1、一、概述 工業機器人的腕部是聯接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。機器人一般具有六個自由度才能使手部(末端操作器)達到目標位置和處于期望的姿態，手腕上的自由度主要是實現(shxin)所期望的姿態。 為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實現對空間三個坐標軸X、Y、Z的轉動，即具有翻轉、俯仰和偏轉三個自由度，如下圖所示。腕部設計(shj)共二十二頁 通常也把手腕的翻轉叫做Roll，用R表示：把手腕的俯仰叫做Pitch，用P表示，把手腕的偏轉(pinzhun)叫做Yaw，用Y表示。下圖手腕就可實現RPY運動。共二十二頁腕部結構(jigu)特點手腕部件設置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運

2、動的基礎上進一步改變或調整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。一般機械手手腕設有回轉運動或再增加一個上下擺動(bidng)即可滿足工作要求。目前，應用最為廣泛的手腕回轉運動機構為回轉液壓（氣）缸，它的結構緊湊，靈巧但回轉角度小（一般小于 270。）,并且要求嚴格密封，否則就難保證穩定的輸出扭距。因此在要求較大回轉角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結構。共二十二頁設計(shj)要求1、力求結構緊湊、重量輕 腕部處于臂部的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結構、重量和動力載荷，直接影響著臂部結構、重量和運作性能(xngnng)。因此

3、，在腕部設計時，必須力求結構緊湊、重量輕共二十二頁設計(shj)要求 2、綜合考慮,合理布局 。腕部作為機械手的執行機構，又承擔連接和支承作用，除保證力和運動的要求以及具有(jyu)足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮合理布局。如應解決好腕部與臂部和手部的連接，腕部各個自由度的位置檢測，管線布置，以及潤滑、維修、調整等問題共二十二頁設計(shj)要求 3、必須考慮工作條件 對于高溫作業和腐蝕性介質中工作的機械手，其腕部在設計時應充分估計環境對腕部的不良影響比如熱膨脹、壓力(yl)油的粘度和燃點，有關材料及電控元件的耐熱性等。共二十二頁二、手腕的分類1.按自由度數目(shm)來分類： 可分為單自由度

4、手腕、二自由度手腕、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(xngnng)要求來確定。在有些情況下，腕部具有兩個自由度：翻轉和俯仰或翻轉和偏轉。共二十二頁2.按驅動方式分類(1)直接驅動手腕。 手腕因為裝在手臂末端,所以必須設計得十分緊湊，可以把驅動源裝在手腕上。下圖所示是Moog公司(n s)的一種液壓直接驅動的BBR手腕，設計緊湊巧妙。Ml、M2 、M3是液壓馬達,直接驅動手腕的偏轉、俯仰和翻轉三個自由度軸。這種直接驅動手腕的關鍵是能否選到尺寸小、重量輕而驅動力矩大、驅動特性好的驅動電機或液壓驅動馬達。共二十二頁(2)遠距離傳動手腕，圖中所示是一種遠距離傳動的RBR

5、手腕。軸的轉動使整個手腕翻轉，即第一個R關節運動。軸的轉動使手腕獲得俯仰運動，即第二個B關節運動。I軸的轉動即第三個R關節運動。當c軸一離開紙平面后，RBR手腕便在三個自由度軸上輸出RPY運動。這種遠距離傳動的好處是可以(ky)把尺寸、重量都較大的驅動源放在遠離手腕處，有時放在手臂的后端作平衡重量用，不僅減輕手腕的整體質量，而且改善了機器人整體結構的平衡性。共二十二頁驅動(q dn)機構驅動機構是工業機械手的重要組成部分。根據動力源的不同，工業機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。采用液壓機構驅動機械手，結構簡單、尺寸(ch cun)緊湊、重量輕、控制方便。氣壓驅動 氣壓

6、驅動的動力源來自空壓機產生的壓縮空氣，通過氣壓傳動來控制執行機構的運動。共二十二頁 電動機驅動 首先要考慮電源和電動機的調速控制裝置等的組成。 a、電源 電源為驅動電動機提供電能，電動機將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車門機構。目前，應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術的發展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸(zhjin)被其他蓄電池所取代。正在發展的電源主要有鈉硫電池、鎳鉻電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等。 共二十二頁 b、驅動電動機 驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝直接驅動車輪和工作裝置。目前汽車上廣泛采用直流串激電

7、動機，這種電機具有軟的機械特性，串激電動機負載的大小對電動機的轉速影響較大,當負載轉矩較大時電動機的轉速較低,當負載輕時,轉速又升高；還有一個優點就是啟動時的勵磁電流大，所以與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動機由于存在換向火花，比功率較小、效率較低，維護保養(boyng)工作量大，隨著電機技術和電機控制技術的發展，勢必逐漸被直流無刷電動機（BCDM）、開關磁阻電機（SRM）和交流異步電動機所取代共二十二頁 c、電動機調速控制裝置 電動機調速控制裝置的作用是控制電動機的電壓或電流，完成電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。應用較廣泛的是晶閘管斬波調速，通過均勻地改變電動機的端電壓，控制電動機的電流

8、，來實現(shxin)電動機的無級調速。在驅動電動機的旋向變換控制中，直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實現(shxin)電動機的旋向變換。 共二十二頁（3）液壓驅動 液壓泵是將電動機輸出的機械能轉換為液體壓力能的能量轉換裝置，是液壓系統的動力源。液壓驅動執行機構是液壓缸，是將液體的壓力能轉化為機械能，用于驅動工作機構作直線往復運動或往復擺動的。其結構簡單(jindn)、工作可靠，與杠桿、連桿、齒輪齒條、棘輪棘爪、凸輪等機構配合能實現多種機械運動共二十二頁液壓缸按其作用方式的不同，分為單作用式和雙作用式兩大類。單作用液壓缸只利用液壓力推動向一個方向運動(yndng)，而反向運動(y

9、ndng)則依靠重力、彈簧力等來實現；雙作用缸正反向的運動(yndng)都依靠液壓力推動來實現。如果采用液壓缸來驅動，則可以實現機械手的多方位運動(yndng)。共二十二頁3雙回轉(huzhun)油缸驅動手腕 ：結構特點：采用雙回轉油缸驅動，一個帶動(didng)手腕作俯仰運動，另一個油缸帶動手腕作回轉運動。V-V視圖表示的回轉缸中動片帶動回轉油缸的剛體，定片與固定中心軸聯結實現俯仰運動；L-L視圖表示回轉缸中動片與回轉中心軸聯結，定片與油缸缸體聯結實現回轉運動。共二十二頁雙回轉油缸驅動(q dn)手腕圖例：共二十二頁三、手腕設計舉例 圖中所示為具有兩個自由度的手腕，是一種BR手腕。手腕翻轉由回轉油缸3驅動，其中回轉油缸殼體相對不動，而動片與夾緊油缸5的外殼固聯并一起回轉。手腕上下擺動即軸2的俯仰，是由安裝在手臂尾部的回轉油缸4通過一對(y du)齒輪、鏈輪、鏈條及手腕上的鏈輪實現的。此手腕具有傳動簡單，結構緊湊和輕巧等特點。共二十二頁共二十二頁共二十二頁謝謝(xi xie)共二十二頁內容摘要一、概述。因此，在腕部設計時，必須力求結構緊湊、重量輕。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。下圖所示是Moog公司的一種液壓直接驅動的BBR手腕，設計緊湊巧妙。軸的