1、 第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng) 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)概述工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)概述 機器人的機械系統(tǒng)由機座、臂部、腕部、手部或末端執(zhí)行器組成，如圖機器人的機械系統(tǒng)由機座、臂部、腕部、手部或末端執(zhí)行器組成，如圖3-3-1 1所示。機器人為了完成工作任務(wù)，必須配置操作執(zhí)行機構(gòu)，這個操作執(zhí)行機所示。機器人為了完成工作任務(wù)，必須配置操作執(zhí)行機構(gòu)，這個操作執(zhí)行機構(gòu)相當于人的手部，有時也稱為手爪或末端執(zhí)行器。而連接手部和手臂的部分構(gòu)相當于人的手部，有時也稱為手爪或末端執(zhí)行器。而連接手部和手臂的部分相當于人的手腕，叫做腕部，作用是改變末端執(zhí)行器的空間方向和將載荷傳遞相當于人的手腕，

2、叫做腕部，作用是改變末端執(zhí)行器的空間方向和將載荷傳遞到臂部。到臂部。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)臂部連接機身和腕部，主要作用是改變臂部連接機身和腕部，主要作用是改變手部的空間位置，滿足機器人的作業(yè)空手部的空間位置，滿足機器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機身。機座是間，并將各種載荷傳遞到機身。機座是機器人的基礎(chǔ)部分，它起著支承作用，機器人的基礎(chǔ)部分，它起著支承作用，對固定式機器人，直接固定在地面基礎(chǔ)對固定式機器人，直接固定在地面基礎(chǔ)上；對移動式機器人，則安裝在行走機上；對移動式機器人，則安裝在行走機構(gòu)上。構(gòu)上。3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座機器人

3、必須安裝在的基礎(chǔ)機座上。工業(yè)機器人機座有固定式和行走式兩種。機器人必須安裝在的基礎(chǔ)機座上。工業(yè)機器人機座有固定式和行走式兩種。固定式機器人的機座直接接地安裝，也可以固定在機身上；機座往往與機固定式機器人的機座直接接地安裝，也可以固定在機身上；機座往往與機身做成一體，機身與臂部相連，機身支承臂部，臂部又支承腕部和手部。身做成一體，機身與臂部相連，機身支承臂部，臂部又支承腕部和手部。機座主要有兩種類型：機座主要有兩種類型：1. 1.機座固定式機座固定式2.2.機座移動式機座移動式第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座3.1.1 3

4、.1.1 機座固定式機座固定式固定的機座結(jié)構(gòu)比較簡單。固定機器人的安裝方法分為直接地面安裝、架固定的機座結(jié)構(gòu)比較簡單。固定機器人的安裝方法分為直接地面安裝、架臺安裝和底板安裝三種形式。臺安裝和底板安裝三種形式。1. 1. 機器人機座直接安裝在地面上時，是將底板埋入混凝土中或用地腳螺栓機器人機座直接安裝在地面上時，是將底板埋入混凝土中或用地腳螺栓固定。底板要求盡可能穩(wěn)固以經(jīng)受得住機器人手臂出來的反作用力。底板固定。底板要求盡可能穩(wěn)固以經(jīng)受得住機器人手臂出來的反作用力。底板與機器人機座用高強度螺栓聯(lián)接。與機器人機座用高強度螺栓聯(lián)接。2. 2. 機器人架臺安裝在地面上時，此與機器人機座直接安裝在地面

5、上的要領(lǐng)機器人架臺安裝在地面上時，此與機器人機座直接安裝在地面上的要領(lǐng)基本相同。機器人機座與臺架用高強度螺栓固定聯(lián)接，臺架與底板用高強基本相同。機器人機座與臺架用高強度螺栓固定聯(lián)接，臺架與底板用高強度螺栓固定聯(lián)接。度螺栓固定聯(lián)接。3. 3. 機器人機座用底板安裝在地面上時，用螺栓孔安裝底板在混凝土地面或機器人機座用底板安裝在地面上時，用螺栓孔安裝底板在混凝土地面或鋼板上。機器人機座與底板用高強度螺栓固定聯(lián)接。鋼板上。機器人機座與底板用高強度螺栓固定聯(lián)接。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座3.1.2 3.1.2 機座移動式機

6、座移動式機座移動式，則滿足了機器人可行走，移動式機座即又充當了機器人的機座移動式，則滿足了機器人可行走，移動式機座即又充當了機器人的行行走機構(gòu)走機構(gòu)，它，它行走機器人的重要執(zhí)行部件，它由驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)、位置行走機器人的重要執(zhí)行部件，它由驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)、位置檢測元件、傳感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機器人的機身、臂檢測元件、傳感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機器人的機身、臂部和手部；另一方面帶動機器人按照工作任務(wù)的要求進行運動。機器人的部和手部；另一方面帶動機器人按照工作任務(wù)的要求進行運動。機器人的行走機構(gòu)按運動軌跡分為固定軌跡式行走機構(gòu)和無固定軌跡式行走機構(gòu)。行走機構(gòu)按運動軌

7、跡分為固定軌跡式行走機構(gòu)和無固定軌跡式行走機構(gòu)。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座3.1.2 3.1.2 機座移動式機座移動式1. 1.固定軌跡式行走機構(gòu)固定軌跡式行走機構(gòu)固定軌跡式工業(yè)機器人的機身底座安裝在一個可移動的拖板座上，靠絲杠固定軌跡式工業(yè)機器人的機身底座安裝在一個可移動的拖板座上，靠絲杠螺母驅(qū)動，整個機器人沿絲杠縱向移動。這類機器人除了采用這種直線驅(qū)螺母驅(qū)動，整個機器人沿絲杠縱向移動。這類機器人除了采用這種直線驅(qū)動方式外，有時也采用類似起重機梁行走方式等。這種可移動機器人主要動方式外，有時也采用類似起重機梁行走

8、方式等。這種可移動機器人主要用在作業(yè)區(qū)域大的場合，比如大型設(shè)備裝配，立體化倉庫中的材料搬運、用在作業(yè)區(qū)域大的場合，比如大型設(shè)備裝配，立體化倉庫中的材料搬運、材料堆垛和儲運、大面積噴涂等。材料堆垛和儲運、大面積噴涂等。2.2.無固定軌跡式行走機構(gòu)無固定軌跡式行走機構(gòu)一般而言，無固定軌跡式行走機構(gòu)主要有車輪式行走機構(gòu)、履帶式行走機一般而言，無固定軌跡式行走機構(gòu)主要有車輪式行走機構(gòu)、履帶式行走機構(gòu)、足式行走機構(gòu)。此外，還有適合于各種特殊的場合的步進式行走機構(gòu)、構(gòu)、足式行走機構(gòu)。此外，還有適合于各種特殊的場合的步進式行走機構(gòu)、蠕動式行走機構(gòu)、混合式行走機構(gòu)和蛇行式行走機構(gòu)等。下面主要介紹車蠕動式行走機

9、構(gòu)、混合式行走機構(gòu)和蛇行式行走機構(gòu)等。下面主要介紹車輪式行走機構(gòu)、履帶式行走機構(gòu)和足式行走機構(gòu)。輪式行走機構(gòu)、履帶式行走機構(gòu)和足式行走機構(gòu)。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座3.3.輪輪式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)輪式行走機器人是機器人中應用最多的一種，主要行走在平坦的地面上。輪式行走機器人是機器人中應用最多的一種，主要行走在平坦的地面上。車輪的形狀和結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。在軌道上運車輪的形狀和結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。在軌道上運行的多采用實心鋼輪，室外路面行駛多采用充氣輪胎，室內(nèi)平坦地面上的行

10、的多采用實心鋼輪，室外路面行駛多采用充氣輪胎，室內(nèi)平坦地面上的可采用實心輪胎?？刹捎脤嵭妮喬ァ?. 1.車輪的配置和轉(zhuǎn)向機構(gòu)車輪的配置和轉(zhuǎn)向機構(gòu)車輪行走機構(gòu)依據(jù)車輪的多少分為一輪、二輪、三輪、四輪以及多輪。行車輪行走機構(gòu)依據(jù)車輪的多少分為一輪、二輪、三輪、四輪以及多輪。行走機構(gòu)在實現(xiàn)上的主要障礙是穩(wěn)定性問題，實際應用的車輪式行走機構(gòu)多走機構(gòu)在實現(xiàn)上的主要障礙是穩(wěn)定性問題，實際應用的車輪式行走機構(gòu)多為三輪和四輪。為三輪和四輪。（1 1）三輪行走機構(gòu)）三輪行走機構(gòu) 三輪行走機構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，代表性的車輪配置方式是一個前輪，兩三輪行走機構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，代表性的車輪配置方式是一個前輪，兩個后輪

11、，如圖個后輪，如圖3-23-2所示，圖所示，圖3-2a3-2a是兩個后輪獨立驅(qū)動，前輪僅起支承作用，是兩個后輪獨立驅(qū)動，前輪僅起支承作用，靠后輪轉(zhuǎn)向；圖靠后輪轉(zhuǎn)向；圖3-2b3-2b則是采用前輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向的方式；圖則是采用前輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向的方式；圖 3-2C 3-2C為利用為利用兩后輪差動減速器減速，前輪轉(zhuǎn)向的方式。兩后輪差動減速器減速，前輪轉(zhuǎn)向的方式。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座3.3.輪輪式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)（1 1）三輪行走機構(gòu)）三輪行走機構(gòu) 三輪行走機構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，代表性的車輪配置方式是一個前輪，

12、兩三輪行走機構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，代表性的車輪配置方式是一個前輪，兩個后輪，如圖個后輪，如圖3-23-2所示，圖所示，圖3-2a3-2a是兩個后輪獨立驅(qū)動，前輪僅起支承作用，是兩個后輪獨立驅(qū)動，前輪僅起支承作用，靠后輪轉(zhuǎn)向；圖靠后輪轉(zhuǎn)向；圖3-2b3-2b則是采用前輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向的方式；圖則是采用前輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向的方式；圖 3-2C 3-2C為利用為利用兩后輪差動減速器減速，前輪轉(zhuǎn)向的方式。兩后輪差動減速器減速，前輪轉(zhuǎn)向的方式。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座3.3.輪輪式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)（2 2）四四輪行走機構(gòu)輪行

13、走機構(gòu)四輪行走機構(gòu)的應用最為廣泛，四輪機構(gòu)可采用不同的方式實現(xiàn)驅(qū)動和轉(zhuǎn)四輪行走機構(gòu)的應用最為廣泛，四輪機構(gòu)可采用不同的方式實現(xiàn)驅(qū)動和轉(zhuǎn)向，如圖向，如圖3-33-3示。圖示。圖3-3a3-3a為后輪分散驅(qū)動；圖為后輪分散驅(qū)動；圖3-3b3-3b為用連桿機構(gòu)實現(xiàn)四輪為用連桿機構(gòu)實現(xiàn)四輪同步轉(zhuǎn)向，當前輪轉(zhuǎn)動通過四連桿機構(gòu)使后輪得到相應的偏轉(zhuǎn)。這種行走同步轉(zhuǎn)向，當前輪轉(zhuǎn)動通過四連桿機構(gòu)使后輪得到相應的偏轉(zhuǎn)。這種行走機構(gòu)相比僅有前輪轉(zhuǎn)向的行走機構(gòu)而言可實現(xiàn)更靈活的轉(zhuǎn)向和較大的回轉(zhuǎn)機構(gòu)相比僅有前輪轉(zhuǎn)向的行走機構(gòu)而言可實現(xiàn)更靈活的轉(zhuǎn)向和較大的回轉(zhuǎn)半徑。半徑。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機

14、械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座3.3.輪輪式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)（3 3）越障輪式機構(gòu)）越障輪式機構(gòu)普通車輪行走機構(gòu)對崎嶇不平的地面適應性很差，為了提高輪式車輛的地普通車輪行走機構(gòu)對崎嶇不平的地面適應性很差，為了提高輪式車輛的地面適應能力，設(shè)計了越障輪式機構(gòu)。這種行走機構(gòu)往往是多輪式行走機構(gòu)。面適應能力，設(shè)計了越障輪式機構(gòu)。這種行走機構(gòu)往往是多輪式行走機構(gòu)。4.4.履帶履帶式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)履帶式行走機構(gòu)適合于未建造的天然路面行走，它是輪式行走機構(gòu)的拓展，履帶式行走機構(gòu)適合于未建造的天然路面行走，它是輪式行走機構(gòu)的拓展，履帶的作用是給車輪連續(xù)鋪路。如圖履帶的作用是給車

15、輪連續(xù)鋪路。如圖3-43-4所示為雙重履帶式可轉(zhuǎn)向行走機所示為雙重履帶式可轉(zhuǎn)向行走機構(gòu)的機器人。構(gòu)的機器人。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座4.4.履帶履帶式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)（1 1）履帶行走機構(gòu)的組成）履帶行走機構(gòu)的組成 履帶行走機構(gòu)由履帶、驅(qū)動鏈輪、支承輪、托帶輪和張緊輪組成。如圖履帶行走機構(gòu)由履帶、驅(qū)動鏈輪、支承輪、托帶輪和張緊輪組成。如圖3-53-5所示。所示。（2 2）履帶）履帶行走機構(gòu)形狀行走機構(gòu)形狀帶行走機構(gòu)的形狀有很多種，主要是一字形、倒梯形等，如圖帶行走機構(gòu)的形狀有很多種，主要是一字形、倒梯形等，如圖

16、3-63-6所示。一字形履所示。一字形履帶行走機構(gòu)，驅(qū)動輪及張緊輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)定性。帶行走機構(gòu)，驅(qū)動輪及張緊輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)定性。倒梯形履帶行走機構(gòu)，不作支承輪的驅(qū)動輪與張緊輪裝得高于地面，適合于穿越倒梯形履帶行走機構(gòu)，不作支承輪的驅(qū)動輪與張緊輪裝得高于地面，適合于穿越障礙，另外因為減少了泥土夾入引起損傷和失效，可以提高驅(qū)動輪和張緊輪的壽障礙，另外因為減少了泥土夾入引起損傷和失效，可以提高驅(qū)動輪和張緊輪的壽命。命。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座4.4.履帶履帶式行走機構(gòu)

17、式行走機構(gòu)（2 2）履帶）履帶行走機構(gòu)形狀行走機構(gòu)形狀帶行走機構(gòu)的形狀有很多種，主要是一字形、倒梯形等，如圖帶行走機構(gòu)的形狀有很多種，主要是一字形、倒梯形等，如圖3-63-6所示。一字形履所示。一字形履帶行走機構(gòu)，驅(qū)動輪及張緊輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)定性。帶行走機構(gòu)，驅(qū)動輪及張緊輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)定性。倒梯形履帶行走機構(gòu)，不作支承輪的驅(qū)動輪與張緊輪裝得高于地面，適合于穿越倒梯形履帶行走機構(gòu)，不作支承輪的驅(qū)動輪與張緊輪裝得高于地面，適合于穿越障礙，另外因為減少了泥土夾入引起損傷和失效，可以提高驅(qū)動輪和張緊輪的壽障礙，另外因為減少了泥土夾入引起損傷和失效，可以

18、提高驅(qū)動輪和張緊輪的壽命。命。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座4.4.履帶履帶式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)(1) (1) 履帶行走機構(gòu)的優(yōu)點履帶行走機構(gòu)的優(yōu)點1) 1) 支承面積大，接地比壓小，適合于松軟或泥濘場地進行作業(yè)，下陷度小，支承面積大，接地比壓小，適合于松軟或泥濘場地進行作業(yè)，下陷度小，滾動阻力小。滾動阻力小。2) 2) 越野機動性好，可以在有些凹凸的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬越野機動性好，可以在有些凹凸的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度不大的臺階，爬坡、越溝等性能均優(yōu)于輪式行走機構(gòu)。梯度不大的臺階，爬坡、越

19、溝等性能均優(yōu)于輪式行走機構(gòu)。3) 3) 履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。牽引力。(2) (2) 履帶行走機構(gòu)的缺點履帶行走機構(gòu)的缺點1) 1) 由于沒有自定位輪，沒有轉(zhuǎn)向機構(gòu)，只能靠左右兩個履帶的速度差實現(xiàn)由于沒有自定位輪，沒有轉(zhuǎn)向機構(gòu)，只能靠左右兩個履帶的速度差實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，所以轉(zhuǎn)向和前進方向都會產(chǎn)生滑動。轉(zhuǎn)彎，所以轉(zhuǎn)向和前進方向都會產(chǎn)生滑動。 2) 2) 轉(zhuǎn)彎阻力大，不能準確地確定回轉(zhuǎn)半徑。轉(zhuǎn)彎阻力大，不能準確地確定回轉(zhuǎn)半徑。3) 3) 結(jié)構(gòu)復雜，重量大，運動慣性大，減振功能差，零件易損壞。結(jié)構(gòu)

20、復雜，重量大，運動慣性大，減振功能差，零件易損壞。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座5.5.多足多足式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)車輪式行走機構(gòu)只有在平坦堅硬的地面上行駛才有理想的運動特性。如果地車輪式行走機構(gòu)只有在平坦堅硬的地面上行駛才有理想的運動特性。如果地面凸凹和車輪直徑相當或地面很軟，則它的運動阻力將大大增加。履帶式行面凸凹和車輪直徑相當或地面很軟，則它的運動阻力將大大增加。履帶式行走機構(gòu)雖然可行走于不平的地面上運動，但它的適應性不夠，行走時晃動太走機構(gòu)雖然可行走于不平的地面上運動，但它的適應性不夠，行走時晃動太大，在軟地面

21、上行駛運動慢。大部分地面不適合傳統(tǒng)的輪式或履帶式車輛行大，在軟地面上行駛運動慢。大部分地面不適合傳統(tǒng)的輪式或履帶式車輛行走。但是，足式動物卻能在這些地方行動自如，顯然足式與輪式和履帶式行走。但是，足式動物卻能在這些地方行動自如，顯然足式與輪式和履帶式行走方式相比具有獨特的優(yōu)勢。走方式相比具有獨特的優(yōu)勢。現(xiàn)有的步行機器人的足數(shù)分別為單足、雙足、現(xiàn)有的步行機器人的足數(shù)分別為單足、雙足、三足、四足、六足、八足甚至更多。足的數(shù)三足、四足、六足、八足甚至更多。足的數(shù)目多，適合于重載和慢速運動。雙足和四足目多，適合于重載和慢速運動。雙足和四足具有良好的適應性和靈活性。足式行走機構(gòu)具有良好的適應性和靈活性。

22、足式行走機構(gòu)如圖如圖3-73-7所示。所示。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座兩足兩足式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)兩足行走式機器人具有良好的適應性，也稱兩足行走式機器人具有良好的適應性，也稱之為類人雙足行走機器人。類人雙足行走機之為類人雙足行走機器人。類人雙足行走機構(gòu)是多自由度的控制系統(tǒng)，是現(xiàn)代控制理論構(gòu)是多自由度的控制系統(tǒng)，是現(xiàn)代控制理論很好的應用對象。這種機構(gòu)除結(jié)構(gòu)簡單外，很好的應用對象。這種機構(gòu)除結(jié)構(gòu)簡單外，在保證靜、動行走性能及穩(wěn)定性和高速運動在保證靜、動行走性能及穩(wěn)定性和高速運動等方面都是最困難的。等方面都是最困難的。如

23、圖如圖3-83-8所示的兩足步行式機器人行走機構(gòu)所示的兩足步行式機器人行走機構(gòu)原理圖。在行走過程中，行走機構(gòu)始終滿足原理圖。在行走過程中，行走機構(gòu)始終滿足靜力學的靜平衡條件，也就是機器人的重心靜力學的靜平衡條件，也就是機器人的重心始終落在接觸地面的一只腳上。步行機器人，始終落在接觸地面的一只腳上。步行機器人，典型特征是不僅能在平地上，而且能在凹凸典型特征是不僅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行，能跨越溝壑，上下臺階，不平的地上步行，能跨越溝壑，上下臺階，具有廣泛的適應性。難點是機器人跨步時自具有廣泛的適應性。難點是機器人跨步時自動轉(zhuǎn)移重心而保持平衡的問題。為了能變換動轉(zhuǎn)移重心而保持平衡的問

24、題。為了能變換方向和上下臺階，一定要具備多自由度，如方向和上下臺階，一定要具備多自由度，如圖圖3-93-9所示。所示。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3.1 .1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的機座的機座六足六足式行走機構(gòu)式行走機構(gòu)這類步行式機器人是模仿六足昆蟲行走的機器人。如圖這類步行式機器人是模仿六足昆蟲行走的機器人。如圖3-103-10所示為六足原理，所示為六足原理，每條腿有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。行走時，三條腿為一組，足部端以相同位移移動，每條腿有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。行走時，三條腿為一組，足部端以相同位移移動，定時間間隔進行移動，可以實現(xiàn)定時間間隔進行移動，可以實現(xiàn)XYXY平面內(nèi)任

25、意方向的行走和原地轉(zhuǎn)動。平面內(nèi)任意方向的行走和原地轉(zhuǎn)動。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .2 2工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部的臂部機器人的手臂部件（簡稱臂部）是機器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是機器人的手臂部件（簡稱臂部）是機器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支撐、腕部和末端執(zhí)行器，并帶腕部和手部進行運動。手臂是為了讓機支撐、腕部和末端執(zhí)行器，并帶腕部和手部進行運動。手臂是為了讓機器人的手爪或末端執(zhí)行器可以達到任務(wù)所要達到的位置。器人的手爪或末端執(zhí)行器可以達到任務(wù)所要達到的位置。3 3. .2.1 2.1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部運動和組成的臂部運動和組成1. 1.

26、 臂部的運動臂部的運動 機器人要完成空間的運動，至少需要三個自由度的運動，即垂直移動、徑機器人要完成空間的運動，至少需要三個自由度的運動，即垂直移動、徑向移動和回轉(zhuǎn)運動。向移動和回轉(zhuǎn)運動。（1 1）垂直運動）垂直運動 垂直運動是指機器人手臂的上下運動。這種運動通常采用液壓缸機構(gòu)或通垂直運動是指機器人手臂的上下運動。這種運動通常采用液壓缸機構(gòu)或通過調(diào)整機器人機身在垂直方向上的安裝位置來實現(xiàn)。過調(diào)整機器人機身在垂直方向上的安裝位置來實現(xiàn)。（2 2）徑向移動）徑向移動徑向移動是指手臂的伸縮運動。機器人手臂的伸縮使其手臂的工作范圍發(fā)徑向移動是指手臂的伸縮運動。機器人手臂的伸縮使其手臂的工作范圍發(fā)生變化

27、。生變化。（3 3）回轉(zhuǎn)運動）回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動是指機器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動。這種運動決定了機器人的手臂所能回轉(zhuǎn)運動是指機器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動。這種運動決定了機器人的手臂所能達到的角度位置。達到的角度位置。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .2 2工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部的臂部3 3. .2.1 2.1 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部運動和組成的臂部運動和組成2. 2. 臂部的臂部的組成組成 機器人的手臂主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運動有關(guān)的傳動機器人的手臂主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運動有關(guān)的傳動裝置、導向定位裝置、支承聯(lián)接和位置檢測元件等。此外，還

28、有與之連接裝置、導向定位裝置、支承聯(lián)接和位置檢測元件等。此外，還有與之連接的支承等有關(guān)的構(gòu)件、配管配線。根據(jù)臂部的運動和布局、驅(qū)動方式、傳的支承等有關(guān)的構(gòu)件、配管配線。根據(jù)臂部的運動和布局、驅(qū)動方式、傳動和導向裝置的不同，可分為動伸縮臂、屈伸臂及其他專用的機械傳動臂動和導向裝置的不同，可分為動伸縮臂、屈伸臂及其他專用的機械傳動臂。液（氣）壓缸驅(qū)動或直線電動機驅(qū)動；轉(zhuǎn)動伸縮型臂部結(jié)構(gòu)除了軸線運。液（氣）壓缸驅(qū)動或直線電動機驅(qū)動；轉(zhuǎn)動伸縮型臂部結(jié)構(gòu)除了軸線運動，以便使手部旋轉(zhuǎn)。動，以便使手部旋轉(zhuǎn)。3 3. .2.2 2.2 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部配置的臂部配置1. 1. 工業(yè)機器人臂部的配置工

29、業(yè)機器人臂部的配置機身和臂部的配置形式基本上反映了機器人的總體布局。由于機器人的作業(yè)環(huán)機身和臂部的配置形式基本上反映了機器人的總體布局。由于機器人的作業(yè)環(huán)境和場地等因素的不同，出現(xiàn)了各種不同的配置形式。目前有橫梁式、立柱式、境和場地等因素的不同，出現(xiàn)了各種不同的配置形式。目前有橫梁式、立柱式、機座式、屈伸式四種。機座式、屈伸式四種。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .2 2工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部的臂部3 3. .2.2 2.2 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部配置的臂部配置1. 1. 工業(yè)機器人臂部的配置工業(yè)機器人臂部的配置橫梁式橫梁式機身設(shè)計成橫梁式，用于懸掛手

30、臂部件，通常分為單臂懸掛式和雙臂懸掛式兩機身設(shè)計成橫梁式，用于懸掛手臂部件，通常分為單臂懸掛式和雙臂懸掛式兩種，如圖種，如圖3-113-11所示。這類機器人的運動形式大多為移動式。它具有占地面積小，所示。這類機器人的運動形式大多為移動式。它具有占地面積小，能有效利用空間，動作簡單直觀等優(yōu)點。能有效利用空間，動作簡單直觀等優(yōu)點。橫梁可以是固定的，也可以是行走的，一般橫梁安裝在廠房原有建筑的柱梁或橫梁可以是固定的，也可以是行走的，一般橫梁安裝在廠房原有建筑的柱梁或有關(guān)設(shè)備上，也可從地面上架設(shè)。有關(guān)設(shè)備上，也可從地面上架設(shè)。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .2 2工

31、業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部的臂部3 3. .2.2 2.2 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部配置的臂部配置1. 1. 工業(yè)機器人臂部的配置工業(yè)機器人臂部的配置立柱式立柱式立柱式機器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運動形式，是一種常見的配置立柱式機器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運動形式，是一種常見的配置形式。常分為單臂式和雙臂式兩種，如圖形式。常分為單臂式和雙臂式兩種，如圖3-123-12所示。一般臂部都可在水平面內(nèi)所示。一般臂部都可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面小而工作范圍大的特點?；剞D(zhuǎn)，具有占地面小而工作范圍大的特點。立柱可固定安裝在空地上，也可以固定在床身上。立柱式結(jié)構(gòu)簡單，服務(wù)于某立柱可固定安裝

32、在空地上，也可以固定在床身上。立柱式結(jié)構(gòu)簡單，服務(wù)于某種主機承擔上、下料或轉(zhuǎn)運等工作。種主機承擔上、下料或轉(zhuǎn)運等工作。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .2 2工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部的臂部3 3. .2.2 2.2 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部配置的臂部配置1. 1. 工業(yè)機器人臂部的配置工業(yè)機器人臂部的配置機座式機座式這種機器人可以是獨立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以隨意安放和搬動，也可這種機器人可以是獨立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以隨意安放和搬動，也可以沿地面上的專用軌道移動，以擴大其活動范圍。以沿地面上的專用軌道移動，以擴大其活動范圍。第第3 3章章 工業(yè)

33、機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .2 2工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部的臂部3 3. .2.2 2.2 工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部配置的臂部配置1. 1. 工業(yè)機器人臂部的配置工業(yè)機器人臂部的配置屈伸式屈伸式機器人的手臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運動，稱為屈伸臂。屈伸臂與機器人的手臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運動，稱為屈伸臂。屈伸臂與機身間的機身間的 關(guān)系到機器人的運動軌跡，可以實現(xiàn)平面運動，也可以作空間運動關(guān)系到機器人的運動軌跡，可以實現(xiàn)平面運動，也可以作空間運動。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .2 2工業(yè)機器人工業(yè)機器人的臂部的臂部3.

34、2.3 3.2.3 臂部的驅(qū)動臂部的驅(qū)動機器人的手臂由大臂、小臂或多臂組成。手臂的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、機器人的手臂由大臂、小臂或多臂組成。手臂的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和電機驅(qū)動等幾種形式，其中電動驅(qū)動形式最為通用。氣動驅(qū)動和電機驅(qū)動等幾種形式，其中電動驅(qū)動形式最為通用。臂部伸縮機構(gòu)行程小時，采用油（氣）缸直接驅(qū)動；當行程較大時，可采臂部伸縮機構(gòu)行程小時，采用油（氣）缸直接驅(qū)動；當行程較大時，可采用油（氣）缸驅(qū)動齒輪齒條傳動的倍增機構(gòu)或步進電動機及伺服電動機驅(qū)用油（氣）缸驅(qū)動齒輪齒條傳動的倍增機構(gòu)或步進電動機及伺服電動機驅(qū)動，也可用絲杠螺母或滾珠絲桿傳動。為了增加手臂的剛性，防止手

35、臂在動，也可用絲杠螺母或滾珠絲桿傳動。為了增加手臂的剛性，防止手臂在伸縮運動時繞軸線轉(zhuǎn)動或產(chǎn)生變形，臂部伸縮機構(gòu)需設(shè)置導向裝置或設(shè)計伸縮運動時繞軸線轉(zhuǎn)動或產(chǎn)生變形，臂部伸縮機構(gòu)需設(shè)置導向裝置或設(shè)計成方形、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，成方形、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(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素選取?？筛鶕?jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素選取。手臂的俯仰通常采用擺動油（氣）缸驅(qū)動、鉸鏈連桿機構(gòu)傳動實現(xiàn)；臂部手臂的俯仰通常采用擺動油（氣）缸驅(qū)動、鉸鏈連桿機構(gòu)傳動實現(xiàn)；臂部回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨驅(qū)動，適用于回轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)回

36、轉(zhuǎn)與升降機構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨驅(qū)動，適用于升降行程短而回轉(zhuǎn)角度小的情況，也有用升降缸與氣動馬達升降行程短而回轉(zhuǎn)角度小的情況，也有用升降缸與氣動馬達錐齒輪傳動錐齒輪傳動的機構(gòu)。的機構(gòu)。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部3.3.1 3.3.1 機器人腕部的運動機器人腕部的運動1. 1. 機器人腕部的運動方式機器人腕部的運動方式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(tài)的作用。為了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(tài)的作用。為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間三個坐標軸使手部能處于空

37、間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間三個坐標軸x x、y y、z z的的轉(zhuǎn)動，即具有偏轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)動，即具有偏轉(zhuǎn)（YawYaw）、俯仰（）、俯仰（PitchPitch）和回轉(zhuǎn)（）和回轉(zhuǎn)（RollRoll）三個自由度。）三個自由度。如圖如圖3-153-15所示這三個回轉(zhuǎn)方向分別為：臂轉(zhuǎn)、所示這三個回轉(zhuǎn)方向分別為：臂轉(zhuǎn)、手轉(zhuǎn)和腕擺。工業(yè)機器人一般具有手轉(zhuǎn)和腕擺。工業(yè)機器人一般具有6 6個自由個自由度才能使手部（末端執(zhí)行器）達到目標位置度才能使手部（末端執(zhí)行器）達到目標位置和處于期望的姿態(tài)使手部能處于空間任意方和處于期望的姿態(tài)使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間向，要求腕部能實現(xiàn)對空間3 3個坐標軸

38、個坐標軸x x，y y，z z的旋轉(zhuǎn)運動。的旋轉(zhuǎn)運動。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部2. 2. 機器人腕部的機器人腕部的旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)腕部旋轉(zhuǎn)是指腕部繞小臂軸線的轉(zhuǎn)動，又叫做臂轉(zhuǎn)。有些機器人限制其腕部腕部旋轉(zhuǎn)是指腕部繞小臂軸線的轉(zhuǎn)動，又叫做臂轉(zhuǎn)。有些機器人限制其腕部轉(zhuǎn)動角小于轉(zhuǎn)動角小于360360。另一些機器人則僅僅受到控制電纜纏繞圈數(shù)的限制，腕部。另一些機器人則僅僅受到控制電纜纏繞圈數(shù)的限制，腕部可以轉(zhuǎn)幾圈。按腕部轉(zhuǎn)動特點的不同，用于腕部關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動又可細分為滾轉(zhuǎn)可以轉(zhuǎn)幾圈。按腕部轉(zhuǎn)動特點的不同，用于腕部關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動又可細分為

39、滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn)兩種。和彎轉(zhuǎn)兩種。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部2. 2. 機器人腕部的機器人腕部的旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)滾轉(zhuǎn)滾轉(zhuǎn)是指組成關(guān)節(jié)的兩個零件自身的幾何回轉(zhuǎn)中心和相對運動的回轉(zhuǎn)軸線重合，是指組成關(guān)節(jié)的兩個零件自身的幾何回轉(zhuǎn)中心和相對運動的回轉(zhuǎn)軸線重合，因而實現(xiàn)因而實現(xiàn)360360。無障礙旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)運動，通常用。無障礙旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)運動，通常用R R來標記，如圖來標記，如圖3-16a3-16a所示。所示。彎轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)是指兩個零件的幾何回轉(zhuǎn)中心和其相對轉(zhuǎn)動軸線垂直的關(guān)節(jié)運動。由于受是指兩個零件的幾何回轉(zhuǎn)中心和其相對轉(zhuǎn)動軸線垂直的關(guān)節(jié)運動。由

40、于受到結(jié)構(gòu)限制，其相對轉(zhuǎn)動角度一般小于到結(jié)構(gòu)限制，其相對轉(zhuǎn)動角度一般小于360360。彎轉(zhuǎn)通常用。彎轉(zhuǎn)通常用B B來標記，如圖來標記，如圖3-3-16b16b所示。所示。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部3.3.1 3.3.1 機器人腕部的運動機器人腕部的運動3. 3. 機器人腕部的機器人腕部的彎曲彎曲腕部彎曲是指腕部的上下擺動，這種運動也稱為俯仰，又叫做手轉(zhuǎn)腕部彎曲是指腕部的上下擺動，這種運動也稱為俯仰，又叫做手轉(zhuǎn)。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部

41、3.3.1 3.3.1 機器人腕部的運動機器人腕部的運動4. 4. 機器人腕部的機器人腕部的側(cè)擺側(cè)擺腕部側(cè)擺指機器人腕部的水平擺動，又叫做腕擺。腕部的旋轉(zhuǎn)和俯仰兩種腕部側(cè)擺指機器人腕部的水平擺動，又叫做腕擺。腕部的旋轉(zhuǎn)和俯仰兩種運動結(jié)合起可以看成是側(cè)擺運動，通常機器人的側(cè)擺運動由一個單獨的關(guān)運動結(jié)合起可以看成是側(cè)擺運動，通常機器人的側(cè)擺運動由一個單獨的關(guān)節(jié)提供節(jié)提供。腕部結(jié)構(gòu)多為上述三個回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式，常用腕部結(jié)構(gòu)多為上述三個回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式，常用腕部組合的方式有：臂轉(zhuǎn)腕部組合的方式有：臂轉(zhuǎn)- -腕擺腕擺- -手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，臂轉(zhuǎn)手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，臂轉(zhuǎn)- -

42、雙腕擺雙腕擺- -手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)等手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)等。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部3.3.1 3.3.1 機器人腕部的機器人腕部的分類分類手腕按自由度個數(shù)可分單自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。采手腕按自由度個數(shù)可分單自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。采用幾個自由度的手腕應根據(jù)工業(yè)機器人的工作性能來確定。在有些情況下用幾個自由度的手腕應根據(jù)工業(yè)機器人的工作性能來確定。在有些情況下，腕部具有二個自由度：回轉(zhuǎn)和俯仰或回轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)。一些專用機械手甚至，腕部具有二個自由度：回轉(zhuǎn)和俯仰或回轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)。一些專用機械手甚至沒有腕部，但有

43、的腕部為了特殊要求還有橫向移動的自由度。沒有腕部，但有的腕部為了特殊要求還有橫向移動的自由度。1. 1.單自由度手腕單自由度手腕（1 1） 單一的臂轉(zhuǎn)功能單一的臂轉(zhuǎn)功能機器人的關(guān)節(jié)軸線與手臂的縱軸線共線，?；剞D(zhuǎn)角度不受結(jié)構(gòu)限制，可以機器人的關(guān)節(jié)軸線與手臂的縱軸線共線，常回轉(zhuǎn)角度不受結(jié)構(gòu)限制，可以回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)360360。該運動用滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。該運動用滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(R(R關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)) )實現(xiàn)，如圖實現(xiàn)，如圖3-183-18所示。所示。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部1. 1.單自由度手腕單自由度手腕（2 2）單一的手轉(zhuǎn)功能）單一的手轉(zhuǎn)功

44、能關(guān)節(jié)軸線與手臂及手的軸線相互垂直，?；剞D(zhuǎn)角度受結(jié)構(gòu)限制，通常小于關(guān)節(jié)軸線與手臂及手的軸線相互垂直，?；剞D(zhuǎn)角度受結(jié)構(gòu)限制，通常小于360360。該運動用彎轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（。該運動用彎轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（B B關(guān)節(jié)）實現(xiàn)。關(guān)節(jié)）實現(xiàn)。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部1. 1.單自由度手腕單自由度手腕（3 3）單一的側(cè)擺功能）單一的側(cè)擺功能 關(guān)節(jié)軸線與手臂及手的軸線在另一個方向上相互垂直，?；剞D(zhuǎn)角度受結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)軸線與手臂及手的軸線在另一個方向上相互垂直，?；剞D(zhuǎn)角度受結(jié)構(gòu)限制，該運動用彎轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)限制，該運動用彎轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(B(B關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)) )實現(xiàn)。實現(xiàn)。

45、第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部1. 1.單自由度手腕單自由度手腕（4 4）單一的平移功能）單一的平移功能 腕部關(guān)節(jié)軸線與手臂及手的軸線在一個方向上成一平面，不能轉(zhuǎn)動只能平腕部關(guān)節(jié)軸線與手臂及手的軸線在一個方向上成一平面，不能轉(zhuǎn)動只能平移。該運動用平移關(guān)節(jié)移。該運動用平移關(guān)節(jié)(T(T關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)) )實現(xiàn)實現(xiàn)。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部2.2.二二自由度手腕自由度手腕機器人腕部的可以由一個滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個彎轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)聯(lián)合構(gòu)成滾轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)機器人腕部的可以由一

46、個滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個彎轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)聯(lián)合構(gòu)成滾轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)BRBR關(guān)關(guān)節(jié)實現(xiàn)；或由兩個彎轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成節(jié)實現(xiàn)；或由兩個彎轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成BBBB關(guān)節(jié)實現(xiàn)；但不能用兩個滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)實現(xiàn)；但不能用兩個滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)RRRR構(gòu)成二自由度腕部，因為兩個滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動是重復的，實際上只起到單構(gòu)成二自由度腕部，因為兩個滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動是重復的，實際上只起到單自由度的作用。自由度的作用。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3 3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部的腕部3.3.三三自由度手腕自由度手腕由由R R關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)和B B關(guān)節(jié)的組合構(gòu)成的三自由度腕部可以有多種形式，實現(xiàn)臂轉(zhuǎn)、關(guān)節(jié)的組合構(gòu)成的三自由度腕部可以有多種形

47、式，實現(xiàn)臂轉(zhuǎn)、手轉(zhuǎn)和腕擺功能。可以證明，三自由度腕部能使手部取得空間任意姿態(tài)。手轉(zhuǎn)和腕擺功能?？梢宰C明，三自由度腕部能使手部取得空間任意姿態(tài)。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3.33.3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部驅(qū)動方式的腕部驅(qū)動方式多數(shù)機器人將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動部分安排在小臂上。首先設(shè)法使幾個電機同多數(shù)機器人將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動部分安排在小臂上。首先設(shè)法使幾個電機同軸旋轉(zhuǎn)的心軸和多層套簡上去，當運動傳入腕部后再分別實現(xiàn)各個動作。軸旋轉(zhuǎn)的心軸和多層套簡上去，當運動傳入腕部后再分別實現(xiàn)各個動作。從驅(qū)動方式看，腕部驅(qū)動一般有兩種形式，即直接驅(qū)動和遠程驅(qū)動。從驅(qū)動方式看，

48、腕部驅(qū)動一般有兩種形式，即直接驅(qū)動和遠程驅(qū)動。1 1直接驅(qū)動直接驅(qū)動直接驅(qū)動是指驅(qū)動器安裝在腕部運動關(guān)節(jié)的附近直接驅(qū)動關(guān)節(jié)運動，傳動直接驅(qū)動是指驅(qū)動器安裝在腕部運動關(guān)節(jié)的附近直接驅(qū)動關(guān)節(jié)運動，傳動剛度好，但腕部的尺寸和質(zhì)量大、慣量大。剛度好，但腕部的尺寸和質(zhì)量大、慣量大。驅(qū)動源直接裝在腕部上，這種直驅(qū)動源直接裝在腕部上，這種直接驅(qū)動腕部的關(guān)鍵是能否設(shè)計和接驅(qū)動腕部的關(guān)鍵是能否設(shè)計和加工出而驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大、驅(qū)動性能加工出而驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大、驅(qū)動性能好的驅(qū)動電動機或液壓馬達。好的驅(qū)動電動機或液壓馬達。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3.33.3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部驅(qū)

49、動方式的腕部驅(qū)動方式2 2遠程遠程驅(qū)動驅(qū)動遠距離傳動方式的驅(qū)動器安裝在機器人的大臂、機座或小臂遠端，通過機遠距離傳動方式的驅(qū)動器安裝在機器人的大臂、機座或小臂遠端，通過機構(gòu)間接驅(qū)動腕部關(guān)節(jié)運動，因而腕部的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸和質(zhì)量小，對改善構(gòu)間接驅(qū)動腕部關(guān)節(jié)運動，因而腕部的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸和質(zhì)量小，對改善機器人的整體性能有好處，但傳動設(shè)計復雜，傳動剛度也降低了。軸機器人的整體性能有好處，但傳動設(shè)計復雜，傳動剛度也降低了。軸I I做回做回轉(zhuǎn)運動，軸轉(zhuǎn)運動，軸做俯仰運動，軸做俯仰運動，軸做偏轉(zhuǎn)運動。做偏轉(zhuǎn)運動。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3.33.3工業(yè)機器人工業(yè)機

50、器人的腕部驅(qū)動方式的腕部驅(qū)動方式3 3機器人的柔順腕部機器人的柔順腕部一般來說，在用機器人進行精密裝配作業(yè)中，當被裝配零件不一致，工件一般來說，在用機器人進行精密裝配作業(yè)中，當被裝配零件不一致，工件的定位夾具的定位精度不能滿足裝配要求時，會導致裝配困難。這就要求的定位夾具的定位精度不能滿足裝配要求時，會導致裝配困難。這就要求在裝配動作時具有柔順性，柔順裝配技術(shù)有兩種，包括主動柔順裝配和被在裝配動作時具有柔順性，柔順裝配技術(shù)有兩種，包括主動柔順裝配和被動柔順裝配。動柔順裝配。（1 1）主動柔順裝配）主動柔順裝配檢測、控制的角度，采取各種不同的搜索方法，可以實現(xiàn)邊校正邊裝配。檢測、控制的角度，采取

51、各種不同的搜索方法，可以實現(xiàn)邊校正邊裝配。如在手爪上安裝視覺傳感器、力傳感器等檢測元件，這種柔順裝配稱為如在手爪上安裝視覺傳感器、力傳感器等檢測元件，這種柔順裝配稱為“主動柔順裝配主動柔順裝配”。主動柔順裝配需配備一定功能的傳感器，價格較貴。主動柔順裝配需配備一定功能的傳感器，價格較貴。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .3.33.3工業(yè)機器人工業(yè)機器人的腕部驅(qū)動方式的腕部驅(qū)動方式3 3機器人的柔順腕部機器人的柔順腕部（2 2）被被動柔順裝配動柔順裝配被動柔順是利用不帶動力的機構(gòu)來控制手爪的運被動柔順是利用不帶動力的機構(gòu)來控制手爪的運動以補償其位置誤差。在需要被

52、動柔順裝配的機動以補償其位置誤差。在需要被動柔順裝配的機器人結(jié)構(gòu)里，一般是在腕部配置一個角度可調(diào)的器人結(jié)構(gòu)里，一般是在腕部配置一個角度可調(diào)的柔順環(huán)節(jié)以滿足柔順裝配的需要。這種柔順裝配柔順環(huán)節(jié)以滿足柔順裝配的需要。這種柔順裝配技術(shù)稱為技術(shù)稱為“被動柔順裝配（被動柔順裝配（RCC)”RCC)”。被動柔順腕。被動柔順腕部結(jié)構(gòu)比較簡單，價格比較便宜，裝配速度快。部結(jié)構(gòu)比較簡單，價格比較便宜，裝配速度快。相比主動柔順裝配技術(shù)，它要求裝配件要有傾角相比主動柔順裝配技術(shù)，它要求裝配件要有傾角，允許的校正補償量受到傾角的限制，軸孔間隙，允許的校正補償量受到傾角的限制，軸孔間隙不能太小。不能太小。第第3 3章章

53、 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .4 4工業(yè)機器人工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器（即手部）的末端執(zhí)行器（即手部）機器人的手部是指安裝于機器人手臂末端，直接作用于工作對象的裝置。工業(yè)機器人的手部是指安裝于機器人手臂末端，直接作用于工作對象的裝置。工業(yè)機器人所要完成的各種操作，最終都必須通過手部來得以實現(xiàn)；同時手部的結(jié)機器人所要完成的各種操作，最終都必須通過手部來得以實現(xiàn)；同時手部的結(jié)構(gòu)、重量，又有著直接的、顯著的影響。構(gòu)、重量，又有著直接的、顯著的影響。1. 1.手部的分類手部的分類人體的手是具有許多關(guān)節(jié)的多個手指的手，可以巧妙地完成許多復雜的作業(yè)，人體的手是具有許多關(guān)節(jié)的多個手指的

54、手，可以巧妙地完成許多復雜的作業(yè)，如制作物品、使用工具、作各種手勢等。在這些功能中，機器人技術(shù)中主要關(guān)如制作物品、使用工具、作各種手勢等。在這些功能中，機器人技術(shù)中主要關(guān)心的是手的作業(yè)功能。人手的作業(yè)功能大致可分為心的是手的作業(yè)功能。人手的作業(yè)功能大致可分為“抓取抓取”和和“操作操作”兩類，兩類，而抓取又分為捏、夾、握三小類。每一小類又可分為多種形態(tài)。機器人手部設(shè)而抓取又分為捏、夾、握三小類。每一小類又可分為多種形態(tài)。機器人手部設(shè)計中，由于機構(gòu)和控制系統(tǒng)方面的限制，很難設(shè)計出像人手那樣的通用裝置；計中，由于機構(gòu)和控制系統(tǒng)方面的限制，很難設(shè)計出像人手那樣的通用裝置；同時對多數(shù)工作現(xiàn)場來說，對機器

55、人的工作要求是有限的，因此機器人手部的同時對多數(shù)工作現(xiàn)場來說，對機器人的工作要求是有限的，因此機器人手部的設(shè)計主要是針對一定的工作對象來進行設(shè)計的。設(shè)計主要是針對一定的工作對象來進行設(shè)計的。根據(jù)手部的結(jié)構(gòu)和在工作中完成的功能，常見的工業(yè)機器人手部一般分為三大根據(jù)手部的結(jié)構(gòu)和在工作中完成的功能，常見的工業(yè)機器人手部一般分為三大類：類： 機械手部機械手部( (兩指一三指、變形指兩指一三指、變形指)( )(機械手爪機械手爪) )； 特殊手部特殊手部( (吸盤、噴槍、焊槍等吸盤、噴槍、焊槍等)( )(特殊末端特殊末端) )； 通用手部通用手部( (兩指一五指兩指一五指) )。第第3 3章章 工業(yè)機器人

56、的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .4 4工業(yè)機器人工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器（即手部）的末端執(zhí)行器（即手部）2.2.機械手部機械手部機械手部是目前應用最廣的手部形式，可見于多種的生產(chǎn)線機器人中。它主要機械手部是目前應用最廣的手部形式，可見于多種的生產(chǎn)線機器人中。它主要是利用開閉的機械機構(gòu)，來實現(xiàn)特定物體的抓取。其主要的組成部分是手指，是利用開閉的機械機構(gòu)，來實現(xiàn)特定物體的抓取。其主要的組成部分是手指，利用手指的相對運動就可抓取物體。手指一般常采用剛性的，抓取面按物體外利用手指的相對運動就可抓取物體。手指一般常采用剛性的，抓取面按物體外形包絡(luò)線形成凹陷或形包絡(luò)線形成凹陷或v v形槽。多數(shù)的機

57、械手部只有兩個手指，有時也使用像三爪形槽。多數(shù)的機械手部只有兩個手指，有時也使用像三爪卡盤式的三指結(jié)構(gòu)，另外還有利用連桿機構(gòu)使手指形狀隨手指開閉動作發(fā)生一卡盤式的三指結(jié)構(gòu)，另外還有利用連桿機構(gòu)使手指形狀隨手指開閉動作發(fā)生一定變化的手部。定變化的手部。3.3.特殊手部特殊手部機械手部對于特定對象可保證完成規(guī)定作業(yè)，但能適應的作業(yè)種類有限。在要機械手部對于特定對象可保證完成規(guī)定作業(yè)，但能適應的作業(yè)種類有限。在要求能操作大型、易碎或柔軟物體的作業(yè)中，采用剛性手指的機械手是無法抓取求能操作大型、易碎或柔軟物體的作業(yè)中，采用剛性手指的機械手是無法抓取對象的。同時，機械手部一般來說重量、體積較大，給使用帶

58、來局限。在這種對象的。同時，機械手部一般來說重量、體積較大，給使用帶來局限。在這種情況下，即需采用適合所要求作業(yè)的特殊裝置即特殊手部。同時，根據(jù)不同作情況下，即需采用適合所要求作業(yè)的特殊裝置即特殊手部。同時，根據(jù)不同作業(yè)要求，準備若干個特殊手部，將它們替換安裝，即可以使機器人成為通用性業(yè)要求，準備若干個特殊手部，將它們替換安裝，即可以使機器人成為通用性很強的機械，從而機器人的優(yōu)越性更能得以體現(xiàn)。很強的機械，從而機器人的優(yōu)越性更能得以體現(xiàn)。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .4 4工業(yè)機器人工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器（即手部）的末端執(zhí)行器（即手部）3.3.特殊手部特殊

59、手部根據(jù)特殊手部的工作原理，常見的特殊手部有以下三種：氣吸式、磁吸式和噴根據(jù)特殊手部的工作原理，常見的特殊手部有以下三種：氣吸式、磁吸式和噴射式。射式。 氣吸式氣吸式氣吸式手部按形成真空或負壓的方法可將其分為真空吸盤式、氣流負壓吸盤式氣吸式手部按形成真空或負壓的方法可將其分為真空吸盤式、氣流負壓吸盤式和擠氣負壓吸盤式。在這幾種方式中，真空式吸盤吸附可靠、吸力大、機構(gòu)簡和擠氣負壓吸盤式。在這幾種方式中，真空式吸盤吸附可靠、吸力大、機構(gòu)簡單、價格便宜，應用最為廣泛。在目前電視機生產(chǎn)線中，電視機半成品在制造單、價格便宜，應用最為廣泛。在目前電視機生產(chǎn)線中，電視機半成品在制造和裝配過程中的搬運和位置調(diào)

60、整，主要采用真空吸盤的手部。工作過程中，吸和裝配過程中的搬運和位置調(diào)整，主要采用真空吸盤的手部。工作過程中，吸盤靠近電視機屏幕，真空發(fā)生器工作使吸盤吸緊屏幕，實現(xiàn)半成品電視機的抓盤靠近電視機屏幕，真空發(fā)生器工作使吸盤吸緊屏幕，實現(xiàn)半成品電視機的抓取和搬運。取和搬運。第第3 3章章 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)3 3. .4 4工業(yè)機器人工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器（即手部）的末端執(zhí)行器（即手部）3.3.特殊手部特殊手部 磁吸式磁吸式磁吸式手部主要是利用電磁吸盤來完成工件的抓取，通過電磁線圈中電流的通磁吸式手部主要是利用電磁吸盤來完成工件的抓取，通過電磁線圈中電流的通斷來完成吸附操作。它的