工業(yè)機器人技術與應用第2章 工業(yè)機器人的機械結構

《工業(yè)機器人技術與應用》

-第2章工業(yè)機器人的機械結構?

教學目標

1.熟悉工業(yè)機器人的常見技術指標

2.掌握工業(yè)機器人的機械結構及各部分的功能

3.正確分析工業(yè)機器人的傳動機構及傳動路線

目錄頁2.1工業(yè)機器人機身結構

PAGEOF

CONTENT2?2）工業(yè)機器人臂部結構

工業(yè)機器人腕部結構

—?4工業(yè)機器人手部結構

2?5；工業(yè)機器人驅動與傳動

機器人本體

機械機構隹動裝置一1驅動裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)

飛

關

手

(液

電

節(jié)

基

固

壓

部

內

外

驅

伺

驅

定

驅

部

(部

座

動

服

臂動

或

操腕腰

動

傳

處傳

裝

控

裝

部部部移

作

裝

感

理感

置

制

置

動

器

置

器

器器

))器

機器人本體的結構形式

q，工業(yè)機器人機身結構

工業(yè)機器人機身是直接連接、支承和傳動手臂及行走機構的部件。它是由

臂部運動（升降、平移、回轉和俯仰）機構及有關的導向裝置、支撐件等

組成。

1.回轉與升降型機身結構

回轉與升降型機身結構主要由實現(xiàn)臂部的回轉和升降運動的機構組成。

@工業(yè)機器人機身結構

2.回轉與俯仰型機身機構

回轉與俯仰型機器人的機身主要由實現(xiàn)手臂左右回轉和上下俯仰運動的部

件組成，它用手臂的俯仰運動部件代替手臂的升降運動部件。

手臂俯仰驅動缸安置示意圖

?工業(yè)機器人機身結構

3.直移型機身結構

直移型機器人多為懸掛式的，其機身實際上就是懸掛手臂的橫梁。為使手

:J能沿橫梁平移，除了要有驅動和傳動機

4.類人機器人型機身結構

類人機器人的機身上除裝

有驅動臂部的運動裝置外

,還應裝有驅動腿部運動

的裝置和腰部關節(jié)。

?工業(yè)機器人機身結構

?工業(yè)機器人機身結構

沒有手臂的雙足機器人Cassie

騏工業(yè)機器人臂部結構

手臂部件（簡稱臂部）是機器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支撐腕部和

手部，并帶動它們在空間運動，工業(yè)機器人腕部的空間位置及其工作空間

都與臂部的運動和臂部的參數(shù)有關。

一、機器人臂部的組成

機器人的手臂主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉等運動有關的構件

,如傳動機構、驅動裝置、導向定位裝置、支撐聯(lián)接和位置檢測元件等。

根據(jù)臂部的運動和布局、驅動方式、傳動和導向裝置的不同可分為：伸縮

型臂部結構，轉動伸縮型臂部結構，屈伸型臂部結構，其他專用的機械傳

動臂部結構。

2.2工業(yè)機器人臂部結構

二、機器人機身和臂部的配置

機身和臂部的配置形式基本上反映了機器人的總體布局。

1.橫梁式配置

機身設計成橫梁式,

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、動作簡

單直觀等優(yōu)點。

）單臂懸掛式b）雙臂懸掛式

2.2工業(yè)機器人臂部結構

二、機器人機身和臂部的配置

2.立柱式配置

立柱式機器人多采用回轉型、俯仰型或屈伸型的運動型式，是一種常見的配

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。

a）單臂式b）雙臂式

2.2工業(yè)機器人臂部結構

二、機器人機身和臂部的配置

3.機座式配置

機身設計成機座式，這種機器人可以是獨立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以

隨意安放和搬動。

2.2工業(yè)機器人臂部結構

二、機器人機身和臂部的配置

a）平面屈伸式b）立體屈伸式

2.2工業(yè)機器人臂部結構

三、機器人臂部機構

機器人的手臂由大臂、小臂（或多臂）構成。

1.手臂直線運動機構

機器人手臂的伸縮、升

降及橫向（或縱向）移

動均屬于直線運動，而

實現(xiàn)手臂往復直線活塞

和連桿機構等運動的機

構形式較多。

1—手部2—夾緊缸3—油缸4—導向柱5—運行架6—行走車輪7—導軌8—支座

1—手部2—夾緊缸3—升降缸4—小臂5、7—擺動氣缸6-大臂8—立柱

等工業(yè)機器人臂部結構

三、機器人臂部機構

3.臂部回轉與升降機構

手臂回轉與升降機構常采用回轉缸與升降缸單獨驅動，適用于升降行程短而

回轉角度小于360。的情況，也有采用升降缸與氣動馬達?錐齒輪傳動的結構。

等工業(yè)機器人腕部結構

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

因此它具有獨立的自由度，以滿足機器人手部完成復雜的姿態(tài)調整。

要確定手部的作業(yè)方向，一般需要三個自由度，這三個回轉方向為:

腕擺：指手部繞垂直小臂軸線方向進行旋轉，腕擺分為俯仰和偏轉,

其中同時具有俯仰和偏轉運動的稱作雙腕擺;

手轉：指手部繞自身的軸線方向旋轉。

⑥工業(yè)機器人腕部結構

腕部的結構多為上述三個回轉方式的組合，組合的方式可以有多種形式，常

腕部關節(jié)配置圖

a）臂轉、腕擺、手轉結構b）臂轉、雙腕擺、手轉結構

工業(yè)機器人腕部結構

一、機器人手腕的典型結構

1.手腕的分類

(1)單自由度手腕

R關節(jié)：組成轉動副關節(jié)的兩個構件自身幾何回轉中心和轉動副回轉軸線重合

,多數(shù)情況下，手腕的關節(jié)軸線與手臂的縱軸線共線。

B關節(jié):組成轉動副關節(jié)的兩個構件自身幾何回轉中心和轉動副回轉軸線垂直

,多數(shù)情況下，關節(jié)軸線與手臂及手的軸線相互垂直。

牛偏轉

—

《R

G一

移動

翻轉

俯仰

a)臂轉R手腕b)俯仰B手腕O偏轉B手腕d)T手腕

⑥工業(yè)機器人腕部結構

一、機器人手腕的典型結構

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)機器人腕部結構

一、機器人手腕的典型結構

1.手腕的分類

(3)3自由度手腕

(a)BBR型三自由度手腕結構(b)BRR型三自由度手腕結構⑹RBR型三自由度手腕結構

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

驅工業(yè)機器人腕部結構

一、機器人手腕的典型結構

2.手腕的典型結構

回轉油缸直接驅動的單自由度腕部結構

1-回轉油缸2-定片3-腕回轉軸4-動片5-手腕

⑥工業(yè)機器人腕部結構

一、機器人手腕的典型結構

2.手腕的典型結構

（2）雙自由度回轉運動手腕

⑥工業(yè)機器人腕部結構

一、機器人手腕的典型結構

2.手腕的典型結構

(3)三自由度回轉運動手腕

1軸

KUKAIR-662/100型機器人手腕傳動圖

工業(yè)機器人腕部結構

戶戶碗刃懿施??3

開始…

僖止暫作屏裁贏

⑥工業(yè)機器人腕部結構

二、柔順手腕結構

柔順手腕是順應現(xiàn)代機器人裝配作業(yè)產(chǎn)生的一項技術，它主要被應用于機器

人軸孔裝配作業(yè)中。柔順手腕可主動或被動的調整裝配體之間的相對位姿，

補償裝配誤差，以順利完成裝配作業(yè)。

移動擺動柔順手腕柔順手腕動作過程

等工業(yè)機器人手部結構

手部是裝在機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)機器人手部的特點

1.手部與手腕相連處可拆卸

根據(jù)夾持對象的不同，手部結構會有差異，通常一個機器人配有多個手部裝

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.手部是機器人末端操作器

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

的噴槍、焊槍等。

等工業(yè)機器人手部結構

一、工業(yè)機器人手部的特點

3.手部的通用性比較差

機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。

4.手部是一個獨立的部件

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

部。手部對于整個工業(yè)機器人來說是完成作業(yè)好壞、作業(yè)柔性好壞的關鍵部

件之一。

等工業(yè)機器人手部結構

二、工業(yè)機器人手部的分類

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，是進行某種作業(yè)

的專用工具，如機器

人涂裝用噴槍、機器

人焊接用焊槍等。

等工業(yè)機器人手部結構

二、工業(yè)機器人手部的分類

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、內撐式和內外夾持式三類。

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、流負壓吸盤

和擠氣負壓吸盤三種。

工業(yè)機器人手部結構

真空吸附

軍吸附式

氣流負壓吸府

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)機器人手部結構

二、工業(yè)機器人手部的分類

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

三指手多關節(jié)柔性手指手爪

等工業(yè)機器人手部結構

二、工業(yè)機器人手部的分類

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

、觸覺傳感器及滑覺傳感器等，手爪與傳感器集成成為智能化手爪。

⑥工業(yè)機器人手部結構

三、工業(yè)機器人的夾持式手部

1.夾鉗式手部

由手指（手爪）和驅動機

構、傳動機構及連接與支

承元件組成，能通過手爪

的開閉動作實現(xiàn)對物體的

夾持。

夾鉗式手部的組成

1-手指2-傳動機構3-驅動裝置4-支架5-工件

等工業(yè)機器人手部結構

三、工業(yè)機器人的夾持式手部

1.夾鉗式手部

(1)手指

手指是直接與工件接觸的

部件。手部松開和夾緊工

件，就是通過手指的張開

與閉合來實現(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)機器人手部結構

三、工業(yè)機器人的夾持式手部

L夾鉗式手部

(2)傳動機構：1)回轉型傳動機構

傳動;根據(jù)手

指開多支點

回轉3:型。

4

5

6

c)d)

a)斜楔杠桿式b)滑槽式杠桿回轉型c)雙支點連接杠桿式d)齒條齒輪杠桿式

a)1-殼體2-斜楔驅動桿3-滾子4-圓柱銷5-拉簧6/交銷7-手指8-工件

b)1-驅動桿2-圓柱銷3-錢銷4-手指5-V形指6-工件

c)1-殼體2-驅動桿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-驅動桿3-小軸4-扇齒輪5-手指6-V形指7-工件

等工業(yè)機器人手部結構

雙支點連接杠桿式

工業(yè)機器人手部結構

滑槽杠桿式抓取機構

工業(yè)機器人手部結構

三、工業(yè)機器人的夾持式手部

L夾鉗式手部

（2）傳動機構：2）平移型傳動機構

平移型夾鉗式手部是通過手指

的指面作直線往復運動或平面

移動來實現(xiàn)張開或閉合動作的

,常用于夾持具有平行平面的

工件（如箱體等）。根據(jù)其結

構，可分平面平行移動機構和

直線往復移動機構兩種類型。平移型傳動機構

a）平面平行移動機構b）直線往復移動機構

1-驅動器2-驅動元件3-主動搖桿4-從動搖桿5-手指

平面平行移動機構

等工業(yè)機器人手部結構

三、工業(yè)機器人的夾持式手部

2.鉤托式手部

它的主要特征是不靠夾緊力來夾持工件，而是利用手指對工件鉤、托、捧等

動作來托持工件。

鉤托式手部

a）無驅動裝置b）有驅動裝置

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)機器人手部結構

三、工業(yè)機器人的夾持式手部

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

驅動裝置，結構簡單。它的使

用特點是工件進入手指和從手

指中取下工件都是強制進行的

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)機器人手部結構

四、工業(yè)機器人的吸附式手部

1.氣吸附式手部

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

力差而工作。具有結構簡單、重量輕、使用方便可靠、對工件表面沒有損

傷、吸附力分布均勻等優(yōu)點。廣泛應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，無孔無凹槽，冷搬運環(huán)境。

按形成壓力差的原理，可分為真空吸附、氣流負壓氣吸附、擠壓排氣式等

3種。

等工業(yè)機器人手部結構

四、工業(yè)機器人的吸附式手部

1.氣吸附式手部

1）真空吸附取料手

取料時，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，

吸盤內腔形成真空,吸取物料。放料

時，管路接通大氣,失去真空，物體

放下。為避免在取、放料時產(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)機器人手部結構

四、工業(yè)機器人的吸附式手部

1.氣吸附式手部

2)氣流負壓吸附取料手

氣流負壓吸附取料手是利用流體力學

的原理，當需要取物時，壓縮空氣高

速流經(jīng)噴嘴5時，其出口處的氣壓低

于吸盤腔內的氣壓，于是腔內的氣體

被高速氣流帶走而形成負壓，完成取

物動作；當需要釋放時，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)機器人手部結構

四、工業(yè)機器人的吸附式手部

1.氣吸附式手部

2）氣流負壓吸附取料手

利用負壓吸附取

料的還有球形取

料手，它的握持