单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机器人腕部结构,主讲 郝建豹,引言：,腕部是臂部和手部的连接件，起支承手部和改变手部姿态的作用一、手腕的自由度,1,手腕的自由度：,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,的旋转运动这便是腕部运动的三个自由度，分别称为,翻转,R,（,Roll,）,、,俯仰,P,（,Pitch,）,和,偏转,Y,（,Yaw,）,并不是所有的手腕都必须具备三个自由度，而是根据实际使用的工作性能要求来确定手腕自由度图例：,腕部坐标系,手腕的偏转,手腕的俯仰,手腕的回转,二、手腕的设计要求,结构紧凑、重量轻；,动作灵活、平稳，定位精度高；,强度、刚度高；,与臂部及手部的连接部位的合理连接结构，传感器和驱动装置的合理布局及安装等三、手腕的分类,1,按自由度的数目分（1）：,单自由度,手腕,：,手腕在空间可具有三个自由度，也可以具备以下单一功能：,单一的翻转功能：,手腕的关节轴线与手臂的纵轴线共线，常回转角度不受结构限制，可以回转360以上该运动用翻转关节（,R,关节）实现单一的俯仰功能：,手腕关节轴线与手臂及手的轴线相互垂直，转角度受结构限制，通常小于360。
该运动用折曲关节（,B,关节）实现单一的偏转功能：,手腕关节轴线与手臂及手的轴线在另一个方向上相互垂直；转角度受结构限制，通常小于360该运动用折曲关节（,B,关节）实现单自由度手腕图例：,R,手腕,B,手腕,B,手腕,T,手腕,1,按自由度的数目分（2）：,二自由度,手腕,：,可以由一个,R,关节和一个,B,关节联合构成,BR,关节,实现，或由两个,B,关节组成,BB,关节,实现，但,不能由两个,RR,关节构成二自由度手腕,，因为两个,R,关节的功能是重复的，实际上只起到单自由度的作用二自由度手腕图例：,BR,手腕,BB,手腕,RR,手腕(属于单自由度),1,按自由度的数目分（3）：,三自由度,手腕,：,有,R,关节和,B,关节的组合构成的三自由度手腕可以有多种型式，实现,翻转,、,俯仰,和,偏转功能,三自由度手腕图例：,BBR,手腕,BRR,手腕,R,2,按手腕的驱动方式分：,直接驱动,手腕,：,驱动源直接装在手腕上这种直接驱动手腕的关键是能否设计和加工出尺寸小、重量轻而驱动扭矩大、驱动性能好的,驱动电机,或,液压马达,远距离传动,手腕,：,有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装置又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕的重量，采用,远距离的驱动方式,，可以实现三个自由度的运动。
液压直接驱动BBR手腕图例：,R,B,B,偏转,俯仰,回转,远距离传动手腕图例：,问题：,1,、各轴分别实现什么运动？,2,、当手腕进行俯仰运动时，能否同时进行回转运动？,回转运动,俯仰运动,偏转运动,动作分解：,偏转运动,俯仰运动,回转运动,四、典型结构,1,摆动液压缸（又称回转液压缸）：,结构,：,由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成其中叶片,7,固定在转子上，,用花键将转子与驱动轴连接，用螺栓,2,将隔板与缸体连接工作原理：,在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔液压力作用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩使被驱动轴转动摆动缸转角在,270,左右,摆动液压缸结构图：,2,单自由度回转运动手腕,：,结构,特点,：,机器人手部的张合是由汽缸驱动的，而手腕的回转运动则由回转液压缸实现工作原理：,将,夹紧汽缸的外壳与摆动油缸的动片连接在一起,，当摆动液压缸中不同的油腔中进油时，即可实现手腕不同方向的摆动单回转油缸驱动手腕图例：,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,双回转油缸驱动手腕图例：,3,轮系驱动的二自由度,BR,手腕：,结构,特点,：,由轮系驱动可实现手腕,回转,和,俯仰,运动，其中手腕的回转运动由传动轴,S,传递，手腕的俯仰运动由传动轴,B,传递轮系驱动二自由度手腕图例（1）：,回转运动：,轴,S,旋转锥齿轮副,Z,1,、,Z,2,锥齿轮副,Z,3,、,Z,4,手腕与锥齿轮,Z,4,为一体手腕实现绕,C,轴的旋转运动,俯仰,回转,轮系驱动二自由度手腕图例（2）：,俯仰运动：,轴,B,旋转锥齿轮副,Z,5,、,Z,6,轴,A,旋转手腕壳体,7,与轴,A,固联手腕实现绕,A,轴的俯仰运动,轮系驱动二自由度手腕图例（4）：,思考题：,图中所示的情况，当,S,轴不输入，只有,B,轴输入时，腕部存在哪些运动，为什么？,轮系驱动二自由度手腕图例（3）：,附加回转运动：,轴,S,不转而,B,轴回转锥齿轮,Z,3,不转锥齿轮,Z,3,、,Z,4,相啮合迫使,Z,4,绕,C,轴线有一个附加的自转，即为附加回转运动。
附加回转运动在实际使用时应予以考虑必要时应加以利用或,补偿附加运动动作分解：,轴主动,齿轮固定不动,行星运动,4,轮系驱动的三自由度手腕：,结构,特点,：,该机构为由齿轮、链轮传动实现的,偏转,、,俯仰,和,回转,三个自由度运动的手腕结构轮系驱动三自由度手腕图例（1）：,回转运动：,轴,S,旋转齿轮副,Z,10,/Z,23,、,Z,23,/Z,11,锥齿轮副,Z,12,、,Z,13,锥齿轮副,Z,14,、,Z,15,手腕与锥齿轮,Z,15,为一体手腕实现旋转运动,俯仰,回转,偏转,轮系驱动三自由度手腕图例（2）：,俯仰运动：,轴,B,旋转齿轮副,Z,24,/Z,21,，Z,21,/Z,22,齿轮副,Z,20,、Z,16,齿轮副,Z,16,、Z,17,齿轮副,Z,17,、Z,18,轴19旋转手腕壳体与轴19固联实现手腕的俯仰运动,直线运动转化为旋转运动：,轮系驱动三自由度手腕图例（3）：,偏转运动：,油缸1中的活塞左右移动带动链轮2旋转锥齿轮副,Z,3,/Z,4,带动花键轴5、6旋转花键轴6与行星架9连在一起带动行星架及手腕作偏转运动,轮系驱动三自由度手腕图例（4）：,附加俯仰运动：,轴,B、,轴,S,不转而,T,轴回转齿轮,Z,23,、Z,21,不转当行星架回转时迫使齿轮,Z,22,绕齿轮,Z,21,的过程中自转经过,Z,20,、Z,16,、Z,17,、Z,18,实现附加俯仰运动,轮系驱动三自由度手腕图例（5）：,附加回转运动：,轴,B、,轴,S,不转而,T,轴回转齿轮,Z,23,、Z,21,不转当行星架回转时迫使齿轮,Z,11,绕齿轮,Z,23,的过程中自转经过,Z,12,、Z,13,、Z,14,、Z,15,实现附加回转运动,思考题：,1、,当,B,轴、,T,轴分别回转时，手腕存在哪些运动，为什么？,2、,齿轮24、22所在的轴能否做成一体，为什么？,3、,齿轮17作的什么运动？俯仰运动轮系属于什么轮系，试分析其运动。