1、機器人本體結構第1頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四二、機器人本體基本結構的舉例末桿+手部腕部大臂大臂腰部機座位置機構姿態機構組成機器人的連桿和關節按功能可以分成兩類，一類是組成手臂的長連桿，也稱臂桿，其產生主運動，是機器人的位置機構；另一類是組成手腕的短連桿，它實際上是一組位于臂桿端部的關節組，是機器人的姿態機構，確定了手部執行器在空間的方向。第2頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四機身及臂部結構1.機器人機身結構的基本形式和特點機器人機身(或稱立柱)是支承臂部及手部的部件。一、機身的典型結構機身結構一般由機器人總體設計確定。1回轉與升降機身(1)

2、油缸驅動，升降油缸在下，回轉油缸在上。升降活塞桿桿的尺寸要加大。(2) 油缸驅動，回轉油缸在下，升降油缸在上，回轉油缸的驅動力矩要設計得大一些。(3) 鏈輪傳動機構。回轉角度可大于360。第3頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四2回轉與俯仰機身 第4頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四2.機器人臂部結構的基本形式和特點大臂、小臂(或多臂)，主要有液壓驅動、氣動驅動和電動驅動（最為通用）。 一、臂部的典型結構1臂部伸縮機構行程小時，采用油(氣)缸直接驅動；行程較大時，可采用油(氣)缸驅動齒 條傳動的倍增機構或步進電動機及伺服電動機驅動，也可采用絲杠螺母或滾

3、珠絲杠傳動。為了增加手臂的剛性，防止手臂在伸縮運動時繞軸線轉動或產生變形，臂部伸縮機構需設置導向裝置，或設計方形、花鍵等形式的臂桿。常用的導向裝置有單導向桿和雙導向桿等，可根據手臂的結構、抓重等因素 選取。1手部；2夾緊缸；3油缸；4導向柱；5運行架；6行走車輪；7軌道；8支座第5頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四通常采用擺臂油(氣)缸驅動、鉸鏈連桿機構傳動實現手臂的俯仰。1手部2夾緊缸3升降缸4小臂5、7擺動油缸6大臂8立柱2手臂俯仰運動機構常采用回轉缸與升降缸單獨驅動，適用于升降行程短而回轉角度小于360的情況；也有采用升降缸與氣動馬達-錐齒輪傳動的結構。3手臂回轉與

4、升降機構第6頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四腕部及手部結構機器人腕部結構的基本形式和特點機器人的手部作為末端執行器是完成抓握工件或執行特定作業的重要部件，也需要有多種結構。腕部是臂部與手部的連接部件，起支承手部和改變手部姿態的作用。目前，RRR型三自由度手腕應用較普遍。腕部是機器人的小臂與末端執行器(手部或稱手爪)之間的連接部件，其作用是利用自身的活動度確定手部的空間姿態。對于一般的機器人，與手部相連接的手腕都具有獨驅自轉的功能，若手腕能在空間取任意方位，那么與之相連的手部就可在空間取任意姿態，即達到完全靈活。 從驅動方式看，手腕一般有兩種形式，即遠程驅動和直接驅動。直

5、接驅動是指驅動器安裝在手腕運動關節的附近直接驅動關節運動，因而傳動路線短，傳動剛度好，但腕部的尺寸和質量大，慣量大。遠程驅動方式的驅動器安裝在機器人的大臂、基座或小臂遠端上，通過連桿、鏈條或其他傳動機構間接驅動腕部關節運動，因而手腕的結構緊湊，尺寸和質量小，對改善機器人的整體動態性能有好處，但傳動設計復雜，傳動剛度也降低了。按轉動特點的不同，用于手腕關節的轉動又可細分為滾轉和彎轉兩種。滾轉是指組成關節的兩個零件自身的幾何回轉中心和相對運動的回轉軸線重合，因而能實現360無障礙旋轉的關節運動，通常用R來標記。彎轉是指兩個零件的幾何回轉中心和其相對轉動軸線垂直的關節運動。由于受到結構的限制，其相對

6、轉動角度一般小于360。彎轉通常用B來標記。第7頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四一、腕部的自由度手腕按自由度個數可分為單自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。腕部實際所需要的自由度數目應根據機器人的工作性能要求來確定。在有些情況下，腕部具有兩個自由度，即翻轉和俯仰或翻轉和偏轉。一些專用機械手甚至沒有腕部，但有些腕部為了滿足特殊要求還有橫向移動自由度。第8頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四6種三自由度手腕的結合方式示意圖 第9頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四二、RRR型手腕RRR型手腕結構示意圖RRR型手腕容易實現遠距傳動。

7、為了實現運動的傳遞，RRR型手腕的中間關節是斜置的，三根轉動軸內外套在同一轉動軸線上，最外面的轉動軸套直接驅動整個手腕轉動，中間的軸套驅動斜置的中間關節運動，中心軸驅動第三個滾轉關節。RRR型手腕制造簡單，潤滑條件好，機械效率高，應用較為普遍。RRR型手腕結構示意圖RRR型手腕容易實現遠距傳動。為了實現運動的傳遞，RRR型手腕的中間關節是斜置的，三根轉動軸內外套在同一轉動軸線上，最外面的轉動軸套直接驅動整個手腕轉動，中間的軸套驅動斜置的中間關節運動，中心軸驅動第三個滾轉關節。RRR型手腕制造簡單，潤滑條件好，機械效率高，應用較為普遍。RRR型手腕關節遠程傳動示意圖第10頁，共25頁，2022年

8、，5月20日，2點18分，星期四1.單自由度回轉運動手腕單自由度回轉運動手腕用回轉油缸或氣缸直接驅動實現腕部回轉運動。這種手腕具有結構緊湊，體積小，運動靈活，響應快，精度高等特點，但回轉角度受限制，一般小于270三、腕部的典型結構1.單自由度回轉運動手腕單自由度回轉運動手腕用回轉油缸或氣缸直接驅動實現腕部回轉運動。這種手腕具有結構緊湊，體積小，運動靈活，響應快，精度高等特點，但回轉角度受限制，一般小于270回轉油缸直接驅動的單自由度腕部結構1回轉油缸；2定片；3腕回轉軸；4動片；5手腕第11頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四2.二自由度手腕1手腕；2中心軸；3固定中心軸；

9、4定片；5擺動回轉油缸；6動片；7回轉軸；8回轉油缸第12頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四3.三自由度手腕1）液壓直接驅動三自由度手腕第13頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四2) 齒輪鏈輪傳動三自由度腕部齒輪鏈輪傳動三自由度手腕原理圖1油缸；2鏈輪；3、4錐齒輪；5、6花鍵軸T；7傳動軸S；8腕架；9行星架；10、11、22、24圓柱齒輪；12、13、14、15、16、17、18、20錐齒輪；19擺動軸；21、23雙聯圓柱齒輪；25傳動軸B第14頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四機器人手部結構的基本形式和特點一、機器人手部的特

10、點(1) 手部與手腕相連處可拆卸。手部與手腕有機械接口，也可能有電、氣、液接頭。工業機器人作業對象不同時，可以方便地拆卸和更換手部。(2) 手部是機器人末端執行器。它可以像人手那樣具有手指，也可以是不具備手指的手；可以是類人的手爪，也可以是進行專業作業的工具，比如裝在機器人手腕上的噴漆槍、焊接工具等。 (3) 手部的通用性比較差。機器人手部通常是專用的裝置，例如，一種手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面相近似的工件；一種工具只能執行一種作業任務。(4) 手部是一個獨立的部件。假如把手腕歸屬于手臂，那么機器人機械系統的三大件就是機身、手臂和手部(末端執行器)。手部對于整個工業機器人

11、來說是完成作業好壞以及作業柔性好壞的關鍵部件之一。具有復雜感知能力的智能化手爪的出現增加了工業機器人作業的靈活性和可靠性。第15頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四二、手部的分類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，釋放工件。抓住在給定的目標位置和期望姿態上抓住工件，工件在手爪內必須具有可靠的定位，保持工件與手爪之間準確的相對位姿，并保證機器人后續作業的準確性。握持確保工件在搬運過程中或零件在裝配過程中定義了的位置和姿態的準確性。釋放在指定點上除去手爪和工件之間的約束關系。2) 工具工具是進行某種作業的專用工具，如噴漆槍、焊具等第1

12、6頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四2按夾持原理分第17頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四3按手指或吸盤數目分(1) 按手指數目可分為二指手爪及多指手爪。(2) 按手指關節可分為單關節手指手爪及多關節手指手爪。(3) 吸盤式手爪按吸盤數目可分為單吸盤式手爪及多吸盤式手爪。柔性手指手爪三指手爪第18頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四4按智能化分(1)普通式手爪。這類手爪不具備傳感器。(2)智能化手爪。這類手爪具備一種或多種傳感器，如力傳感器、觸覺傳感器及滑覺傳感器等。三、手爪的典型結構1機械手爪氣動手爪 1扇形齒輪；2齒條；3活塞；4氣缸；5爪鉗V形爪鉗第19頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四四種手爪傳動機構第20頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四電磁吸盤結構l電磁吸盤；2防塵蓋；3線圈；4外殼體2磁力吸盤第21頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四3真空式吸盤1電動機；2真空泵；3、4電磁閥；5吸盤；6通大氣第22頁，共25頁，2022年，5月20日，2點18分，星期四四、機器人傳動機構1齒輪傳動行星齒輪傳動第23頁，共25頁，2022年，5