工业机器人

1、工业机器人的结构组成？

通用工业机器人主要机械结构可划分为基座、臂部、腕部和末端执行器(手爪)。基座起支承作用，固定式机器人的基座直接联接在地面基础上，移动式机器人的基座安装在移动机构上。臂部联接基座和手腕，主要改变末端执行器的空间位置。腕部联接臂部和末端执行器，主要改变末端执行器的空间姿态。末端执行器也称为手爪部份或手部，是机器人的作业工具。如抓取工件的各种抓手、取料器、专用工具的夹持器等，还包括部分专用工具，如拧螺钉螺母机、喷枪、焊枪、切割头、测量头等。

本节主要介绍部分机器人手腕和末端执行器的结构。

一、手腕机械结构

手腕确定末端执行器的作业姿态，一般需要三个自由度，由三个回转关节组合而成，组合方式多样。回转方向分：臂转是绕小臂轴线方向的旋转；手转是使末端执行器绕自身的轴线旋转；腕摆是使手部相对臂部的摆动。

1．通用手腕结构腕部结构的设计要满足传动灵活、结构紧凑轻巧，避免干涉。通常将腕部的驱动部分安排在小臂上，几个电动机的运动传递到同轴旋转的心轴和多层套筒上。运动传入腕部后再分别实现各个动作。

图4-34和图4-35所示为PT-600型弧焊机器人手腕部结构图和传动简图。

图4-34PT-600型弧焊机器人手腕部结构图

1-腕摆框2-腕摆齿形带3-小臂4-腕摆带轮5-腕摆轴6、12-端盖7-腕摆谐波减速器8-联结法兰9-锥齿轮10-手转谐波减速器11-手转轴13-手转带轮14-手转齿形带

图4-35PT-600机器人手腕部传动简图

这是一个腕摆、手转二自由度的手腕结构。其传动路线为：腕摆电机通过同步齿形带带动腕摆谐波减速器7，减速器的输出轴带动腕摆框1实现腕摆运动；手转电动机通过同步齿形带带动手转谐波减速器10，减速器的输出通过一对锥齿轮9实现手转运动。注意，当腕

摆框摆动而手转电动机不转时，联接手部的锥齿轮在另一锥齿轮上滚动，产生附加的手转运动，控制上要进行修正。

图4-36KUKA IR-662/100型机器人手腕传动结构简图

图4-37KUKA IR-662/100型机器人手腕结构图

1-中心轴2-空心轴3-手腕壳体4、18-定轮5、14-动转6、7、9、19、26、27-锥齿轮8、16-柔轮10、15-波发生器11-盖12-腕摆壳体13-零件17-法兰盘20-底座21-带键轴22、24、25-带23-花键轴

图4-36所示为KUKA IR-662／100型机器人的手腕部传动简图。这是一个三自由度的手腕结构，关节配置形式为臂转、腕摆、手转结

构。其传动链分成二部分，一部分在机器人小臂壳内，三个电机的输出通过带传动分别传递到同轴转动的心轴、中间套、外套筒上。另一部分传动链安排在手腕部，图4-37所示为手腕的结构图。

其传动路线为：

(1)臂转运动臂部外套筒与手腕壳体7通过端面法兰联接，外套简直接带动整个手腕旋转完成臂转运动。

(2)腕摆运动臂部中间套通过花键与空心轴2联接，空心轴另一端通过一对锥齿轮6、7带动腕摆谐波减速器的波发生器10，波发生器上套有轴承和柔轮8，谐波减速器的定轮4与手腕壳体相联，动轮5通过盖11与腕摆壳体12相固接，当中间套带动空心轴旋转时，腕摆壳体作腕摆运动。

(3)手转运动臂部心轴通过花键与腕部中心轴1联接，中心轴的另一端通过锥齿轮27、26带动花键轴23，花键轴的一端通过同步齿形带传动24、25、22带动带键轴2l，再通过锥齿轮19，9带动手转谐波减速器的波发生器15，波发生器上套有轴承和柔轮16，谐波减速器的定轮18通过底座20与腕摆壳体相联，动轮14通过零件13与联接手部的法兰盘17相固定．当臂部心轴带动腕部中心轴旋转时，法兰盘作手转运动。

值得注意的是，臂转、腕摆、手转三个传动并不是相互独立的，存在较复杂的干涉现象。当中心轴1和空心轴2固定不转，仅有手腕壳体3作臂转运动时，由于锥齿轮6不转，锥齿轮7在其上滚动，因此有附加的腕转运动输出，同理，锥齿轮26在锥齿轮27上滚动，也

产生附加的手转运动。当中心轴1和手腕壳体3固定不转，空心轴2转动使手腕作腕摆运动时，也会产生附加的手转运动。最后通过控制系统进行修正。

2．柔性手腕结构柔性手腕是为喷漆作业机器而设计开发的。图4-38所示为一种多节联动万向节式柔性手腕的机构原理图，它由连杆机构，球面齿轮机构和万向联轴器机构组成。当俯仰或偏摆连杆受到作动器的牵连作用时，柔性手腕结构沿相应方向弯曲，连杆件数越多、弯曲的曲率越大。图4-39所示为柔性手腕的结构剖视。其中的球面齿轮是一种较新的传动结构。

图4-38多节联动万向节式柔性手腕机构简图

图4-39多节联动万向节式柔性手腕结构

3．柔顺手腕结构用机器人进行精密装配作业，当被装配零件之间的配合精度相当高，被装配零件的不一致性、工件的定位夹具、机器人手爪的定位精度无法满足装配要求时，会导致装配困难。这就提出了装配动作的柔顺性要求。

柔顺装配技术有两种，一种是从检测、控制的角度，采取各种不同的搜索方法，实现边校正边装配。有的手爪上还配有检测元件如视觉传感器(图4-40所示)、力传感器等，这就是所谓主动柔顺装配。另

一种是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。这种柔顺装配技术称为“被动柔顺装配”(RCC)。

图4-41所示是具有水平和摆动浮动机构的柔顺手腕。水平浮动机构由平面，钢球和弹簧构成实现在二个方向上进行浮动，摆动浮动机构由上、下球面和弹簧构成，实现二个方向的摆动。在装配作业中如遇夹具定位不准或机器人手爪定位不准时可自行校正。其动作过程如图4-42所示，在插入装配中工件局部被卡住时，将会受到阻力，促使柔顺手腕起作用，使手爪有一个微小的修正量，工件便能顺利地插人。图4-43所示是另一种结构形式的柔顺手腕，其工作原理与上述柔顺手腕相似。图4-44所示是采用板弹簧作为柔性元件组成的柔顺手腕，在基座上通过板弹簧1、2联接框架，框架另二个侧面上通过板弹簧3、4联接平板和轴。装配时通过4块板弹簧的变形实现柔顺性装配。图4-45所示是采用数根钢丝弹簧并联组成的温柔手腕。

图4-40带检测元件的手腕