《工业机器人》教学课件 第3章 工业机器人的腕部.ppt

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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；2.动作灵活、平稳，定位精度高；3.强度、刚度高；4.

2、合理连接结构，传感器和驱动装置的合理布局及安装等；5.要适应工作环境的需要。三、手腕的分类按自由度数目来分按驱动方式来分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、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：R手腕B手腕B手腕T手腕(2)二自由度手

3、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

4、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,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.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

5、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）远距离传动手腕如图所示为一种远距离传动的RBR手腕。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。四、典型结构1．摆动液压缸（又称回转液压缸）：结构：由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。工作原理：在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作用在活动叶片的端面上，对传

6、动轴中心产生力矩使被驱动轴转动。摆动缸转角在270°左右。摆动液压缸结构图：2．单自由度回转运动手腕：结构特点：机器人手部的张合是由汽缸驱动的，而手腕的回转运动则由回转液压缸实现。工作原理：将夹紧汽缸的外壳与摆动油缸的动片连接在一起，当摆动液压缸中不同的油腔中进油时，即可实现手腕不同方向的摆动。单回转油缸驱动手腕图例：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：结构特点：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。V-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

7、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图例：3．轮系驱动的二自由度BR手腕：结构特点：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（1）：回转运动：轴S旋转→锥齿轮副Z1、Z2→锥齿轮副Z3、Z4→手腕与锥齿轮Z4为一体→手腕实现绕C轴的旋转运动俯仰回转轮系驱动二自由度手腕图例（2）：俯仰运动：轴B旋转→锥齿轮副Z5、Z6→轴A旋转→手腕壳体7与轴A固联→手腕实现绕A轴的俯