机器人机械结构

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1、第三章机器人机械结构本章主要内容：1.机器人末端执行器2.机器人手腕3.机器人手臂4.机器人基座5.机器人传动重点和难点：机器人的机械结构构成和分类。课后作业：查阅工业机器人机械结构的常见零部件，论述其特点，图文并茂以小论文形式上交。机器人机械结构的功能是实现机器人的运动机能，完成规定的各种操作，包含手臂、手腕、手爪和行走机构等部分。机器人的“身躯”一般是粗大的基座，或称机架。机器人的“手”则是多节杠杆机械——机械手，用于搬运物品、装卸材料、组装零件等，或握住不同的工具，完成不同的工作，如让机械手握住焊枪，可进行焊接；握住喷枪，可进行喷漆。

2、使用机械手处理高温、有毒产品的时候，它比人手更能适应工作。1.机器人末端执行器用在工业上的机器人的手一般称之为末端操作器，它是机器人直接用于抓取和握紧专用工具进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。机械手能根据电脑发出的命令执行相应的动作，不仅是一个执行命令的机构，它还应该具有识别的功能，也就是“感觉”。末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几类：(1)夹钳式取料手；(2)吸附式取料手；(3)专用操作器及转换器；(4)仿生多指灵巧手。（1）夹钳式取料手夹钳式取料手由手指(手爪)和驱动机构、传动机构及连接与支承元件

3、组成，如图所示。它通过手指的开、合实现对物体的夹持。1）手指手指是直接与工件接触的部件。手部松开和夹紧工件，就是通过手指的张开与闭合来实现的。机器人的手部一般有两个手指，也有三个、四个或五个手指，其结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。2）传动机构传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。该机构根据手指开合的动作特点分为回转型和平移型。回转型又分为单支点回转和多支点回转。根据手爪夹紧是摆动还是平动，又可分为摆动回转型和平动回转型。斜楔杠杆式手部。（2）吸附式取料手吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为气吸附和磁吸

4、附两种。吸附式取料手适应于大平面、易碎(玻璃、磁盘)、微小的物体，因此使用面较广。1）气吸附式取料手气吸附式取料手与夹钳式取料手指相比，具有结构简单、重量轻、吸附力分布均匀等优点。对于薄片状物体的搬运更具有其优越性(如板材、纸张、玻璃等物体)，广泛应用于非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求物体表面较平整光滑，无孔、无凹槽。2）挤压排气吸附式取料手挤压排气吸附式取料手如图所示。其工作原理为：取料时吸盘压紧物体，橡胶吸盘变形，挤出腔内多余的空气，取料手上升，靠橡胶吸盘的恢复力形成负压，将物体吸住。释放时，压下拉杆3，使吸盘腔与大气相连通而

5、失去负压。该取料手结构简单，但吸附力小，吸附状态不易长期保持。3）磁吸附式取料手磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料，因此只能对铁磁物体起作用，但是对某些不允许有剩磁的零件禁止使用，所以磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。（3）专用操作器及转换器1）专用末端操作器机器人是一种通用性很强的自动化设备，可根据作业要求完成各种动作，再配上各种专用的末端操作器后，就能完成各种动作。如在通用机器人上安装焊枪就成为一台焊接机器人，安装拧螺母机则成为一台装配机器人。2）换接器或自动手爪更换装置使用一台通用机器人，要在作业时能自动更换不同的末

6、端操作器，就需要配置具有快速装卸功能的换接器。换接器由两部分组成：换接器插座和换接器插头分别装在机器腕部和末端操作器上，能够实现机器人对末端操作器的快速自动更换。（4）仿生多指灵巧手1）柔性手为了能对不同外形的物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀，因此研制出了柔性手。2）多指灵巧手机器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手。如图所示，多指灵巧手有多个手指，每个手指有3个回转关节，每一个关节的自由度都是独立控制的。因此，几乎人手指能完成的各种复杂动作它都能模仿，如拧螺钉、弹钢琴、作礼仪手势等动作。在手部配置触觉、力觉、视觉、温度传感

7、器，将会使多指灵巧手达到更完美的程度。多指灵巧手的应用前景十分广泛，可在各种极限环境下完成人无法实现的操作，如核工业领域、宇宙空间作业，在高温、高压、高真空环境下作业等。2.机器人手腕（1）概述机器人手腕是在机器人手臂和手爪之间用于支撑和调整手爪的部件。机器人手腕主要用来确定被抓物体的姿态，一般采用三自由度多关节机构由旋转关节和摆动关节组成。机器人的腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。工业机器人一般具有六个自由度才能使手部(末端操作器)达到目标位置和处于期望的姿态，手腕上的自由度主要是实现所期望的姿态。（2）手腕的分类1）按自由度

8、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)是一种翻转(Roll)关节，它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴线形式，