2.4 转动关节和移动关节

二、转动关节
1．作用：


转动关节既用于联接各运动机构，又 传递各机构间的回转运动（或摆动）。 对于机器人而言，主要用于基座与臂 部、臂部之间、臂部和手腕等之间的 有相对运动要求的联接部件上。
2．组成：
回转关节由驱动机构、回转轴和轴承组 成。

3．常见结构形式（1）：

驱动机构和回转轴同轴式：
五、传动件的消隙
1、需要消隙的理由


传动机构存在的间隙， 称为侧隙。 传动间隙的存在，影 响着机器人的重复定 位精度和平稳性；对 机器人控制系统而言， 传动间隙导致显著的 非线性变化、振动和 不稳定性。
2、产生间隙的原因：

由于制造和装配误差所产生的间隙； 为适应热膨胀而特意留出的间隙。
3．常见结构形式（2）：

外部驱动机构驱动臂部的形式：

适合于传递大扭矩的回转运动，采用的 传动机构有滚珠丝杆、液压缸和汽缸。

驱动电机安装在关节内部的形式：

这种方式亦称为直接驱动方式。
转动关节结构示例（2）：
外部驱动
直接驱动
2．关节驱动方式（1）：

分为直接驱动和间接驱动两种方式。 直接驱动：直接驱动的机器人也叫DDR（Direct drive robot），一般指驱动电机通过机械接口直接 与关节连接（例如步进电机、伺服电机驱动式）。 特点 驱动电机和关节之间没有速度和转矩的转换。
角接触球轴承：




单个使用时只能承受一个方向的轴向载 荷，同时还能够承受一定的径向载荷。 这种轴承必须在承受轴向载荷的状态下 使用，通常成对安装使用。 当面对面或背对背安装时，可以承受径 向载荷和双向轴向载荷。 当串联安装时，只能承受很大的单向轴 向载荷。
角接触球轴承示例：
琐口在外圈
琐口在内圈

可以获得一个比较大的力矩； 可以减轻关节的负担； 可以把电机作为一个平衡质量； 增加了传动误差； 结构庞大。
关节机器人核心部件-rv减速
机器人关节
4．机器人用轴承（1）：

薄壁四点接触球轴承：

相当于两套单列角接触球轴承，能 够承受双向推力载荷。从截面上看， 其内外滚道的轮廓均由两段半径相 同的圆弧相交而成，每段圆弧与钢 球的接触角都是30°。这种轴承除 能承受轴向、径向载荷外，还能承 受倾覆力矩，特别适合于受力状态 复杂而空间位置和质量又受到限制 的情况。

直线滚动导轨：

直线滚动导轨示例：
四、传动件的定位
1．电气开关定位：

定位原理：

电气开关定位是利用电气开关（有触点或无触点） 作行程检测元件，当机械手运行到定位点时，行程 开关发出信号，切断动力源或接通制动器，从而使 机械手获得定位。

分类：

液压驱动机械手需定位时：

机械手运行至定位点，行程开关发出信号，电磁换向阀关 闭油路实现定位。

滑动导轨 滚动导轨 静压导轨 磁性悬浮导轨 由于机器人在速度和精度方面要求高， 一般采用结构紧凑且价格低廉的滚动导 轨。
直线导轨种类示例：
滑动导轨
滚动导轨
静压导轨
磁悬浮导轨
4．机器人用典型滚动导轨结构简介：

直线运动球轴承：

由外圈、保持架和在外圈和轴之间的几列钢 球组成。外圈相对轴作往复直线运动，而钢 球借助保持架通道引导循环，在外滚道中往 复滚动。 由导轨体、滑块、滚珠、保持器和端盖组成。 导轨固定在不运动的部件上，滑块固定在运 动部件上。
琐口在外 圈背靠背
琐口在外
圈面对面
琐口在外
圈串联
机器人用轴承（2）：

薄壁交叉滚子轴承：

这种轴承相当于由两套推 力圆锥滚子轴承组合而成， 滚子呈交叉垂直排列，内 圈有两个相互垂直的滚道， 外圈为双半外圈。能够承 受轴向、径向和力矩联合 载荷，并具有更高的刚度。
圆锥滚子轴承：


圆锥滚子轴承必须在承受轴向载荷的状 态下使用，可以采用面对面或背对背的 方式成对使用。 有较大的径向和轴向承载能力。
3、消隙的措施：

提高制造和装配精度； 设计可调整传动间隙的机构； 设置弹性补偿零件。
偏心套调整法图例：
提高关键零件的装配精度以保证整体精度
双片薄齿轮错齿调整法
垫片错齿调整
1、2-薄片齿轮；3-宽齿轮；4-垫片
轴向压簧错齿调整
1、2-薄片齿轮；3-宽齿轮； 4-调整螺母；5-弹簧
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转动关节和移动关节
引言

机器人是运动的，各个部位都需要能 源和动力，设计和选择良好的传动部 件是非常重要的。这涉及到关节形式 的确定、传动方式的选择、传动部件 的定位和消隙等多个方面。
一、关节
1．定义：

机器人中联结运动部分的机构 称为关节。
2．分类：


按照关节的运动方式不同，关节分为 转动关节和移动关节。 转动关节实现两个部件之间的相对回 旋运动；移动关节实现两个部件之间 的相对直线运动。
A．机械传动精度高； B．振动小，结构刚性好； C．结构紧凑，可靠性高； D．电机的重量会增加转动负担。

关节直接驱动 图例：
力矩电机
力矩电机
2．关节驱动方式（2）：


间接驱动方式：大部分机器人是间接驱动 方式。由于驱动器的输出转矩大大小于驱 动关节所要求的转矩，所以必须使用减速 器。 间接驱动特点：

电机驱动机械手需定位时：

机械手运行至定位点，行程开关发出信号，电气系统激励 电磁制动器进行制动而定位。
2．机械挡块定位：

是在行程终点设置机械挡块，当机械 手减速运动至终点时，紧靠挡块而定 位。
插销定位结构示例：
3．伺服定位系统：

前面两种定位方法只适用于两点或多 点定位，而在任意点定位时，要使用 伺服定位系统。它可以根据输入指令 的变化控制位移，获得良好的运动特 性。不仅适用于点位控制，也适合于 连续轨迹控制。

属于直接驱动回转轴，有较高的定位精 度。为了减轻重量，要求选择小型减速 器并增加臂部的刚性。适用于水平多关 节型机器人。 重量大的减速机构安装在基座上，通过 臂部内的齿轮、链条来传递运动。适用 于要求臂部结构紧凑的场合。

驱动机构与回转轴正交式：

转动关节结构示例（1）：
同轴式
正交式
正交与同轴关节
圆锥滚子轴源自文库图例：
基本型
面对面安装
背对背安装
三、移动关节
1．构成：

移动关节由直线运动机构和在整个运动 范围内起直线导向作用的直线导轨部分 组成。
2．对导轨的要求：



导轨副之间间隙 小且可调，并能 消除间隙。 在垂直方向上具 有足够的刚度。 摩擦系数小且不 随速度变化等。
3．导轨副常见形式：