【详解】机器人手腕结构图

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1、【详解】机器人手腕结构图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。工业机器人一般需要6个自由度才能使手部达到目标位置并处于期望的姿态。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的转动,即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度,如图2.31所示。通常也把手腕的翻转叫做Roll,用R表示;把手腕的俯仰叫做Pitch,用P表示;把手腕的偏转叫Yaw,用Y表示。图2.31手腕的自由度(a)绕z轴转动;(b)绕y

2、轴转动;(c)绕x轴转动;(d)绕x、y、z轴转动手腕的分类1.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、2自由度手腕和3自由度手腕。(1)单自由度手腕，如图2.32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形式。这种R关节旋转角度大,可达到360°以上。图(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。图(d)所示为移动关节。图2.32单自由度手腕(a)

3、R手腕；(b)B手腕;(c)Y手腕；(d)T手腕(2)2自由度手腕，如图2.33所示。2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2.33(a))，也可以由两个B关节组成BB手腕(见图2.33(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2.33(c)。图2.33二自由度手腕(a)BR手腕；(b)BB手腕;(c)RR手腕(3)3自由度手腕，如图2.34所示。3自由度手腕可以由B关节和R关节组成许多种形式。图2.34(a)所示是通常见

4、到的BBR手腕,使手部具有俯仰、偏转和翻转运动,即RPY运动。图2.34(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2.34(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2.34(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

5、字接头上,这对于BBR手腕来说，大大减小了手腕纵向尺寸。图2.34三自由度手腕(a)BBR手腕;(b)BRR手腕;(c)RRR手腕;(d)BBB手腕2.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。图2.35所示为Moog公司的一种液压直接驱动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。图2.36所示为一种远距离传动的RBR手腕。Ⅲ轴的转动使整个手腕翻转,即第一个R关节运动。Ⅱ轴的转动使手腕获得俯仰运动,即第二个B关节运动。Ⅰ轴的转动即

6、第三个R关节运动。当c轴一离开纸平面后,RBR手腕便在三个自由度轴上输出RPY运动。这种远距离传动的好处是可以把尺寸、重量都较大的驱动源放在远离手腕处,有时放在手臂的后端作平衡重量用,这不仅减轻了手腕的整体重量,而且改善了机器人的整体结构的平衡性。图2.35液压直接驱动BBR手腕图2.36远距离传动RBR手腕手腕的典型结构设计手腕时除应满足启动和传送过程中所需的输出力矩外,还要求手腕结构简单,紧凑轻巧,避免干涉,传动灵活;多数情况下，要求将腕部结构的驱动部分安排在小臂上,使外形整齐;设法使几个电动机的运动传递到同轴

7、旋转的心轴和多层套筒上去,运动传入腕部后再分别实现各个动作。下面介绍几个常见的机器人手腕结构。图2.37所示为双手悬挂式机器人实现手腕回转和左右摆动的结构图。A-A剖面所表示的是油缸外壳转动而中心轴不动,以实现手腕的左右摆动；B-B剖面所表示的是油缸外壳不动而中心轴回转,以实现手腕的回转运动。其油路的分布如图2.37所示。图2.37手腕回转和左右摆动的结构图图2.38所示为PT－600型弧焊机器人手腕部结构图和传动原理图。由图可以看出,这是一个具有腕摆与手转两个自由度的手腕结构,其传动路线为:腕摆电动机通过同步齿形

8、带传动带动腕摆谐波减速器7,减速器的输出轴带动腕摆框1实现腕摆运动;手转电动机通过同步齿形带传动带动手转谐波减速器10,减速器的输出通过一对锥齿轮9实现手转运动。需要注意的是,当腕摆框摆动而手转电动机不转时,联接末端执行器的锥齿轮在另一锥齿轮上滚动,将产生附加的手转运动,在控制上要进行修正。图2.38PT-600型弧焊机器人手腕结构图图2.39所示为KUKA