计培训资料
液压缸按其作用方式的不同，分为单作用 式和双作用式两大类。单作用液压缸只利 用液压力推动向一个方向运动，而反向运 动则依靠重力、弹簧力等来实现；双作用 缸正反向的运动都依靠液压力推动来实现。 如果采用液压缸来驱动，则可以实现机械 手的多方位运动。
3．双回转油缸驱动手腕 ：
结构特点： 采用双回转油缸驱动，一个带动手 腕作俯仰运动，另一个油缸带动手 腕作回转运动。 V-V视图表示的回转缸中动片带动 回转油缸的刚体，定片与固定中心 轴联结实现俯仰运动；L-L视图表示 回转缸中动片与回转中心轴联结， 定片与油缸缸体联结实现回转运动。
通常也把手腕的翻转叫做Roll，用R表示：把手 腕的俯仰叫做Pitch，用P表示，把手腕的偏转叫做 Yaw，用Y表示。下图手腕就可实现RPY运动。
腕部结构特点
手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主 要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手 部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围， 并使机械手变的更灵巧，适应性更强。一般机 械手手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动 即可满足工作要求。目前，应用最为广泛的手 腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结 构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 270。）,并且要求严格密封，否则就难保证稳 定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况 下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。
(2)远距离传动手腕，图中所示是一种远距离传动的RBR手腕。Ⅲ
轴的转动使整个手腕翻转，即第一个R关节运动。Ⅱ轴的转动使手腕 获得俯仰运动，即第二个B关节运动。I轴的转动即第三个R关节运动。 当c轴一离开纸平面后，RBR手腕便在三个自由度轴上输出RPY运动。 这种远距离传动的好处是可以把尺寸、重量都较大的驱动源放在远 离手腕处，有时放在手臂的后端作平衡重量用，不仅减轻手腕的整 体质量，而且改善了机器人整体结构的平衡性。
详解机器人手腕结构图
详解机器人手腕结构图————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：【详解】机器人手腕结构图机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件,它的作用是调节或改变工件的方位, 因而它具有独立的自由度,以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求。
工业机器人一般需要6个自由度才能使手部达到目标位置并处于期望的姿态。
为了使手部能处于空间任意方向, 要求腕部能实现对空间三个坐标轴x、y、z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度,如图2．3１所示。
通常也把手腕的翻转叫做Roｌl,用R表示;把手腕的俯仰叫做Pｉtch，用Ｐ表示; 把手腕的偏转叫Yaｗ,用Y表示。
图2.31 手腕的自由度(a）绕z轴转动; (b)绕y轴转动; (c) 绕ｘ轴转动；（d) 绕x、y、ｚ轴转动手腕的分类１．按自由度数目来分手腕按自由度数目来分, 可分为单自由度手腕、2自由度手腕和3自由度手腕。
(1）单自由度手腕,如图2.32所示。
图（ａ)是一种翻转(Rｏll)关节, 它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式。
这种R关节旋转角度大, 可达到3６0°以上。
图(b)、(c）是一种折曲（Benｄ)关节(简称B关节), 关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。
这种B关节因为受到结构上的干涉, 旋转角度小,大大限制了方向角。
图(d)所示为移动关节。
图2.3２单自由度手腕（a) R手腕；(ｂ) B手腕;(c）Ｙ手腕；(d) T手腕(2) ２自由度手腕,如图2．3３所示。
２自由度手腕可以由一个R关节和一个B关节组成ＢR手腕（见图２.3３(a))，也可以由两个B关节组成BB手腕(见图2.33(b））。
但是,不能由两个Ｒ关节组成RR手腕，因为两个R共轴线,所以退化了一个自由度, 实际只构成了单自由度手腕,见图2.33(ｃ)。
图2.33 二自由度手腕(ａ) BR手腕; (b) ＢＢ手腕; (c) ＲＲ手腕(3)3自由度手腕，如图2.34所示。
垂直多关节机器人臂部和手部设计
目录1 前言 (1)1.1课题来源 (1)1.2技术要求及预期效果 (1)1.3本课题要解决的主要问题及设计总体思路 (1)1.4国内外研究现状及发展状况 (1)1.4.1 研究现状 (1)1.4.2 发展趋势 (2)2 总体方案设计 (4)2.1机械结构类型的确定 (4)2.2传动方案的确定 (4)2.3工作空间的确定 (5)2.4手腕结构的确定 (5)2.5驱动装置的选择 (6)2.5.1 机器人驱动方案的分析和选择 (6)2.5.2 手腕电机的选择 (7)2.5.3 传动比的确定及分配 (8)3 齿轮的设计 (9)3.1齿轮强度的设计与校核 (9)3.1.1第一级圆柱齿轮传动设计 (9)3.1.2 第二级圆锥齿轮传动设计 (12)4 轴的设计 ........................................................................................... 错误!未定义书签。
4.1转腕传动轴的选择 ....................................................................... 错误!未定义书签。
4.2摆腕传动轴的设计 ....................................................................... 错误!未定义书签。
4.2.1 圆柱齿轮轴的设计 ..................................................................... 错误!未定义书签。
4.2.2 轴的强度校核 ............................................................................. 错误!未定义书签。
4.2.3 圆锥齿轮轴的设计 ..................................................................... 错误!未定义书签。
大中型工业机器人手腕的设计
大中型工业机器人手腕的设计龚仲华;龚晓雯【摘要】为解决当前工业机器人生产制造、维修中所存在的谐波减速器及传动部件的分离和组装技术难题,将新技术和新颖功能部件应用到产品设计中,使工业机器人的装配和维修更简单和快捷;对现行工业机器人的传动系统结构及存在问题进行了分析和研究,提出了一种用于大中型垂直串联工业机器人手腕的新型结构设计方案,并对传动系统的结构进行了具体介绍;该方案将手腕传统系统设计成了可整体装拆和标准化生产、能通过法兰定位简单安装的传动组件,使手腕安装及维修时无需进行谐波减速器及传动部件的分离,传动组件装配时无需进行调整;利用实际生产制造及产品技术性能测试,对传统系统的设计进行了验证.结果表明,采用这一设计方案所制造的工业机器人手腕,不但解决了传统结构设计中所存在的减速器及传动部件的安装和维修问题,延长了部件的使用寿命;而且手腕摆动轴B、手回转轴T的传动精度、运动速度等指标均比传统结构手腕提高了10％～ 20％左右.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2016(033)012【总页数】6页(P1457-1462)【关键词】工业机器人;垂直串联;后驱手腕;设计【作者】龚仲华;龚晓雯【作者单位】常州机电职业技术学院电气工程学院,江苏常州213164;国家统计局武进调查队,江苏常州213100【正文语种】中文【中图分类】TH122;TP242.2工业机器人是集多学科先进技术于一体的机电一体化设备，其应用已越来越广泛。
工业机器人的手腕是用来调整作业工具姿态、决定作业灵活性的关键部件，其结构将直接影响产品性能和使用维修。
现代工业机器人大都采用交流伺服电机驱动，电机的转速高、输出转矩小，而手腕的回转、摆动运动需要低速、大转矩输出，因此，传动系统必须有大比例的RV减速器或谐波减速器进行减速[1-4]。
部件型(component type)谐波减速器是目前使用最为广泛的减速装置，这种减速器采用的是刚轮、柔轮、谐波发生器分离型结构[5]，因此，无论是生产厂家的产品制造，还是机器人使用厂家维修时，都需要进行谐波减速器和传动零件的分离和安装，其装配调试的要求非常高。
机器人手腕的设计要求
机器人手腕的设计要求
手腕是连接手臂和末端执行器的部件，其功能是在手臂和机座实现了末端执行器在作业空间的三个位置坐标（自由度）的基础上，再由手腕来实现末端执行器在作业空间的三个姿态（方位）坐标，即实现三个旋转自由度。
通过机械接口，联接并支承末端执行器。
手腕能实现绕空间三个坐标轴的转动，即回转运动、左右偏摆运动和俯仰运动。
当有特殊需要时，还可以实现小距离的横移运动。
手腕的自由度愈多，结构和控制愈复杂。
因此，应根据机器人的作业要求来决定其应具有的自由度数目。
在多数情况下，手腕具有1-2个自由度即可满足作业要求。
（1）设计要求
对工业机器人手腕设计的要求有：
①由于手腕处于手臂末端，为减轻手臂的载荷，应力求手腕部件的结构紧凑，减少其质量和体积。
为此腕部机构的驱动装置多采用分离传动，将驱动器安置在手臂的后端。
②手腕部件的自由度愈多，各关节角的运动范围愈大，其动作的灵活性愈高，机器人对作业的适应能力也愈强。
但增加手腕自由度，会使手腕结构复杂，运动控制难度加大。
因此，在设计时，不应盲目增加手腕的自由度数。
通用目的机器人手腕多配置3个自由度，某些动作简单的专用工业机器人的手腕，根据作业实际需要，可减少其自由度数，甚至可以不设置手腕以简化结构。
③为提高手腕动作的精确性，应提高传动的刚度，应尽量减少机械传动系统中由于间隙产生的反转回差。
④对手腕回转各关节轴上要设置限位开关和机械挡块，以防止关节超限造成事故。
5.2工业机器人手腕
主要内容
• 一、手腕的运动形式 • 二、手腕的自由度 • 三、柔顺手腕结构
一、手腕的运动形式
• 手腕位置：在机器人末端操作器和臂部之间。 • 作用：有助于手部呈现期望的姿态，扩大臂部运动范围，增加机器人的自由度。
一、手腕的运动形式
• 1) 臂转 • 2) 手转 • 3) 腕摆
绕小臂轴线方向的旋转称臂转； 使末端执行器（手部）绕自身轴线方向的旋转称手转； 使末端执行器相对于手臂进行摆动。
1. 单自由度手腕
翻转手腕、折曲手腕与移动手腕
1) 翻转（roll）手腕
简称R手腕，该手腕关节的Z轴与手臂纵轴线构成共轴线形式，这种R手 腕旋转角度大，可达360°以上。
1. 单自由度手腕
2) 折曲（bend）手腕
简称B手腕，该手腕关节的X轴、Y轴线与手臂纵轴线相垂直。这种B关节 因为受到结构上干涉，旋转角度小，大大限制了方向角。
1. 单自由度手腕
3) 移动手腕 简称T手腕，该手腕关节做直线移动。
2. 二自由度手腕
俯仰
俯仰
偏转
翻转
BR手腕
BB手腕
翻转
RR手腕
3. 三自由度手腕
• 由B关节和R关节组合而成，组合的方式有多种多样。
• B关节和R关节排列的次序不同，会产生不同形式的三自由度手腕。
偏转 翻转
B
B
R
俯仰 俯仰
R
R 偏转
二、手腕的自由度
➢单自由度、二自由度和三自由度。
三、柔顺手腕结构
➢从结构的角度在手腕部配置一个柔顺环节，以满足柔顺装配的需要。
Z
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腕 爪
手
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腕
一、手腕的运动形式
机械手的结构设计概述
摘要本文简要介绍了电动式关节型机器人机械手的概念，机械手硬件和软件的组成，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点。
本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。
同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。
设计了机械手的手臂结构。
设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量，画出了机械手的装配图图。
关键词：工业机器人机械手电动电动式关节型机器人机械手AbstractAt first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the Eller. Dairy information of the development briefly. What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic.The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator. This paper designs the structure of the wrist, computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.The paper designs the structure of the arm. The paper institutes two control schemes of according to the work flow of the manipulator. The paper draws out the work time sequence chart and the trapezium chart.KEY WORDS: Industrial robot robot electricelectric-type joints robot manipulator目录第一章绪论 (5)1.1 绪言 (5)1.2 课题工作要求 (7)1.3 课题基本参数的确定 (8)第二章结构的设计 (10)2.1 手部的机构 (10)2.1.1 手指的形状和分类 (11)2.1.2 设计时考虑的几个问题 (11)2.1.3 手部夹紧的设计 (12)2.2 手腕结构设计 (13)2.2.1 手腕的自由度 (13)2.2.2 手腕的驱动力矩的计算 (13)2.3 手臂伸缩，升降的尺寸设计与校核 (18)2.3.1 手臂伸缩的尺寸设计与校核 (18)2.3.2手臂升降的尺寸设计与校核 (19)第三章控制系统设计 (22)总结 (43)致谢 (44)结参考文献 (45)第1章绪论1.1绪言到目前为止，世界各国对“机器人机械手”还没有做出统一的明确定义。
机械手腕部设计范文
机械手腕部设计范文机械手是一种模仿人手的机械装置，广泛应用于工业生产线上的自动化操作。
机械手通常由机械臂和手腕部组成，其中手腕部起着连接机械臂与末端执行器的作用。
手腕部的设计对机械手的动作能力和精度有着重要影响。
机械手腕部主要由关节、传感器和执行器组成。
关节是连接机械臂和手腕的部分，通常由旋转关节和弯曲关节组成。
旋转关节使机械手能够在水平方向上旋转，而弯曲关节则使机械手能够在垂直方向上弯曲。
关节的设计需要考虑到承载能力、阻尼控制和位置精度等因素。
传感器在机械手腕部起到了非常重要的作用。
通过传感器可以实时获取机械手的位置、姿态和力量等信息，从而实现更加精确的控制。
常用的传感器有位置传感器、力矩传感器和视觉传感器。
位置传感器用于测量关节的位置，力矩传感器用于测量关节所施加的力矩，而视觉传感器可以通过图像识别实现对目标物体的抓取。
执行器是机械手腕部的输出部分，通过执行器可以实现对机械手的运动控制。
常见的执行器有电机和液压缸。
电机驱动机械手的旋转和弯曲动作，而液压缸则可以实现更大的力矩输出。
根据实际需要，执行器的选型需要考虑到输出力矩、响应速度和能耗等因素。
除了上述基本组成部分，机械手腕部还需要考虑到人机交互性和安全性等因素。
人机交互性指的是机械手腕部与操作人员之间的交互，包括界面设计和操作逻辑等方面。
安全性是指机械手腕部在工作过程中的安全保护措施，如急停装置和限位开关等。
在设计机械手腕部时，需要充分考虑到工作环境和任务需求。
工作环境包括空间限制、温度要求和清洁程度等方面，而任务需求则包括工作范围、负载能力和定位精度等方面。
根据这些要求，可以选择合适的关节结构、传感器和执行器等。
总结起来，机械手腕部设计需要考虑到关节、传感器和执行器等部分的协调配合，同时还需要兼顾人机交互性和安全性等因素。
通过合理的设计，可以实现机械手腕部对于工业生产的快速、准确和安全的操作。
机器人手部结构详解
拨杆杠杆式手爪
滑槽式手爪
重力式手爪
2．电磁吸盘(1)：
电磁吸盘的结构：
主要由磁盘、防尘盖、线圈、壳体等组成。
工作原理：
夹持工件：
线圈通电→空气间隙的存在→线圈产生大的电感和启 动电流→周围产生磁场（通电导体一定会在周围产生 磁场）→吸附工件
放开工件：
线圈断电→磁吸力消失→工件落位
当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。当 被抓物体的直径大小变化时，需要调整手爪的位 置才能保持物体的中心位置不变。
平动型：
手，手指姿态不变，作平动。
平移型：
当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并 保持夹持中心的固定不变，不受工件直径变化的 影响。
2．电磁吸盘(2)：
适用范围：
适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于 由有色金属和非金属材料制成的工件。
适合于被吸附工件上有剩磁也不影响其工 作性能的工件。
适合于定位精度要求不高的工件。
适合于常温状况下工作。铁磁材料高温下 的磁性会消失。
电磁吸盘图例:
3．真空式吸盘：
构成:
由真空泵、电磁阀、电机和吸盘等构成。
3．手部是一个独立的部件：
工业机器人通常分为三个大的部件： 机身、手臂（含手腕）、手部。手部 对整个机器人完成任务的好坏起着关 键的作用，它直接关系着夹持工件时 的定位精度、夹持力的大小等。
4．手部的通用性比较差：
工业机器人的手部通常是专用装置：一 种手爪往往只能抓住一种或几种在形状、 尺寸、重量等方面相近的工件；一种工 具只能执行一种作业任务。
回转型图例：
压缩弹簧
拉伸弹簧
平动型图例：
动作分解：
作业：
用作图法分析当主 动件左移才处于某 个位置时，手指所 处的位置。
工业机器人2.2手部设计-2.3腕部设计
2.2.3 类人机器人的手部—关节式手指
大部分的工业机器人的手部只有两个 手指，而且手指上一般没有关节。为了 使机器人的手臂能完成各种不同的工作， 有更大的适应性和通用性，除了要使臂 部具有更大的空间活动范围外，还要在 其上安装一个更灵巧的手，即类人手。 这种手是由若干带有关节的手指构成。
一、气吸式手部的种类
5 3 4
4
2
1
1-电机 2-真空泵 3,4-电磁阀 5-吸盘 真空吸盘控制系统
No.29
2.2.2 吸附式手部的设计
一、气吸式手部的种类
气流负压喷嘴吸盘结构原理图 挤压负压式吸盘
No.30
2.2.2 吸附式手部的设计
二、气吸式手部的设计要素
吸力大小与吸盘的直径大小，吸盘内的 真空度(或负压大小)以及吸盘的吸附面积 的大小有关。工件被吸附表面的形状和 表面不平度也对其有一定的影响，设计 时要充分考虑上述各种因素，以保证有 足够的吸附力。
一、手指
No.9
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
斜楔杠杆式手部
No.10
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
滑槽杠杆式手部
No.11
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
双支点连杆杠杆式手部
No.12
2.2.1 钳爪式手部的设计
No.34
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
盘状磁吸附手部结构
No.35
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
几种电磁式吸盘工作示意图
No.36
2.2.2 吸附式手部的设计
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气压驱动
• 气压驱动器在原理上与液压驱动器相同； • 由于气动装置的工作压强低，和液压系统相比，功率——
重量比低得多； • 由于空气的可压缩性，在负载作用下会压缩和变形，控制
工业机器人腕部结构设计
-----驱动部分
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1
目录
一、工业机器人补充资料 二、工业机器人驱动机构 三、工业机器人传动机构
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2
一 、工业机器人补充资料
• 1、自由度 • 2、精度：工业机器人精度是指定位精度和
重复定位精度。定位精度是指机器人手部 实际到达位置与目标位置之间的差异。重 复定位精度是指机器人重复定位其手部于 同一目标位置的能力，可以用标准偏差这 个统计量来表示，它是衡量一列误差值的 密集度，如下图示
• 根据液压执行器输出量的形式的不同，大致可以把它们区 分为作直线运动的油压缸和作旋转运动的油压马达。
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8
液压驱动系统
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9
• 功率——重量比高，低速时出力大（无论直线驱动还是旋转驱 动）, 适合微处理器及电子控制，可用于极端恶劣的外部环境。
• 由于液压系统中存在不可避免的泄漏、噪声和低速不稳定等问 题，以及功率单元非常笨重和昂贵，目前已不多使用它们。
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3
（a）重复定位精度的测量（b）合理定位精度，良好重复定位精 度（c）良好定位精度，很差重复定位精度（d）很差定位精度， 良好重复定位精度
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4
• 3、速度
• 机器人运动速度是其主要参数之一，它反映了机器人的作 业水平运动速度的快慢与它的驱动方式、定位方式、抓取 质量大小和行程距离有关，作业机器人手部的运动速度应 根据生产节拍、生产过程的平稳性和定位精度等要求来决 定。
气缸的精确位置很难。因此气动装置通常仅用于插入操作 或1/2自由度关节上； • 结构简单，安全可靠，价格便宜；
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液压驱动与气压驱动之对比
液压驱动 • 适于搬运较重的物体 • 不适于高速移动 • 适于确定高精度位置
气压驱动 • 适于搬运较轻的物体 • 适于高速移动 • 不适于确定高精度位置
4.交流电机的控制方式
改变定子绕组上的电压或频率，即电压控制或频率控制方式。
伺服电机的精度由编码器的精度决定。
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步进电机驱动
步进电机驱动系统主要用于开环位置控制系统。优点：控 制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化。缺点：由于开 环控制，所以精度不高。
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1.工作原理
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。简单说： 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的 方向转动一个固定的角度（即步进角）。可以通过控制脉冲个数 来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制 脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
• 目前，工业机器人的最大直线运行速度大部分为 1000mm/s左右。最大回转速度为120度/秒左右。
• 作为机器人规格参数的速度是指平均速度，实际使用速度 可在一定范围内调节。
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• 4、承载能力
• 承载能力是指机器人在工作范围内的任何 位姿上所能承受的最大质量。承载能力不 仅决定于负载的质量，而且还与机器人运 动的速度和加速度大小和方向有关。为了 安全起见，承载能力这一指标是指高速运 行时的承载能力。通常，承载能力不仅指 负载，而且还包括机器人末端操作器的质 量。工业机器人的额定负载是指在规定范 围内手腕机械接口处所能承受的最大负载 允许值。
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二、工业机器人驱动方法
液压驱动 气压驱动 直流电机驱动 交流电机驱动 步进电机驱动 超声波电机驱动
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液压驱动
• 把油压泵产生的工作油的压力能．转变成机械能的装置称 为液压执行器。在驱功液压执行器时，作为外围设备，包 括： (1)形成液压的液压泵； (2)供给工作油的导管； (3)控制工作油流动的液压控制阀； (4)控制控制阀的控制回路，
3. 直流电机的控制方式
改变电压或电流控制转速和转距。 脉冲宽度调制PWM是利用脉宽调制器对大功率晶体管开关放大器的开关时间进
行控制，将直流电压转换成某一频率的矩形波电压，加到直流电机的电枢两端，
通过对矩形波脉冲宽度的控制，改变电枢两端的平均电压达到调节电机转速的
目的。
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4. 直流电机的特点
异步电机：转子和定子上都有绕组，所谓异步是指转子磁 场和定子间存在速度差（不是角度差）。
2.矩频特性曲线
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3.交流电机的特点
特点：无电刷和换向器，无产生火花的危险；比直流电机的 驱动电路复杂、价格高。
同步电机的特点：体积小。用途：要求响应速度快的中等速 度以下的工业机器人；机床领域。
异步电机的特点：转子惯量很小，响应速度很快。用途：中 等功率以上的伺服系统。
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直流电机驱动
1. 直流电机工作原理
电刷 左 手 定 则
换向器
T=BILr
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直流电动机通过 换向器将直流转 换成电枢绕组中 的交流，从而使 电枢产生一个恒 定方向的电磁转 矩。
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2. 矩频特性曲线：电流控制曲线和电压控制曲
线。
T (V K E)KT R
其中，KE为电 动势常数， KT 为转矩常数。
步进电机有三种：永磁式PM（permanent magnet）；反应式 （也称可变磁阻式）VR（variable reluctance），在欧美等发达 国家80年代已被淘汰；混合式 HB（hybrid），混合式是指混合了 永磁式和反应式的优点，混合式步进电机的应用最为广泛。
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PM式步进电机转子是永磁体，定子是绕组，在定子电磁铁和转子永磁体之 间的排斥力和吸引力的作用下转动，步距角一般为7.5o~90o。
优点：调速方便（可无级调速），调速范围宽，低速性能好 （启动转矩大，启动电流小），运行平稳，转矩和转速容易控制。
缺点：换相器需经常维护，电刷极易磨损，必须经常更换， 噪音比交流电机大。
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交流电机驱动
AC servomotor
1. 工作原理
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同步电机：定子是永磁体，所谓同步是指转子速度与定子 磁场速度相同。