工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用第2章 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用》

-第2章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)?

教學(xué)目標(biāo)

1.熟悉工業(yè)機(jī)器人的常見(jiàn)技術(shù)指標(biāo)

2.掌握工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)及各部分的功能

3.正確分析工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)路線

目錄頁(yè)2.1工業(yè)機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)

PAGEOF

CONTENT2?2）工業(yè)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

—?4工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

2?5；工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)

機(jī)器人本體

機(jī)械機(jī)構(gòu)隹動(dòng)裝置一1驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)

飛

關(guān)

手

(液

電

節(jié)

基

固

壓

部

內(nèi)

外

驅(qū)

伺

驅(qū)

定

驅(qū)

部

(部

座

動(dòng)

服

臂動(dòng)

或

操腕腰

動(dòng)

傳

處傳

裝

控

裝

部部部移

作

裝

感

理感

置

制

置

動(dòng)

器

置

器

器器

))器

機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式

q，工業(yè)機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人機(jī)身是直接連接、支承和傳動(dòng)手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。它是由

臂部運(yùn)動(dòng)（升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰）機(jī)構(gòu)及有關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等

組成。

1.回轉(zhuǎn)與升降型機(jī)身結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)與升降型機(jī)身結(jié)構(gòu)主要由實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)組成。

@工業(yè)機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)

2.回轉(zhuǎn)與俯仰型機(jī)身機(jī)構(gòu)

回轉(zhuǎn)與俯仰型機(jī)器人的機(jī)身主要由實(shí)現(xiàn)手臂左右回轉(zhuǎn)和上下俯仰運(yùn)動(dòng)的部

件組成，它用手臂的俯仰運(yùn)動(dòng)部件代替手臂的升降運(yùn)動(dòng)部件。

手臂俯仰驅(qū)動(dòng)缸安置示意圖

?工業(yè)機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)

3.直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)

直移型機(jī)器人多為懸掛式的，其機(jī)身實(shí)際上就是懸掛手臂的橫梁。為使手

:J能沿橫梁平移，除了要有驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)

4.類人機(jī)器人型機(jī)身結(jié)構(gòu)

類人機(jī)器人的機(jī)身上除裝

有驅(qū)動(dòng)臂部的運(yùn)動(dòng)裝置外

,還應(yīng)裝有驅(qū)動(dòng)腿部運(yùn)動(dòng)

的裝置和腰部關(guān)節(jié)。

?工業(yè)機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)

?工業(yè)機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)

沒(méi)有手臂的雙足機(jī)器人Cassie

騏工業(yè)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)

手臂部件（簡(jiǎn)稱臂部）是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支撐腕部和

手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)，工業(yè)機(jī)器人腕部的空間位置及其工作空間

都與臂部的運(yùn)動(dòng)和臂部的參數(shù)有關(guān)。

一、機(jī)器人臂部的組成

機(jī)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(yùn)動(dòng)有關(guān)的構(gòu)件

,如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐聯(lián)接和位置檢測(cè)元件等。

根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置的不同可分為：伸縮

型臂部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮型臂部結(jié)構(gòu)，屈伸型臂部結(jié)構(gòu)，其他專用的機(jī)械傳

動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)。

2.2工業(yè)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)

二、機(jī)器人機(jī)身和臂部的配置

機(jī)身和臂部的配置形式基本上反映了機(jī)器人的總體布局。

1.橫梁式配置

機(jī)身設(shè)計(jì)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。具

有占地面積小、能有

效利用空間、動(dòng)作簡(jiǎn)

單直觀等優(yōu)點(diǎn)。

）單臂懸掛式b）雙臂懸掛式

2.2工業(yè)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)

二、機(jī)器人機(jī)身和臂部的配置

2.立柱式配置

立柱式機(jī)器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運(yùn)動(dòng)型式，是一種常見(jiàn)的配

置形式。通常分為單臂式和雙臂式兩種。

具有占地面積小而工

作范圍大的特點(diǎn)。

a）單臂式b）雙臂式

2.2工業(yè)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)

二、機(jī)器人機(jī)身和臂部的配置

3.機(jī)座式配置

機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這種機(jī)器人可以是獨(dú)立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以

隨意安放和搬動(dòng)。

2.2工業(yè)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)

二、機(jī)器人機(jī)身和臂部的配置

a）平面屈伸式b）立體屈伸式

2.2工業(yè)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)

三、機(jī)器人臂部機(jī)構(gòu)

機(jī)器人的手臂由大臂、小臂（或多臂）構(gòu)成。

1.手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人手臂的伸縮、升

降及橫向（或縱向）移

動(dòng)均屬于直線運(yùn)動(dòng)，而

實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)直線活塞

和連桿機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)的機(jī)

構(gòu)形式較多。

1—手部2—夾緊缸3—油缸4—導(dǎo)向柱5—運(yùn)行架6—行走車輪7—導(dǎo)軌8—支座

1—手部2—夾緊缸3—升降缸4—小臂5、7—擺動(dòng)氣缸6-大臂8—立柱

等工業(yè)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)

三、機(jī)器人臂部機(jī)構(gòu)

3.臂部回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)

手臂回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，適用于升降行程短而

回轉(zhuǎn)角度小于360。的情況，也有采用升降缸與氣動(dòng)馬達(dá)?錐齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。

等工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

腕部是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。

因此它具有獨(dú)立的自由度，以滿足機(jī)器人手部完成復(fù)雜的姿態(tài)調(diào)整。

要確定手部的作業(yè)方向，一般需要三個(gè)自由度，這三個(gè)回轉(zhuǎn)方向?yàn)?

腕擺：指手部繞垂直小臂軸線方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，腕擺分為俯仰和偏轉(zhuǎn),

其中同時(shí)具有俯仰和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的稱作雙腕擺;

手轉(zhuǎn)：指手部繞自身的軸線方向旋轉(zhuǎn)。

⑥工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

腕部的結(jié)構(gòu)多為上述三個(gè)回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式，常

腕部關(guān)節(jié)配置圖

a）臂轉(zhuǎn)、腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)b）臂轉(zhuǎn)、雙腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

一、機(jī)器人手腕的典型結(jié)構(gòu)

1.手腕的分類

(1)單自由度手腕

R關(guān)節(jié)：組成轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)節(jié)的兩個(gè)構(gòu)件自身幾何回轉(zhuǎn)中心和轉(zhuǎn)動(dòng)副回轉(zhuǎn)軸線重合

,多數(shù)情況下，手腕的關(guān)節(jié)軸線與手臂的縱軸線共線。

B關(guān)節(jié):組成轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)節(jié)的兩個(gè)構(gòu)件自身幾何回轉(zhuǎn)中心和轉(zhuǎn)動(dòng)副回轉(zhuǎn)軸線垂直

,多數(shù)情況下，關(guān)節(jié)軸線與手臂及手的軸線相互垂直。

牛偏轉(zhuǎn)

—

《R

G一

移動(dòng)

翻轉(zhuǎn)

俯仰

a)臂轉(zhuǎn)R手腕b)俯仰B手腕O偏轉(zhuǎn)B手腕d)T手腕

⑥工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

一、機(jī)器人手腕的典型結(jié)構(gòu)

1.手腕的分類

(2)二自由度手腕

二自由度手腕

a)BR手腕b)BB手腕c)RR手腕

2.3工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

一、機(jī)器人手腕的典型結(jié)構(gòu)

1.手腕的分類

(3)3自由度手腕

(a)BBR型三自由度手腕結(jié)構(gòu)(b)BRR型三自由度手腕結(jié)構(gòu)⑹RBR型三自由度手腕結(jié)構(gòu)

(d)BRB型二自由度手腕結(jié)構(gòu)⑻RBR型三自由度手腕結(jié)構(gòu)(f)RRR型三自由度手腕結(jié)構(gòu)

驅(qū)工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

一、機(jī)器人手腕的典型結(jié)構(gòu)

2.手腕的典型結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動(dòng)的單自由度腕部結(jié)構(gòu)

1-回轉(zhuǎn)油缸2-定片3-腕回轉(zhuǎn)軸4-動(dòng)片5-手腕

⑥工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

一、機(jī)器人手腕的典型結(jié)構(gòu)

2.手腕的典型結(jié)構(gòu)

（2）雙自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手腕

⑥工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

一、機(jī)器人手腕的典型結(jié)構(gòu)

2.手腕的典型結(jié)構(gòu)

(3)三自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手腕

1軸

KUKAIR-662/100型機(jī)器人手腕傳動(dòng)圖

工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

戶戶碗刃懿施??3

開(kāi)始…

僖止暫作屏裁贏

⑥工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)

二、柔順手腕結(jié)構(gòu)

柔順手腕是順應(yīng)現(xiàn)代機(jī)器人裝配作業(yè)產(chǎn)生的一項(xiàng)技術(shù)，它主要被應(yīng)用于機(jī)器

人軸孔裝配作業(yè)中。柔順手腕可主動(dòng)或被動(dòng)的調(diào)整裝配體之間的相對(duì)位姿，

補(bǔ)償裝配誤差，以順利完成裝配作業(yè)。

移動(dòng)擺動(dòng)柔順手腕柔順手腕動(dòng)作過(guò)程

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

手部是裝在機(jī)器人手腕末端法蘭上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。機(jī)器人

的手部也叫末端執(zhí)行器，它分為兩類：手部和專用操作器。

一、工業(yè)機(jī)器人手部的特點(diǎn)

1.手部與手腕相連處可拆卸

根據(jù)夾持對(duì)象的不同，手部結(jié)構(gòu)會(huì)有差異，通常一個(gè)機(jī)器人配有多個(gè)手部裝

置或工具，因此要求手部與手腕處的接頭具有通用性和互換性。

2.手部是機(jī)器人末端操作器

可以是類人的手爪，也可以是進(jìn)行專業(yè)作業(yè)的工具，比如裝在機(jī)器人手腕上

的噴槍、焊槍等。

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

一、工業(yè)機(jī)器人手部的特點(diǎn)

3.手部的通用性比較差

機(jī)器人手部通常是專用的裝置，比如：一種手爪往往只能抓握一種或幾種在

形狀、尺寸、重量等方面相近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。

4.手部是一個(gè)獨(dú)立的部件

假如把手腕歸屬于手臂，那么機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的三大件就是機(jī)身、手臂和手

部。手部對(duì)于整個(gè)工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)是完成作業(yè)好壞、作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部

件之一。

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

二、工業(yè)機(jī)器人手部的分類

1.按用途分類

(1)手爪

手爪具有一定的通用性，它的主要功能是：抓住工件—握持工件—釋放工件。

(2)專用操作器

專用操作器也稱作工

具，是進(jìn)行某種作業(yè)

的專用工具，如機(jī)器

人涂裝用噴槍、機(jī)器

人焊接用焊槍等。

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

二、工業(yè)機(jī)器人手部的分類

2.按夾持方式分類

手部按照夾持方式劃分，可以分為外夾式、內(nèi)撐式和內(nèi)外夾持式三類。

3.按工作原理分類

(1)夾持類手部，通常又叫機(jī)械手爪，分靠摩擦力夾持和吊鉤承重兩種。

(2)吸附類手部：吸附類手部有磁力類吸盤和真空(氣吸)類吸盤兩種。

磁力類吸盤主要是磁力吸盤，有電磁吸盤和永磁吸盤兩種。真空類吸盤

主要是真空式吸盤，根據(jù)形成真空的原理可分為真空吸盤、流負(fù)壓吸盤

和擠氣負(fù)壓吸盤三種。

工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

真空吸附

軍吸附式

氣流負(fù)壓吸府

吸雙料手

附

I排壓挑氣式］

式I

取

科電磁吸盤

磁吸附灰

手

、取料手

永磁吸盤

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

二、工業(yè)機(jī)器人手部的分類

4.按手指或吸盤數(shù)目分類

按手指數(shù)目可分為二指手爪及多指手爪O

三指手多關(guān)節(jié)柔性手指手爪

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

二、工業(yè)機(jī)器人手部的分類

5.按智能化分類

按手部的智能化劃分，可以分為普通式手爪和智能化手爪兩類。

普通式手爪不具備傳感器。智能化手爪具備一種或多種傳感器，如力傳感器

、觸覺(jué)傳感器及滑覺(jué)傳感器等，手爪與傳感器集成成為智能化手爪。

⑥工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

三、工業(yè)機(jī)器人的夾持式手部

1.夾鉗式手部

由手指（手爪）和驅(qū)動(dòng)機(jī)

構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及連接與支

承元件組成，能通過(guò)手爪

的開(kāi)閉動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的

夾持。

夾鉗式手部的組成

1-手指2-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3-驅(qū)動(dòng)裝置4-支架5-工件

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

三、工業(yè)機(jī)器人的夾持式手部

1.夾鉗式手部

(1)手指

手指是直接與工件接觸的

部件。手部松開(kāi)和夾緊工

件，就是通過(guò)手指的張開(kāi)

與閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

夾鉗式手的指端

a)V形指b)平面指c)尖指d)特形指

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

三、工業(yè)機(jī)器人的夾持式手部

L夾鉗式手部

(2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：1)回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng);根據(jù)手

指開(kāi)多支點(diǎn)

回轉(zhuǎn)3:型。

4

5

6

c)d)

a)斜楔杠桿式b)滑槽式杠桿回轉(zhuǎn)型c)雙支點(diǎn)連接杠桿式d)齒條齒輪杠桿式

a)1-殼體2-斜楔驅(qū)動(dòng)桿3-滾子4-圓柱銷5-拉簧6/交銷7-手指8-工件

b)1-驅(qū)動(dòng)桿2-圓柱銷3-錢銷4-手指5-V形指6-工件

c)1-殼體2-驅(qū)動(dòng)桿3-錢銷4-連桿5、7-圓柱銷6-手指8-V形指9-工件

d)1-殼體2-驅(qū)動(dòng)桿3-小軸4-扇齒輪5-手指6-V形指7-工件

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

雙支點(diǎn)連接杠桿式

工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

滑槽杠桿式抓取機(jī)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

三、工業(yè)機(jī)器人的夾持式手部

L夾鉗式手部

（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：2）平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

平移型夾鉗式手部是通過(guò)手指

的指面作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或平面

移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)張開(kāi)或閉合動(dòng)作的

,常用于夾持具有平行平面的

工件（如箱體等）。根據(jù)其結(jié)

構(gòu)，可分平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)和

直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種類型。平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

a）平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)b）直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)

1-驅(qū)動(dòng)器2-驅(qū)動(dòng)元件3-主動(dòng)搖桿4-從動(dòng)搖桿5-手指

平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

三、工業(yè)機(jī)器人的夾持式手部

2.鉤托式手部

它的主要特征是不靠夾緊力來(lái)夾持工件，而是利用手指對(duì)工件鉤、托、捧等

動(dòng)作來(lái)托持工件。

鉤托式手部

a）無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置b）有驅(qū)動(dòng)裝置

1-齒條2-齒輪3-手指4-銷子5-液壓缸6、7-杠桿手指

⑥工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

三、工業(yè)機(jī)器人的夾持式手部

3.彈簧式手部

彈簧式手部靠彈簧力的作用將

工件夾緊，手部不需要專用的

驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它的使

用特點(diǎn)是工件進(jìn)入手指和從手

指中取下工件都是強(qiáng)制進(jìn)行的

O由于彈簧力有限，故只適于

夾持輕小工件。

彈簧式手部

1-工件2-套筒3-彈簧片4-扭簧5-銷釘6-螺母7-螺釘

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

四、工業(yè)機(jī)器人的吸附式手部

1.氣吸附式手部

由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，利用吸盤內(nèi)的壓力和大氣壓之間的壓

力差而工作。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、使用方便可靠、對(duì)工件表面沒(méi)有損

傷、吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于非金屬材料或不可有剩磁的材料

的吸附。但要求物體表面較平整光滑，無(wú)孔無(wú)凹槽，冷搬運(yùn)環(huán)境。

按形成壓力差的原理，可分為真空吸附、氣流負(fù)壓氣吸附、擠壓排氣式等

3種。

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

四、工業(yè)機(jī)器人的吸附式手部

1.氣吸附式手部

1）真空吸附取料手

取料時(shí)，碟形橡膠吸盤與物體表面接

觸，橡膠吸盤在邊緣既起到密封作用

,又起到緩沖作用,然后真空抽氣，

吸盤內(nèi)腔形成真空,吸取物料。放料

時(shí)，管路接通大氣,失去真空，物體

放下。為避免在取、放料時(shí)產(chǎn)生撞擊1-橡膠吸盤2-固定環(huán)3-墊片4-支撐桿5-

基板6-螺母

,有的還在支承桿上配有彈簧緩沖。

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

四、工業(yè)機(jī)器人的吸附式手部

1.氣吸附式手部

2)氣流負(fù)壓吸附取料手

氣流負(fù)壓吸附取料手是利用流體力學(xué)

的原理，當(dāng)需要取物時(shí)，壓縮空氣高

速流經(jīng)噴嘴5時(shí)，其出口處的氣壓低

于吸盤腔內(nèi)的氣壓，于是腔內(nèi)的氣體

被高速氣流帶走而形成負(fù)壓，完成取

物動(dòng)作；當(dāng)需要釋放時(shí)，切斷壓縮空b)1-橡膠吸盤2-心套3-通氣螺釘4-支撐

桿5-噴嘴6-噴嘴套

氣即可。

等工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)

四、工業(yè)機(jī)器人的吸附式手部

1.氣吸附式手部

2）氣流負(fù)壓吸附取料手

利用負(fù)壓吸附取

料的還有球形取

料手，它的握持