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1、1.2.1 手腕的分类按自由度数目来分可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。(1)单自由度手腕a是一种翻转(Roll)关节,它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式。这种R关节旋转角度大,可达到360以上。(a)R手腕武汉华中数控股份有限公司B手腕b、c是一种折曲(Bend)关节(简称B关节),关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。这种B关节因为受到结构上的干涉,旋转角度小,大大限制了方向角。武汉华中数控股份有限公司人手的两个B关节武汉华中数控股份有限公司(2)二自由度手腕二自由度手腕可以由一个R关节和一个B关节组成BR手腕，也可以由两个B关节组成BB手腕。但是,不能由两个R关节组成
2、RR手腕,因为两个R共轴线,所以退化了一个自由度,实际只构成了单自由度手腕。二自由度手腕(a)BR手腕；(b)BB手腕;(c)RR手腕武汉华中数控股份有限公司(3)三自由度手腕武汉华中数控股份有限公司武汉华中数控股份有限公司1.2.2工业机器人常用手腕该手腕有两个旋转运动，箭头1腕壳的正反转，箭头2法兰盘的正反转。腕壳的正反转：电机的转速通过减速机减速，再经过连杆和同步带传动来实现。连杆可以增加刚性。法兰盘的正反转：该旋转运动是由安装在壳体内的电机直接带动减速机来完成的。通过直接带动减速机，节约了设计空间，不需要锥齿轮传动，减少噪音，旋转1和旋转2不再存在耦合关系，提高了传动精度。（1）二自由
3、度手腕：武汉华中数控股份有限公司该手腕有三个旋转运动：手腕的正反转、腕壳的正反转、末端法兰盘的正反转。腕壳正反转：电机旋转带动同步带，同步带通过带轮连接到减速机的输入端，减速机的输入端和腕壳固定。法兰盘的正反转：电动机转速通过同步带、锥齿轮后到达减速机，再经减速机减速后到达末端法兰盘。（2）三自由手腕：液压直接驱动BBR手腕武汉华中数控股份有限公司按驱动方式分可分为直接驱动手腕和远距离驱动手腕（1）直接驱动手腕这是一种液压直接驱动BBR手腕。M1、M2、M3是液压马达,直接驱动手腕的偏转、俯仰和翻转三个自由度轴。驱动源被装在手腕上，因此设必须非常紧凑巧妙，难点是能否选到尺寸小、重量轻而驱动力矩
4、大、驱动特性好的驱动电机或液压驱动马达。远距离腕部传动武汉华中数控股份有限公司（2）远距离传动1.有时为了保证具有足够的的驱动力，驱动装置不能做的足够小，常常就采用这种远距离驱动机构。它可以有效的减轻腕部的重量，减轻机器人手臂的承载力。2.电机离末端较远，当机器人焊接或切割时，可以有效降低对电机的干扰。3.把驱动装置放在手臂的后端作平衡重量用，不仅减轻手腕的整体质量，而且改善了机器人整体结构的平衡性。武汉华中数控股份有限公司武汉华中数控股份有限公司2.3机身和臂部的配置形式机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体布局。由于机器人的运动要求、工作对象、作业环境和场地等因素的不同，出现了各种不
5、同的配置形式。目前常用的有如下几种形式：（）横梁式（）立柱式（）机座式（）屈伸式武汉华中数控股份有限公司横梁式：机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，这类机器人的运动形式大多为移动式。能有效利用空间，直观等优点。横梁可设计成固定的或行走的，一般横梁安装在厂房原有建筑的柱梁或有关设备上，也可从地面架设。武汉华中数控股份有限公司立柱式：立柱式机器人多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，是一种常见的配置形式。一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。立柱可固定安装在空地上，也可以固定在床身上。立主式结构简单，服务于某种主机，承担上、下料或转运等工作。武汉华中数控股份有限公司机座式
6、：机身设计成机座式，这种机器人可以是独立的、自成系统的完整装置，可以随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。各种运动形式均可设计成机座式。武汉华中数控股份有限公司屈伸式：屈伸式机器人的臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂。屈伸臂与机身间的配置形式关系到机器人的运动轨迹，可以实现平面运动，也可以作空间运动。武汉华中数控股份有限公司3.工业机器人减速机3.3 RV减速机3.1行星摆线针轮减速机3.2 谐波减速器武汉华中数控股份有限公司3.1行星摆线针轮减速机摆线针轮减速机基本结构武汉华中数控股份有限公司1.基本机构摆线针轮减速机有三个部分组成：传
7、入部分、减速部分、输出部分。视频武汉华中数控股份有限公司2.变速原理输入轴上装有一个错位180度的双偏心套，在偏心套上装有两个滚柱轴承，然后滚柱轴承上装入摆线轮，摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内啮合减速机构。针齿壳和针齿不动，偏心轴的转动就迫使摆线轮既绕内齿轮位置固定的轴线作圆周平移运动，还绕自身轴线作回转运动。输入轴转动一周，偏心套也转动一周，摆线轮于相反方向转动一个齿，起到减速作用。由于输出轴固定不动，因此必须通过W输出机构将摆线轮的低转速以1:1的传动比传递给输出轴。Z1等分孔平行四边形输出武汉华中数控股份有限公司武汉华中数控股份有限公司不计摩擦力影响时，摆
8、线针轮行星传动作用力有三个部分:针齿与摆线齿之间的啮合作用力；W机构销轴与摆线轮销孔的作用力；转臂轴承与摆线轮内孔之间的作用力。取摆线轮为分离体，对其进行受力分析。武汉华中数控股份有限公司内齿轮沿啮合方向对摆线轮齿廓的作用力Fn。销轴沿偏心线O1OH方向对摆线销孔的作用力Qi。转臂轴承作用在摆线轮内孔的作用力FB。摆线轮在这三个力的作用下处于平衡状态。武汉华中数控股份有限公司3.2 谐波减速器武汉华中数控股份有限公司3.2 谐波减速器（1）技术起源谐波减速器是谐波齿轮传动装置的俗称。谐波齿轮装置实际上既可用于减速也可用于升速，由于其传动比很大（75500），在工业机器人和数控机床等应用时，一般
9、较少用于升速，故习惯上称为谐波减速器。谐波减速器装置最初是美国著名发明家C.W.Musser（马瑟）在1955年发明的一种特殊的齿轮传动装置。1960年，美国USM公司率先研究出样机。1964年美国USM公司和日本株式会社长谷川齿车合作开始对其产业化生产和研究，并将命名为谐波齿轮传动。1979年公司更该为现在的Harmonic Drive System（哈默纳科）公司。世界著名工业机器人几乎使用Harmonic Drive System公司生产的谐波减速机。武汉华中数控股份有限公司3.2 谐波减速器（1）基本结构谐波齿轮传动机构由刚轮、谐波发生器和柔轮三个主要零件组成，任意固定其中一个，另外两
10、个部件其中一个连接输入轴，另一个作为输出。武汉华中数控股份有限公司1）波发生器。波发生器与输入轴相连，对柔轮齿圈的变形起产生和控制作用。它由一个椭圆的凸轮和一个薄壁的柔性轴承组成。柔性轴承外环很薄容易产生径向弹性塑变，在未装入凸轮之前是圆形的，装上之后为椭圆形。波发生器的类型武汉华中数控股份有限公司2）柔轮。柔轮有薄壁杯形、薄壁圆筒形、平嵌式等多种。薄壁圆筒形开头外面有齿圈,它随波发生器的转动而变形筒底部分与输出轴联接。1刚轮；2刚轮内齿圈；3输入轴；4谐波发生器；5输出轴；6柔轮；7柔轮齿圈武汉华中数控股份有限公司3）刚轮。它是一个刚性的内齿轮。双波谐波传动的刚轮通常比柔轮多二齿。谐波齿轮减
11、速器多以刚轮固定外部与箱体联接。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柔轮齿圈谐波减速器传动原理图武汉华中数控股份有限公司（2）传动原理波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入啮合啮出脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。（错齿运动）柔轮比钢轮大，于是柔轮相对于钢轮沿着谐波发生器的反方向作微小的转动。例如，齿数为100的钢轮与齿数为98的柔轮组合，每一周会产生2/100的转动差，从而得到大的减速比。武汉华中数控股份有限公司谐波齿轮传动的啮合过程武汉华中数控股份有限公司谐波齿轮传动的啮合过程视频GHRiZ
12、RZ G Z R-式中，ZG-刚轮齿数ZR-柔轮齿数i-传动比武汉华中数控股份有限公司（3）单级谐波齿轮常见的传动形式1）刚轮固定柔轮输出：刚轮固定不变，波发生器为主动件，柔轮为从动件。该输出形式结构简单、传动比范围大、效率高、应用广泛，ZGi=75500，其计算公式如下：ZG武汉华中数控股份有限公司波 发 生 器 主 动，单级减速，结构简单，传动比范围较大，效率较高，可用于中小型减速器，i=75500。计算公式如下：RHGiZGZG Z R式中，ZG-刚轮齿数ZR-柔轮齿数i-传动比武汉华中数控股份有限公司3.3 RV减速机武汉华中数控股份有限公司（1）技术起源RV减速机是旋转矢量减速机的简
13、称。RV减速器是在传统的摆线针轮、行星齿轮传动的基础上发展起来的一种新型传动装置，和谐波减速器一样，由于传动比大一般只用于减速。RV减速器由日本Nabtesco Corporation(纳博特斯克公司）的前身-帝人制机公司于1985年率先研制，1986年开始生产和销售。2003年日本帝人制机和NABCO公司合并并成立了现在的Nabtesco Corporation(纳博特斯克公司）。经过30多年的发展，Nabtesco Corporation已成为技术领先的RV 减速器企业，它的产品占据全球60%以上工业机器人RV减速器市场。世界著名的工业机器人几乎都使用该公司生产的RV减速器。武汉华中数控股
14、份有限公司线轮（RV齿轮）、针轮、以及输出法兰组成。456781-芯轴；2-端盖；3-针轮；4-密封圈；5-输出法兰；6-行星齿轮；7-曲轴组件；8-圆锥滚子轴承；9-RV齿轮；10-针齿123910主轴承32145678武汉华中数控股份有限公司21456783910主轴承1-芯轴；2-端盖；3-针轮；4-密封圈；5-输出法兰；6-行星齿轮；7-曲轴组件；8-圆锥滚子轴承；9-RV齿轮；10-针齿太阳轮和行星齿轮间的变速是RV减速机的第一级减速，称为正齿轮减速正齿轮减速武汉华中数控股份有限公司2）RV齿轮层。端盖2和输出法兰5通过定位销及连接螺钉连接在一起，中间安装有曲轴组件7，曲柄上安装RV
15、齿轮9。当曲柄回转时两片RV齿轮可在对称方向进行摆动21456783910主轴承1-芯轴；2-端盖；3-针轮；4-密封圈；5-输出法兰；6-行星齿轮；7-曲轴组件；8-圆锥滚子轴承；9-RV齿轮；10-针齿曲柄转动时它们分别驱动2片RV齿轮进行180度对称摆动。武汉华中数控股份有限公司21453910主轴承1-芯轴；2-端盖；3-针轮；4-密封圈；5-输出法兰；6-行星齿轮；7-曲轴组件；8-圆锥滚子轴承；9-RV齿轮；10-针齿曲轴组件7是驱动RV齿轮摆动的轴它和行星齿轮6之间通过花键连接。曲轴组件中间为2段偏心轴，RV齿轮和偏心轴之间安有滚针轴承。当 67曲柄组件的径向载荷大，它需要一 8
16、对安装在端盖和法兰上的圆锥滚柱轴承8支撑。RV齿轮摆动武汉华中数控股份有限公司21456783910主轴承1-芯轴；2-端盖；3-针轮；4-密封圈；5-输出法兰；6-行星齿轮；7-曲轴组件；8-圆锥滚子轴承；9-RV齿轮；10-针齿3）针轮层。针轮3其内侧加工有针齿，外侧加工有法兰（针齿壳）和安装孔，用于减速器的安装固定。武汉华中数控股份有限公司（2）减速原理正齿轮减速武汉华中数控股份有限公司武汉华中数控股份有限公司（3）RV减速器的特点RV减速机实在摆线针轮的基础上发展起来的一种新型传动装置，其特点如下：1）传动比范围大，体积小，寿命长，效率高。2）其扭转刚度远大于一般的摆线针轮减速机的输出机构。3）和谐波减速器相比，RV减速器回差精度稳定，不像谐波减速器那样随着使用时间的增长，运动精度显著降低。
