《工业机器人教学课件工业机器人的腕部》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业机器人教学课件工业机器人的腕部（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 工业机器人的腕部一、概论 二、手腕的设计要求 三、手腕的分类四、典型结构一一 概论概论 机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件,它的作用是调节或改变工件的方位, 因而它具有独立的自由度,以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求。 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，分别称为手腕的回转R、手腕的俯仰P和手腕的摆动Y。 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。腕部坐标系手腕的摆动手腕的俯仰手腕的回转二、手腕的设计要求1.结构紧凑、重量轻；结构紧凑、重量轻；2.动作灵活、平稳，定位精度
2、高；动作灵活、平稳，定位精度高；3.强度、刚度高；强度、刚度高；4.合合理理连连接接结结构构，传传感感器器和和驱驱动动装装置置的的合合理理布局及安装等；布局及安装等；5.要适应工作环境的需要。要适应工作环境的需要。三、手腕的分类1.1.按自由度数目来分按自由度数目来分2.2.按驱动方式来分按驱动方式来分1. 1. 按自由度数目来分按自由度数目来分手腕按自由度数目来分, 可分为单自由度手腕、 二自由度手腕和三自由度手腕。 (1) 单自由度手腕如图所示。 图 (a)是一种回转关节, 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。 图 (b)、 (c)是一种俯
3、仰、摆动关节(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。 图 (d)所示为移动关节。 单自由度手腕图例：单自由度手腕图例：R手腕B手腕B手腕T手腕(2) 二自由度手腕如图所示。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(见图 (a)，也可以由两个B关节组成BB手腕(见图 (b)。但是, 不能由两个R关节组成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(见图 (c)。 二自由度手腕(a) BR手腕； (b) BB手腕; (c) RR手腕 (3) 三自由度手腕如图所示。三自
4、由度手腕可以由B关节和R关节组成许多种形式。图 (a)所示是通常见到的BBR手腕, 使手部具有俯仰、 偏转和翻转运动, 即RPY运动。图 (b)所示是一个B关节和两个R关节组成的BRR手腕, 为了不使自由度退化, 使手部产生RPY运动,第一个R关节必须进行如图所示的偏置。图 (c)所示是三个R关节组成的RRR手腕,它也可以实现手部RPY运动。图 (d)所示是BBB手腕, 很明显, 它已退化为二自由度手腕,只有PY运动,实际上不采用这种手腕。 此外, B关节和R关节排列的次序不同,也会产生不同的效果,同时产生了其它形式的三自由度手腕。为了使手腕结构紧凑, 通常把两个B关节安装在一个十字接头上,
5、这对于BBR手腕来说， 大大减小了手腕纵向尺寸。 三自由度手腕(a) BBR手腕; (b) BRR手腕; (c) RRR手腕; (d) BBB手腕 2. 2. 按驱动方式来分按驱动方式来分手腕按驱动方式来分,可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕。 （1）直接驱动手腕如图所示为一种液压直接驱动BBR手腕, 设计紧凑巧妙。 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。（2 2）远距离传动手腕远距离传动手腕 如如图图所所示示为为一一种种远远距距离离传传动动的的RBRRBR手手腕腕。这这种种远远距距离离传传动动的的好好处处是是可可以以把把尺尺寸寸、重重量量都都较较大大的的
6、驱驱动动源源放放在在远远离离手手腕腕处处, , 有有时时放放在在手手臂臂的的后后端端作作平平衡衡重重量量用用, ,这这不不仅仅减减轻轻了了手腕的整体重量手腕的整体重量, , 而且改善了机器人的整体结构的平衡性。而且改善了机器人的整体结构的平衡性。 四、典型结构1摆动液压缸（又称回转液压缸）： n n结构结构结构结构： n n由由缸缸体体、隔隔板板、叶叶片片、花花键键套套等等主主要要部部件件构构成成。其其中中叶叶片片7 7固固定定在在转转子子上上，用用花花键键将将转转子子与与驱驱动动轴轴连连接接，用螺栓用螺栓2 2将隔板与缸体连接。将隔板与缸体连接。n n工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：
7、 n n在在密密封封的的缸缸体体内内，隔隔板板与与活活动动叶叶片片之之间间围围成成两两个个油油腔腔，相相当当油油缸缸中中的的无无杆杆腔腔和和有有杆杆腔腔。液液压压力力作作用用在在活活动动叶叶片片的的端端面面上上，对对传传动动轴轴中中心心产产生生力力矩矩使使被被驱驱动动轴轴转转动动。摆动缸转角在摆动缸转角在270270 左右左右。摆动液压缸结构图：摆动液压缸结构图：2单自由度回转运动手腕 ：n n结构结构特点特点： n n机机器器人人手手部部的的张张合合是是由由汽汽缸缸驱驱动动的的，而而手手腕腕的回转运动则由回转液压缸实现。的回转运动则由回转液压缸实现。n n工作原理：工作原理：n n将将夹夹紧
8、紧汽汽缸缸的的外外壳壳与与摆摆动动油油缸缸的的动动片片连连接接在在一一起起，当当摆摆动动液液压压缸缸中中不不同同的的油油腔腔中中进进油油时时，即可实现手腕不同方向的摆动。即可实现手腕不同方向的摆动。单回转油缸驱动手腕图例：单回转油缸驱动手腕图例：问题：问题：手部转轴是与油缸的什么部件相联？3双回转油缸驱动手腕 ：n n结构结构特点特点：n n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。n nV-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
9、图例：3轮系驱动的二自由度BR手腕： n n结构结构特点特点： n n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（轮系驱动二自由度手腕图例（1）：）：n n回转运动：回转运动： 轴轴S S旋旋转转锥锥齿齿轮轮副副Z Z1 1、Z Z2 2锥锥齿齿轮轮副副Z Z3 3、Z Z4 4手手腕腕与与锥锥齿齿轮轮Z Z4 4为为一一体体手手腕腕实实现现绕绕C C轴轴的的旋转运动旋转运动俯仰回转轮系驱动二自由度手腕图例（轮系驱动二自由度手腕图例（2）：）：n n俯仰运动： 轴轴B B旋旋转转锥锥齿齿轮轮副副Z Z5 5、Z
10、Z6 6轴轴A A旋旋转转手手腕腕壳壳体体7 7与与轴轴A A固固联联手手腕腕实实现现绕绕A A轴轴的的俯仰运动俯仰运动轮系驱动二自由度手腕图例（轮系驱动二自由度手腕图例（3）：）：n n附加回转运动：附加回转运动： 轴轴S S不不转转而而B B轴轴回回转转锥锥齿齿轮轮Z Z3 3不不转转锥锥齿齿轮轮Z Z3 3、Z Z4 4相相啮啮合合迫迫使使Z Z4 4绕绕C C轴轴线线有有一一个个附附加加的的自自转转，即为附加回转运动。即为附加回转运动。n n附附附附加加加加回回回回转转转转运运运运动动动动在在在在实实实实际际际际使使使使用用用用时时时时应应应应予予予予以以以以考考考考虑虑虑虑。必必必必
11、要要要要时应加以利用或时应加以利用或时应加以利用或时应加以利用或补偿。补偿。补偿。补偿。轮系驱动二自由度手腕图例（轮系驱动二自由度手腕图例（4）：）：n n思考题：思考题： 图中所示的情况，当图中所示的情况，当S S轴不输入，只有轴不输入，只有B B轴输入时，腕部存在轴输入时，腕部存在哪些运动，为什么？哪些运动，为什么？4轮系驱动的三自由度手腕： n n结构结构特点特点：n n该该机机构构为为由由齿齿轮轮、链链轮轮传传动动实实现现的的偏偏转转、俯俯仰仰和和回转回转三个自由度运动的手腕结构。三个自由度运动的手腕结构。轮系驱动三自由度手腕图例（轮系驱动三自由度手腕图例（1）：）：n n回转运动：回
12、转运动：回转运动：回转运动：n n轴轴S S旋旋转转齿齿轮轮副副Z Z1010/Z/Z2323、Z Z2323/Z/Z1111锥锥齿齿轮轮副副Z Z1212、Z Z1313锥锥齿齿轮轮副副Z Z1414、Z Z1515手手腕腕与与锥锥齿齿轮轮Z Z1515为为一一体体手手腕腕实实现现旋旋转运动转运动俯仰回转偏转轮系驱动三自由度手腕图例（轮系驱动三自由度手腕图例（2）：）：n n俯仰运动：俯仰运动：俯仰运动：俯仰运动：n n轴轴B B旋旋转转齿齿轮轮副副Z Z2424/Z/Z2121，Z Z2121/Z/Z2222齿齿轮轮副副Z Z2020、Z Z1616齿齿轮轮副副Z Z1616、Z Z171
13、7齿齿轮轮副副Z Z1717、Z Z1818轴轴1919旋旋转转手手腕腕壳壳体体与与轴轴1919固联固联实现手腕的俯仰运动实现手腕的俯仰运动轮系驱动三自由度手腕图例（轮系驱动三自由度手腕图例（3）：）：n n偏转运动：偏转运动：偏转运动：偏转运动：n n油油缸缸1 1中中的的活活塞塞左左右右移移动动带带动动链链轮轮2 2旋旋转转锥锥齿齿轮轮副副Z Z3 3/Z/Z4 4带带动动花花键键轴轴5 5、6 6旋旋转转花花键键轴轴6 6与与行行星星架架9 9连连在在一起一起带动行星架及手腕作偏转运动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（轮系驱动三自由度手腕图例（4）：）：n n附加俯仰运
14、动：附加俯仰运动：附加俯仰运动：附加俯仰运动：n n轴轴B B、轴轴S S不不转转而而T T轴轴回回转转齿齿轮轮Z Z2323、Z Z2121不不转转当当行行星星架架回回转转时时迫迫使使齿齿轮轮Z Z2222绕绕齿齿轮轮Z Z2121的的过过程程中中自自转转经经过过Z Z2020、Z Z1616、Z Z1717、Z Z1818实现附加俯仰运动实现附加俯仰运动轮系驱动三自由度手腕图例（轮系驱动三自由度手腕图例（5）：）：n n附加回转运动：附加回转运动：附加回转运动：附加回转运动：n n轴轴B B、轴轴S S不不转转而而T T轴轴回回转转齿齿轮轮Z Z2323、Z Z2121不不转转当当行行星星架架回回转转时时迫迫使使齿齿轮轮Z Z1111绕绕齿齿轮轮Z Z2323的的过过程程中中自自转转经经过过Z Z1212、Z Z1313、Z Z1414、Z Z1515实现附加回转运动实现附加回转运动n n思考题：思考题：思考题：思考题： 1 1、当当B B轴、轴、T T轴分别回转时，手腕存在哪些运动，为什么？轴分别回转时，手腕存在哪些运动，为什么？ 2 2、齿轮齿轮2424、2222所在的轴能否做成一体，为什么？所在的轴能否做成一体，为什么？ 3 3、齿轮齿轮1717作的什么运动？俯仰运动轮系属于什么轮系，试分析其运动。作的什么运动？俯仰运动轮系属于什么轮系，试分析其运动。
