机器人本体结构

腕部及手部结构 机器人腕部结构的基本形式和特点
机器人的手部作为末端执行器是完成抓握工件或执行特定作业的重要部件，也需要有多种结构。腕部是 臂部与手部的连接部件，起支承手部和改变手部姿态的作用。目前，RRR型三自由度手腕应用较普遍。 腕部是机器人的小臂与末端执行器(手部或称手爪)之间的连接部件，其作用是利用自身的活动度确定手部 的空间姿态。对于一般的机器人，与手部相连接的手腕都具有独驱自转的功能，若手腕能在空间取任意 方位，那么与之相连的手部就可在空间取任意姿态，即达到完全灵活。 从驱动方式看，手腕一般有两种形式，即远程驱动和直接驱动。直接驱动是指驱动器安装在手腕运动关 节的附近直接驱动关节运动，因而传动路线短，传动刚度好，但腕部的尺寸和质量大，惯量大。远程驱 动方式的驱动器安装在机器人的大臂、基座或小臂远端上，通过连杆、链条或其他传动机构间接驱动腕 部关节运动，因而手腕的结构紧凑，尺寸和质量小，对改善机器人的整体动态性能有好处，但传动设计 复杂，传动刚度也降低了。 按转动特点的不同，用于手腕关节的转动又可细分为滚转和弯转两种。滚转是指组成关节的两个零件自 身的几何回转中心和相对运动的回转轴线重合，因而能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用R来标 记。弯转是指两个零件的几何回转中心和其相对转动轴线垂直的关节运动。由于受到结构的限制，其相 对转动角度一般小于360°。弯转通常用B来标记。
2．回转与俯仰机身
2.机器人臂部结构的基本形式和特点 一、臂部的典型结构
大臂、小臂(或多臂)，主要有液压驱动、气动驱动和电动驱动（最为通用）。
1．臂部伸缩机构 行程小时，采用油(气)缸直接驱动；行程较大时，可采用油(气)缸驱动齿 条传动的倍增机构或步进电动 机及伺服电动机驱动，也可采用丝杠螺母或滚珠丝杠传动。为了增加手臂的刚性，防止手臂在伸缩运动时 绕轴线转动或产生变形，臂部伸缩机构需设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。常用的导向装 置有单导向杆和双导向杆等，可根据手臂的结构、抓重等因素 选取。
二、RRR型手腕
RRR型手腕结构示意图
RRR型手腕容易实现远距传动。 为了实现运动的传递，RRR型手腕的中间关节是斜置 的，三根转动轴内外套在同一转动轴线上，最外面 的转动轴套直接驱动整个手腕转动，中间的轴套驱 动斜置的中间关节运动，中心轴驱动第三个滚转关 节。 RRR型手腕制造简单，润滑条件好，机械效率高，应 用较为普遍。
二、手部的分类
1.按用途分 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。 抓住——在给定的目标位置和期望姿态上抓住工件，工件在手爪内必须具有可靠的定位，保持工件与手爪之 间准确的相对位姿，并保证机器人后续作业的准确性。 握持——确保工件在搬运过程中或零件在装配过程中定义了的位置和姿态的准确性。 释放——在指定点上除去手爪和工件之间的约束关系。 2) 工具 工具是进行某种作业的专用工具，如喷漆枪、焊具等
一、腕部的自由度
手腕按自由度个数可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。 腕部实际所需要的自由度数目应根据机器人的工作性能要求来确定。在有些情况下，腕部具 有两个自由度，即翻转和俯仰或翻转和偏转。一些专用机械手甚至没有腕部，但有些腕部为 了满足特殊要求还有横向移动自由度。
6种三自由度手腕的结合方式示意图
RRR型手腕关节远程传动示意图
三、腕部的典型结构
1.单自由度回转运动手腕
单自由度回转运动手腕用回转油缸或气缸直接驱动实现腕部回转运动。这种手腕具有结构紧凑， 体积小，运动灵活，响应快，精度高等特点，但回转角度受限制，一般小于270°
1.单自由度回转运动手腕 单自由度回转运动手腕用回转油缸或气缸直接驱动实现腕部回转运动。这种手腕具有结构紧凑， 体积小，运动灵活，响应快，精度高等特点，但回转角度受限制，一般小于270°
谐波传动
1—刚轮；2—刚轮内齿圈；3—输入轴； 4—谐波发生器；5—轴；6—柔轮；7—柔轮齿圈 液压静压谐波发生器的谐波传动
1—凸轮；2—柔轮；3—小孔
2．丝杠传动
滚珠丝杠的基本组成 1—丝杠；2—螺母；3—滚珠；4—导向槽
3．带传动与链传动 4．绳传动与钢带传动 5．连杆与凸轮传动 6．流体传动
1—手部；2—夹紧缸；3—油缸；4—导向柱；5—运行架；6—行走车轮；7—轨道；8—支座
2．手臂俯仰运动机构 通常采用摆臂油(气)缸驱动、铰链连杆机构传动实 现手臂的俯仰。
1—手部 2—夹紧缸 3—升降缸 4—小臂 5、7—摆动油缸 6—大臂 8—立柱
3．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。
机身及臂部结构 1.机器人机身结构的基本形式和特点
机器人机身(或称立柱)是支承臂部及手部的部件。
一、机身的典型结构
机身结构一般由机器人总体设计确定。 1．回转与升降机身 (1) 油缸驱动，升降油缸在下，回转油缸在上。升降活塞杆杆的尺寸要加大。 (2) 油缸驱动，回转油缸在下，升降油缸在上，回转油缸的驱动力矩要设计得大一些。 (3) 链轮传动机构。回转角度可大于360°。
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
2.二自由度手腕
1—手腕；2—中心轴；3—固定中心轴；4—定片；5—摆动回转油缸；6—动片；7—回转轴；8—回转油缸
3.三自由百度文库手腕
1）液压直接驱动三自由度手腕
2) 齿轮链轮传动三自由度腕部
齿轮链轮传动三自由度手腕原理图 1—油缸；2—链轮；3、4—锥齿轮；5、6—花键轴T；7—传动轴S；8—腕架；9—行星架； 10、11、22、24—圆柱齿轮；12、13、14、15、16、17、18、20—锥齿轮；19—摆动轴； 21、23—双联圆柱齿轮；25—传动轴B
三、手爪的典型结构
1．机械手爪
气动手爪 1—扇形齿轮；2—齿条； 3—活塞；4—气缸；5—爪钳
V形爪钳
四种手爪传动机构
2．磁力吸盘
电磁吸盘结构 l—电磁吸盘；2—防尘盖；3—线圈；4—外壳体
3．真空式吸盘
1—电动机；2—真空泵；3、4—电磁阀；5—吸盘；6—通大气
四、机器人传动机构
1．齿轮传动 行星齿轮传动
机器人手部结构的基本形式和特点
一、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。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) 手部是机器人末端执行器。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。 (3) 手部的通用性比较差。机器人手部通常是专用的装置，例如，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(末 端执行器)。手部对于整个工业机器人来说是完成作业好坏以及作业柔性好坏的关键部件之一。具有复杂感知能 力的智能化手爪的出现增加了工业机器人作业的灵活性和可靠性。
2．按夹持原理分
3．按手指或吸盘数目分 (1) 按手指数目可分为二指手爪及多指手爪。 (2) 按手指关节可分为单关节手指手爪及多关节手指手爪。 (3) 吸盘式手爪按吸盘数目可分为单吸盘式手爪及多吸盘式手爪。
柔性手指手爪 三指手爪
4．按智能化分 (1)普通式手爪。这类手爪不具备传感器。 (2)智能化手爪。这类手爪具备一种或多种传感器，如力传感器、触觉传感器及滑觉传感器等。
机器人本体基本结构
机器人的本体结构指其机体机构和机械传动系统， 也是机器人的支承基础和执行机构
一、机器人本体主要包括：
（1）传动部件 （2）机身及行走机构 （3）臂部 （4）腕部 （5）手部
二、机器人本体基本结构的举例
姿 态 机 构
腕部
末杆+手部
大臂
大臂
腰部
位 置 机 构
机座
组成机器人的连杆和关节按功能可以分成两类，一类是组成手臂的长连杆，也称臂杆，其产生主运动，是机 器人的位置机构；另一类是组成手腕的短连杆，它实际上是一组位于臂杆端部的关节组，是机器人的姿态机 构，确定了手部执行器在空间的方向。